瑞萨半导体

聊聊智能网联轿车现状及开展

发布时间:2022-08-06 04:58:06 来源:leyu安全版

  跟着电动化、网联化和智能化的提速,轿车信息化水平空前进步,芯片运用快速添加。最早,车上的设备全部是机械式的;跟着电子工业的开展,轿车的一些操控体系开端了从机械化到电子化的转化。现在,轿车芯片现已广

产品详情

  跟着电动化、网联化和智能化的提速,轿车信息化水平空前进步,芯片运用快速添加。最早,车上的设备全部是机械式的;跟着电子工业的开展,轿车的一些操控体系开端了从机械化到电子化的转化。现在,轿车芯片现已广泛运用在动力体系、车身、座舱、底盘和安全等许多范畴。而轿车芯片与核算、消费电子芯片不同的是,轿车芯片很少独自露脸,都是内嵌在各大功用单元中,并且大都场合是中心。

  轿车芯片品种较为杂乱,首要分四类:一是功用芯片,首要是指MCU(微操控器芯片)和存储器,其间MCU担任详细操控功用的完结,承当设备内多种数据的处理确诊和运算;二是主控芯片,在智能座舱、自动驾驶等要害操控器中承当中心处理运算使命的SoC,内部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列运算单元;三是功率半导体,首要是IGBTs和MOSFETs;四是传感器芯片,包含导航、CIS和雷达等。

  比较于消费级芯片,车规级芯片验证周期较长(3-5年),进入Tier1或车厂需求进行苛刻的认证工作。认证工作首要有两项:1)北美轿车产业所推的AEC-Q100(IC);2)契合零失效(ZeroDefect)的供应链质量办理标准ISO/TS 16949 标准。

  全体来看,轿车芯片首要重视三个方面:1)牢靠性要求,相关标准包含AEC-Q100、IATF 16949标准、各国法规及车厂要求等;2)规划寿数,20年以上;3)高安全性要求, 包含功用安全世界标准ISO 26262、ISO 21448预期功用安全、ISO21434等。

  不同轿车芯片对工艺的要求存在较大差异。1)功用芯片首要是依托老练制程。轿车芯片因为不受空间约束,高集成度的要求并不是十分急切,并且首要功用芯片用在发电机、底盘、安全等低算力范畴,安全性、牢靠性和低本钱成为首要考虑要素,老练工艺正好契合此类芯片的需求。

  因而,咱们看到,轿车上大部分所需芯片的制作技能是15 年前或更早的。为了进一步降低本钱,芯片职业在2000年之后开端运用300 毫米晶圆,但大部分旧的200 毫米的出产线)主控芯片继续向高端制程跨进。近年来,跟着轿车智能化的开展,更高等级的自动驾驶对高算力的急切需求,正在推动着轿车算力渠道制程向7纳米及以下延伸。

  轿车芯片厂商一般作为Tier2(二级供货商)参加整个轿车供应链,传统芯片(功用芯片)厂商竞赛格式相对安稳,英飞凌、恩智浦、瑞萨、意法半导体、TI等公司位居商场前列,在MCU、功率半导体、传感器等细分赛道上,都有着自己的特长,与Tier1(一级供货商)形成了结实的供应联系。

  近年来,跟着自动驾驶对算力要求的进步,大算力尤其是AI芯片需求上升,智能核算、消费级赛道的玩家开端进入该范畴,我国一些创业企业在该范畴也有了一席之地。

  全体规划看,轿车芯片占整个集成电路商场的10%上下。据SIA数据显现,2020年轿车芯片收入规划到达501亿美元,同比下降0.3%,占整个芯片商场的比重为12%。从产品结构上看,MCU、模仿电路占比居前。据ICVTank数据显现,2019年全球轿车芯片中,MCU占比到达30%,模仿电路占29%,传感器约为17%,逻辑电路占10%,分立器材和存储器商场份额均为7%。商场格式改动不大。英飞凌在收买了Cypress之后,稳居商场第一位,公司在功率半导体、MCU等方面处在抢先位置;恩智浦和瑞萨竞赛力较强,其间瑞萨在MCU商场上处于抢先位置。

  MCU是把中央处理器、存储、定时器、输入输出接口集成在同一个芯片上的微操控单元,也称单片机。MCU首要用于自动操控的产品和设备,可运用于工业、轿车、通讯与核算机、消费类电子范畴。其间,轿车是MCU最大的运用范畴,传统轿车单车会均匀用到70个左右,而新能源轿车则需求用到300多个,运用范畴包含ADAS、车身、底盘及安全、信息文娱、动力体系等,简直无处不在。

  轿车MCU将连续较快添加。IC Insights核算数据显现,2020年全球车用MCU商场规划为62亿美元。2021年,轿车MCU需求旺盛,估计商场规划大幅添加23%,到达76.1亿美元;2025年,商场规划估计将到达近120亿美元,对应2021-2025年复合均匀增速为14.1%,该复合增速显着高于未来三年全体MCU商场的增速8%。

  车载MCU群雄割据的局势在继续。瑞萨、恩智浦和英飞凌商场抢先,德州仪器、微芯科技、意法半导体等也有比较强的竞赛力,这些厂商与车厂形成了较为严密的联系,新进入者难度较大,国内商场也根本为世界龙头大厂占有。不同厂商的产品难以彼此代替,很大一部分原因是,MCU产品架构具有独特性,找到第二家产品进行替换的或许性不大,这也给整个产业链带来了潜在的危险。

  车载MCU依照位宽区分,首要包含8位、16位和32位三类产品。其间,8位首要运用于一些简略场景的操控,比方空调、电扇、雨刷器、车窗等;32位则首要面向的是对自动化、算力、实时性要求比较高的范畴,占比挨近80%,是干流;16位功用和本钱处于中心方位,首要运用于动力和安全范畴。

  从产品趋势上看,未来32位产品占比还将继续进步,首要是对16位产品的代替。跟着轿车对精细化操控需求的添加,32位产品在传动和安全在通过一段时刻验证之后,占比还会上升。

  智能座舱芯片首要支撑信息文娱和仪表盘,参加者相对较多。座舱芯片的首要玩家包含恩智浦、德州仪器、瑞萨电子等传统轿车芯片厂商,及高通、三星等消费电子范畴的厂商。全球来看,高通在中高端座舱芯片商场上的优势显着,其最新产品SA8295P选用了全球5nm制程,现在现已发动了和干流车厂的协作。国内来看,华为和地平线较为抢先。

  智能座舱浸透率的进步将为座舱SOC供应添加动力。据IHS核算,全球商场及我国商场的智能座舱新车浸透率逐年递加,估计2025年将别离添加至59.4%、75.9%。从趋势上看,座舱芯片将要点向“一芯多屏”方向开展,即一块大芯片一起为液晶仪表盘、信息文娱屏等供应支撑。芯片本身也将朝着小型化、集成化、高功用化的方向开展。

  自动驾驶的中心是人工智能算法的运用,对自动驾驶主控芯片的要求首要是满足强的算力,一般都是选用CPU+加速芯片的形式进行异构核算。自动驾驶芯片的首要参者包含国外的Mobileye、英伟达、高通,以及国内的华为、地平线、黑芝麻等,一起国内的零跑和国外的特斯拉两家车企也在自研自动驾驶芯片。

  自动驾驶芯片的供应方法可分为软硬件一体式方案和软硬件别离的敞开式方案,敞开式方案受欢迎程度在上升。Mobileye的ADAS 芯片选用一体化形式,其2019年全球ADAS 芯片占有率达70%左右;英伟达、高通、地平线等企业采纳了相对敞开的商业形式,既可供应一体式方案,也答应客户自己写算法。

  工况的不同需求挑选不同的传感器:1)行车首要运转工况为中高速,需求选用检测间隔较远的传感器。现在运用的传感器首要有:摄像头、毫米波雷达、激光雷达。2)泊车运转在低速,一般选用检测间隔10m内传感器。现在运用传感器首要有:雷达、摄像头。

  摄像头是车上运用最广泛的传感器之一,其间心是COMS图画传感器(CIS)。比较于消费级CIS,车载CIS需求处理更多的出行工况的详细问题,比方高动态规模、LED灯频闪、低照和安全性确保等。现在,安森美、韦尔股份在这个商场上处于抢先位置。

  因为新增了自动驾驶功用,轿车的摄像头需求量将快速添加,相应CIS的需求量也将显着进步。如果在2023年可以完结L3以上级自动驾驶的落地,单车摄像头数量有望上升到11目到16目左右。结合全球每年8000万到1亿辆的轿车销量,摄像头需求量最多或许在16亿颗左右,CIS均价或许在5美金以上,商场规划或许到达80亿-100亿美元。

  功率半导体是新能源轿车中运用最多的半导体器材之一。新能源车电池遍及运用高压电路,对电池输出的高电压进行电压改动的需求大幅上升,因而需求很多DC/AC逆变器、变压器、整流器等很多用到功率半导体。其间,IGBT下流运用中,30%来自于新能源轿车。

  跟着国内新能源车浸透率的进步,IGBT等功率半导体的需求也将完结快速添加。国内厂商如年代电气、比亚迪半导体、斯达半导、新洁能等厂商正在加速在这个范畴发力,国产代替正在推动中。

  2020年下半年以来商场上呈现了“芯片荒”,轿车芯片遭到的影响最大,车企不得不大规划减少产值。群众、通用、福特、本田、丰田等一线厂商也因缺芯,呈现了不同程度的减产乃至停产,不少轿车企业均未完结年度销量方针。

  依据AFS核算,2021年,因为芯片缺少,全球轿车商场累计减产值约为1020万辆。其间,亚洲车厂遭到的影响最大,除了我国减产挨近两百万辆之外,亚洲其他区域减产也到达了174万辆;北美和欧洲相同也大规划减少了产值。

  2020年下半年开端并影响至今的轿车缺芯潮,现已在2021年带来了超越千万辆的轿车产值的丢失,2022年1季度,相关影响还在连续。

  一方面,轿车职业供应链固有的缺陷在扩展,车厂对轿车商场需求判别存在误差;另一方面,轿车芯片出产的产能原本严峻,加上消费电子等方面的揉捏,留给轿车芯片的产能十分有限,并且短期新增产能的或许性不大。

  全球轿车芯片产能出资相对保存。如前所述,车载芯片占全球半导体商场总销售额份额在10%上下,占比不高。以全球最大晶圆代工厂台积电为例,车载芯片事务占其事务总份额根本不超越5%。并且,车载芯片毛利率相较于消费电子而言较低,且技能要求严厉,代工厂商在该范畴志愿缺乏。

  需求端也呈现了误判。2020年曾经,轿车商场低迷,车厂和Tier1对芯片需求预期十分低,可是跟着新能源轿车商场的康复,供需矛盾开端凸显。依照IC Insights的估计,2021年全球轿车芯片的出货量到达524亿颗,同比添加近30%,比较前几年的低迷,可谓是大超预期。

  疫情延伸以来,长途工作、线上教育等线上化运用开端遍及,顾客对个人核算机、服务器等IT产品和基础设备的需求显着扩展,消费电子等芯片商场的添加抢占了部分轿车芯片产能。麦肯锡发布的陈述显现,5G等运用因为需求很多与轿车芯片制程相似的射频芯片(40-90nm工艺),挤占了轿车芯片的排产,使得原本绰绰有余的轿车芯片产能愈加严峻。

  从缺芯的类别看,在前期仅仅ESP、VCU、TCU等操控类体系的芯片供应缺少,而跟着疫情的发酵和芯片商场的炒作,到2021年第三季度的后期,连收音机、车载中控屏、轿车灯具等传统部件都开端呈现缺芯。

  近年来,芯片厂商开端轻制作化,尤其是AI芯片、轿车MCU,绝大大都都开端挑选代工形式。结果是这些芯片对台积电等代工厂的产线依靠严峻。其间,台积电出产的轿车MCU已占有约70%的商场份额。2020年末以来,台积电排产的要点是核算芯片。轿车芯片需求大幅上升之后,台积电等厂商也很难完结转产,其他代工厂因为车规级芯片认证问题很难切进去,新建产能“远水难救近火”。

  轿车供应链遍及选用“按时制”制作形式来压低库存,以降低本钱、进步周转率。丰田的按时制,比较福特的流水线作业更进一步,要求收购必要数量的零部件在必要的时刻送到出产线,寻求无库存和最小库存。但这种形式在降本增效的一起,添加了供应链的脆弱性,一旦呈现零部件缺少,就会导致供应链瘫痪。在“按时制”的布景下,车厂或许在量产的前30天撤销订单,芯片厂很多的出资或许“落空”,必定程度上也按捺了厂商在新产能建造的积极性。

  在轿车芯片供应链条中,分层显着,灵活性缺乏、交流不畅等问题正在凸显。半导体供货商将芯片出售给Tier1,Tier1再将功用集成到模块中并将体系集成方案给OEM进行拼装。这种形式使得Tier1无法精确掌握OEM的需求,Tier2也不能做好产能规划。2020底和2021年年头,车厂现已开端感觉到轿车商场的回暖,可是因为供应链的层级联系,车厂和半导体厂商并没有完结有用的交流和协调,必定程度上加重了芯片供应缺口。

  2021年2月初,冬天风暴席卷了半导体之乡——得克萨斯州,导致了供水和电网瘫痪。恩智浦、三星、英飞凌以及TI均在该州有产能,作为用水用电大户,被逼歇业。NXP封闭了奥斯汀的两座8英寸工厂,丢失约数百万美元;三星在奥斯汀的工厂约占其总产能的28%;英飞凌封闭在奥斯汀的一座8英寸工厂。恩智浦和英飞凌在奥斯汀的产能加起来,占了全球轿车MCU供应的5%,都遭到了影响。

  除了对工厂出产的影响之外,此次风暴对芯片物流也造成了很大冲击。德克萨斯州是全球重要的物流纽带,对全球航空货运具有重要的地舆含义。冬天风暴对空运和分拣设备产生了严峻影响,让全球缺少的芯片商场落井下石。

  2021年3月19日,瑞萨日本工厂因电镀设备起火引发火灾,导致11台设备损坏,损坏的设备占公司一切半导体出产设备的2%。此次火灾中,影响最大便是公司的轿车芯片,占到66%。原本轿车芯片产能就严峻,瑞萨设备起火更是使得缺芯“落井下石”。

  瑞萨客户覆盖了丰田、福特和日产在内的简直一切的轿车制作商,尤其是日系车运用最广。相关影响首要体现在之后的5月份,下流车厂均呈现了不同期限的罢工。2021年5月,丰田、本田、日产等日本8家车厂的总产值低于200万辆,较2019年5月(疫情前)减产起伏超越30%。尽管在6月25日,瑞萨相关工厂产能康复正常,但在7月份第三周才完结了正常交货。

  半导体产业链高度全球化,后端劳动密集型的环节首要会集在东南亚,包含马来西亚、泰国、菲律宾等,首要的轿车芯片厂在这里都有布局。2021年这些区域疫情严峻,封装厂遭到影响。

  2021年年中,意法半导体在马来西亚的工厂因为疫情加重,停产数周。这直接导致了轿车芯片供应的恶化,停产的影响从一般的MCU扩展到了其他芯片,从而导致了全球最大轿车供货商博世的ESP/IPB、VCU、TCU等产品供货困难,严峻了冲击全球整车企业。

  2022年,疫情和地缘抵触仍然存在,轿车芯片本身产能缺乏的问题也并没有得到实质性的缓解,1季度的供应局势仍然严峻。SusquehannaFinancial Group数据显现,2022年2月份全球芯片均匀交货期延伸到了半年以上,创出新高。

  2022年以来,曾经缺的芯片缺的更为严峻。2022年2月,MCU均匀交货期为35.7周(250天),超越了8个月,是商场最为缺少的芯片;其次便是电源芯片,均匀交给期也较上月上升了1.5周。

  电源芯片、调制解调器等轿车模仿芯片或许是新的“缺少点”。依据IHS Markit 的剖析,继2021年的MCU之后,模仿芯片很或许成为未来三年轿车出产的首要限制要素。在模仿IC范畴,制程要求不高,多选用IDM形式,但周期性比较显着,厂商出资扩产志愿也不高,前几年本钱开销一直在下降,存在缺少危险,供需矛盾或许在后续迸发出来。

  第三方组织、车厂和Tier1对芯片商场预期相对达观,最晚2022年年末前会得到缓解,小起伏缺芯会成为常态。2022年年头,工信部配备司、中汽协相关人员均表明,2022年年内缺芯会逐步缓解;雷诺首席执行官德·梅奥表明缺芯在2022年仍将继续,估计二季度到达高峰;博世总裁也表明芯片缺少最快在本年7月左右会呈现缓解。

  从实践的运营状况看,首要车厂通过减产、结构优化等手法来应对“缺芯”。2022年1季度,福特轿车、群众、丰田、本田、日产等车企均有过减产或停产的方案。其间福特就对美国、墨西哥和加拿大的8家工厂采纳暂时停产或减产办法;部分车厂如长城等采纳了结构优化办法,暂停了中低端车型的接单,以确保高端车型的供应。

  干流芯片制作商均大幅扩产,估计可以进步中长期的供应才干,短期压力仍难以缓解。台积电、英飞凌、英特尔、格芯等厂商,均宣告了各自的扩产或许向轿车芯片产能分配的方案。可是因为车载芯片产能建造,到出产、上车周期很长,现在扩产的产能也只能在2023年之后才干释放出来。面对着新能源车如此大幅添加的芯片需求,供应面对的压力仍然较大。

  除了芯片制作商和代工厂之外,车厂和Tier1也在主导进步要点半导体的产能。相似于博世以及大车厂(福特等),现已开端挑选自建产能,或许和代工厂协作,研制和出产轿车芯片,处理后续供应问题,但相同需求时刻。此外,产能的投进,也意味着更多的人才的需求,这也非短时刻可以处理的。

  通过缺芯的“教育”之后,车厂开端测验改动传统的供应链协作形式,不完全依托曾经的Tier1去维系与芯片厂商的联系,开端挑选与芯片厂寻求直接协作,以确保芯片的供应,乃至还呈现部分车厂直接要发动芯片出资和研制的方案。2021年以来,宝马、福特、Stellantis NV和通用等,都在优化芯片供应链方面,做了自动测验。

  咱们估计,未来将会有更多的OEM厂商,挑选与芯片厂商直接协作,一起研制规划、制作和封装芯片,进步对整个芯片产业链的掌控才干。

  跟着轿车“三化”的推动、轿车电子电气架构的晋级,以及新能源轿车的占比在敏捷进步,轿车芯片的需求随之继续添加。但依据我国轿车工业协会的查询,轿车芯片国内全体自主率缺乏5%。2022年“两会”期间,多位来自轿车厂的人大、政协代表指出,开展车规级芯片现已火烧眉毛;工信部也在鼓舞车厂、芯片厂商的协同立异,进步国内芯片的供应才干。在方针支撑再叠加上轿车缺芯的大布景下,国内车厂开端考虑多供货商战略,扶持国产厂商,国产代替面对时机。

  国产芯片厂商正在这几个方向发力:1)功率半导体代替正在提速。年代电气、斯达半导和新洁能等公司,车规级产品的浸透率正在进步。2)国内厂商在32位MCU上现已开端有所建树,包含杰发科技、比亚迪半导体等。尽管车规级MCU国内厂商还处在起步阶段,但在缺芯的大布景下也是可以进入轿车供应链,生长潜力大。3)在智能传感器方面,比方摄像头、毫米波雷达、激光雷达等产品,国内外根本处于同一起跑线,尤其是激光雷达,有望成为国产突破点。4)SoC范畴,中低端商场传统巨子位置安定,而智能座舱、自动驾驶的大芯片商场上,是现在全球玩家抢夺的要点,国内企业有望锋芒毕露。

  声明:本文由入驻搜狐大众渠道的作者编撰,除搜狐官方账号外,观念仅代表作者自己,不代表搜狐态度。

上一篇:全球功率半导体大厂空降大湾区!两大中心赛道行将开跑 下一篇:物联网带旺MCU 这20家厂商或获益

返回

产品中心
新闻中心
员工活动