车规级芯片找最肥的一块肉，尽快上车

　　在汽车电动化、智能化、网联化和共享化的驱动之下，车规级芯片迎来发展机遇。相较于传统燃油车，电动车、智能车所需的芯片数量成倍提升，汽车中芯片的成本占比也不断提高。无论对于半导体产业、还是汽车产业而言，车规级芯片都将成为新的利润增长点。本文对车规级芯片的行业概况、规模、趋势、竞争格局、壁垒等进行梳理和分析。
　　文章核心观点速览
　　——车规级芯片市场稳步增长，国产化加速
　　——主控芯片和功率芯片是价值和技术创新的重地
　　——行业壁垒高，先发优势很重要。空间有限，格局渐成，初创需谨慎，重点关注已认证、已上车的中后期企业。
　　市场稳步增长，国产加速
　　车规级芯片就是用于汽车的半导体产品，在电动化、智能化、网联化、共享化等各个领域发挥重要作用。
　　传统汽车向智能电动汽车的发展可以类比传统手机向智能手机的发展：
　　1、从简单的逻辑处理发展至复杂逻辑 → 大数据量的功能性处理；
　　2、没有应用开发生态 → 开放API和生态
　　3、应用功能固化 → 软件新功能开发
　　4、软件不可迭代 → 软件快速迭代和部署
　　这种产业变革升级，以及相关国家政策，带动了作为汽车 ＂神经末梢＂ 的芯片快速发展，量价齐升。根据机构测算，新能源汽车所需要的芯片数量在1000-2000颗左右，单车的芯片成本在786-859 美元之间 ， 是传统燃油汽车的两倍以上，并且随着汽车科技的配置增高，电子控制单元的增多，芯片需求数量有可能继续提高。
　　资料来源：天风证券研究所
　　车规级芯片的需求、规模与汽车的需求和销量直接相关：
　　→ 以 2020 年传统汽车销量 7276 万台测算，新能源汽车 324 万台测算，全球需要的车规级芯片为 439 亿颗/每年，市场规模约339亿美元。
　　→ 预计 2026 年传统汽车销量 6780 万台测算，新能源汽车 4420 万台测算，全球需要的车规级芯片增加为 903 亿颗/每年，市场规模约655亿美元。
　　→ 预计 2035 年传统汽车销量 2400 万台测算，新能源汽车 9600 万台测算，全球需要的车规级芯片增加为 1285 亿颗/每年，市场规模约893亿美元。
　　资料来源：天风证券研究所
　　根据 Omdia 统计，2019 年中国车规级芯片市场规模占全球市场比重约 27.2%。未来随着国内新能源汽车销量的高增长、渗透率不断提升，这个占比有望持续提高，中国将成为车规级芯片的最大市场。
　　但是作为全球最大的车规芯片市场，国内的自供率不足5% ，呈现出海外大厂垄断格局。超低的自供率，以及这两年众多原因导致的 ＂汽车缺芯＂ 现象，也将推动中国车规芯片市场的国产化进程。在2021年3月，车规级芯片的交付周期约为18周，仅一年，这个周期就增长为26周。这个现象也进一步导致了新能源汽车减产，根据统计，中国今年1-4月累计减产新能源车约7万辆。从这个角度看，车规级芯片是具有国家战略意义的产品，是双碳和新能源车政策驱动的部件之一，国产化势在必行。
　　主控和功率芯片价值最高
　　根据应用环节，车规级芯片可以分为五大类：主控芯片、功率芯片、模拟芯片、传感器芯片和存储芯片，其中主控芯片和功率芯片的价值占比最大，两者合计占汽车半导体成本50%甚至更高。
　　主控芯片就是汽车电子系统的大脑，负责计算、分析、输出、控制。当前汽车中最主要使用的控制芯片是单片微型计算机MCU，它是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，每辆车所需的MCU平均在70颗以上。为了应对日趋复杂的执行任务，MCU逐渐从8位发展到16位，再到当下的32位，已广泛应用于仪表盘控制、车身控制、引擎控制、多媒体系统等。全球汽车MCU的市场几乎被瑞萨电子、恩智浦和英飞凌垄断，并且巨头们还在不断并购巩固地位。
　　尽管宽位不断提高，但MCU简单的架构仍然无法支持多任务和复杂数据，这推动了系统级芯片SoC在汽车上的应用。相较于MCU，SoC的架构中还包括了复杂的外设、音频处理器、图像处理器和神经网络处理器等，这类芯片是智能座舱和自动驾驶趋势下的控制核心。随着自动驾驶算力需求的指数化提升，SoC的技术难度和价值量也会远超MCU，将涌现出更多机会。
　　资料来源：天风证券研究所
　　功率芯片是新能源汽车动力系统的核心部件 ，目前最常用的是绝缘栅双极型晶体管IGBT，它是用绝缘栅双极型晶体芯片与续流二极管芯片通过特殊的工艺封装成的模块化半导体芯片，由于制造工艺非常复杂，只有少数大品牌具备制造这种芯片的能力。
　　IGBT在驱动系统、转向系统、电池、空调控制等模块上均有应用 ，例如充电时，IGBT把220V标准交流电转换成电池需要的直流电，当在行驶状态下，IGBT再将电池输出的直流电转换成交流电供给交流电机。同时，IGBT还需要实时调控全车电压。另外，它可以根据油门输入大小以及车辆的状态调节整车输出功率。
　　当前比亚迪半导体是目前国内唯一一家拥有 IGBT 完整产业链的企业，在 1200V 等级的大功率 IGBT 器件领域，完成了设计、流片、封装的一体化发展，正在冲刺上市。除了比亚迪，士兰微、华润微、斯达半导和华微电子等企业也在IGBT设计上不断地突破，供货量一直在提升。
　　除了IGBT，以碳化硅为代表的第三代半导体有望在功率器件上发挥重大作用 。 第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点，相较于传统硅晶半导体，SiC可以减少50%电能转换损耗，提升续航、安全性，最终综合提升整车的性价比。 以配备了SiC电控核心的蔚来ET7为例，850的最大扭矩以及480的最大功率，较智己L7和极氪001等传统硅基IGBT车型有明显提升。
　　当前SiC衬底的成本、难度和技术壁垒较高，国内天科合达、天岳先进和泰科天润等企业是SiC衬底的第一梯队。天科合达在国内率先研制出6英寸的SiC衬底，于2021年开始建设生产线；天岳先进于2022年开始试生产；泰科天润具备SiC功率器件的核心工艺和设备能力。
　　相较于主控芯片和功率芯片，模拟芯片、传感器芯片和存储芯片的价值占比、迭代难度、紧迫性较小一些，但需求也很旺盛，国产替代空间也很大。
　　模拟芯片主要分为信号链芯片和电源管理芯片。信号链芯片是电子智能化的桥梁，将传感器探测到的真实世界的物理、化学信号转化为模拟的电信号，并通过放大、数字信号转换，用于电子控制单元处理。电源管理芯片具有稳压、防击穿、电流保护、恒流驱动等作用。当前模拟芯片在国内的竞争格局较分散，但是总体的梯队趋势已经比较明晰，关注现有企业的装车进程是重点。
　　传感器芯片的成长直接受驱于MEMS传感器和智能传感器装车的增量。当前众多传感器企业已经开始自己布局传感器芯片，追求产业链融合，可见传感器芯片本身有一定的价值量，但是单独做传感器芯片的节点价值不大。
　　存储芯片的发展趋势就是更大的带宽与容量，让汽车能够存储更多的信息和数据，并且在存储和读取时有更快的速度。当前国内北京君正和兆易创新的存储芯片产品已经在多家车企批量采用，应重点关注这些成熟企业在带宽和容量上的突破。
　　高壁垒，重先发优势
　　总体来看，车规级芯片在生产流程上与消费级、工业级芯片大致相同，都是经过设计、晶圆制造、封装、测试这四大流程。但是在产品性能上，搭载于汽车、与道路安全息息相关的车规级芯片，要求高出很多。
　　车规级芯片的高性能要求主要体现在环境、可靠性和供货周期三个方面：
　　→ 环境 ：汽车行驶的外部温差较大，对芯片的宽温控制性能有较高要求，车规级芯片一般要求温度承受区间达到-40℃~150℃，而消费级芯片温度承受区间一般仅为 0-70℃。此外，在对抗湿度、粉尘、盐碱自然环境、有害气体侵蚀等方面， 车规级芯片也有更高要求。
　　→ 可靠性： 整车设计寿命通常在 15 年及以上，远高于消费电子产品的寿命需求，所以车规级芯片的寿命要求更长；在失效率方面，整车厂对车规级芯片的要求通常是零失效；在安全性方面，汽车电子具有远高于消费电子、工业电子的高功能安全标准。
　　→ 供货周期要求： 车规级芯片的供应周期需要覆盖整车的全生命周期，供应需要可靠、一致且稳定，对企业供应链配置和管理方面提出了较高要求。
　　除了产品性能，车规级芯片的准入门槛、认证门槛也很高。 车规级芯片企业在进入整车厂或 Tier 1 的供应链体系前，需符合质量管理体系 IATF 16949 和可靠性标准 AEC-Q 系列等，还需要较长时间完成相关测试并向整车厂提交测试文件。在完成这些车规级标准规范的认证和审核后，还需经历严苛的应用测试验证和 1-2 年的上车验证，才能进入汽车前装供应链，并且仅为二供或三供，供应量需要一段时间逐步提升。
　　综上，车规级芯片是一个很重视先发优势的行业，跨界布局的企业会很费力，初创企业在具备上车能力之前也将经历很长的空窗期。