“芯片級半導(dǎo)體在汽車中的價值正在不斷增長。如今,一輛汽車平均有價值450美元的半導(dǎo)體,2026年將達(dá)到700美元。”市場研究公司Yole的市場研究總監(jiān)Eric Mounier博士斷言:“由于電動汽車向電氣化的重大轉(zhuǎn)變,增長最多的將是電動汽車?！?/span>

Yole剛剛發(fā)布的《汽車半導(dǎo)體趨勢2021》報告深入分析了不斷變化的汽車行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和供應(yīng)鏈參與者,提出了關(guān)于未來技術(shù)趨勢和挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)見解和分析。

市場預(yù)測和技術(shù)趨勢

市場預(yù)測表明,到2035年,汽車C．A．S．E．(連接性、ADAS(高級輔助駕駛系統(tǒng))、共享、電氣化)將成為一個價值3180億美元的市場。半導(dǎo)體(芯片級)在汽車中的價值將在2026年達(dá)到785億美元,年復(fù)合年增長率為14．75%。

C．A．S．E．相關(guān)電子模塊市場預(yù)測

汽車的發(fā)展是由C．A．S．E．技術(shù)的發(fā)展推動的。Yole的分析師估計,C．A．S．E．相關(guān)電子模塊市場的演變趨勢體現(xiàn)在四個方面:

連接性

從2020年的330億美元增加到2026年的550億美元,復(fù)合年增長率為14．55%。目前業(yè)界正在開發(fā)用5G實施的未來V2X通信平臺,成熟解決方案預(yù)計將在2024年推出。與此同時,具有雙4G和前向兼容5G功能的初始解決方案已開始出現(xiàn)。連接性也包括全新的舒適度和娛樂性功能,如智能座艙。

ADAS

高級輔助駕駛系統(tǒng)將在2026年達(dá)到600億美元以上,復(fù)合年增長率為6．5%。主機廠使用的主要傳感器是雷達(dá)和攝像頭,因為它們性能優(yōu)良,價格相對便宜。

共享

2026年共享將達(dá)到30億美元左右,復(fù)合年增長率為10．39%。與汽車相關(guān)的新的消費習(xí)慣正在形成,現(xiàn)在的年輕一代渴望連接性、便利性,并有可能在從A到B的不同交通方式中進(jìn)行選擇。他們正在塑造一個使汽車服務(wù)提供商價值不斷增長的行業(yè)。擁有、共享或租賃為未來出行提供了更大的靈活性。

電氣化

2026年電氣化將達(dá)到288億美元,復(fù)合年增長率為53．5%。主機廠宣布了未來5年的投資計劃,全球投資已超過2500億美元。汽車電氣化的時間表非常積極,因為在15年內(nèi),主機廠將不得不開發(fā)一整套完全電動的汽車產(chǎn)品組合。

C．A．S．E．技術(shù)四大趨勢

顛覆性半導(dǎo)體技術(shù)和商業(yè)機會

汽車工業(yè)將永遠(yuǎn)不會是原來的樣子!在諸多因素的推動下,汽車工業(yè)有史以來第一次必須面對新的行業(yè)和技術(shù)挑戰(zhàn),同時其價值鏈也在發(fā)生巨大的變化。

Yole與合作伙伴System Plus Consulting共同完成的調(diào)查揭示了創(chuàng)新設(shè)計特征和新的半導(dǎo)體組件,以引導(dǎo)企業(yè)在未來的設(shè)計中采用更精簡的解決方案。他們?yōu)榭蛻籼峁┝?條汽車賽道:ADAS、電氣化、信息娛樂和遠(yuǎn)程信息處理,這些應(yīng)用都需要無與倫比的智能。

2021年,許多國家宣布了通過汽車電氣化減少二氧化碳排放的積極計劃。因此,在未來15年內(nèi),主機廠將不得不在全球范圍內(nèi)將其大部分生產(chǎn)從內(nèi)燃機(ICE)汽車轉(zhuǎn)向電動/混合動力汽車(EV/HEV)。這種演變,加上C．A．S．E推動的半導(dǎo)體含量的增長,將為新進(jìn)入者提供有利機遇,例如來自半導(dǎo)體和消費領(lǐng)域的索尼、華為、蘋果等,而“傳統(tǒng)”Tier-1(法雷奧等)必須掌握新的技術(shù)才能保持競爭力。

遵循這一趨勢,集成組裝廠商(富士康、麥格納·菲斯克等)可以在汽車組裝領(lǐng)域找到自己的位置,從而改變當(dāng)前的供應(yīng)鏈。主機廠很可能會變得“無晶圓廠”,而集成組裝廠商將滿足汽車領(lǐng)域多元化的需求。

在供應(yīng)鏈方面,由于芯片短缺、半導(dǎo)體含量增加和電氣化,供應(yīng)鏈管理將發(fā)生變化。主機廠將不得不直接與芯片制造商談判,向消費行業(yè)學(xué)習(xí),并保持“緩沖庫存”。

傳統(tǒng)主機廠(奧迪、現(xiàn)代等)正面臨顛覆性主機廠(特斯拉、蘋果等)的嚴(yán)重威脅。在汽車行業(yè)價值鏈發(fā)生巨大變化的同時,還面臨著新的行業(yè)和技術(shù)挑戰(zhàn)。中國正在加劇汽車行業(yè)的競爭,并在半導(dǎo)體和汽車行業(yè)進(jìn)行大規(guī)模投資,這將極大地改變行業(yè)格局。

7股力內(nèi)外夾擊汽車行業(yè)

面對2035年價值3180億美元的C．A．S．E．市場,全球晶圓出貨量將從2000萬個增加到超過4500萬個,其中8英寸是最常用的晶圓尺寸。20nm及以下節(jié)點將由ADAS和信息娛樂應(yīng)用驅(qū)動。

如今,汽車用晶圓的生產(chǎn)大多在130/180納米及以上,前沿技術(shù)非常匱乏。但MobileEye EyeQ3已采用40nm,而EyeQ4為28nm,皆用于ADAS和自動駕駛。用于信息娛樂和ADAS的內(nèi)存目前使用10-14nm。未來,7nm可用于ADAS。當(dāng)前芯片短缺主要影響40-180nm范圍內(nèi)的節(jié)點。

40nm及以上受芯片短缺影響

芯片短缺的雪球效應(yīng)

Yole表示,始于2020年11月,許多事件共同導(dǎo)致的芯片短缺可能持續(xù)到2022年下半年。直接后果是芯片價格上漲高達(dá)20%以上,致使供應(yīng)鏈中斷。

由于許多公司從多源IC轉(zhuǎn)向臺積電的單源IC,加上制裁措施導(dǎo)致一些公司開始囤積芯片。新冠疫情導(dǎo)致公司勞動力減少,主機廠減少IC訂單,而居家時代消費電子產(chǎn)品需求上升。芯片制造商重新分配產(chǎn)能以滿足消費者需求,并將汽車芯片價格提高30-40%。

人們擔(dān)心公共交通可能會感染新冠病毒,購買電動汽車和/或二手車的公共激勵措施,對污染汽車的處罰導(dǎo)致新車需求快速增長。然而,美國嚴(yán)冬、瑞薩工廠火災(zāi)、中國臺灣干旱等災(zāi)難遇上蘋果、微軟、英偉達(dá)、AMD、英特爾推出新產(chǎn)品,令缺芯雪上加霜。

Yole預(yù)計,2022年第2季度后芯片供應(yīng)有可能恢復(fù)正常,MCU(微控制器)供應(yīng)商為了滿足持續(xù)的需求,正在提供額外的產(chǎn)能恢復(fù)錯過的生產(chǎn)。

芯片短缺也刺激了對更加多樣化的晶圓廠生產(chǎn)的投資。不過,制裁、儲備和單一采購可能還會繼續(xù)下去。

芯片短缺的雪球效應(yīng)

9月,英飛凌科技位于奧地利菲拉赫的12英寸薄晶圓功率半導(dǎo)體芯片工廠正式啟動運營。英飛凌首席執(zhí)行官Reinhard Ploss博士在接受采訪時表示:“芯片短缺情況還會持續(xù)多久,這個問題確實很難回答。生產(chǎn)能力需要一個前端建設(shè)時期,產(chǎn)能可能會在2023年、2024年達(dá)到頂峰?！?/p>

他也表示,英飛凌希望可以首先通過庫存來解決一部分問題,然后需要通過把產(chǎn)能更智能地分配給不同的產(chǎn)品線,應(yīng)對芯片短缺問題?！拔覀冃枰^察市場的哪一些領(lǐng)域有增長,哪些領(lǐng)域需要更多的芯片,這是一個市場整體分配的問題?！彼a充說。

顛覆性主機廠已經(jīng)上路

電動汽車和自動駕駛技術(shù)的發(fā)展將重塑汽車行業(yè),自然會吸引主機廠和Tier-1零部件供應(yīng)商的積極參與。因此,蔚來、小鵬和Lucid Motors等新進(jìn)主機廠紛至沓來。來自半導(dǎo)體或消費行業(yè)的其他參與者也將進(jìn)入該領(lǐng)域。

在這場完全自動駕駛的競爭中,擁有眾多資源的大型主機廠,如大眾汽車,在自行開發(fā)必要的軟件,或與自動化車輛公司合作或進(jìn)行收購。資源有限的主機廠預(yù)計將依賴Tier-1開發(fā)基本的自動駕駛功能。這些Tier-1必須掌握攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)傳感器和計算機。來自半導(dǎo)體領(lǐng)域的公司,如高通、英偉達(dá)和英特爾美孚眼,正在將自己定位于自動駕駛系統(tǒng)的中心,有時是通過收購來實現(xiàn)。例如,在全球汽車企業(yè)缺芯的情況下,高通公司以46億美元收購了Veoneer,以鞏固其在汽車行業(yè)的地位。高通完成了垂直整合,成為一個自動駕駛行業(yè)的系統(tǒng)及解決方案供應(yīng)商,實現(xiàn)了從芯片到服務(wù)、軟件及通信技術(shù),再到完整解決方案供應(yīng)商的跨領(lǐng)域轉(zhuǎn)型,也代表芯片企業(yè)間的競爭進(jìn)入白熱化,將影響產(chǎn)業(yè)格局。

來自消費行業(yè)的公司,如蘋果、華為或小米,也正在進(jìn)入該市場。根據(jù)他們的戰(zhàn)略,他們只能開發(fā)自動駕駛部分或整個電動汽車,就像華為正在做的那樣。富士康以其在蘋果供應(yīng)鏈中的裝配角色而聞名,目前正與蘋果和Stellantis等多家公司合作。9月下旬,富士康與Stellantis成立合資公司Mobile Drive,定位為汽車供應(yīng)商,專注于開發(fā)信息娛樂和遠(yuǎn)程信息處理解決方案及云服務(wù)平臺,包括基于人工智能的應(yīng)用、導(dǎo)航、語音識別、電商運營和支付服務(wù)集成等軟件,以及智能座艙和車載通信系統(tǒng)等。

由此可見,富士康這一分包商正在扮演新的角色,最近菲斯克和麥格納之間的合作也表明,麥格納將組裝汽車。未來,可能會看到新的汽車主機廠不需要工廠,而是依賴分包商的經(jīng)驗。

2020年全球汽車總銷量為6220萬輛;銷售總額為13．94億美元。Stellantis是2021年1月PSA(標(biāo)致雪鐵龍集團)和FCA(菲亞特克萊斯勒汽車公司)合并的產(chǎn)物,新的集團將每年制造870萬輛汽車,成為大眾汽車、豐田汽車、雷諾-日產(chǎn)汽車之后全球第四大車企。

傳統(tǒng)主機廠知道如何制造汽車,精通精益制造;而顛覆性主機廠正在圍繞半導(dǎo)體、軟件和電池制造電動汽車。他們掌握芯片設(shè)計,并與代工廠建立了長期關(guān)系。但是,他們需要學(xué)習(xí)如何批量生產(chǎn)汽車,學(xué)習(xí)如何集成半導(dǎo)體。

在連接性方面,2022年,大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的法規(guī)規(guī)定,基本V2X為強制性執(zhí)行;2024年,無人駕駛汽車進(jìn)入市場,默認(rèn)情況下采用5G CV2X;2027年,5G C-V2X將成為自動駕駛汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。

在ADAS方面,將有更多傳感器用于更多應(yīng)用。幾年來,激光雷達(dá)傳感器逐漸進(jìn)入汽車行業(yè),以提供更多的自動駕駛功能,實現(xiàn)更安全的道路。

汽車將從分布式體系結(jié)構(gòu)到集中式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展。2030-2035年,超級計算機使車輛集中化,所有域控制器都集中在一臺超級計算機中。2020年,分布式體系結(jié)構(gòu)是“一個ECU,一個功能”,未來將朝著一些ECU合并的方向發(fā)展。由特定的域集中控制器實現(xiàn)信息娛樂、舒適性、動力總成、傳感、安全等功能。

車輛中的軟件代碼將從5000萬行增加到1億行、2-3億行,甚至3億行以上。今天,大多數(shù)主機廠仍然使用分布式E/E體系結(jié)構(gòu),每個功能有一個ECU。

由于更高的汽車ASP(平均售價),F級別車輛是大多數(shù)創(chuàng)新首次實施的地方,采用最先進(jìn)的傳感器和計算技術(shù)實現(xiàn)新的功能。其平均ASP為10萬美元,ADAS內(nèi)容約為3%(3000美元)。這類車輛2020年銷量為17．4萬臺。

C級別車輛是市場的主力,價格壓力非常大,平均ASP萬3萬美元,ADAS內(nèi)容約為1%(300美元),2020年銷量為2300萬臺。

隨著ADAS特別是未來自動駕駛的進(jìn)展,車內(nèi)傳感器將越來越多。未來必須在成本和性能比方面做大量工作,以便在較低端的細(xì)分市場實施創(chuàng)新。

隨著華為、小米、Oppo(可能是索尼)和蘋果等新公司進(jìn)入汽車市場,一個與ADAS和自動駕駛汽車不同的新市場可能會出現(xiàn)。這種汽車將擁有比傳統(tǒng)ADAS汽車更多的傳感器和計算能力,特別是激光雷達(dá)將有助于在公共道路上實現(xiàn)完全自動駕駛汽車。消費類自動駕駛汽車將使用比ADAS汽車中的更多和更高性能的傳感器,平均售價在6-9萬美元。

目前,在汽車上可以找到五種不同的車內(nèi)傳感應(yīng)用:乘客監(jiān)控系統(tǒng)、手勢識別系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、顆粒監(jiān)測系統(tǒng)、有源噪聲抵消系統(tǒng)。車輛共享將有利于車內(nèi)傳感技術(shù)發(fā)揮作

嚴(yán)格的二氧化碳排放法規(guī)是汽車電氣化的主要驅(qū)動力。由于向全電動汽車的過渡不可能一蹴而就,不同類型的EV/HEV在未來幾年仍將共存。

如今,在電池價格下降、客戶對更長行駛里程的需求增加以及汽車制造商盈利能力提高的推動下,電池容量在明顯增大。

WLTP(全球統(tǒng)一輕型車輛試驗程序)行駛里程與電池組容量的關(guān)系表明,使用800V電池技術(shù)可以實現(xiàn)超快充電。

雖然每個主機廠都有自己的碳化硅戰(zhàn)略,但特斯拉采用碳化硅顯著提高了對碳化硅技術(shù)的信心,并在一定程度上加快了碳化硅的采用。800V電池的采用也在加速碳化硅的滲透。

2019-2020年期間,BEV主逆變器領(lǐng)域的主機廠和設(shè)備制造商的合作伙伴關(guān)系和設(shè)計成果豐碩。汽車碳化硅行業(yè)正準(zhǔn)備在2022-2023年期間啟動量產(chǎn)。

主逆變器中的碳化硅的使用

中國參與度很高

中國加大了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展力度,希望促進(jìn)電動汽車及其零部件的國內(nèi)生產(chǎn)。中國是第一個從新冠肺炎疫情中恢復(fù)過來的國家之一,擁有30%的周邊電動汽車市場,EV/HEV品牌數(shù)量超過任何其他國家,電動汽車的發(fā)展速度非?？?。EV/HEV對中國碳中和具有重要意義,在電子出行的強大激勵機制下,許多中國主機廠正在開發(fā)EV/HEV。其中一些是專注于新能源汽車(NEV)的初創(chuàng)企業(yè)。

中國汽車工業(yè)正在:建立本地品牌、創(chuàng)建合資企業(yè)、圍繞BEV創(chuàng)建許多初創(chuàng)公司,外國品牌也可以從市場中獲益;眾多本地Tier-1,包括外國公司都參與了中國內(nèi)部供應(yīng)鏈(汽車、Tier-1、芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封裝)的合作。中國在汽車和半導(dǎo)體領(lǐng)域的大規(guī)模投資也是前所未有。