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全球汽车芯片短缺严重，且看中国如何逆风翻盘？

黄芳 火石创造 2024-04-11

声明：本文为火石创造原创文章，欢迎个人转发分享，网站、公众号等转载需经授权。

摘要：传统汽车芯片受益于汽车电子化需求稳步增长，但格局固化、依赖代工，短中期供给短缺。汽车SoC芯片（智能座舱和自动驾驶）正处爆发边缘，受益中国智能汽车和自动驾驶市场，快速成长并引领全球，中国汽车芯片（特别是自动驾驶芯片）蕴藏千亿级市场空间。


从长期来看，汽车芯片短缺的问题是产业链上的明显短板，甚至是卡脖子问题，补链强链迫在眉睫，未来要加速推进中国汽车产业链的自主可控，通过培育龙头，构建产业创新生态，上下游形成合力，突破技术壁垒，共同推动我国成为全球汽车芯片创新高地和产业高地。



01

汽车芯片概述




1．汽车半导体分类
汽车半导体概念宽广，在汽车电动化、智能化、网联化、共享化等各领域发挥重要作用，汽车半导体分为模拟IC、逻辑IC、存储IC、分离器件、微控制IC、光学半导体、传感器和执行器七大类。

其中芯片又称为集成电路，集成度很高；人们常说的汽车芯片是指汽车里的计算芯片，按集成规模可分为MCU芯片和SoC芯片；而功率器件集成度较低，属于分立器件，主要包括电动车逆变器和变换器中的IGBT、MOSFET等；传感器则包括智能车上的雷达、摄像头等。

从下游需求的角度，汽车半导体主要有智能化和电动化两大驱动力。智能化主要通过数字、模拟芯片对信息的处理，实现无人驾驶，包括智能中控芯片、算法芯片、传感器芯片；电动化通过功率半导体电控对锂电池的应用，实现电动化，包括精密电控、热管理、充电两端。

表1 汽车半导体介绍

来源：火石创造根据公开资料整理

表2 汽车芯片代表公司介绍

来源：火石创造根据公开资料整理

2. 汽车芯片等级介绍
按照美国制定的汽车电子标准，汽车芯片分为5个等级，数字越小，等级越高。

表3 汽车芯片等级介绍

来源：火石创造根据公开资料整理

3. 汽车芯片的工艺要求和技术难度高
汽车芯片相比消费芯片及一般工业芯片，其工作环境更为恶劣，对可靠性及安全性的要求也更高，需要经过严苛认证流程，包括可靠性标准AEC-Q100、质量管理标准ISO/TS16949、功能安全标准ISO26262等。

表4 汽车芯片性能要求

来源：火石创造根据公开资料整理

3. 汽车电子产业链分工明确，集中度较高
上游为Tier2电子元器件供应商，其将产品售给中游Tier1系统集成开发商，后者主要负责模块化功能的设计、生产与销售，将模组供应给下游汽车整车厂商。

图1 汽车电子产业链
来源：火石创造根据公开资料整理


02

 汽车芯片荒




1.现状
受本轮芯片短缺影响，预计2021年一季度全球汽车产量下降 10%左右。由于汽车芯片短缺，预计一季度全球减产近100万辆汽车，较2月初的预期（减产67.2万辆汽车）大幅上调。与2019年同期相比，2021年一季度全球汽车产量将同比下降 10％，产量减少110万辆，其中60万-70万辆是由芯片短缺导致，其余则是疫情封锁措施造成。

多家车企公告芯片短缺。大众集团早在2020年12月就曾发出芯片短缺警报，主要是ESP、ECU芯片缺货导致相应零部件断供，大众集团在北美、欧洲和中国进行减产。随后，菲亚特克莱斯勒、日产、戴姆勒、斯巴鲁等多家车企都因为半导体芯片短缺纷纷宣布部分工厂被迫停产。

此次芯片短缺主要为MCU。汽车用 MCU 分散在座位、雨刷、空调、影音、动力等多个部分，一辆车包含几十甚至上百个 MCU。本次芯片短缺一是应用于 ESP(电子稳定控制系统)的 MCU(微控制单元)，另一种是 ECU(电子控制单元)中的 MCU。在中国市场，一般10 万元以上的车型，特别是中高端车型都会配备 ESP。

2.原因
表面来看，汽车芯片荒的原因如下：一是疫情及突发事件干扰；二是汽车厂商对需求反弹估计不足；三是消费电子等挤占产能；四是汽车芯片使用的8英寸晶圆供不应求。

深层原因主要是汽车MCU行业的门槛高，却没有话语权，逐渐将MCU产能七成外包台积电。汽车MCU芯片集中度很高，却只占台积电约3%的产能，量价均不高，因而产能紧张时，汽车芯片产能得不到保障。


03

全球汽车芯片现状及竞争格局




1.全球汽车芯片市场规模不断扩大
（1）全球汽车芯片市场规模逆势上涨
与全球汽车销售情况相反，近年来，全球汽车芯片市场规模增速远高于当年整车销量增速，2019年全球汽车芯片市场规模达465亿美元，同比增长11%。

2020年，汽车电子芯片需求增长高于预期，但受到全球疫情蔓延的影响，芯片产业供应链吃紧，汽车芯片产能受限，导致全球芯片市场规模将有小幅下滑，规模为460亿美元。2020年下半年，全球汽车市场开始稳步复苏。随着智能化、新能源的发展，汽车芯片市场迅速增长，预计2022年汽车市场规模将达635亿美元，增长19.8%。

图2 全球汽车芯片市场规模变化情况（单位：亿美元，%）
数据来源：火石创造根据公开资料整理

（2）汽车功能芯片规模稳步提升
汽车功能芯片在汽车芯片中占据的比重最大，汽车功能芯片MCU主要包括ECU、域控制器等，2019年全球汽车功能芯片市场规模达70亿美元，同比增长2.9%，预计市场规模有望从2019年70亿美元稳步提升至2021年75亿美元。


图3 2全球汽车芯片市场规模变化情况（单位：亿美元，%）
数据来源：火石创造整理

（3）微处理器和模拟电路占比最多
从全球汽车芯片类别分布来看，微处理器占比最大，达30%。其次是模拟电路，占比为29%，传感器和逻辑电路占比分别为17%和10%。

图4 2020年全球汽车芯片类别分布情况（单位：%）
数据来源：火石创造根据公开资料整理

（4）国外企业占主导地位
在汽车芯片领域，全球汽车MCU芯片，处于恩智浦、英飞凌、瑞萨等为代表的群雄割据竞争格局，2019年恩智浦、英飞凌、瑞萨、德州仪器和意法半导体保持汽车半导体厂商的前5名，这五家企业的市场份额占比合计达50%。


图5 2020年全球汽车芯片行业企业竞争格局分析（单位：%）
数据来源：火石创造根据公开资料整理


04

中国汽车芯片格局及主要赛道




1. 2025年中国汽车芯片的市场规模将会超过1200亿元
目前，中国汽车制造商90%以上的芯片仍然依赖进口，自供率不足10%，将严重威胁到我国汽车产业链的自主安全可控，汽车芯片现存的供需难题带来挑战与机遇并存。

受益智能网联汽车快速发展的推进，2025年中国汽车芯片的市场规模将会超过1200亿元，目前我国汽车芯片的进口率达到95%，国内汽车芯片有非常大的市场机会。近年来，国家加大了对汽车芯片的政策支持，资本也在加大对该领域企业的投资，各大厂商也在不断投入研发、加强合作，陆续向市场推出新产品。

2.汽车智能化，智能座舱带动SoC芯片先行
汽车中要用到SoC芯片的主要为智能座舱和自动驾驶两个方面。与自动驾驶芯片相比，智能座舱芯片相对容易打造。即便芯片完全失灵，也不会威胁司机和乘客的生命安全，过车规难度较低。

在智能汽车芯片”战争”中，智能座舱芯片是“前哨战”，自动驾驶芯片才是“战事中的制高点”。未来智能座舱所代表的“车载信息娱乐系统＋流媒体后视镜＋抬头显示系统＋全液晶仪表＋车联网系统＋车内乘员监控系统”等融合体验，都将依赖于智能座舱SoC芯片。智能座舱芯片的市场主要竞争者有消费电子领域的高通、英特尔、联发科等，主要面向高端市场；此外还有NXP 、德州仪器、瑞萨电子等传统汽车芯片厂商，其产品主要面向中低端市场。

目前国内大部分车型搭载座舱域控制器芯片的以德州仪器的 Jacinto6 和 NXP 的 i.mx6 等上一代产品。国内新入局的竞争者主要有华为(与比亚迪合作开发麒麟芯片上车)、地平线(长安UNI-T、理想ONE的智能座舱基于征程2芯片)。

表5 智能座舱SoC芯片市场主要竞争者与最新产品

数据来源：火石创造整理

3.自动驾驶SoC芯片
（1）自动驾驶SoC芯片成自动驾驶竞赛的制高点
中国自动驾驶渗透率预测基于《智能网联技术路线2.0》提出的渗透率大框架：2025年中国L2/L3渗透率50%，2030年中国L2/L3渗渗透率70%，L4渗透率20%。

得益于政策促进，我们认为2020-2025年中国自动驾驶渗透率增长速率将快于全球。预计自动驾驶芯片的2030年中国市场规模为813亿元，其中中国2030年L2/L3芯片市场规模493亿元，L4/L5芯片市场规模320亿元。


图6 中国自动驾驶芯片市场规模预测（单位：亿元）
数据来源：火石创造根据公开资料整理


（2）自动驾驶SoC芯片竞争激烈，地平线、黑芝麻等初创公司迎来市场机会
汽车MCU芯片市场一直被恩智浦、德州仪器、瑞萨半导体等汽车芯片巨头所垄断，外来者鲜有机会可以入局。但随着汽车行业加速进入智能化时代，一场以高级别自动驾驶SoC芯片为核心的商业大战已经打响，英特尔、英伟达、高通、华为等消费电子巨头纷纷入局，地平线、黑芝麻等初创公司亦迎来机会。

图7 自动驾驶SoC芯片竞争格局

来源：火石创造根据公开资料整理

（3）开放性平台与本土化服务成本土自动驾驶SoC芯片企业竞争优势
平台开放性优势。目前全球市占率第一的Mobileye提供的自动驾驶平台是“黑箱子”解决方案，车企和Tier1客户都较难在Mobileye的产品上做修改或者开发自动驾驶算法。而英伟达和地平线等提供的则是一个开放性的软硬件平台；除了硬件平台之外还提供工具链软件、仿真软件等软件工具，可以让客户自己做自动驾驶数据采集和算法训练。

本土化服务优势。英伟达的平台具有较高的高开放性，却也不完全适合国内的部分传统车企，一方面中国车企学习适应英伟达的软件环境需要时间；另一方面英伟达也难以为中国车企提供量身定制的即时间软硬件支持服务。而中国自动驾驶芯片公司的本土化服务能力有利于它们与国外公司竞争。例如地平线地平线在长安UNI-T的征程2芯片前装量产项目中，专门派出自己的研发团队与长安的团队密切合作，提供全方位的软硬件支持服务。

图8 中国自动驾驶芯片公司的优势
 

来源：火石创造根据公开资料整理


05

破解汽车缺芯痛，推进补链强链




1. 加大战略关注和政策支持，多措施保障芯片产业链安全
美国对智能芯片产业的优先发展政策，凸显了美国希望继续保持在高科技领域的全球霸权地位。中国需要继续秉持在国家层面上支持智能芯片产业优先发展的政策，加大对发展智能芯片的支持力度。要倡导全球产业合作和技术合作，维护特殊时期国际经济合作秩序；要坚持夯实技术根基的原则，注重对智能芯片基础技术和共性技术的支持力度；要立足于自主可控原则，坚定不移地完善自主产业链，防范以“贸工技”或合资模式挤压自主创新空间；要重视企业合作创新，引导企业良性竞争和抱团合作，补足产业短板和优化产业布局。

2. 加强本地化生产，减少供应链依赖
中国车规级MCU市场占全球份额超过30%，但几乎100%依赖进口。中高端芯片市场主要被博世、大陆集团、采埃孚等国际厂商占据。欧盟和美国拜登政府都在考虑解决芯片短缺问题的方法，并通过更本地化的生产来减少对来自亚洲供应链的依赖。

工业和信息化部装备工业一司、电子信息司建议汽车芯片供应企业高度重视中国市场，加大产能调配力度，提升流通环节效率，与上下游企业加强协同，努力缓解汽车芯片供应紧张问题，为中国汽车产业平稳健康发展提供有力支撑。

具体办法方面，包括设立汽车产业核心芯片及生产设备国产化重大专项，设立芯片薄弱环节的重大科技专项，掌握 EDA 设计软件、生产设备（高端光刻机）、原材料等国产化核心技术，提升我国芯片产业的核心竞争力。强化激励政策鼓励企业加大投入，支持芯片设计和制造企业，弥补空白芯片领域。推动和鼓励主机厂敢于试用或大规模应用国产汽车主芯片，支持主机厂在整车开发过程中与国内汽车芯片商及早开展汽车芯片定制化研发，通过深度协作来提升汽车芯片品质与供应稳定性。以及从国家和行业标准角度制定准入和技术门槛，加强行业标准制定，主要是测试验证标准，确保半导体产品达标，让整车企业敢于使用国产化芯片。

3. 紧抓潜力空间和新基建投资机遇，以国产替代培育消费市场
我国有14亿的人口、超过50万亿的消费总额，可为智能芯片提供巨大的纵深市场。同时，随着“新基建”的推进，5G、特高压、城际高速铁路和轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等基础设施都需要大量的智能芯片，为我国智能芯片产业发展提供了强大的国内市场支持。

此外，智能芯片产业系统从设备、材料、制造到应用的各个环节都需要满足对应的标准和兼容性问题，这对后发企业形成很高的门槛和市场壁垒。要进一步在政府采购、企业级应用中推广国产芯片、操作系统及相关设备，为智能芯片创新技术线路提供有效的现实支持。

4. 推进汽车芯片架构升级
本次缺货的品种MCU芯片颇为传统，恰恰证明目前的汽车革命尚未进行到彻底的阶段，尚未有一个更为简洁有力的技术架构和芯片品种替代MCU。全产业链需要跟随时代进步，积极推进芯片架构升级。

5. 联动产业链上下游，以生态探寻融合发展
中国汽车芯片创新联盟牵头，联合产业链上下游，包括整车企业、汽车芯片企业、汽车电子供应商、汽车软件供应商、高校院所、行业组织等企事业位，构建汽车芯片产业链创新生态，聚焦通信、互联网、集成电路、人工智能、软件等众多领域和产业的协同创新，通过业务、市场+资本的模式，推动创新技术的落地，针对存储、计算、控制等各类芯片，形成分别突破、协同发展的良好格局。

同时也可以借助产业生态，培育芯片领域的核心人才，打破行业壁垒，补齐行业短板，实现我国汽车芯片产业的自主安全可控和全面快速发展，抢占汽车产业变革的制高点。


06

汽车芯片发展展望




近年来随着汽车智能化、电动化等的推动，汽车领域逐渐成了芯片行业增长最快的应用市场之一，而国产芯片在车规级芯片市场中处于弱势地位，对外依赖度较高。目前先进传感器、车联网、新能源三电系统、底盘控制系统、ADAS（高级驾驶辅助系统）、自动驾驶系统等关键系统芯片全部被国外垄断，我国自主车规级芯片产业规模全球占比不足5%，进口替代提升空间巨大。

汽车芯片在未来十年、十五年甚至更长的时间会影响汽车产业的发展格局，必须要聚焦重点方向，围绕感知、控制、计算等车规级芯片，走汽车芯片自主研发之路。

因此，笔者认为，需要建立一个共性基础平台，设计出基本的硬件构架，实现标准化、通用化和软硬件分离，便于自主汽车芯片搭载适配；在标准化布局上形成有中国特色的汽车芯片评价体系，指导国内车企选用自主汽车芯片；运用市场化手段通过下游市场的应用，反向拉动上游研发和制造，打通汽车需求与芯片供应。当前，政府、资本、厂商等也在联合发力，共同推进汽车芯片的技术升级和产业化进程，国产汽车芯片产业发展未来可期。


—END—
    作者 | 火石创造 黄芳
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