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汽車半導體迎來產業變革

2017-02-17
關鍵詞: 半導體

我國是全球最大的汽車產銷國,然而我國汽車半導體產業基礎非常薄弱,僅有極少數產品能進入全球汽車供應鏈。

  未來汽車將向安全、互聯、智能、節能的方向發展,高級汽車駕駛輔助系統(ADAS)、無人駕駛、車聯網(V2X)、新能源汽車等新產品和新功能層出不窮,算法芯片、毫米波雷達、激光雷達、新型MEMS傳感器等技術飛速發展,與供應鏈緊密牢固的汽車產業呈現新的發展機遇。

  我國作為行業新進者,應抓住此次產業變革的機會窗口,使汽車半導體成為我國半導體產業和汽車產業實現騰飛的重要突破口。

全球汽車半導體產業呈現三大特征

  市場占比穩定,行業集中度提高

  根據Gartner公司的研究數據,1998年,汽車市場占全球半導體市場的7%,直至2016年,市場份額僅緩慢增長至9.5%,表明汽車半導體市場長期處于穩定發展階段。2016年,全球汽車半導體市場規模達到317億美元。

  近兩年來,汽車半導體行業并購案例頻發。2015年~2016年,全球汽車半導體行業共發生10起并購,總金額超過800億美元。2015年年末,荷蘭恩智浦公司完成對美國飛思卡爾公司的收購,成為全球第一大汽車半導體企業。2016年10月,美國高通公司宣布收購尚處于消化整合階段的NXP公司,進軍汽車半導體市場。并購完成后,高通將成為僅次于英特爾和三星的全球第三大半導體公司。2015年汽車半導體排名前五的企業銷售額合計超過130億美元,市場份額超過40%。

  汽車電子產業特點突出,產業鏈形成強綁定關系

  汽車電子產業鏈具有以下特點:

  一是單個汽車廠商對芯片的需求量偏低。單個汽車廠商對單個芯片廠商的需求量遠低于智能手機等產品動輒上億顆的市場需求。加之汽車芯片有定制化需求,因此長久以來半導體企業很少與汽車廠商產生直接業務聯系,大多通過零部件供應商完成產品供應。

  二是對產品可靠性和壽命要求極高。汽車的使用環境更接近于工業機械產品,所以汽車半導體通常工作在極端溫度、高濕的惡劣環境中,加之汽車對安全事故的零容忍要求,對半導體產品的抗干擾能力,可靠性和穩定性要求極高。不同于智能手機1年左右的升級換代周期,汽車產品更新換代頻率非常低,整車服役壽命接近20年,對半導體企業長周期供貨能力提出了很高的要求。

  三是產品認證周期長、標準嚴格。汽車電子協會(AEC)的AEC-Q100標準和國際標準組織(ISO)的ISO-26262標準對汽車電子的安全性和可靠性有極高標準,要求半導體廠商獲得相應的認證方能進入汽車產業鏈。

  以上特點使得半導體企業、零部件供應商、整車廠商形成強綁定的供應鏈關系,對新進企業構成堅實的行業壁壘。

  汽車價值鏈重構,新進從業者不斷涌現

  一是互聯網企業探索進入汽車行業。近幾年來,互聯網企業在無人駕駛汽車領域非?;钴S,谷歌、百度、優步、阿里巴巴等互聯網企業均宣布了無人駕駛汽車的研發計劃,谷歌和百度等企業已實現了上路實測。谷歌公司在2005年開始無人駕駛汽車研發和測試工作。截至2016年10月,谷歌無人駕駛汽車已行駛超過322萬千米。

  二是消費電子半導體企業進軍汽車電子。汽車半導體市場的穩定增長和可觀前景,以及智能手機和PC市場發展增速下滑,使得消費電子半導體企業迫切希望進入汽車電子領域來鞏固其市場地位。高通公司已從汽車制造商獲得大量無線調制解調器訂單,其支持自動駕駛功能的驍龍車載處理器將于2017年搭載在奧迪公司的新車中。2016年,高通收購NXP后成為全球最大汽車半導體企業。英特爾公司于2011年組建車載創新和產品開發中心,提供完整平臺化解決方案,2016年宣布與捷豹公司合作開發車載智能互聯系統。我國臺灣聯發科公司于2016年宣布進入車用芯片市場,計劃于2017年第一季度發布首批車用芯片解決方案。英偉達公司已完全撤出手機市場,憑借在GPU圖像處理方面的技術積累,專攻ADAS算法芯片,2016年發布與沃爾沃公司合作的Drive PX2自動駕駛平臺。

汽車電子產業變革為半導體企業帶來發展機遇

  智能化推動汽車中半導體的搭載數量和性能提升

  汽車智能化趨勢使得汽車半導體市場的增長不再依賴于汽車產量的增加,而是車載半導體數量的增加。ADAS系統需要大量CMOS傳感器、MEMS傳感器、各種原理的探測雷達來感知周圍環境,如識別交通標志、甄別障礙物類型、測量障礙物距離車身距離,以及計算相對移動速度。目前主流ADAS系統解決方案包括CMOS傳感器、微波雷達和核心計算芯片。特斯拉汽車裝配的全自動駕駛系統包括8個攝像頭、12個超聲波雷達及一個前向探測雷達。預計處于完全無人駕駛階段的汽車中,半導體成本將超過1000美元。

  新能源汽車對功率器件需求旺盛

  新能源汽車動力系統的電氣化使得功率器件使用量大幅增加。新能源汽車動力產生和傳輸過程與汽油發動機有較大差異,需要頻繁進行電壓變換和直流-交流轉換。加之純電動汽車對續航里程的高需求,電能管理需要更精細化。實現以上功能需要大量的逆變器、變壓器、變流器,對IGBT、MOSFET、二極管等功率器件的需求遠高于傳統汽車。據統計,純電動汽車的半導體成本為704美元,比傳統汽車的350美元增加了1倍,其中功率器件成本為387美元,占55%。純電動汽車相比傳統汽車新增的半導體成本中,功率器件成本約為269美元,占新增成本的76%。

  汽車智能化帶來海量信息存儲需求

  未來汽車將不僅是交通工具,更是信息匯總、計算和傳遞的中心,對信息存儲提出了更高要求。一是車載信息娛樂系統(IVI)存儲需求不斷提高。IVI系統的顯示器尺寸越來越大、分辨率越來越高,承載的信息也更加復雜和豐富,對存儲空間和速度提出更高要求。存儲器產品一般是在消費電子應用成熟之后才向汽車領域推廣。近年來汽車內存更新換代頻率顯著提高。普通汽車上使用的DDR2內存從消費電子到汽車系統的推廣經歷了5年時間,而LPDDR4內存在2015年剛在手機上使用,2016年已開始進行汽車產品驗證,預計2017年即可進入市場。

  二是ADAS系統存儲需求不斷提高。ADAS系統需要大存儲空間和高存儲速度支撐系統的快速反應能力。尤其是圖像傳感器的數量和分辨率不斷提升,產生海量數據存儲需求。汽車存儲芯片企業美國美光公司已推出可用于ADAS系統的240GB車載固態硬盤。

  汽車電子成為半導體新技術的發展驅動力

  汽車電子領域對產品可靠性和壽命的極高要求使得只有成熟的半導體技術才會在汽車領域推廣,新興技術很少首先使用在汽車領域。近年來,汽車逐漸成為電子信息系統的新興載體,推動新興車用半導體技術的發展。

  一是汽車電子驅動激光雷達向固態化發展。目前主流激光雷達為機械結構,價格非常昂貴,早先應用于遙感、軍事、測繪等領域。固態激光雷達使用MEMS反射鏡替代機械結構控制激光束的發射角度和方向,成本大大降低,具備進入民用汽車領域的價格優勢。

  二是汽車電子驅動毫米波雷達向低成本CMOS工藝發展。毫米波雷達早先應用于導彈制導、近程雷達、火控雷達等軍用領域。無人駕駛和ADAS的應用需求推動汽車裝備毫米波雷達來提升汽車輔助駕駛性能,并促進毫米波雷達技術的不斷進步,成本不斷降低。毫米波雷達芯片主要基于SiGe工藝,未來成本更低的CMOS工藝將成為技術主流。

  三是新能源汽車推動新型SiC功率器件應用。新能源汽車是SiC功率器件的優勢應用領域。SiC功率器件相對于傳統Si基器件具有耐高溫、耐高電壓、可高速開關、開關損耗和導通電阻更低等特性,使得功率系統體積更小且能耗更低。然而SiC技術尚沒有Si技術成熟,價格非常高,市場占有率還很低。未來新能源汽車對電能精細管理的需求將驅動SiC器件技術快速進步。

我國發展汽車半導體具備后發優勢

  中國已成為全球最大的汽車產銷國

  中國汽車產銷量已連續8年位居全球第一。根據中國汽車工業協會的數據,2016年中國汽車產銷分別為2812萬輛和2803輛。2015年,中國汽車產量占全球汽車產量的27%,超過第二大生產國美國1倍以上。

  國有汽車品牌實力不斷壯大。在中國乘用車市場,2016年,中國自有品牌乘用車共銷售1052.9萬輛,同比增長20.5%,占乘用車銷售總量的43.2%。

  新能源汽車產業高速發展

  一是國內新能源汽車產銷量屢創新高。中國汽車工業協會數據顯示,2016年,國內新能源汽車產銷51.7萬輛和50.7萬輛,同比增長51.7%和53%,連續兩年保持全球第一。

  二是國家政策鼓勵發展新能源汽車產業。新能源汽車已上升為國家戰略?!吨袊圃?025》、《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等國家規劃明確將新能源汽車列為重點發展產業。2015年國家發展和改革委員會公布的《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015~2020年)》提出,到2020年,新增集中式充換電站超過1.2萬座、分散式充電樁超過480萬個,以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求。

  龍頭企業加速汽車半導體產業布局

  汽車半導體設計方面,大唐公司與NXP合資成立大唐恩智浦公司,其產品包括車燈調節器芯片、門驅動芯片和新能源汽車電池管理芯片。其中門驅動芯片是中國汽車電子前裝市場的第一顆國產芯片,也是中國首個符合AEC-Q100行業標準的產品。地圖服務商四維圖新以6億美元收購聯發科旗下的杰發科技公司,主攻車載、車控類汽車電子芯片解決方案。

  CMOS圖像傳感器方面,2016年年初,國內資本以19億美元收購美國OmniVision公司,使其成為北京豪威科技公司的子公司。2016年7月,北京君正集成電路公司宣布擬以120億元收購豪威科技公司、6.2億美元收購思比科公司,深度布局CMOS市場。收購完成后,北京君正公司將成為全球第三大CMOS圖像傳感器企業。

  新能源汽車IGBT方面,比亞迪是全球新能源汽車的領軍企業,2015年銷售額超過6萬輛。公司已布局IGBT全產業鏈,包括芯片設計、晶圓制造、測試、封裝、新能源汽車應用等。旗下比亞迪微電子公司與上海先進半導體制造公司正合作開發IGBT產品。

  代工制造方面,中芯國際通過收購意大利LFoundry公司,獲得具有汽車半導體產品經驗的8英寸生產線。華虹宏力公司深耕FS-IGBT工藝產品,與多家合作單位推出了600V、1200V、1700V等IGBT器件工藝。


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