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1、汽車芯片：智能駕駛推動 AI 芯片放量

1.1、汽車芯片是什么？ 

汽車芯片即車規級芯片，標準要高于工業級和民用級芯片，僅次于軍工級芯片。芯片大概有以下四種級別，分別是軍工級、汽車級、工業級和民用/商業級。不同等級的芯片的標準不一，考慮到安全性、工作環境等一系列因素的影響，汽車級芯片的制作要求遠高于工業級芯片和民用級芯片，因此汽車級芯片的價格也明顯處于高位。根據 SIA / WSTS 和 Semico Research Corp.的數據，2019Q1 汽車級 MCU的平均售價為 2.07 美元，而其他各類 MCU 的平均售價僅 0.062 美元，大約只有汽車級 MCU 的 3%。

按功能分，汽車芯片可分為控制類（MCU 和 AI 芯片）、功率類、模擬芯片、傳感器和其他（如存儲器）。按英飛凌的數據，從燃油車到電動車，單車半導體價值量將從 457 美元提升至 834 美元，車用半導體市場持續擴大，但是車規芯片市場基本被國際巨頭所壟斷。傳統汽車的控制芯片主要為 MCU，其制程普遍在 40nm以下，不同 MCU 來自不同供應商，通常為代工模式，臺積電占所有汽車 MCU 晶圓代工約 70％的市場份額，智能汽車時代引入 AI 芯片；功率類芯片包括 MOSFET和 IGBT，制程在 90nm 以上，生產模式以 IDM（廠商自行設計、制造、封裝、測試）為主，部分產品逐步開始國產替代；模擬芯片主要包括電源管理芯片和信號鏈芯片，電源管理壁壘相對較低，國內布局廣泛，信號鏈芯片國內也有部分企業布局；傳感器芯片可以分為車輛感知（動力、底盤、車身、電子電器系統）和環境感知（車載攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達），智能化帶來傳感類芯片的高速增長。

行業集中度相對較高，MCU 芯片現階段市場空間最大，AI 芯片未來市場空間增速最快。目前各種類車規級芯片前五大廠商市占率之和均大于 60%，車規級芯片市場集中度相對較高。MCU 芯片、功率類芯片廠商中前五大均為海外企業，車規級芯片市場份額基本被國際巨頭壟斷。根據中汽中心數據顯示，2020 年車規級MCU 芯片市場空間為 65 億美元，遠超其他車規級芯片，2026 年預計增長至 88億美元。車規級 AI 芯片 2019 年市場空間為 10 億美元，預計以 CAGR+35%的速度迅速擴張，到 2026 年 AI 芯片市場空間將達到 120 億美元，成為市場空間最大的車規級芯片。

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1.2、汽車芯片的發展趨勢

（1）產品趨勢：汽車架構從分布到集中，汽車芯片從 MCU 到 AI 芯片汽車電子電氣架構正從分布式走向集中式，產生算力更高的域控制器芯片需求。在早期，汽車電子是以分布式 ECU 架構為主流，每個單獨的模塊都擁有自己的ECU，此時芯片的計算能力相對較弱。隨著汽車電子化程度的提高，復雜的功能推動傳統的分布式架構向中心化架構發展，對芯片算力的要求也隨之提高。博世的電子電氣架構演進圖表明，汽車的電子電氣架構將經歷三大階段、六小階段的發展。三大階段分別是分布式結構、區域中心化結構、整車中心化結構，六小階段分別是模塊化階段、模塊整合階段、區域中心化階段、區域整合階段、整車整合階段和車載云計算階段。整車電子電氣從分布式走向中心化成為一種趨勢，當汽車電子電氣架構形成域的概念后，將產生算力更高的域控制器芯片的需求。

圖 3、電子電氣架構演進圖

軟件重要性隨著自動駕駛等級提升而提升，對于芯片的要求也相應提升。根據智研咨詢發布的《2020-2026 年中國自動駕駛行業投資潛力分析及市場規模預測報告》預測，從 L1 到 L4，自動駕駛汽車中軟件的價值量將從 26%提高到 30%，而硬件的價值量將從 58%下降到 45%。軟件重要性的提高需要汽車芯片擁有更強的算力，因此，隨著智能駕駛等級的提升，對于芯片的要求將逐漸提升。

傳統汽車中的控制芯片為 MCU，主要有 8 位，16 位和 32 位三種型號。電子控制單元 ECU 是現代汽車電子的核心元件之一，泛指汽車上所有的電子控制系統，根據管理功能的不同可分為 EMS（發動機控制器）、TCU（變速箱控制器）、VCU（整車控制器）等，而 MCU 是在 ECU 當中負責數據處理和運算的芯片，是把 CPU、內存 （RAM+ROM）、多種 I/O 接口等整合到單一芯片上形成的芯片級計算機。當前汽車級 MCU 主要有 8 位，16 位和 32 位三種型號。三種型號的 MCU 在汽車的應用場景上有所不同，隨著位數的增加，MCU 的運算能力逐漸增強，適用的場景也更加高端。

對芯片算力要求的提高推動 MCU 朝高位數方向發展。在傳統的燃油汽車當中主要采用的是功能芯片 MCU，可以滿足汽車對于發動機控制、制動力控制、轉向控制等一系列簡單功能的實現。隨著汽車電子電器的發展，32 位 MCU 開始扮演車用電子系統中的主控處理中心角色，即將分散各處的低階電子控制單元（ECU）集中管理。

MCU 難以滿足智能駕駛的需求，AI 芯片進入汽車市場。車規級 AI 芯片是未來智能化汽車的“大腦”。不同于以 CPU 運算為主的 MCU，AI 芯片一般是集成了CPU、圖像處理 GPU、音頻處理 DSP、深度學習加速單元 NPU+內存+各種 I/O 接口的 SOC 芯片。自動駕駛對于芯片算力的要求有著質的飛躍，現階段 L2 級別自動駕駛計算量已達 10TOPS, L3 級別需要 60TOPS，L4 級別算力將超過 100TOPS。目前，市場上主流的 32 位 MCU 的工作頻率最高只達到 350MHZ，64 位 MCU 擁有更高的算力，但也無法滿足自動駕駛汽車數億行代碼的運算需求，這就需要算力遠高于 MCU 的 AI 芯片來滿足智能駕駛的算力需求。車規級 AI 芯片擁有 TOPS級別（1TOPS=1 萬億次計算每秒）的運算能力，可以為自動駕駛提供保障，例如英偉達 Xiavier/Orin/Atlan 芯片分別可以達到 30/200/1000TOPS 的算力。

AI 芯片主要分為 GPU、FPGA、ASIC，當前主流的 AI 芯片是 GPU，未來可能被 ASIC 替代。三類 AI 芯片之間的區別在于適用范圍不同。GPU 屬于通用型芯片，ASIC 則屬于專用型芯片，而 FPGA 則是介于兩者之間的半定制化芯片。三種AI 芯片各有優劣，但是由于當前用量有限，ASIC 難以形成規模，而 FPGA 的量產成本高，相比于 GPU 而言開發門檻又高，因此目前二者在 AI 芯片市場的占比均不高，GPU 由于運算速率快，且通用性強，開發難度又相對較低，因此在目前及未來一段時間都將占據主流地位。但是隨著 AI 芯片市場規模的擴大，預計在未來某個時間點，高性能、功耗低，量產成本又低的 ASIC 將對功耗高、成本高的GPU 形成替代，成為主流的 AI 芯片。而 FPGA 由于功能可修改這一優勢，在算法不斷更新、迭代的環境下將有很強的競爭優勢，在需求量較小的專用領域將保持住一定的市場份額。

AI 芯片加速上車，今年上市新車型開始使用 AI 芯片。各大車企今年上市的新車型開啟了 AI 芯片上車的時代，其中英偉達、高通、Mobileye 的市場占有率較高：Mobileye 在智能駕駛領域起步早，高通、英偉達則分別在智能座艙、自動駕駛領域處于領先位置。同時，自主 AI 芯片廠商同樣具有較強競爭力，以地平線和華為為代表：極狐阿爾法 S 和賽力斯 SF5 搭載華為 AI 芯片和計算平臺，嵐圖 FREE和智己 L7 搭載地平線征程系列芯片。

表 5、新車型 AI 芯片使用情況

（2）政策趨勢：汽車缺芯問題引發思考，扶持國產芯片上升到國家戰略層面21 年缺芯問題全球化，多家車企減產或停產。自 2020 年年末大眾因為大陸和博世的 ESP 芯片短缺停產開始，“缺芯片”問題陸續影響全球車企，大眾、沃爾沃、通用、福特、豐田、本田、日產等跨國車企陸續因半導體供應緊張而暫停部分工廠的生產計劃，其中涉及到多款熱銷車型。國內的一汽、長城、蔚來等也受到缺芯片影響而減產或推遲新車型的上市計劃。

表 6、缺芯對各大車企影響

車規芯片相對消費芯片具有更高的要求，國內參與者甚少，缺芯背景下缺乏自主可控供應鏈引起關注和重視。芯片設計業者，進入車用芯片供應鏈最基本的就是取得 AEC-Q100/101/200 認證，這是由北美汽車產業所推的針對集成電路應力測試認證的失效機理認證測試，其中 AEC-Q100 針對 IC 類產品、101 針對離散器件、200 針對被動零件。除此之外，車規級芯片的生產流程需要符合零失效的供應鏈品質管理標準 ISO/TS 16949 規范要求，模塊的質量測試需要符合 ISO16750 標準中“道路車輛-環境條件以及電氣電子設備測試標準”的相關規定。對于消費型產品的功能設計，國內芯片設計業者已駕輕就熟，但鑒于車規級芯片的更高要求和更大難度，以及需要投入的研發成本，目前國內企業涉及該領域的非常少。當前汽 車缺芯背景下，國內企業受制于上游的國外廠商，缺乏國產替代產品，缺乏自主可控供應鏈問題引起關注和重視。

2、市場空間：主要增量來自 AI 芯片，十年 CAGR 達 30%

2.1、乘用車市場將保持低速增長，汽車智能化推動芯片市場增長

近年來，乘用車銷量增速普遍下滑，未來將保持低速增長。根據中國汽車工業協會的數據，近年來，全球以及中國乘用車市場的銷量增速明顯下滑，2018 年以來更是出現負增長。2020 年，我國乘用車零售累計達到 1928.8 萬輛，同比下降 10%。隨著經濟逐漸復蘇，被抑制的購車需求逐漸釋放，預計 2021 年全球/中國汽車銷量增速分別 8%/10%，未來全球以及中國的乘用車銷量將分別保持 2%和 4%的低速增長。

未來全球無人駕駛行業市場前景廣闊，汽車智能化發展將推動汽車芯片的發展。隨著汽車智能化發展，無人駕駛汽車的市場前景越來越明朗，無人駕駛汽車的投入使用將帶動無人駕駛系統行業的發展，根據 IHS 報告的數據，到 2035 年，全球無人駕駛系統的市場規模將達到 6000 億元，而中國的市場規模則接近 1500 億元。汽車芯片作為無人駕駛系統的核心元件之一，受益于智能駕駛行業的發展，未來將有不錯的發展前景。

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