車規(guī)MCU芯片市場高需求持續(xù)國內(nèi)廠商蓄勢發(fā)展

1、-3-目錄從汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈到車規(guī)MCU芯片0102事件：汽車零部件缺芯潮車規(guī)MCU短期供需車規(guī)MCU中期分析及長期展望0304全球市場競爭格局及國產(chǎn)替代機(jī)會&市場規(guī)模預(yù)測-4-汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈汽車半導(dǎo)體總覽MCU概述車規(guī)MCU分類及應(yīng)用從汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈到車規(guī)MCU芯片01-5-汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：賽迪研究院、statista、方正證券研究所隨著ADAS功能滲透率不斷提升，帶動車載電子價值量占 比從1970s的5%快速增長至2010年的35%，未來車載電 子占比有望達(dá)到50%。所有的電子零部件都需要半導(dǎo)體，隨著電動化，智能化， 網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，芯片在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，半導(dǎo) 體含量越來越高。

2、5%10%15%22%35%50%50%40%30%20%10%0%197019801990200020102030*中游 Tier1（集成）上游 Tier2（元件）整車設(shè)計及組裝制造模塊化功能的設(shè)計、生產(chǎn)與銷售元器件/芯片的設(shè)計及生產(chǎn)汽車電子占整車BOM成本比例趨勢下游 OEM廠商-6-汽車半導(dǎo)體總覽資料來源：華夏EV網(wǎng)，傳感器專家網(wǎng)、方正證券研究所計算與控制芯片信號與接口芯片功率半導(dǎo)體存儲芯片傳感器芯片汽車電控 單元內(nèi)部 芯片MCU高級汽車 功能主控 芯片SoC功率 芯片功率 器件PMICAC/DCIGBTMOSFETDRAMSRAMFLASH雷達(dá) 傳感器圖像 傳感器光電 傳感器總 線 芯

3、 片通 信 射 頻 芯 片為了實現(xiàn)更復(fù)雜的汽車功能， 需要域控制器技術(shù)(DCU)， 域控制器SoC芯片地位愈發(fā) 凸顯汽車半導(dǎo)體分類（功能）RAM/ROM-7-MCU概述資料來源：人民日報、IC Insights、方正證券研究所MCU（Microcontroller Unit）名為微控 制單元或者單片機(jī)，是把中央處理器的頻 率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計數(shù)器、 周邊接口等內(nèi)容都整合在單一芯片上，形 成芯片級的計算機(jī)。廣泛應(yīng)用于消費電子、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、 工業(yè)控制等領(lǐng)域。根據(jù)IC Insight 數(shù)據(jù)， 全球MCU 市場在 2020年新冠肺炎疫情沖擊下下降2%后，隨 著2021年強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇

4、，MCU的銷售額 攀升了23%，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的196億美元。簡介MCU市場規(guī)模IC Insights預(yù)測，2022年全球MCU銷 售額將增長10%，達(dá)到215億美元的歷 史新高，其中汽車MCU的增長將超過 大多數(shù)其他終端市場。MCU市場規(guī)模歷史及預(yù)測單位：百萬美元ASP-8-車規(guī)MCU分類及應(yīng)用資料來源：中汽中心、方正證券研究所8位MCU提供低端控制功能：風(fēng)扇控制、空調(diào)控制、雨刷、天窗、 車窗升降、低端儀表盤、集線盒、座椅控制、門控模塊提供中端控制功能：用于動力系統(tǒng)，如引擎控制、齒輪與離16位MCU合器控制和電子式渦輪系統(tǒng)等；用于底盤 ，如懸吊系統(tǒng)、電子式動力方向盤、扭力分散控制和電子泵、電子剎

5、車等提供高端控制功能：在實現(xiàn)L1和L2的自動駕駛功能中扮演 32位MCU重要角色，如儀表盤控制、車身控制、多媒體信息系統(tǒng)、引 擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)-9-車規(guī)MCU發(fā)展趨勢資料來源：IC Insights、FORTUNE BUSINESS INSIGHTS、方正證券研究所全球車規(guī)MCU市場規(guī)模預(yù)測車規(guī)MCU市場規(guī)模增速根據(jù)IC Insights 2021年中數(shù)據(jù)顯示，盡管受芯片短缺和疫情的影響，2021 年全球汽車MCU銷售額將預(yù)計達(dá)到76億美元的規(guī)模，相比2020年增長23%， 其中，超四分之三的汽車MCU銷售額來自32位，約為58億美元。預(yù)計全球汽車MCU銷售

6、額在2022年和2023年分別有14%和16%的增長率， 到2023年將達(dá)到100億美元的規(guī)模。各位數(shù)MCU價值量占比$76億美元$58.3億美元$4億美元$13.4億美元復(fù)雜應(yīng)用場景推動MCU向32位方向發(fā)展 但低位數(shù)產(chǎn)品難以被取代32位：從市場份額和增長速度來看，終端產(chǎn)品對于計算能力的需求與日俱增， 促使MCU全面進(jìn)入32位時代。16位：制造電動或混合動力汽車、照明設(shè)備等汽車模塊的需求越來越大，使得16位單片機(jī)占據(jù)了細(xì)分領(lǐng)域第二高的市場份額。物聯(lián)化將帶來具有WiFi或藍(lán)牙的 微控制器的制造量激增。8 位：在簡單應(yīng)用中成本更低，能效比更高，依然難以被取代。-10-事件：汽車缺芯潮總結(jié)：市場短

7、期供需情況事件：汽車缺芯潮車規(guī)MCU短期供需02-11-事件：汽車缺芯潮復(fù)盤及預(yù)判資料來源：方正證券研究所2019 2020 2021 2022 2023 疫情導(dǎo)致全球主要汽車OEM廠商對汽車銷售的悲觀 預(yù)期，主動下修車規(guī)半導(dǎo)體需求訂單晶圓廠產(chǎn)能從 車規(guī)芯片向消費電子轉(zhuǎn)移國內(nèi)先進(jìn)制程部分產(chǎn) 能擴(kuò)張受限疫情導(dǎo)致全球產(chǎn)業(yè)鏈供 應(yīng)鏈體系中斷中國吉林，上海等地爆 發(fā)新一輪疫情導(dǎo)致汽車 產(chǎn)業(yè)鏈再一次中斷消費電子需求開始疲軟，進(jìn)入被動加庫存狀態(tài)，晶 圓廠產(chǎn)能從消費電子向車規(guī)電子回流，此過程耗時 較長，導(dǎo)致汽車芯片供給受限汽車電動化，智能化速度超 預(yù)期帶動汽車產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)入新 一輪景氣周期車規(guī)芯片進(jìn)入主動加庫存

8、目前： 疫情沖擊下新能源汽車銷量逆勢提高， 面對下游龐大市場需求整車廠進(jìn)入 主動加庫存階段，車規(guī)芯片需求量持續(xù)保持高位， 預(yù)計車規(guī)MCU 芯片高需求將會持續(xù) 到22 年底， 擴(kuò)產(chǎn)能的投資有望在23 年中實現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模大體量提升。疫情影響市場需求變化帶來產(chǎn)能布局調(diào)整海思4月，全面斷供 華為9月，全面斷供全球備貨進(jìn)入瘋狂尾聲 導(dǎo)致全球半導(dǎo)體產(chǎn)能緊張華為備貨潮后帶來聯(lián)動影響 導(dǎo)致小米、OPPO、vivo等廠商進(jìn)入第二輪備貨競賽 全球半導(dǎo)體產(chǎn)能持續(xù)緊張中美貿(mào)易爭端及中興華為制裁升級半導(dǎo)體行業(yè)自主可控關(guān)注提升華為制裁經(jīng)歷1.03.0 加速采購提升庫存應(yīng)對斷供風(fēng)險中美貿(mào)易爭端技術(shù)發(fā)展進(jìn)程-12-事件：汽車缺

9、芯潮-渠道漲價資料來源： HARD FIND Electronic 、方正證券研究所通常，MCU完成內(nèi)部生產(chǎn)需要12-16周。與22Q1 相比， MCU的短缺更加明顯， 大多數(shù) MCU都處于短缺狀態(tài)，尤其是意法半導(dǎo)體和恩智 浦。車載MCU目前只有瑞薩和賽普拉斯提供，貨 期為32-45周，其他品牌處于短缺狀態(tài)。2022年，汽車MCU訂單幾乎滿員，價格持續(xù)上漲。 其中，意法半導(dǎo)體3月24日宣布，將在第二季度 上調(diào)所有產(chǎn)品線的價格。如今，對MCU的需求不僅是數(shù)量上的。隨著新興 產(chǎn)業(yè)的推動，對低功耗、高算力、定制化、專用 外設(shè)的新要求逐漸增加。廠商產(chǎn)品21Q4貨期(周)22Q1貨期(周)22Q2貨期(

10、周)貨期 趨勢價格 趨勢意法半導(dǎo)體8-bit MCU32-bit MCU Auto MCU配貨20-26配貨配貨40配貨短缺40短缺微芯8-bit MCU32-bit MCU52+52+52+52+52+52+英飛凌Auto MCU32-45配貨短缺英飛凌+賽普拉斯8-bit MCU32-bit MCU Auto MCU454532-45454532-4545-524532-45瑞薩8-bit MCU32-bit MCU Auto MCU35-4035-403040-4540-4545525245恩智浦8-bit MCU32-bit MCUAuto MCU配貨配貨配貨配貨配貨配貨短缺短缺短缺交

11、貨周期延長&渠道價格提升-13-事件：汽車缺芯潮-整車減產(chǎn)資料來源： Auto Forecast Solution 、愛集微、澎湃網(wǎng)、方正證券研究所車輛數(shù)（萬）2022年芯片短缺全球車輛減產(chǎn)影響（周）20018016014012010080604020003-2804-0404-1104-1804-2505-0205-0905-16歐洲北美亞洲（除中國）中國南美中東/非洲芯片短缺引發(fā)全球汽車減產(chǎn)Auto Forecast Solution (AFS) 自2021年初開始監(jiān)測芯片短缺對全球 整車生產(chǎn)的影響。2021年，由于芯片短缺，全球汽車市場累計減產(chǎn)量約為1,020萬輛。截至5月15日，由于芯

12、片短缺，今年全球汽車市場累計減產(chǎn)量約為172 萬輛。其中，中國汽車市場累計減產(chǎn)量增加至9.2萬輛，占全球累計減 產(chǎn)量的5.3%。盡管全球車輛件產(chǎn)量增速有所下降，AFS負(fù)責(zé)全球車輛預(yù)測的副總裁Sam Florani表示，較少的削減并不一定是半導(dǎo)體供應(yīng)改善的跡象。AFS預(yù)計，今年全球汽車市場累計減產(chǎn)量會攀升至279萬輛。-14-事件：汽車缺芯潮-三化進(jìn)程加劇短缺資料來源：汽車商業(yè)評論雜志、乘聯(lián)會、電子發(fā)燒友、EV-volumes、方正證券研究所2008年次貸危機(jī)引起的芯片短缺缺貨恢復(fù)比較快，主要在Tier1和芯片公司之間解決，車企的體感不強(qiáng)此次芯片短缺除了經(jīng)濟(jì)環(huán)境受疫情沖擊帶來的產(chǎn)銷供需影響外，汽

13、車“三化”發(fā)展的進(jìn)程進(jìn)一步加劇了芯片短缺的緊迫性汽車銷量下降，進(jìn)而導(dǎo)致半導(dǎo)體訂單減少市場回升后，產(chǎn)量的暴增使芯片發(fā)生短缺芯片 短缺當(dāng)前仍處于L0-L2自動駕駛滲透率快速提升階段，智能駕駛需求將持續(xù)提高ECU和MCU用量：作為汽車電子系統(tǒng)內(nèi)部運算和處理的核心，MCU是 實現(xiàn)汽車智能化的關(guān)鍵。據(jù)iSuppli報告顯示，一輛汽車中所使用的半導(dǎo)體 器件數(shù)量中，MCU芯片約占30%。這意味著每輛車至少需要使用70顆以 上的MCU芯片。8060402002021-042022-04乘用車新四化指數(shù) 73.2 53.1 38.227.12021-06新四化指數(shù)2021-082021-10電動化指數(shù)2021-

14、12智能化指數(shù)2022-02網(wǎng)聯(lián)化指數(shù)電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化指數(shù)分別指符合電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化條件的車型銷量在乘用車總體市場中所占的份額，去除百分號符號后得到智能化三電系統(tǒng)的電控需求增加，車規(guī)級MCU需求將預(yù)計大幅成長：2021年全球 電動汽車銷量達(dá)到67.5萬輛，比2020年增長108%，由于2020年的低基數(shù)， 盡管2021年同比增長率極端，但2021年的銷量仍然是可觀的。電動化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增多提升了對聯(lián)網(wǎng)能力需求，MCU作為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵元件 同時也需要兼顧成本和功耗，促使無線MCU解決方案快速進(jìn)入行業(yè)視野。網(wǎng)聯(lián)化當(dāng)前仍處于L0-L2自動駕駛滲透率快速提升階段，智能駕駛需求將持續(xù)提 高

15、ECU和MCU用量：作為汽車電子系統(tǒng)內(nèi)部運算和處理的核心，MCU是 實現(xiàn)汽車智能化的關(guān)鍵。據(jù)iSuppli報告顯示，一輛汽車中所使用的半導(dǎo)體 器件數(shù)量中，MCU芯片約占30%。這意味著每輛車至少需要使用70顆以 上的MCU芯片。智能化-15-事件：汽車缺芯潮-高標(biāo)準(zhǔn)車規(guī)限制產(chǎn)能資料來源：頭豹研究院、國際電子商情、方正證券研究所參數(shù)消費電子工業(yè)級汽車級溫度0C 70C-40C 85C-40C 150C發(fā)動機(jī)艙： -40C 150C車身控制： -40C 125C濕度低根據(jù)環(huán)境而定0100%工作壽命3-5年5-10年15年交付良率200 DPPM10 DPPM1 DPPM驗證標(biāo)準(zhǔn)JESD47JESD

16、47安全性認(rèn)證 ISO 26262可靠性認(rèn)證：AEC Q系列品質(zhì)管理系統(tǒng)認(rèn)證：IAFT 16949工作溫度要求范圍更寬運行穩(wěn)定性要求高，需適應(yīng)濕度、發(fā)霉、粉塵、高低溫交互等狀況 抗干擾性要求高，能抵御ESD靜電、EFT群脈沖、RS傳導(dǎo)輻射等 使用壽命長故障率零容忍ISO 26262包含了從概念設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)到批產(chǎn)后各階段的主要安全活動AEC-Q系列是主要針對車規(guī)電子元器件可靠性評估的規(guī)范IAFT16949是汽車芯片車規(guī)級認(rèn)證的門檻模式汽車質(zhì)量管理體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前，MCU根據(jù)不同指標(biāo)分為消費級MCU、工業(yè)級MCU和汽車級MCU，不同MCU的良品率要求各異其中消費級MCU注重功耗和成本，工業(yè)級M

17、CU注重平衡新能、功耗、成本和可靠性，汽車級MCU則注重安全和可靠 從消費到工業(yè)再到汽車的領(lǐng)域，對MCU自身的要求愈發(fā)嚴(yán)格，產(chǎn)線也越來越高端，這是汽車MCU最難造的重要原因-16-總結(jié)市場短期供需情況資料來源：Applied Market Research、Global Market Insights、 Semiconductor Intelligence、方正證券研究所短期產(chǎn)能提升受限的因素汽車芯片廠，晶圓代工廠原料成本上升 疫情影響供應(yīng)鏈因素，整體生產(chǎn)周期變長需要低于40納米的先進(jìn)工藝節(jié)點，依賴代工廠技術(shù) 極高的產(chǎn)品一致性要求，無法隨意更換產(chǎn)線、供應(yīng)商車規(guī)級芯片門檻高，短時間內(nèi)其他廠商無法

18、快速通過認(rèn)證 從擴(kuò)產(chǎn)能投資到產(chǎn)能增長實現(xiàn)仍需要較長的周期面對高需求短期產(chǎn)能提升受限，車規(guī)MCU仍供不應(yīng)求 但是在外部因素帶來的沖擊緩和后，車規(guī)MCU的中期市場需求有多大，是否有持續(xù)性？下游應(yīng)用：汽車領(lǐng)域MCU增長需求最快MCU市場（功能應(yīng)用）汽車消費電子工業(yè)醫(yī)療設(shè)備軍工其他汽車板塊將保持領(lǐng)先地位：汽車應(yīng)用領(lǐng)域在2020年占據(jù)了超過35%的市場份額，并預(yù)計到2027年將以10%左右的速度增長IDM模式下自建生產(chǎn)公司更加審慎的擴(kuò)張決策擴(kuò)大產(chǎn)能的硬件配置需要時間，而IDM廠商對需求可持續(xù)問題產(chǎn)生擔(dān)憂半導(dǎo)體資本支出與半導(dǎo)體市場變換率趨勢2021年資本支出增長36%，高于警戒線，但低于危險線IC Ins

19、ights目前預(yù)測2022年半導(dǎo)體固定資產(chǎn)支出增長24%，接近警戒線資本支出變化率市場規(guī)模變化率半導(dǎo)體資本支出變化率%半導(dǎo)體市場規(guī)模變化率%危險線警戒線-17-汽車E/E（電子電氣）架構(gòu)博世五域劃分下車規(guī)MCU中期變化中期總結(jié)和長期趨勢分析車規(guī)MCU中期分析及長期展望03-18-汽車E/E（電子電氣）架構(gòu)演變構(gòu)想博世的漸進(jìn)式的電子電氣架構(gòu)演變隨著汽車功能逐漸增加，特別是汽車“三化”后，傳統(tǒng)分布式架構(gòu) 通過增加ECU來增加汽車功能存在算力浪費，車內(nèi)線路繁雜、汽車 空間使用效率低、系統(tǒng)升級困難、新增ECU邊際成本遞增等弊端， 用域控制器合理集成ECU功能是大勢所趨。本篇分析：“缺芯”事件結(jié)束后，車

20、規(guī)MCU供需回歸常態(tài)，汽車 “三化”和電子電氣架構(gòu)持續(xù)由分布式到域控制演進(jìn)兩大過程對車 規(guī)MCU需求量有何影響，這是本篇“中期”分析的定義與前提。暫 不討論更前沿的E/E架構(gòu)設(shè)想?！爸衅诜治觥辟Y料來源：博世官網(wǎng)、方正證券研究所-19-從分布式的核心電子控制單元ECU到域控制器DCUECU（Electronic Control Unit）即電子控制單元，是控制汽車功能的“電腦”, 其內(nèi)部包括MCU、存儲器，輸入/輸出接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）及其他集成電路。分布 式下，單個ECU控制汽車的某一功能，增加汽車功能就要 增加ECU，而ECU增加會帶來MCU的增加。ECU及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖DCU及其內(nèi)部

21、結(jié)構(gòu)簡圖DCU（Domain Control Unit）域控制單元，是指集中 控制汽車某些功能的控制器，其芯片主要是SoC芯片，內(nèi) 部包括高算力微處理器、存儲器，輸入/輸出接口等。域 控制下，汽車某些功能被整合起來由DCU一并控制， ECU數(shù)量減少引致MCU的用量下降。系 統(tǒng) 級 芯 片 SoC（System on Chip) 汽車功能整合和功能 提升（特別是自動駕 駛等）需要算力更強(qiáng) 的系統(tǒng)級芯片SoC， SoC 相較MCU 有專 精某一功能，性能提 升的特點。資料來源：測控網(wǎng)、TDK、方正證券研究所-20-域控架構(gòu)根據(jù)汽車功能分類汽 車 功 能動 力傳 統(tǒng) 功 能汽車功能眾多，有些功能自汽

22、車誕生之日就已經(jīng)存在，有些則是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展在某一時刻運用并保留在汽車上。智能化的趨勢下，各 類新興功能加速增添運用并持續(xù)更新迭代。博世按汽車功能拆分整車為動力域，底盤域，車身域，座艙域，自動駕駛域?；诓┦赖臉?gòu)想， 我們將集成了傳統(tǒng)功能的動力域，底盤域和車身域歸為一組，座艙域和自動駕駛域歸為新興功能組。新 興 功 能新能源汽車動力總成相關(guān)功能汽車底盤及其配件相關(guān)功能汽車部分傳統(tǒng)車身功能底 盤車 身智能座艙自動駕駛資料來源：華?？萍脊倬W(wǎng)、博世官網(wǎng)、方正證券研究所座艙液晶儀表盤各類輔助駕駛/自動駕駛功能-21-基于自動駕 駛的需要， 底盤域功能 向線控系統(tǒng) 演進(jìn)BCM控制的車身 電子系統(tǒng)包括

23、電 動車窗，門鎖， 空調(diào)，遙控器， 燈光，報警，雨 刮，電動后視鏡 等傳統(tǒng)功能域動力域（電車）底盤域車身域整車控制 單元（VCU)電池管理系 統(tǒng)（BMS)電機(jī)控制器（Motor Control Unit）電池管理單元（BMU）電池控制器單元（BCU）線控系統(tǒng)線控?fù)Q擋線控轉(zhuǎn)向線控油門線控制動線控懸架汽車網(wǎng)關(guān)車身控制器（BCM）胎壓監(jiān)測 系統(tǒng)（TPMS)駕駛意圖和 車輛狀態(tài)等 輸入信號制定功率輸 出策略并通 過 CAN 總線 控制BMS需求扭矩，期 望車速等信息給電機(jī)提 供電能控制電機(jī)提供 機(jī)械能，給底 盤提供動力傳統(tǒng)功能域劃分資料來源：方正證券研究所-22-動力域電車動力系統(tǒng)帶來MCU數(shù)量增加傳

24、統(tǒng)燃油車的動力系統(tǒng)主要包括發(fā)動機(jī)和變速箱，這 兩個部件中的控制芯片合計布局2塊：一塊發(fā)動機(jī)主 控MCU和一塊變速器主控MCU傳統(tǒng)燃油車動力系統(tǒng)MCU使用布局新能源汽車動力域MCU用量較多純電動汽車動力系統(tǒng)包括整車控制模塊，電機(jī)控制器 模塊，電池管理模塊三個部分。域控構(gòu)造下，動力域 控制器集中控制上述三個部分，和傳統(tǒng)燃油車不同的 動力系統(tǒng)帶來了MCU的增量，預(yù)計用量將超過5塊。 下文對三個模塊進(jìn)一步的介紹。資料來源：英飛凌官網(wǎng)、方正證券研究所-23-動力域電車動力系統(tǒng)帶來MCU數(shù)量增加基本原理：VCU獲取輸入信號（駕駛意圖，車 輛狀態(tài)等），由該信號制定合理的功率輸出和 能量回收策略，并通過CAN

25、，LIN總線將控制 命令輸出給其它動力總成控制器。VCU中有一塊主控芯片，以優(yōu)控智行的方案為 例，它使用的是汽車工業(yè)級32位MCUNXP MPC56Xxx/MPC57xx等多核MCU基本原理：電池管理系統(tǒng)（BMS）是整車控制系 統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)行電池管理的控制單元，VCU通過 CAN總線與BMS進(jìn)行通訊，實施對動力電池組的 有效控制。如上圖示，恩智浦的電池管理系統(tǒng)解決方案顯示 該系統(tǒng)應(yīng)該至少存在四塊MCU芯片整車控制單元VCU電池管理系統(tǒng)BMS電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)基本原理：電機(jī)控制器由逆變器和控制器兩 部分組成。逆變器將電池輸送的直流電逆變 成三相交流電給汽車電機(jī)供能?？刂破鹘邮?來自VCU的需求扭矩和目

26、標(biāo)車速等信息，然 后通過控制器控制逆變器等IGBT模塊進(jìn)行 動態(tài)扭矩矢量控制，進(jìn)而電機(jī)將電池的電能 轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。控制器中的主控芯片是MCU資料來源：優(yōu)控智行官網(wǎng)、恩智浦官網(wǎng)、方正證券研究所-24-車身域傳統(tǒng)功能眾多，MCU數(shù)量相對穩(wěn)定車身控制模塊示意圖TPMS輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖TPMS的作用是在汽車行駛過程中對輪胎氣壓進(jìn)行實時自動監(jiān) 測，并對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報警，以確保行車安全。恩智 浦的方案中包含一塊8-bit算力的MCU控制芯片。在英飛凌的車身控制模 塊方案中，車身控制器 芯片是高位數(shù)多核MCU車窗升降器ECU汽車照明系統(tǒng)ECU 電動后視鏡ECU 暖通空調(diào)ECU雨刮器控制ECU車

27、身控制模塊是專門用于執(zhí)行、監(jiān)控和控制汽車車身功能及相關(guān) ECU 的電控單元 。 車身域覆蓋的汽車功能技術(shù)上較為成熟且使用生命周期長，實現(xiàn)這些功能對芯片算 力的要求較低，在我們的中期分析，MCU價格回歸常態(tài)，因此使用MCU控制簡單 車身功能成本較低，結(jié)合上述原因車身域MCU數(shù)量在這個階段穩(wěn)定。以英飛凌的方案為例，車身控制器中的控制芯片方案以32位MCU為主。資料來源：恩智浦官網(wǎng)、英飛凌官網(wǎng)、方正證券研究所底盤域?qū)崿F(xiàn)X-By-Wire離不開MCU汽車自動駕駛分為三個步驟：傳感器感知 識別、控制器決策規(guī)劃、底盤域控制執(zhí)行， 自動駕駛技術(shù)發(fā)展的需要離不開底盤線控 技術(shù)的推進(jìn)。底盤域控制器整合線控油門，

28、 線控?fù)Q擋，線控懸架，線控轉(zhuǎn)向，線控制 動五大功能。底盤域控制器方案域控制器MCU芯片線控懸架：駕駛時，傳感 器將汽車的振動幅度，車 速，運行狀態(tài)等轉(zhuǎn)變?yōu)殡?信號，輸送給ECU，ECU 將傳感器送入的信號進(jìn)行 處理，輸出對懸架的剛度、 阻尼及對車身剛度進(jìn)行調(diào) 節(jié)的控制信號。線控轉(zhuǎn)向：轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤 的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電信號輸入 ECU，ECU接收車速，位 移等傳感器的信號來控制 轉(zhuǎn)矩及電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向， 生成反饋轉(zhuǎn)矩，控制轉(zhuǎn)向 電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)矩 大小和旋轉(zhuǎn)角度。線控制動：駕駛員發(fā)出制 動信號，踏板高度傳感器 測量到輸入推桿的位移后， 將該位移信號發(fā)送到ECU， 由ECU計算制動請求并輸 出信號，

29、未來的自動駕駛 汽車根據(jù)場景需要能夠主 動生成制動指令。-25-底盤線控技術(shù)中線控油門和線控?fù)Q擋運用較為成熟，與動力系統(tǒng)的聯(lián)系緊密；實現(xiàn)線控 懸架，轉(zhuǎn)向，制動功能的技術(shù)要求較高，其大致原理如下：線控油門：駕駛者控制油門踏板高度，傳感器感應(yīng)到踏板高度有變化，將此信息送 往ECU，ECU根據(jù)信息計算出合適的電機(jī)扭矩，從而控制車速。線控?fù)Q擋：駕駛者換檔指令通過傳感器傳遞給ECU，ECU處理信號后將指令發(fā)給換檔電機(jī)，實現(xiàn)前進(jìn)檔、倒檔和空檔的切換。資料來源：英飛凌官網(wǎng)、方正證券研究所-26-新興功能域劃分新興功能域座艙域自動駕駛域一芯多屏人機(jī)交互抬頭顯示（HUD）高清液晶 儀表車載信息 娛樂系統(tǒng)語音交互

30、手勢交互域控制器傳感器設(shè)備針對AI算 法的ASIC各類接口軟件&算法毫米波雷達(dá)激光雷達(dá)攝像頭CISOTA升級資料來源：方正證券研究所-27-座艙域座艙智能化，MCU地位下降上圖德州儀器的方案里的SoC芯片DRA71XEVM 包含兩個ARM Cortex-M4 處 理子系統(tǒng)、一個 C66x 數(shù)字信號處理器 (DSP)、2D 和 3D 圖形處理單元、 Imagination Technologies 的 POWERVR SGX544。而MCU則運用在如LED Driver，Vehicle Interface Processor等周邊功能模塊。儀表盤以恩智浦的儀表盤方案為例，儀表盤的性能提升使得MC

31、U的主控地 位被高算力處理器取代。HUD抬頭顯示實現(xiàn)HUD功能特別是AR-HUD所需要處理的信息量很大，處理器方 案需要系統(tǒng)級芯片SoC。智能座艙實現(xiàn)的功能繁多，包括信息娛樂，人機(jī)交互，為了滿足實現(xiàn)這些先進(jìn)功能的需要，更高性能車載芯片作用愈發(fā)凸顯，MCU地位有下降趨勢。以儀表盤和抬頭顯示兩個座艙功能的實現(xiàn)方案為例：資料來源：恩智浦官網(wǎng)、德州儀器官網(wǎng)、方正證券研究所-28-自動駕駛域自動駕駛等級提升，算力要求陡增自動化等級名稱釋義L0應(yīng)急輔助系統(tǒng)不能持續(xù)執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的車輛橫向或縱向運動 控制，但具備持續(xù)執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的部分目標(biāo)和事件 探測與響應(yīng)的能力。L1部分駕駛輔助系統(tǒng)在其設(shè)計運行條

32、件下持續(xù)地執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的車 輛橫向或縱向運動控制，且具備與所執(zhí)行的車輛橫向或縱 向運動控制相適應(yīng)的部分目標(biāo)和事件探測與響應(yīng)的能力。L2組合駕駛輔助系統(tǒng)在其設(shè)計運行條件下持續(xù)地執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的車 輛橫向和縱向運動控制，且具備與所執(zhí)行的車輛橫向和縱 向運動控制相適應(yīng)的部分目標(biāo)和事件探測與響應(yīng)的能力。L3有條件自動駕駛系統(tǒng)在其設(shè)計運行條件下持續(xù)地執(zhí)行全部動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)。L4高度自動駕駛系統(tǒng)在其設(shè)計運行條件下持續(xù)地執(zhí)行全部動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)并自動執(zhí)行最小風(fēng)險策略。L5完全自動駕駛系統(tǒng)在任何可行駛條件下持續(xù)地執(zhí)行全部動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)并 自動執(zhí)行最小風(fēng)險策略。我國標(biāo)準(zhǔn)將0-2級自動化稱為駕駛輔助，要實現(xiàn)駕駛

33、輔 助，必須為汽車添加輔助功能，而這些功能的添加在目 前的車型中仍是分布式，這些功能仍有對應(yīng)ECU。3-5 級是自動駕駛，域控制下ADAS功能整合，這需要高性 能，專業(yè)化的SoC主控芯片解決方案，到了這個階段 MCU主要起一些“輔助”功能。資料來源：GB/T 40429-2021汽車駕駛自動化分級汽車駕駛自動化等級劃分資料來源：工信部、Utmel Electronic、方正證券研究所-29-駕駛輔助（L0-L2）分布式增加ADAS功能，MCU用量增加資料來源：中國汽車工業(yè)信息網(wǎng)、IDC、方正證券研究所2021中國汽車各種ADAS功能裝備率中國L2級別自動駕駛滲透率逐步提高L2級別自動駕駛汽 車

34、滲透率提高駕駛輔助功能裝載率提升汽車傳感器用量大量增長處理傳感器信息的MCU隨之增加預(yù)計近幾年中國主流自動駕駛等級仍是L1-L2高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS （ Advanced Driving Assistance System）是指通過車載傳感器獲取車身、環(huán)境、人體等信息實 現(xiàn)駕駛輔助，并將進(jìn)一步實現(xiàn)自動駕駛的汽車功能系統(tǒng)。ADAS主要包括主動安全，駕駛舒適性，泊車輔助等功能。目前中國汽車市場還處于L2等級高速滲透的階段，整車廠商綜合 考慮成本和性能，新增ADAS功能仍沿用分布式的構(gòu)架。傳導(dǎo)機(jī)制分析中國自動駕駛汽車出貨量及增長率2021-2025-30-自動駕駛（L3+）ADAS功能域集中，M

35、CU使用范圍縮窄自動駕駛域控制器中MCU的一大作用是作為安全芯片（safety core），添加安全芯片是為了預(yù)防硬件的意外 失靈，診斷異常狀態(tài)或者發(fā)生單處故障時有安全備份處理 方案。前文所述車規(guī)ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，是汽車行 業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)，合格的車規(guī)SoC的設(shè)計都必須遵循該標(biāo)準(zhǔn)。Audi A8域控制器 zFAS上作為安全芯片 的英飛凌Aurix MCU以NVIDIA DRIVE Orin SoC 產(chǎn)品為例：其內(nèi)部集成新 一代GPU架構(gòu)和Arm Cortex-A78AE CPU內(nèi)核，這些都 是高算力處理器，SoC芯片控制多個自動駕駛傳感器?？?制諸多傳感器不再需要多個MCU，而是由域

36、主控芯片統(tǒng) 一控制。該方案中MCU的功能主要和周邊驅(qū)動有關(guān)。ADAS功能域集中后SoC起主控地位資料來源：奧迪官網(wǎng)，英偉達(dá)官網(wǎng)、方正證券研究所-31-資料來源：方正證券研究所本篇總結(jié)“中期”MCU變化和長期趨勢分析本篇定義L3以及更高的自動駕駛普及的時期為長期。 這個階段的假設(shè)前提和主要特征有：電車替代油車的進(jìn)程接近平臺期。汽車外觀和基本結(jié)構(gòu)不變，車身傳統(tǒng)功能不變。ADAS功能全部域集中控制，所有傳感器均統(tǒng) 一協(xié)調(diào)控制，信息均由主控SoC處理?；谏鲜鲒厔?，我們認(rèn)為MCU在傳統(tǒng)功能的控制上應(yīng)當(dāng)仍有一席 之地，而在座艙和自動駕駛方面用途式微。伴隨E/E架構(gòu)進(jìn)一步發(fā) 展，座艙域和自動駕駛域也有融合

37、趨勢，直至實現(xiàn)全車中央計算機(jī) 控制架構(gòu)，未來可能還有云端中央電腦對汽車進(jìn)行控制。未來汽車高度智能化，自動化后，車用MCU的長期需求量或?qū)⒊?下降趨勢。動力域：汽車電動化帶來動力系統(tǒng)革新，引致MCU用量增加車身域：車身傳統(tǒng)功能使用MCU主控成本較低，MCU數(shù)量無明顯變化底盤域：線控技術(shù)需要設(shè)置控制對應(yīng)功能的ECU，MCU數(shù)量隨之變動座艙域：隨著座艙相關(guān)功能的提升和創(chuàng)新，算力 要求提升，MCU地位逐漸下降，角色逐漸邊緣自動駕駛域：中期，分布式架構(gòu)的車身ADAS功 能的增加，帶來MCU數(shù)量的增加總結(jié)：中期汽車電動化和智能化的進(jìn)程，促使車用MCU需求量增加-32-車用半導(dǎo)體行業(yè)概況車規(guī)MCU競爭格局國

38、產(chǎn)替代趨勢及廠商產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程市場規(guī)模預(yù)測全球市場競爭格局及國產(chǎn)替代機(jī)會&市場規(guī)模預(yù)測04-33-車用半導(dǎo)體行業(yè)概況：全球市場份額資料來源： 華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、中國經(jīng)濟(jì)新聞網(wǎng)、中國經(jīng)營網(wǎng)、新華社、Wind、方正證券研究所根據(jù)Gartner公司的最終統(tǒng)計結(jié)果，2021年全球半導(dǎo)體收入同比增長26.3%，總計5950億美元。汽車市場在2021年增長了34.9%，表現(xiàn)優(yōu)于所有其他終端市場。全球主要地區(qū)汽車芯片自主產(chǎn)業(yè)規(guī)模情況（2019）歐洲, 37%美國, 30%日本, 25%中國, 3%其他, 5%中國市場僅占比3%（低端部分）目前我國汽車芯片自給率不足10%、國產(chǎn)化率僅為5%，供應(yīng)高度依賴國外需求側(cè)：

39、中國汽車約占全球30%，是車規(guī)級芯片需求最大的市場供給側(cè)：國內(nèi)汽車芯片進(jìn)口率高達(dá)95%，像用于動力系統(tǒng)、底盤控制和ADAS等功能的關(guān)鍵芯片均被國外巨頭壟斷-34-全球車規(guī)MCU行業(yè)競爭資料來源：中汽中心、愛集微、蓋世汽車、方正證券研究所全球車規(guī)MCU市場集中度高，且有著輕晶圓廠戰(zhàn)略，依 靠晶圓代工廠將技術(shù)轉(zhuǎn)化為芯片產(chǎn)品。從供給端來看， 臺積電占所有外包車規(guī)MCU出貨量約60%-70%，但汽 車芯片業(yè)務(wù)僅占其總收入3%。頭部廠商對臺積電的強(qiáng)依 賴性，放大了供需錯配的矛盾：臺積電因疫情降低車規(guī) MCU產(chǎn)能分配，在終端需求攀升后車規(guī)芯片供不應(yīng)求。對下游的議價能力新進(jìn)入者威脅對上游的議價能力替代品威脅

40、市場集中度高，呈集中寡占型：CR8=63%，存量市場競爭充分 對下游的議價能力強(qiáng)：車規(guī)級MCU供不應(yīng)求后，價格升幅較大有一定對上游的議價能力：汽車芯片與汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈上下游間耦 合程度高，IDM廠商具有晶圓制造能力，但對晶圓制造用原材料及 設(shè)備有一定依賴性新進(jìn)入者威脅弱：車規(guī)MCU技術(shù)壁壘高有一定替代品威脅：車規(guī)MCU在功能上有逐步邊緣化的潛在風(fēng)險競爭戰(zhàn)略分析 波特五力模型同業(yè)競爭者競爭程度2020年全球車規(guī)級MCU供應(yīng)商市占率14%11%10%8%6%7%4%3%37%恩智浦 英飛凌 瑞薩電子意法半導(dǎo)體 德州儀器 博世安森美 微芯科技 其他-35-中國MCU市場發(fā)展現(xiàn)狀國產(chǎn)替代化趨勢資料來源

41、：頭豹研究院、維科網(wǎng)、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、方正證券研究所本土廠商在車規(guī)MCU的市場份額占比小，可發(fā)展空間大；宏觀市場影響加劇本土化替代的緊迫性，MCU持續(xù)缺貨，而海外大廠新增產(chǎn)能有限，國產(chǎn)替代的趨勢延續(xù)；政策加持，推動MCU研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，維護(hù)汽車工業(yè)的穩(wěn)定運行。國內(nèi)汽車芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、技術(shù)水平低，發(fā)展嚴(yán)重滯后于整車產(chǎn)業(yè)，在汽 車產(chǎn)業(yè)鏈中話語權(quán)較弱。16%26%13%33%11%26%25%2020年全球及中國MCU芯片應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)8%汽車電子 消費電子 工控/醫(yī)療 計算機(jī)其他23%19%內(nèi)環(huán)：中國外環(huán)：全球2020年7月國務(wù)院關(guān)于新時期促進(jìn)集成電 路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)

42、量 發(fā)展若干政策的通知聚焦高端芯片、集成電路裝備和工藝技術(shù)、集 成電路關(guān)鍵材料、集成電路設(shè)計工具、基礎(chǔ)軟 件、工業(yè)軟件、應(yīng)用軟件的關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)2021年2月工信部基礎(chǔ)電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā) 展行動計劃 （ 2021 年 - 2023年）面向智能終端、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等重要行業(yè)， 推動基礎(chǔ)電子元器件實現(xiàn)突破，提升產(chǎn)業(yè)鏈供 應(yīng)鏈現(xiàn)代化水平2021年3月十三屆全 國人大四 次會議中華人民共和國國民經(jīng) 濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五 年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo) 綱要聚焦高端芯片、操作系統(tǒng)、人工智能關(guān)鍵算法、傳感器等關(guān)鍵領(lǐng)域，加快推進(jìn)基礎(chǔ)理論、基 礎(chǔ)算法、裝備材料等研發(fā)突破與迭代應(yīng)用2022年3月工信部工業(yè)和信息

43、化平穩(wěn)運行的 提質(zhì)升級發(fā)布會搭建汽車芯片在線供需對接平臺，暢通芯片產(chǎn) 供信息渠道。完善產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作機(jī)制，提 升芯片供給能力國產(chǎn)車規(guī)MCU發(fā)展窗口期-36-中國及全球汽車MCU市場規(guī)模預(yù)測假設(shè)預(yù)測時間范圍參考本文前述中期和“十四五規(guī)劃”時期，即根據(jù)2019-2021年歷史數(shù)據(jù)，對2022-2025年發(fā)展做出假設(shè)預(yù)期 ?！笆奈濉惫?jié)能減排綜合工作方案目標(biāo)是到2025年我國新能源汽車滲透率達(dá)到20%左右，另基于月度新能源汽車市場快速放量的現(xiàn)狀，2022年以來新能源汽車滲透率分別為17%、19%、22%、25%和24%，考慮到汽車整體銷量處于近年來低點，而滲透率是新能源汽 車銷量占汽車總銷量的比重

44、，滲透率的快速提升并不意味著新能源 汽車的高度普及，因此我們給予2025年新能源汽車滲透率25%的審慎預(yù)期，30%的樂觀預(yù)期。24%30%25%20%15%10%5%0%300250200150100500 x 10000汽車銷量及新能源汽車滲透率（月度）銷量:汽車:當(dāng)月值銷量:新能源汽車:當(dāng)月值計算：新能源汽車滲透率資料來源：國務(wù)院、中國汽車工業(yè)協(xié)會、蓋世汽車、前瞻研究院、IC Insights、Wind、方正證券研究所參考2021年中國汽車市場發(fā)展峰會上中汽協(xié)數(shù)據(jù)，預(yù)計2025年中國 汽車銷量有望達(dá)到3000萬輛。新能源汽車滲透率提高背后的意義兼具電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程，科技屬性不斷增

45、多是趨勢。在界定時間內(nèi)即新能源汽車高速普及階段，單車芯片價值量與新能源汽車滲透率呈一定程度的同向相關(guān)性。在傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車中單車MCU價值量在汽車芯片價值總量 中占比穩(wěn)定。傳統(tǒng)燃油車中MCU價值量占比為23%，純電動汽車 MCU價值量占比為11%。2019-2021年全球汽車銷量規(guī)模大致為中國汽車銷量規(guī)模的2.3-2.8倍，這里我們?nèi)”稊?shù)為三年均值2.6。關(guān)鍵假設(shè)其他假設(shè)-37-中國及全球汽車MCU市場規(guī)模預(yù)測年份2019202020212022E2023E2024E2025E中國汽車銷量(萬輛)2576.92531.102627.502716.052807.582902.203000中

46、國新能源汽車滲透率4.68%5.40%13.40%15.66%18.30%21.39%25.00%中國單車搭載芯片金額(美元)400467534573.88616.74662.80712.30中國單車MCU芯片價值量占比22%22%21%21%21%20%20%中國單車搭載MCU芯片金額(美元)89.75104.38114.23121.21128.30135.43142.46中國汽車MCU芯片 市場總規(guī)模(億美元)23.1326.4230.0132.9236.0239.3042.74全球汽車MCU芯片 市場總規(guī)模(億美元)65627685.5993.66102.19111.125年汽車MCU市場規(guī)模分別為32.92, 36.02，39.30，42.7485.59，93.66，102.19，111.12億美元5年汽車MCU市場規(guī)模分別為33.63，37.53，41.66，45.9387.45，97.59，108.32，119.41億美元在審慎預(yù)期下：預(yù)計中國2022年-202億美元；2022-2025年全球汽車MCU市場規(guī)模為在樂觀預(yù)期下：預(yù)計中國2022年-202億美元；2022-2025年全球汽車MCU市場規(guī)模為在25%和