本文来源:智车科技

/ 导读 /

在我国汽车 “新四化”主流发展趋势、半导体行业整体供应趋势以及复杂国际关系背景下,发展国产汽车芯片的重要性和紧迫性日益凸显。我国政府主管部门出台了一系列相关政策,也涌现出了一批国产汽车芯片 设计公司,比如地平线、黑芝麻、紫光国微,产品涉及了自动驾驶 Al、 MCU、功率器件、安全芯片等多个方向。

汽车芯片的发展橛述

汽车半导体作为当下智能汽车的核心元器件,广泛应用于汽车各个功能模块,主要涵盖车身、仪表/信息娱乐系统、底盘 / 安全、动力总成和驾驶辅助系统五大板块。

图1 汽车中半导体的主要应用领域

汽车半导体按照在车身上的不同应用领域可以分为计算及控制芯片、存储芯片、传感器芯片、通信芯、功率芯片等。车内负责计算和控制的芯片主要分为功能芯片 (MCU) 和主控芯片 (SOC),由于在车中发挥着重要作用,是当下行业的重点关注方向,目前在整个汽车半导体中的市场占比约为 30%。MCU指的是芯片级芯片．一般只包含CPU 一个处理单元(例:MCU=CPU+ 存储+接口单元),而OC 指的是系统级芯片,一般包含多个处理单元(例:SOC=CPU+GPU+DSP+NPU+ 存储+接口单元)。在商业模式方面,汽车芯片厂家在传统商业合作模式中一般面向 Tier1,提供基本的芯片硬件和驱动,不会直接面向主机厂,而在 SOA、新能源汽车、5G 等技术的蓬勃发展加持之下,传统的汽车电子商业生态平衡正在被打破,产业链上掌握关键资源和核心技术的环节正在重塑全新的商业模式。

功能芯片持续巩固汽车控制性能和安全

随着汽车电子化程度的加速渗透,汽车ECU 的数量也在快速上升,而ECU 中均需要 MCU 芯片。根据相关数据统计,普通燃油车的ECU数量在 70个左右,高端车型的 ECU 数量在150 个左右,而智能汽车的 ECU 数量在 300个左右。

当前全球汽车 MCU 市场被外资厂商高度垄断,恩智浦(14%)、英飞凌(11%)、瑞萨电子 (10%)意法半导体 (8%)、德州仪器 (7%),CR5 企业的市场集中度达 50%。在全球汽车行业都处于 “缺芯”的影响下,国内车规级MCU 也在加速进行进口替代,目前国内有多家本土厂商在布局车规级 MCU,包括兆易创新、芯旺微、比亚迪等企业。

图2 车规级NCU竞争格局

车规级 MCU 主要分为 8位、16位和 32位,随着汽车各项舒适功能的普及、部件控制愈加精细化,对 MCU 的计算响应要求会更高,因此高宽位功能芯片 MCU 成为未来的发展方向。

主控芯片成为汽车行业竞争制高点

随着汽车往智能化的发展,特别是智能座舱和自动驾驶概念的兴起,对汽车的算力提出了更高的要求,传统的功能芯片已无法满足算力需求,主控芯片应运而生。

汽车主控芯片主要应用于智能座舱和自动驾驶两大场景:

由于智能座舱芯片相比于自动驾驶芯片对安全的要求相对更低,更加容易打造。未来车内〝一芯多屏”技术的发展将依赖于智能座舱 SoC,芯片本身也将朝着小型化、集成化、高性能化的方向发展。

当前座舱芯片的主要参与玩家包括恩智浦、德州仪器、瑞萨电子等传统汽车芯片厂商,主要面向中低端市场,同时消费电子领域的高通、三星等也加入了市场竞争中,主要面向高端市场。全球来看,高通市场优势明显,座舱芯片的迭代速度几乎与手机芯片同时更新。高通在座舱领域布局了多款芯片产品,目前全球已有超过 20 家车企搭载了第三代骁龙数字座舱平台,其最新一代的座舱芯片产品采用了全球首个5nm 制程。国内来看,华为和地平线凭借着麒麟990A 和征程2 芯片也获得了部分国内主机厂的青睐,已分别在极狐阿尔法 S 和长安 UNI-T 车型上进行搭载。

图3 座舱芯片主要企业

图4 主流座舱芯片供应商产品

自动驾驶芯片一方面需要满足更高的安全等级,同时随着自动驾驶级别的提升,需要更高的算力支持,对于L4 级别的自动驾驶需要 300TOPS 的算力支持,因此只具备CPU 处理器的芯片不能满足需要,未来自动驾驶芯片会往集成"CPU+XPU”的异构式 SOC (XPU包括 GPU/FPGA/ ASIC 等)方向发展。

图5 自动驾驶L1-L5算力图

相较于消费电子类芯片,汽车芯片在使用寿命、工作环境及规格标准方面有着更高的要求。芯片产品开发周期长、难度大,需通过最严苛的行业资质认证,从产品研发到最终量产上车,是典型的硬科技,长赛道竞争。车载计算芯片领域目前主要由 Mobileye (2017 年被英特尔收购)、英伟达、高通、恩智浦、瑞萨、德州仪器等少数国际科技巨头垄断,其中 Mobileye 在辅助驾驶市场有超过 70%的市场占有率,英伟达则占据了绝大部分高等级自动驾驶的市场,高通占据了智能座舱一半以上的份额,国产芯片公司的整体份额低于 1%。

图6 车载芯片的晶体管集成度超越了手机芯片