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汽車半導體變革,顛覆性挑戰紛至沓來

日期:2021/10/13 10:07:11
摘要:“芯片級 半導體 在汽車中的價值正在不斷增長。如今,一輛汽車平均有價值450美元的半導體,2026年將達到700美元。”市場研究公司Yole的市場研究總監Eric Mounier博士斷言:“由于電動汽車向電氣化的重大轉變,增長最多的將是電動汽車。”

“芯片級 半導體 在汽車中的價值正在不斷增長。如今,一輛汽車平均有價值450美元的半導體,2026年將達到700美元。”市場研究公司Yole的市場研究總監Eric Mounier博士斷言:“由于電動汽車向電氣化的重大轉變,增長最多的將是電動汽車。”

Yole剛剛發布的《汽車半導體趨勢2021》報告深入分析了不斷變化的汽車行業生態系統和供應鏈參與者,提出了關于未來技術趨勢和挑戰的關鍵技術見解和分析。

市場預測和技術趨勢

市場預測表明,到2035年,汽車C.A.S.E.(連接性、ADAS(高級輔助駕駛系統)、共享、電氣化)將成為一個價值3180億美元的市場。半導體(芯片級)在汽車中的價值將在2026年達到785億美元,年復合年增長率為14.75%。

C.A.S.E.相關電子模塊市場預測

汽車的發展是由C.A.S.E.技術的發展推動的。Yole的分析師估計,C.A.S.E.相關電子模塊市場的演變趨勢體現在四個方面:

連接性

從2020年的330億美元增加到2026年的550億美元,復合年增長率為14.55%。目前業界正在開發用5G實施的未來V2X通信平臺,成熟解決方案預計將在2024年推出。與此同時,具有雙4G和前向兼容5G功能的初始解決方案已開始出現。連接性也包括全新的舒適度和娛樂性功能,如智能座艙。

ADAS

高級輔助駕駛系統將在2026年達到600億美元以上,復合年增長率為6.5%。主機廠使用的主要傳感器是雷達和攝像頭,因為它們性能優良,價格相對便宜。

共享

2026年共享將達到30億美元左右,復合年增長率為10.39%。與汽車相關的新的消費習慣正在形成,現在的年輕一代渴望連接性、便利性,并有可能在從A到B的不同交通方式中進行選擇。他們正在塑造一個使汽車服務提供商價值不斷增長的行業。擁有、共享或租賃為未來出行提供了更大的靈活性。

電氣化

2026年電氣化將達到288億美元,復合年增長率為53.5%。主機廠宣布了未來5年的投資計劃,全球投資已超過2500億美元。汽車電氣化的時間表非常積極,因為在15年內,主機廠將不得不開發一整套完全電動的汽車產品組合。

C.A.S.E.技術四大趨勢

顛覆性半導體技術和商業機會

汽車工業將永遠不會是原來的樣子!在諸多因素的推動下,汽車工業有史以來第一次必須面對新的行業和技術挑戰,同時其價值鏈也在發生巨大的變化。

Yole與合作伙伴System Plus Consulting共同完成的調查揭示了創新設計特征和新的半導體組件,以引導企業在未來的設計中采用更精簡的解決方案。他們為客戶提供了4條汽車賽道:ADAS、電氣化、信息娛樂和遠程信息處理,這些應用都需要無與倫比的智能。

2021年,許多國家宣布了通過汽車電氣化減少二氧化碳排放的積極計劃。因此,在未來15年內,主機廠將不得不在全球范圍內將其大部分生產從內燃機(ICE)汽車轉向電動/混合動力汽車(EV/HEV)。這種演變,加上C.A.S.E推動的半導體含量的增長,將為新進入者提供有利機遇,例如來自半導體和消費領域的索尼、 華為 、 蘋果 等,而“傳統”Tier-1(法雷奧等)必須掌握新的技術才能保持競爭力。

遵循這一趨勢,集成組裝廠商(富士康、麥格納·菲斯克等)可以在汽車組裝領域找到自己的位置,從而改變當前的供應鏈。主機廠很可能會變得“無晶圓廠”,而集成組裝廠商將滿足汽車領域多元化的需求。

在供應鏈方面,由于芯片短缺、半導體含量增加和電氣化,供應鏈管理將發生變化。主機廠將不得不直接與芯片制造商談判,向消費行業學習,并保持“緩沖庫存”。

傳統主機廠(奧迪、現代等)正面臨顛覆性主機廠(特斯拉、蘋果等)的嚴重威脅。在汽車行業價值鏈發生巨大變化的同時,還面臨著新的行業和技術挑戰。中國正在加劇汽車行業的競爭,并在半導體和汽車行業進行大規模投資,這將極大地改變行業格局。

7股力內外夾擊汽車行業

面對2035年價值3180億美元的C.A.S.E.市場,全球晶圓出貨量將從2000萬個增加到超過4500萬個,其中8英寸是最常用的晶圓尺寸。20nm及以下節點將由ADAS和信息娛樂應用驅動。

如今,汽車用晶圓的生產大多在130/180納米及以上,前沿技術非常匱乏。但MobileEye EyeQ3已采用40nm,而EyeQ4為28nm,皆用于ADAS和自動駕駛。用于信息娛樂和ADAS的 內存 目前使用10-14nm。未來,7nm可用于ADAS。當前芯片短缺主要影響40-180nm范圍內的節點。

40nm及以上受芯片短缺影響

芯片短缺的雪球效應

Yole表示,始于2020年11月,許多事件共同導致的芯片短缺可能持續到2022年下半年。直接后果是芯片價格上漲高達20%以上,致使供應鏈中斷。

由于許多公司從多源IC轉向 臺積電 的單源IC,加上制裁措施導致一些公司開始囤積芯片。新冠疫情導致公司勞動力減少,主機廠減少IC訂單,而居家時代 消費電子 產品需求上升。芯片制造商重新分配產能以滿足消費者需求,并將汽車芯片價格提高30-40%。

人們擔心公共交通可能會感染新冠病毒,購買電動汽車和/或二手車的公共激勵措施,對污染汽車的處罰導致新車需求快速增長。然而,美國嚴冬、瑞薩工廠火災、中國臺灣干旱等災難遇上蘋果、 微軟 、 英偉達 、 AMD 、 英特爾 推出新產品,令缺芯雪上加霜。

Yole預計,2022年第2季度后芯片供應有可能恢復正常, MCU ( 微控制器 )供應商為了滿足持續的需求,正在提供額外的產能恢復錯過的生產。

芯片短缺也刺激了對更加多樣化的晶圓廠生產的投資。不過,制裁、儲備和單一采購可能還會繼續下去。

芯片短缺的雪球效應

9月, 英飛凌 科技位于奧地利菲拉赫的12英寸薄晶圓功率半導體芯片工廠正式啟動運營。英飛凌首席執行官Reinhard Ploss博士在接受采訪時表示:“芯片短缺情況還會持續多久,這個問題確實很難回答。生產能力需要一個前端建設時期,產能可能會在2023年、2024年達到頂峰。”

他也表示,英飛凌希望可以首先通過庫存來解決一部分問題,然后需要通過把產能更智能地分配給不同的產品線,應對芯片短缺問題。“我們需要觀察市場的哪一些領域有增長,哪些領域需要更多的芯片,這是一個市場整體分配的問題。”他補充說。

顛覆性主機廠已經上路

電動汽車和自動駕駛技術的發展將重塑汽車行業,自然會吸引主機廠和Tier-1零部件供應商的積極參與。因此,蔚來、小鵬和Lucid Motors等新進主機廠紛至沓來。來自半導體或消費行業的其他參與者也將進入該領域。

在這場完全自動駕駛的競爭中,擁有眾多資源的大型主機廠,如大眾汽車,在自行開發必要的軟件,或與自動化車輛公司合作或進行收購。資源有限的主機廠預計將依賴Tier-1開發基本的自動駕駛功能。這些Tier-1必須掌握攝像頭、雷達、激光雷達傳感器和 計算機 。來自半導體領域的公司,如 高通 、英偉達和英特爾美孚眼,正在將自己定位于自動駕駛系統的中心,有時是通過收購來實現。例如,在全球汽車企業缺芯的情況下,高通公司以46億美元收購了Veoneer,以鞏固其在汽車行業的地位。高通完成了垂直整合,成為一個自動駕駛行業的系統及解決方案供應商,實現了從芯片到服務、軟件及通信技術,再到完整解決方案供應商的跨領域轉型,也代表芯片企業間的競爭進入白熱化,將影響產業格局。

來自消費行業的公司,如蘋果、華為或 小米 ,也正在進入該市場。根據他們的戰略,他們只能開發自動駕駛部分或整個電動汽車,就像華為正在做的那樣。富士康以其在蘋果供應鏈中的裝配角色而聞名,目前正與蘋果和Stellantis等多家公司合作。9月下旬,富士康與Stellantis成立合資公司Mobile Drive,定位為汽車供應商,專注于開發信息娛樂和遠程信息處理解決方案及云服務平臺,包括基于 人工智能 的應用、導航、語音識別、電商運營和支付服務集成等軟件,以及智能座艙和車載通信系統等。

顛覆性主機廠崛起

由此可見,富士康這一分包商正在扮演新的角色,最近菲斯克和麥格納之間的合作也表明,麥格納將組裝汽車。未來,可能會看到新的汽車主機廠不需要工廠,而是依賴分包商的經驗。

2020年全球汽車總銷量為6220萬輛;銷售總額為13.94億美元。Stellantis是2021年1月PSA(標致雪鐵龍集團)和FCA(菲亞特克萊斯勒汽車公司)合并的產物,新的集團將每年制造870萬輛汽車,成為大眾汽車、豐田汽車、雷諾-日產汽車之后全球第四大車企。

2020年主要汽車廠商銷量

傳統主機廠知道如何制造汽車,精通精益制造;而顛覆性主機廠正在圍繞半導體、軟件和電池制造電動汽車。他們掌握芯片設計,并與代工廠建立了長期關系。但是,他們需要學習如何批量生產汽車,學習如何集成半導體。

顛覆性與傳統主機廠套路不同

C.A.S.E.的技術創新

在連接性方面,2022年,大多數發達國家的法規規定,基本V2X為強制性執行;2024年,無人駕駛汽車進入市場,默認情況下采用5G CV2X;2027年,5G C-V2X將成為自動駕駛汽車的標準配置。

V2X技術路線圖

在ADAS方面,將有更多傳感器用于更多應用。幾年來,激光雷達傳感器逐漸進入汽車行業,以提供更多的自動駕駛功能,實現更安全的道路。

更多傳感器更多應用

汽車將從分布式體系結構到集中式體系結構發展。2030-2035年,超級計算機使車輛集中化,所有域 控制器 都集中在一臺超級計算機中。2020年,分布式體系結構是“一個ECU,一個功能”,未來將朝著一些ECU合并的方向發展。由特定的域集中控制器實現信息娛樂、舒適性、動力總成、傳感、安全等功能。

車輛中的軟件代碼將從5000萬行增加到1億行、2-3億行,甚至3億行以上。今天,大多數主機廠仍然使用分布式E/E體系結構,每個功能有一個ECU。

E/E體系結構的演變是復雜應用的必需

由于更高的汽車ASP(平均售價),F級別車輛是大多數創新首次實施的地方,采用最先進的傳感器和計算技術實現新的功能。其平均ASP為10萬美元,ADAS內容約為3%(3000美元)。這類車輛2020年銷量為17.4萬臺。

C級別車輛是市場的主力,價格壓力非常大,平均ASP萬3萬美元,ADAS內容約為1%(300美元),2020年銷量為2300萬臺。

隨著ADAS特別是未來自動駕駛的進展,車內傳感器將越來越多。未來必須在成本和性能比方面做大量工作,以便在較低端的細分市場實施創新。

ADAS的技術創新

隨著華為、小米、Oppo(可能是索尼)和蘋果等新公司進入汽車市場,一個與ADAS和自動駕駛汽車不同的新市場可能會出現。這種汽車將擁有比傳統ADAS汽車更多的傳感器和計算能力,特別是激光雷達將有助于在公共道路上實現完全自動駕駛汽車。消費類自動駕駛汽車將使用比ADAS汽車中的更多和更高性能的傳感器,平均售價在6-9萬美元。

消費類自動駕駛車輛

目前,在汽車上可以找到五種不同的車內傳感應用:乘客監控系統、手勢識別系統、駕駛員監控系統、顆粒監測系統、有源噪聲抵消系統。車輛共享將有利于車內傳感技術發揮作用。

嚴格的二氧化碳排放法規是汽車電氣化的主要驅動力。由于向全電動汽車的過渡不可能一蹴而就,不同類型的EV/HEV在未來幾年仍將共存。

如今,在電池價格下降、客戶對更長行駛里程的需求增加以及汽車制造商盈利能力提高的推動下,電池容量在明顯增大。

WLTP(全球統一輕型車輛試驗程序)行駛里程與電池組容量的關系表明,使用800V電池技術可以實現超快充電。

每輛全電動汽車的電池組容量

雖然每個主機廠都有自己的碳化硅戰略,但特斯拉采用碳化硅顯著提高了對碳化硅技術的信心,并在一定程度上加快了碳化硅的采用。800V電池的采用也在加速碳化硅的滲透。

2019-2020年期間,BEV主逆變器領域的主機廠和設備制造商的合作伙伴關系和設計成果豐碩。汽車碳化硅行業正準備在2022-2023年期間啟動量產。

主逆變器中的碳化硅的使用

中國參與度很高

中國加大了汽車產業的發展力度,希望促進電動汽車及其零部件的國內生產。中國是第一個從新冠肺炎疫情中恢復過來的國家之一,擁有30%的周邊電動汽車市場,EV/HEV品牌數量超過任何其他國家,電動汽車的發展速度非常快。EV/HEV對中國碳中和具有重要意義,在電子出行的強大激勵機制下,許多中國主機廠正在開發EV/HEV。其中一些是專注于新能源汽車(NEV)的初創企業。

中國汽車工業正在:建立本地品牌、創建合資企業、圍繞BEV創建許多初創公司,外國品牌也可以從市場中獲益;眾多本地Tier-1,包括外國公司都參與了中國內部供應鏈(汽車、Tier-1、芯片設計、芯片制造、 芯片封裝 )的合作。中國在汽車和半導體領域的大規模投資也是前所未有。

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