一輛新能源汽車的半導(dǎo)體價(jià)值是傳統(tǒng)燃油汽車的兩倍之多,，比如一輛特斯拉Model 3的半導(dǎo)體價(jià)值高達(dá)1500美元,。專家表示，汽車電子化率將會從現(xiàn)在的30%逐步提升到50%以上,，汽車電動化、智能化滲透率持續(xù)提升，將為汽車半導(dǎo)體行業(yè)帶來重大市場機(jī)遇,。
傳感器，汽車的眼睛耳朵
汽車智能駕駛系統(tǒng)由感知,、決策,、執(zhí)行三個層面組成，其中,，感知系統(tǒng)是前提,，涉及了大量的傳感器應(yīng)用。汽車傳感器作為采集智能駕駛所需數(shù)據(jù)的眼睛和耳朵,，把汽車運(yùn)行中各種工況信息轉(zhuǎn)化成電訊號輸送給決策單元最終下達(dá)指令控制車輛運(yùn)行,。
賽迪顧問汽車產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理鹿文亮表示，汽車智能化的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動駕駛,，自動駕駛系統(tǒng)需要穩(wěn)定性更高,、更靈敏、更全面的傳感器,。
汽車傳感器可分為環(huán)境監(jiān)測,、車身感知兩大類。自動駕駛系統(tǒng)運(yùn)行中所需的環(huán)境監(jiān)測傳感器(包括攝像頭,、毫米波雷達(dá),、激光雷達(dá))數(shù)量增長迅速，占據(jù)了汽車傳感器總成本的絕大部分。
北汽產(chǎn)業(yè)投資有限公司投資副總監(jiān)林雨在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時表示,，多傳感器融合成為自動駕駛傳感器未來的發(fā)展趨勢,。記者從特斯拉官網(wǎng)獲悉，一輛特斯拉的標(biāo)配共有8個攝像頭,、1個77G的毫米波雷達(dá)和12個超聲波雷達(dá),，足以保證Tesla L3級別對于變道、合流,、出高速的基本功能,。雖然未見到激光雷達(dá)的身影，但內(nèi)行一眼就能看出來,，特斯拉將毫米波雷達(dá)和視覺的融合體現(xiàn)出特斯拉傳感芯片的算力之強(qiáng),。
目前，全世界約50個國家,、超過6000家機(jī)構(gòu)正在從事傳感器的研發(fā)和生產(chǎn),。中國汽車傳感器90%以上的市場份額都被西門子、博世,、霍尼韋爾等國際零部件企業(yè)占有,。瑞薩、英飛凌,、恩智浦等半導(dǎo)體供應(yīng)商的自動駕駛平臺已經(jīng)實(shí)現(xiàn)毫米波雷達(dá),、視覺、激光雷達(dá),、車聯(lián)網(wǎng)等多傳感器融合,，可支撐L3級以上自動駕駛，在降低功耗的同時保證了出色的算力,。
前不久,，征戰(zhàn)在通訊設(shè)備領(lǐng)域的蘋果也表示出對下一代激光雷達(dá)傳感器的興趣，從特斯拉公司和Alphabet旗下谷歌挖走一批重要員工,。據(jù)悉,，蘋果正在自主研發(fā)的自動駕駛傳感器能夠?qū)Φ缆愤M(jìn)行三維觀察。
專家指出,，在千萬億元級的汽車傳感器市場中,，國內(nèi)企業(yè)多數(shù)只能做一些低端產(chǎn)品，如水溫和壓力傳感器等,，尚未形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè),。
近幾年，中國企業(yè)似乎已經(jīng)找到了闖進(jìn)傳感器市場的突破口,，我國超聲波雷達(dá)技術(shù)盡管在穩(wěn)定性和可靠性上還有待進(jìn)一步提高,，但憑借著高性價(jià)比的產(chǎn)品,、快速及時的服務(wù)，國內(nèi)的同致電子,、豪恩,、奧迪威的UPA已成功進(jìn)入各大汽車廠的采購目錄。
同濟(jì)大學(xué)教授白杰認(rèn)為,，毫米波雷達(dá)成為我國企業(yè)進(jìn)一步闖進(jìn)市場的良好切口,，較激光雷達(dá)和超聲波而言，監(jiān)測精度更高,，而成本較低,。
記者了解到，我國的毫米波雷達(dá)市場已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段,，早在2011年，廈門意行便開始了毫米波雷達(dá)前端射頻芯片的研發(fā);行易道,、蘇州豪米波,、森思泰克等企業(yè)也處于研發(fā)狀態(tài);深圳安志杰已實(shí)現(xiàn)24GHz和77G產(chǎn)品的量產(chǎn)。
此外,，傳感器領(lǐng)域的兼并收購也開始呈現(xiàn),，國外大型傳感器已完成第一輪并購，形成了自身技術(shù)優(yōu)勢,，國內(nèi)傳感器企業(yè)也開始走入并購重組的軌道,，這將為我國傳感器企業(yè)在研發(fā)實(shí)力上帶來更多提升的機(jī)會。
微控制器,，汽車的決策大腦
在接收到傳感器收集到的車輛行駛控制指令后,，決策層面開始發(fā)揮重要作用。MCU(微控制器)作為決策層面的核心單元,，成為分析數(shù)據(jù)并指揮全系統(tǒng)運(yùn)行的大腦,。一般來說，單車的MCU芯片需求量在50顆左右,，約占整車半導(dǎo)體器件成本的三成,。
MCU既可工作于車體的次系統(tǒng)，又能服務(wù)于復(fù)雜的驅(qū)動系統(tǒng),，為預(yù)碰撞,、自適應(yīng)巡航控制、自動駕駛系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)處理和控制,。
公開數(shù)據(jù)顯示,，國內(nèi)MCU市場年復(fù)合增速將達(dá)到11.7%，預(yù)計(jì)到2020年市場規(guī)模將突破500億元,。目前全球前八大MCU廠商(包括瑞薩電子,、恩智浦,、英飛凌、Microchip,、意法半導(dǎo)體,、三星、德州儀器和Cypress)在中國市場占有率達(dá)到88%,?？傮w來看，絕大多數(shù)國產(chǎn)MCU企業(yè)還無法與國外企業(yè)搶奪市場份額,。對于中國企業(yè)而言,，目前占據(jù)的主流市場還停留在應(yīng)用于汽車次級系統(tǒng)的8位MCU，占比50%左右,。
近年來,，我國的IoT、5G,、人工智能,、邊緣計(jì)算等豐富多樣的新技術(shù)生態(tài)，正在積極“擁抱”MCU市場,，重燃了在汽車電子領(lǐng)域的熱情,。鹿文亮表示，人工智能算法將在嵌入式MCU平臺上運(yùn)行并進(jìn)行優(yōu)化,，這將為中國MCU企業(yè)帶來新的機(jī)遇,。
瑞薩電子(中國)汽車電子銷售中心應(yīng)用技術(shù)部高級專家趙坤表示，自動駕駛系統(tǒng)在性能,、可靠性,、實(shí)時性、功耗效率以及對應(yīng)的算法等方面對處理芯片提出了最高標(biāo)準(zhǔn)的要求,，這就需要將人工智能算法導(dǎo)入到車載芯片中,。
我國已有企業(yè)實(shí)現(xiàn)在該領(lǐng)域的芯片量產(chǎn)。據(jù)上海地平線總經(jīng)理,、征程芯片研發(fā)負(fù)責(zé)人吳征介紹,，地平線的第一代征程芯片是中國最早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)流片的人工智能芯片，計(jì)劃在今年內(nèi)推出新一代人工智能芯片征程2.0芯片,，該芯片集成了地平線新一代自主研發(fā)的BPU(Brain Processing Unit)和視覺感知技術(shù),，預(yù)計(jì)將成為中國的第一款車規(guī)級AI芯片。
零跑汽車與大華股份聯(lián)手研發(fā)的AI自動駕駛芯片“凌芯01”進(jìn)入集成驗(yàn)證階段,，預(yù)計(jì)在今年第二季度進(jìn)行實(shí)車測試,。
功率半導(dǎo)體，汽車的心臟
在汽車的執(zhí)行層面,，功率半導(dǎo)體(又稱電力電子器件)在電路中實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和控制,，成為為汽車的驅(qū)動系統(tǒng)提供澎湃動力的心臟,。公開數(shù)據(jù)顯示，新能源汽車中功率器件的成本高達(dá)387美元,，占整車半導(dǎo)體價(jià)值的55%,。新能源汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為269美元,，占總增加成本的76%,。
林雨表示，由于新能源汽車中的電源驅(qū)動和蓄電池組替代了燃油車的發(fā)動機(jī)和燃油,，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的電力設(shè)備需要大量的功率半導(dǎo)體,。而在傳統(tǒng)燃油車中，功率半導(dǎo)體僅有少量位于發(fā)動機(jī),，體量和功用不足與新能源汽車相較,。
IGBT成為目前應(yīng)用于新能源汽車功率半導(dǎo)體的主流技術(shù)，在高壓系統(tǒng)中幫助電壓源實(shí)現(xiàn)較低負(fù)載,，使電機(jī)系統(tǒng)輕松驅(qū)動,。鹿文亮表示，IGBT芯片占整車成本的比例約為7-10%,，是除電池之外成本第二高的元件。在特斯拉的雙電機(jī)全驅(qū)動版中,，IGBT使用量共計(jì)132個,，總價(jià)值可達(dá)650美元。
一直以來,，中國功率半導(dǎo)體企業(yè)與國外領(lǐng)軍企業(yè)差距顯著,。來自歐美和日本的半導(dǎo)體企業(yè)(包括英飛凌、瑞薩電子,、富士電機(jī),、安森美、瑞士ABB等)壟斷了全球七成以上的IGBT市場份額,。
近年來,，車用功率半導(dǎo)體市場仿佛預(yù)感到了“國產(chǎn)替代”的春天。株洲中車時代電氣的IGBT技術(shù)能力出眾,，憑借著多年在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的積累,，計(jì)劃在今年量產(chǎn)第6代IGBT技術(shù)芯片，電壓等級將覆蓋650-6500V,。此外,，中車時代電氣還有一條8英寸IGBT生產(chǎn)線，年產(chǎn)可達(dá)到24萬片,。
比亞迪公司已布局IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈,，包括芯片設(shè)計(jì),、晶圓制造、測試,、封裝,、新能源汽車應(yīng)用等。該品牌的汽車已率先使用自研自制的IGBT產(chǎn)品,，體現(xiàn)出比亞迪在車規(guī)級芯片領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢,。今年年初，比亞迪推出了業(yè)界領(lǐng)先的汽車功率芯片IGBT4.0技術(shù),，該芯片能夠幫助電流輸出能力較當(dāng)前市場主流的IGBT提高15%;而在同等工況下,，綜合損耗降低了約20%，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)汽車功率IGBT芯片的重大突破,，有望加速國產(chǎn)IGBT替代進(jìn)口產(chǎn)品的進(jìn)程,。
在代工制造方面，中芯國際通過收購意大利LFoundry公司,，獲得具有汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)的8英寸生產(chǎn)線,。華虹宏力公司深耕FS-IGBT工藝產(chǎn)品，與多家合作單位推出了600V,、1200V,、1700V等IGBT器件工藝。