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汽车芯片的新机会


虽然上海的疫情防控给汽车带来了一些杂音,但汽车销售正受益于疫情后的激增——人们可以称之为重生,而不是反弹。

事实上,CASE 的大趋势(互联、自治、共享和电气化)也已经席卷了整个行业。今天销售的汽车正在采用新的成像技术设备来支持新功能,特别是支持从高级驾驶辅助系统 (ADAS) 向自动驾驶 (AD) 的过渡。在这种情况下,成像技术的成功——无论是用于观看、ADAS 还是车内应用,就成为了产业发展的关键。

统计数据显示,在 2021 年,这个领域产生了 69亿美元的硬件销售额,并且在 4.67 亿辆汽车的支持下,到 2027 年应以 12.5% 的复合年增长率增长至 140亿美元相机模块。

后视镜等观察摄像头的采用非常引人注目,现在这一阶段涉及 360° 环视系统。2021 年生产的轻型汽车中,58% 配备了 ADAS 前向摄像头,到 2027 年将达到 86%。Level 2以上汽车的自动紧急制动 (AEB) 和车道保持辅助 (LKA) 都是经过充分验证的市场应用。

对于下一阶段的增长,车内摄像头和侧面/后置 ADAS 摄像头将成为必需品。不仅消费者购买热潮,而且监管机构也加入了竞争以加速采用。车内驾驶员监控系统 (DMS) 和改进的易受攻击的用户检测技术(如行人 AEB)接下来将加速采用。



成像技术是这一转变的核心


2021 年每辆汽车用了 2.6 个摄像头,到 2027 年,这一数字将上升到每辆 4.6 个摄像头。如果平均摄像头安装数量是成像技术无处不在的一个很好的指标,那么高端汽车往往至少是两倍。今天展示的高级原型通常配备 11 或 12 个摄像头,而对于期待已久的消费级自动驾驶汽车 (AV),其路线图扩展到每辆车超过 20 个摄像头。

到目前为止,我们观察到的是原始设备制造商在选择相机时的极端保守主义。大量使用的图像传感器极为有限。汽车确实具有标准化的特点,并且引入了新的成像模式,无论是热成像 (LWIR)、短波红外成像 (SWIR),还是时间门控或基于事件的成像等新方法,仍然是机器人车辆生态系统更有可能采用的困难路径。Waymo、Cruise、百度和 Tu Simple 是这件事的潜在破坏者。



在安全法规的推动下,高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的采用正在迅速增加。ADAS 传感器非常多样化和互补,通常需要处理器才能发挥作用。本报告涵盖用于 ADAS 摄像头、雷达和激光雷达的处理器,以及用于 ADAS 中央平台的处理器。还研究了具有驾驶员监控系统和乘员监控系统等应用的车内摄像头和雷达的计算,以及用于信息娱乐的处理器。ADAS 和信息娱乐处理器的计算收入正在快速增长,2021-2027 年 (CAGR21-27) 的复合年增长率为 19%,到 2027 年达到 120亿美元的价值。这种增长是由不断增长的出货量推动的,但也集中化趋势,这需要更强大和更昂贵的处理器。不断增长的平均售价 (ASP) 部分是最近 Covid-19 和相关半导体短缺危机的结果。这也部分归因于将更多功能集成到处理器中。这些因素共同推动了汽车行业的计算收入。


汽车制造商之间的多样性越来越大。传统公司可能或多或少地参与了自主功能的开发。新的电动和颠覆性汽车制造商可能会创造新的消费者视听范式。去年,一些传统汽车制造商宣布了处理器的开发,电动汽车巨头特斯拉也这样做了。但考虑到任务的难度和必要的巨额投资,我们预计大多数汽车制造商不会完全开发出完整的芯片。相反,他们将建立伙伴关系并建立缓冲库存。

目前的处理器生态系统,成像 ADAS 处理器市场由 Mobileye 主导,其次是赛灵思-AMD、东芝和德州仪器等其他厂商。但许多玩家正在推动进入市场,并且已经宣布设计获胜。其中包括高通和安霸,还有许多初创公司,包括 Hailo、Vsora 和 Horizon Robotics。这些玩家中的大多数也将自己定位于中央计算处理器,这是图像处理的下一步。中国和新兴电动汽车制造商正在以最快的速度采用这种架构。

对于车内传感市场,情况就不同了。有更多种类的解决方案可用于运行第 2 层软件解决方案。传统的汽车处理器拥有雷达处理器市场。对于激光雷达,大多数玩家使用 Xilinx 的可编程片上系统 (SoC)。信息娱乐方面也有一些变化,随着功能的集中以及汽车制造商软件战略中无线更新的重要性日益增加。



随着 ADAS 的发展,需要更多的传感器来添加新功能并提高现有功能的安全性。这直接导致汽车中处理器数量的增加。即使计算的中心化趋势限制了数量的增长,它仍然是巨大的。每个 ADAS 传感器/传感器组一个处理器的分散式架构预计将在未来五年内保持主导地位。

此外,这种集中化趋势直接意味着需要更强大的处理器来处理相机、雷达和激光雷达原始数据流之上的所有不同软件层。最新的处理器光刻节点将用于执行这些高级任务,具有最佳的性能和能耗比。这将直接提高处理器价格。



生态系统中正在进行的技术转型的后果已经非常显着。2015 年英特尔收购 Mobileye 为行业重构奠定了基础。三星、高通和安霸已将自己定位为从技术转型中受益,许多成像和视频分析初创公司也如此。因此,成像技术供应商的角色与 OEM 和一级供应商以及视觉处理器和软件公司交织在一起。汽车行业现在是科技领域的一部分,在当前半导体短缺的背景下,这一点变得更加生动。应用的多样化催生了许多新技术。


备受关注的汽车雷达市场


不断发展的安全法规和新颖的驾驶自动化功能同时也正在推动雷达市场。总体而言,2021 年雷达平台市场为 58亿美元。我们预计复合年增长率为 14%,到 2027 年达到 128亿美元。这一市场增长主要来自 4D 和成像雷达,这将更好地适应未来更严格的驾驶场景. 雷达传感器也有望在更普遍的情况下进入室内监控用例市场,例如儿童存在检测和占用监控系统。这种新型雷达传感器预计将带来新的市场机会,我们估计到 2027 年将达到近 5 亿美元。雷达模块包括多个 IC 和/或功能,来自雷达处理器(通常是 MCU)和 RFIC(通常是收发器) ) 到配套的 PMIC 和网络芯片。



第一个商用汽车雷达于 2000 年为戴姆勒和宝马汽车推出。在 2020 年和 2021 年期间,领先的雷达供应商推出了他们的第 5 代雷达。现代汽车雷达传感器继承自这个长期的进化周期。到目前为止,升级主要集中在成本和外形优化上,这说明了行业所追求的集成化趋势。除了集成之外,RF 性能随着时间的推移显着提高。最初,雷达以模拟波束形成和机械转向运行,然后转向数字波束形成(全场景照明)。在数字波束形成时代,引入了 MIMO 技术,可以在保持合理物理尺寸的同时增加天线虚拟孔径。目前,业界提出了 MIMO 缩放(从 0. 2k 到 2k 像素)作为实现成像雷达低于 1° 角分辨率的基线。这带来了信号处理和计算方面需要克服的新挑战,这解释了为什么重点转向深度学习和人工智能。



过去几年,汽车雷达市场引起了更多关注。在系统层面,市场由六大一级供应商引领:Continental、Bosch、Hella、Denso、Aptiv 和 Veoneer。同时,在芯片层面,恩智浦和英飞凌占据了大部分市场。尽管雷达市场已经成熟多年,但我们看到多个新玩家定位并获得设计胜利,无论是在系统级别(Magna、Mobis、Weifu 等)还是在芯片级别(例如,Arbe、Uhnder、Vayyar )。而且还有更多,因为大型科技公司也在投资雷达开发(华为、高通、英特尔……)。

寻求新收入来源并渴望差异化以求生存的 OEM 热衷于与这些公司直接讨论,将其传统供应商列入候选名单。这给领先的一级供应商和半导体公司带来了巨大压力,他们需要比通常的时间周期更快地进行创新。因此,领先企业正在寻求协同效应,要么进行整合,要么转向垂直整合。



新能源带来的功率器件需求


几年来,电动汽车 (xEV) 的普及率一直在蓬勃发展。Yole 预计,从 2021 年到 2027 年(CAGR2021-2027),全球 xEV 市场的复合年增长率将达到 21%,并在所有市场中加速。随着 BEV 采用的快速增长,混合动力技术也将大幅增长。不同技术的渗透率取决于地区。

电力电子市场将受到逆变器、车载充电器 (OBC) 和直流到直流转换器等应用的强劲推动。用于主逆变器的 SiC MOSFET 模块的渗透已经开始,并将取得显著成效。这些模块将在 2021-2027 年达到 28% 的 CAGR,具有快速充电能力、高效率以及设备和系统级别的紧凑性等优势。碳化硅的供需平衡问题更为尖锐,其产能正在大幅扩张。


快速的电气化趋势正在创造一个全新的供应链,远离传统的内燃机。这包括一个新的电动动力系统,由电池、电动机和逆变器组成,以及其他支持性子系统,包括 OBC、DC/DC 转换器、配电单元 (PDU) 和其他辅助设备。对于大多数子系统,电力电子元件是关键。

这吸引了一批新的供应商,其中一些甚至来自汽车以外的行业。这种“入侵”在新兴国家和地区更为明显,尤其是在中国。

值得注意的是,越来越多的汽车制造原始设备制造商 (OEM) 正在转向垂直整合。一些将通常由一级零件供应商生产的系统的责任合并到 OEM 的内部工作中。有些甚至渗透到通常由二级供应商完成的设备设计和制造。这种颠覆性趋势的主要驱动力是关键供应链安全的保障,以及电动汽车相当高的创新速度,垂直整合得到了更好的支持。

电气化之旅相当令人兴奋。然而,对于所有参与者来说,仔细审视自己的地位和能力,并制定适合高度动态的 xEV 业务的战略仍然至关重要。



效率提升为电动汽车带来多重好处。显然,这需要一种整体方法,其中电动动力系统发挥着重要作用。电力电子器件是电子转换器中功能和成本的关键元件。从 Si IGBT 模块转向 SiC MOSFET 模块,因为后者具有更低的损耗、紧凑性和更好的超快速充电兼容性。随着巨大的计划 SiC 产能在未来几年达到量产,这一转变正在加速。

另一个关键趋势是子系统集成。这不仅是一种技术选择,而且还极大地改变了供应链。越来越多的原始设备制造商开始自己成为“系统集成商”,并直接与关键组件供应商签订合同。

技术不断向更高的性能发展,包括系统电压从 400V 到 800V 以及设备冷却解决方案从主流的单面直接水冷转向更有效的双面直接水冷。


Yole指出,受汽车应用的强劲推动,尤其是在 EV 主逆变器方面,继特斯拉采用 SiC 后,2020 年和 2021 年又有多款新发布的 EV 和公告。此外,特斯拉创纪录的出货量帮助 SiC 器件在 2021 年达到 10 亿美元的规模。为了满足长续航的需求,800V EV 是实现快速直流充电的解决方案。这就是 1200V SiC 器件发挥重要作用的地方。

Yole表示,截至 2022 年,比亚迪的 Han-EV 和现代的 Ioniq-5 通过提供快速充电功能获得了不错的销量。Nio、Xpeng 等更多 OEM 计划在 2022 年将 SiC EV 推向市场。

除汽车外,工业和能源应用在我们的预测期内代表着增长率超过 20% 的市场。例如,采用 SiC 模块的大功率充电基础设施的部署,以及日益增长的光伏安装。在这种情况下,在 Yole 的最新预测中,预计到 2027 年,SiC 器件市场将从 2021 年的 10 亿美元业务增长到 60 亿美元以上。



这项价值数十亿美元的业务也吸引了玩家增加收入。在顶级 SiC 器件厂商中,意法半导体和 Wolfspeed 的 SiC 收入在 2021 年同比增长超过 50%,与全球 SiC 器件市场 57% 的增长保持一致。英飞凌以工业应用为基础进入主逆变器业务,实现了 126% 的增长。onsemi 也在 2021 年以强劲的增长加入这个竞争。随着这些公司正在将其 SiC 发展到十亿美元的业务,未来几年的竞争也可以在供应链整合中确定。IDM商业模式被主要参与者选择,多方并购 和 SiC 的合作伙伴关系重塑了 SiC 生态系统,以确保晶圆供应并进入器件业务,以维持其未来数年价值数十亿美元的业务目标。SiC 模块是玩家竞争的下一个级别,我们已经确定了进入汽车、工业和能源应用的新产品。




来源:来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)综合自Yole








第四届全球半导体产业(重庆)博览会

时间:2022年6月29日-7月1日

地点:重庆国际博览中心


为进一步推动重庆及中西部地区半导体产业高质量创新发展,发挥成渝双城经济圈产业优势,挖掘西部半导体市场发展机遇,第四届全球半导体产业(重庆)博览会将以“集智创芯、共塑未来”为主题,规划展出面积25000 平方米, 预计吸引350家知名企业参与,18000名专业观众到场参观洽谈。


博览会聚焦半导体产业核心技术及发展趋势,拟设“IC设计、集成电路制造、封装测试、半导体材料、生产设备、电子元器件、AI+IOT+5G、智慧电源、微波毫米及射频技术、人才计划培训交流”等主题专区,专业呈现半导体产业最新技术成果,检索更多智能应用领域创新案例。