中國北斗芯片領(lǐng)先世界兩代水平、CMOS圖像傳感器芯片仍需努力

汽車(chē)傳感器，是汽車(chē)電子信息采集分析的前端系統，將汽車(chē)運行中的光、電、溫度、壓力、時(shí)間等信息轉換成可供測量的信號，并傳送給車(chē)內ECU，進(jìn)行運算處理后發(fā)指令給執行單元，是汽車(chē)獲取實(shí)時(shí)駕駛狀態(tài)信息的重要媒介，隨著(zhù)電動(dòng)化、智能化浪潮的推動(dòng)，汽車(chē)搭載的傳感器種類(lèi)和數量越來(lái)越多，發(fā)揮的作用也越來(lái)越重要。隨著(zhù)汽車(chē)智能化程度提升，汽車(chē)傳感器的價(jià)值量也將快速提升。根據英飛凌預測，L2車(chē)需要的傳感器價(jià)值量為160美元，到L4、L5級別的汽車(chē)需要則提升為970美元。

（圖 ：隨著(zhù)汽車(chē)智能化程度提升，汽車(chē)傳感器的價(jià)值量也將快速提升）

隨著(zhù)汽車(chē)智能化的發(fā)展，目前，汽車(chē)傳感器主要分為三大類(lèi)：第一大類(lèi)，傳統傳感器，主要用于車(chē)輛感知，存在于動(dòng)力、底盤(pán)、車(chē)身、電子電力系統；第二大類(lèi)，智能傳感器，多進(jìn)行環(huán)境感知，包括ADAS、無(wú)人駕駛系統的車(chē)載攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達等。第三大類(lèi)是導航芯片。

01 傳感器

傳統傳感器，按功能又分為8類(lèi)，包括加速度、壓力、角速度、流量等。從制造工藝來(lái)看，MEMS傳感器在車(chē)身中應用最多，據清研車(chē)聯(lián)，目前平均每輛汽車(chē)含24個(gè)MEMS傳感器，高檔汽車(chē)中則有25-40個(gè)，價(jià)值量在1-2萬(wàn)元。

汽車(chē)MEMS傳感器市場(chǎng)頭部十分穩固，被少數歐美日巨頭壟斷，據IHS數據，前10大供應商市占率達85%，包括博世、森薩塔、NXP、Denso等。主要由于其研發(fā)難度大、制造工藝復雜，進(jìn)入門(mén)檻高。國內MEMS玩家陸續有車(chē)規級產(chǎn)品推出，但與國外仍有較大差距，如明皜傳感、 深迪半導體、 美新半導體等。

智能傳感器是汽車(chē)傳感器的重要增長(cháng)點(diǎn)。其細分品類(lèi)眾多，車(chē)載攝像頭、雷達（毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達）主流產(chǎn)品。其中，車(chē)載攝像頭是發(fā)展最成熟的類(lèi)別。

車(chē)載攝像頭是ADAS系統的主要視覺(jué)傳感器，ADAS的普及為其帶來(lái)巨大市場(chǎng)空間。據佐思汽車(chē)研究院，主流車(chē)型單車(chē)攝像頭搭載量，將從2018年的1.7顆，增長(cháng)到2022年的3顆以上，2020年底推出的零跑C11搭載了10顆。攝像頭數量的上漲，也帶動(dòng)內部視覺(jué)傳感器芯片的供不應求。視覺(jué)傳感器芯片，主要包括2類(lèi)：CMOS圖像傳感器（CIS）和圖像信號處理芯片（ISP）。其中，CIS中的CMOS芯片供應較為緊張，主要由于其擴產(chǎn)壁壘高，但需求增長(cháng)快。視覺(jué)傳感器芯片仍被國外企業(yè)主導，如索尼、三星、安美森、德州儀器、Mobileye等。國內廠(chǎng)商多通過(guò)并購等方式實(shí)現突破，例如，2019年韋爾股份收購了CMOS芯片市占率排名第3的美國豪威科技；2020年匯頂科技收購德國ISP研發(fā)商DCT等。

導航定位芯片是集32通道GPS定位、GSM話(huà)音、GPRS數據通信為一體的SOC片上系統，主要應用于導航定位、衛星通訊、遙感等諸多領(lǐng)域。綜合來(lái)看，在汽車(chē)行業(yè)傳感器芯片領(lǐng)域，最突出的有是圖像傳感器芯片、雷達芯片和導航芯片。

02 CMOS圖像傳感器芯片

CMOS圖像傳感器是固體成像傳感器，主要用于機器視覺(jué)、安防監控、智能交通、生命科學(xué)、生物醫療、電視廣播、汽車(chē)等成像領(lǐng)域。

全球CMOS傳感器芯片市場(chǎng)占有率前七的企業(yè)均為國外廠(chǎng)商，占據89%的市場(chǎng)份額，國內廠(chǎng)商通過(guò)并購等方式實(shí)現突破。索尼是全球CMOS傳感器芯片的領(lǐng)軍企業(yè)，占據接近全球一半的市場(chǎng)份額，市占率位于2-7位的廠(chǎng)商分別為三星（20%左右）、豪威科技（7%）、安森美（5%）、佳能（3%）、意法半導體（3%）、海力士（2%），其中豪威已被國內企業(yè)韋爾股份收購。國內廠(chǎng)商格科微以2%的市占率排名第10位。

CMOS傳感器芯片行業(yè)壁壘較高，國外巨頭主要通過(guò)橫向或縱向拓展切入該市場(chǎng)，應用領(lǐng)域廣泛。國外巨頭主要通過(guò)上下游聯(lián)動(dòng)及并購的方式切入CMOS傳感器芯片市場(chǎng)，比如索尼和佳能均從相機、錄像機等領(lǐng)域逐步向上游拓展；三星則從電子領(lǐng)域向上游拓展至半導體領(lǐng)域；安森美則通過(guò)收購高性能CMOS圖像傳感器供應商Aptina Imaging進(jìn)入該領(lǐng)域；國外CMOS傳感器芯片的應用領(lǐng)域較為廣泛，涉及汽車(chē)、通信、計算機、消費電子、工業(yè)、醫療等諸多領(lǐng)域。

國內廠(chǎng)商的大部分產(chǎn)品處于中低端水平，較少開(kāi)發(fā)出并量產(chǎn)應用于汽車(chē)等領(lǐng)域的高端CMOS傳感器芯片產(chǎn)品。國內CMOS芯片廠(chǎng)商的大部分產(chǎn)品用于中低端手機、平板、通訊、游戲機、監視器等領(lǐng)域，僅有比亞迪等少數廠(chǎng)商能夠開(kāi)發(fā)出應用于汽車(chē)等領(lǐng)域的高像素CMOS傳感器芯片產(chǎn)品，并成功量產(chǎn)。近年來(lái)，國內廠(chǎng)商開(kāi)始發(fā)力，如思比科已開(kāi)發(fā)出800萬(wàn)像素和1200萬(wàn)像素等的中高端芯片產(chǎn)品、韋爾股份通過(guò)并購豪威科技切入中高端CMOS傳感器芯片市場(chǎng)。

（圖：CMOS 傳感器主要廠(chǎng)家）

03 車(chē)載雷達芯片

車(chē)載雷達主要包括超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達三種。其中，國內超聲波雷達已發(fā)展的相對成熟，技術(shù)壁壘不高；毫米波雷達技術(shù)壁壘較高，且是智能汽車(chē)的重要傳感器，目前處于快速發(fā)展的階段；激光雷達技術(shù)壁壘高，是高級別自動(dòng)駕駛的重要傳感器，但目前成本昂貴、過(guò)車(chē)規難、落地難。

（注：毫米波雷達的技術(shù)發(fā)展趨勢）

毫米波雷達芯片是由單片微波集成電路（MMIC）及DSP/FPGA兩種芯片構成的芯片組合，是一種容量大、傳輸速度快、信息處理高效的專(zhuān)用芯片。隨著(zhù) ADAS 系統的逐漸升級，對毫米波雷達的要求會(huì )更高。毫米波雷達的技術(shù)總的趨勢是朝著(zhù)成本更低、體積更小、功耗更低、集成度更高的方向發(fā)展。在雷達芯片技術(shù)上，高集成化的單片微波集成電路（MMIC）成為了主流；而在芯片工藝上，朝著(zhù)利用CMOS工藝，將MMIC做得更小的方向發(fā)展。

自動(dòng)駕駛帶動(dòng)下車(chē)載毫米波雷達市場(chǎng)空間廣闊。隨著(zhù)智能化時(shí)代自動(dòng)駕駛汽車(chē)的普及，自動(dòng)駕駛相關(guān)配件將迎來(lái)重要增長(cháng)時(shí)刻。根據 DIGITIMES Research 數據可知，2017 年以來(lái)全球毫米波雷達市場(chǎng)規模超過(guò) 20 億美元且保持高速增長(cháng)態(tài)勢，預計到 2022 年，全球毫米波雷達市場(chǎng)規模將達到 160 億美元。根據 OFweek 預測，到 2025 年，中國的毫米波雷達市場(chǎng)規模將超過(guò) 300億元。

超聲波雷達是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的重要輔助傳感器。主要用于倒車(chē)雷達與自動(dòng)泊車(chē)系統。目前市面上的超聲波雷達有兩種，分別是用于測量汽車(chē)前后障礙物的超聲波駐車(chē)輔助(UPA)超聲波傳感器以及用于測量側面障礙物距離的自動(dòng)泊車(chē)輔助（APA）超聲波傳感器。

自動(dòng)駕駛的普及以及超聲波雷達在倒車(chē)雷達以及自動(dòng)泊車(chē)系統裝載率的提高推動(dòng)了車(chē)載超聲波雷達市場(chǎng)的發(fā)展。據P&S Intelligence 數據，預計到 2030 年，全球市場(chǎng)規模將達 61 億美元。

在這個(gè)領(lǐng)域，國外企業(yè)占據超聲波雷達主要市場(chǎng)，國內企業(yè)已具備成熟技術(shù)，博世、法雷奧等海外企業(yè)占據超聲波雷達主要市場(chǎng)。兩者市占率之和超過(guò) 50%。相較于毫米波雷達和激光雷達，國內外廠(chǎng)商超聲波雷達技術(shù)差距較小，國內一系列企業(yè)自主生產(chǎn)的超聲波雷達足以滿(mǎn)足自動(dòng)泊車(chē)和倒車(chē)等功能。但目前ADAS 零部件供應領(lǐng)域包括超聲波雷達領(lǐng)域主要被國外巨頭壟斷，主流車(chē)企為保證汽車(chē)研發(fā)的順利進(jìn)行均有固定的供應廠(chǎng)商，我國自主企業(yè)獲得車(chē)企認證難度較大，可進(jìn)入的市場(chǎng)空間較小。另一方面，部分自主廠(chǎng)商在核心技術(shù)上競爭力較弱，產(chǎn)品附加值較低，難以提供完整的自動(dòng)駕駛輔助方案，因此往往局限于二級供應梯隊，利潤空間有限。

車(chē)用激光雷達：即激光探測和測距，主要通過(guò)測量激光發(fā)出、收到回波的時(shí)間差，確定目標方位、距離、形狀。廣泛應用于機器人、無(wú)人駕駛、移動(dòng)設備、軍事、3D打印等領(lǐng)域。

激光雷達是一種新型傳感器，（簡(jiǎn)稱(chēng)：LiDAR – Light Detecting and Ranging）是激光主動(dòng)探測傳感器設備的一種統稱(chēng)，分為測量型激光雷達和導航型激光雷達兩個(gè)大類(lèi)，其主要工作原理是通過(guò)高頻測距和掃描測角實(shí)現對目標輪廓三維掃描測量，即成像。相比攝像頭和毫米波雷達等常見(jiàn)的輔助駕駛傳感器，激光雷達具備強大的空間三維分辨能力。

激光雷達適用于道路環(huán)境檢測和行駛中的目標檢測與跟蹤，可以獲得環(huán)境的深度信息，準確發(fā)現障礙物，構建可行駛區域?；谪S富的點(diǎn)云數據可獲得包括車(chē)道、路沿等在內的道路要素，還可獲得非結構化道路的障礙物和可行駛區域、行人和車(chē)輛、交通信號燈和交通標志等其他豐富信息。同時(shí)，激光雷達通過(guò)對行駛環(huán)境中車(chē)輛周?chē)母黝?lèi)目標進(jìn)行有效檢測、跟蹤和預測，還能夠實(shí)現跟車(chē)、換道和交叉口通行等復雜場(chǎng)景下的安全自動(dòng)駕駛。

激光雷達可以用于地圖構建和定位。通過(guò)采用激光雷達多次行駛獲取道路的三維點(diǎn)云數據，進(jìn)行人工標注，過(guò)濾一些點(diǎn)云圖中的錯誤信息，對多次收集的點(diǎn)云數據進(jìn)行對齊拼接最終形成高清地圖。通過(guò)局部點(diǎn)云匹配和全局點(diǎn)云匹配的位置估計方式，獲得給定的當前位置情況下觀(guān)測到點(diǎn)云信息的概率分布，結合對當前位置預測的概率分布，就可以提高無(wú)人車(chē)定位的準確度。

車(chē)用激光雷達的產(chǎn)業(yè)鏈條包括：上游的激光發(fā)射器、激光接收器（光敏及光電轉化器件）、光學(xué)元器件、驅動(dòng)裝置、信號處理芯片廠(chǎng)商，中間的整機企業(yè)和一級供應商和下游的整車(chē)企業(yè)。國內企業(yè)在激光雷達領(lǐng)域的研究與國際基本同步，禾賽科技與速騰聚創(chuàng )企業(yè)等的機械式激光雷達產(chǎn)品性能已達世界先進(jìn)水平。粗略估計后裝市場(chǎng)的激光雷達年需求量為2萬(wàn)臺左右，其中Velodyne占據了絕對地位，其余市場(chǎng)由禾賽、速騰聚創(chuàng )等企業(yè)瓜分，三家企業(yè)的激光雷達已見(jiàn)諸于在美國、澳大利亞、法國、新加坡等國家的無(wú)人車(chē)上。

導航定位芯片是集32通道GPS定位、GSM話(huà)音、GPRS數據通信為一體的SOC片上系統，主要應用于導航定位、衛星通訊、遙感等諸多領(lǐng)域。導航芯片是導航終端的核心，其定位精度、功耗、體積等方面的性能直接影響導航系統的運行表現。

國外導航芯片產(chǎn)業(yè)成熟，少數巨頭廠(chǎng)商占據大量市場(chǎng)。國外導航芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早，技術(shù)積累深厚，已發(fā)展成為較為穩定和成熟的產(chǎn)業(yè)。美國GPS系統起步較早，博通、高通、德州儀器、SiRF等美國公司積累了大量技術(shù)及經(jīng)驗，市場(chǎng)占有率較高，如SiRF公司的GPS芯片產(chǎn)量占全球GPS芯片出貨量的70%、博通的導航元器件銷(xiāo)售額位列世界前三。與此同時(shí)，歐洲在導航芯片領(lǐng)域也有較強的實(shí)力。

國產(chǎn)導航芯片已實(shí)現完全自主可控，且領(lǐng)先世界平均水平兩代，北斗導航對國內導航市場(chǎng)貢獻率將超60%。國產(chǎn)廠(chǎng)商已構建起集芯片、模塊、板卡、終端和運營(yíng)服務(wù)為一體的北斗產(chǎn)業(yè)鏈，導航芯片已實(shí)現100%國產(chǎn)化。國產(chǎn)北斗三號導航的22nm芯片已進(jìn)入量產(chǎn)階段，而目前國際上量產(chǎn)導航定位芯片仍只有40nm的平均制程，至少在工藝上已經(jīng)領(lǐng)先全球平均水平兩代。

國內導航芯片產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，相關(guān)廠(chǎng)商不斷切入，應用領(lǐng)域快速拓展。目前國內主要導航芯片廠(chǎng)商基于傳統導航芯片領(lǐng)域不斷延展，逐漸發(fā)展出多模定位、模塊、智能算法、高精度等各類(lèi)相關(guān)產(chǎn)品，并開(kāi)始進(jìn)入運動(dòng)健康、安防監測、廣播電視等諸多相關(guān)領(lǐng)域，相關(guān)廠(chǎng)商數量也不斷增加。隨著(zhù)北斗導航系統的不斷完善，國內導航芯片行業(yè)快速發(fā)展。

（注：國內主要導航芯片廠(chǎng)商）