潛力無(wú)限的汽車(chē)存儲芯片

　　隨著(zhù)智能化、電動(dòng)化浪潮的推進(jìn)，汽車(chē)芯片的含量成倍提升，電動(dòng)車(chē)半導體含量約為燃油車(chē)2倍，智能車(chē)為8-10倍。需求增量端2020年全球約需要439億顆汽車(chē)芯片，2035年增長(cháng)為1285億顆。價(jià)值增量端，2020年汽車(chē)芯片價(jià)值量為339億美元，2035年為893億美元?？梢?jiàn)芯片將成為汽車(chē)新利潤增長(cháng)點(diǎn)，有望成為引領(lǐng)半導體發(fā)展新驅動(dòng)力。

　　汽車(chē)芯片從應用環(huán)節可以分為5類(lèi)：主控芯片、存儲芯片、功率芯片、模擬芯片、傳感器芯片等，以存儲芯片為例，2022年全球汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模約52億美元，國內汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模增長(cháng)潛力大。

　　汽車(chē)存儲芯片驅動(dòng)因素

　　目前車(chē)載市場(chǎng)中主要的存儲應用包括DRAM(DDR、LPDDR)、和NAND(e.MMC和UFS等)。根據IHS數據，2019年，全球汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模為36億美元，其中LPDDR和NAND市場(chǎng)規模約為8億美元和10億美元。2020年全球汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模為34億美元左右，約占整個(gè)汽車(chē)半導體市場(chǎng)的9%，初步預測到2023年，全球汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模為59億美元。2020年中國汽車(chē)存儲芯片市場(chǎng)規模達到了4.31億美元，預計2026年可達到7.32億美元。

　　電動(dòng)化、信息化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展推動(dòng)汽車(chē)存儲革命，未來(lái)汽車(chē)存儲將由GB級走向TB級別。從當前看，ADAS系統、新一代中控系統，為實(shí)現車(chē)聯(lián)網(wǎng)引入5G連接技術(shù)、端邊云和OTA等均為基礎代碼、數據與參數存儲的載體。未來(lái)更豐富的娛樂(lè )系統，更強的中控電腦和數字駕駛艙，更完備事件記錄系統，更多的傳感器和輔助駕駛決策將對存儲空間提出“TB級”需求。

　　各類(lèi)車(chē)型的DRAM、NAND存儲容量翻倍。根據Yole，轎車(chē)、貨車(chē)和公共汽車(chē)的DRAM平均存儲容量將以35%的復合增速增長(cháng)(2020-2026)，并在2026年達到平均每車(chē)約27GB，翻6倍;各車(chē)型NAND平均存儲容量將以57%的復合增速增長(cháng)(2020-2026)，并在2026年超過(guò)500GB，翻15倍。

　　驅動(dòng)因素一：智能駕駛等級漸升，傳感器、ADAS平臺研發(fā)要求存儲器具備更大容量和更好性能

　　隨著(zhù)智能汽車(chē)自動(dòng)化程度提高，數據生產(chǎn)量級呈指數級增長(cháng)。從自動(dòng)駕駛級別來(lái)看，目前所處的L1、L2級別的定速巡航不需要太多存儲設備，只記錄車(chē)速、發(fā)動(dòng)機參數等。L4級別自動(dòng)駕駛的算法準確性需要達到甚至超過(guò)人類(lèi)的認知水平，需要人工智能和深度學(xué)習的參與，通過(guò)對大量的數據進(jìn)行訓練，不斷優(yōu)化，把所有的經(jīng)驗歸納為代碼，才有可能實(shí)現不同駕駛場(chǎng)景的準確判斷和科學(xué)決策，L4級別自動(dòng)駕駛下一輛車(chē)一次路測就會(huì )產(chǎn)生約8-60TB的數據，整個(gè)研發(fā)周期內產(chǎn)生的數據會(huì )達到EB級別。L5級別完全不需要人的參與，數據采集、預存、反饋、匹配、科學(xué)依據和判斷環(huán)節需要大量存儲容量。

　　自動(dòng)駕駛產(chǎn)生的海量數據將對存儲的帶寬和容量提出更高的要求，汽車(chē)存儲芯片的價(jià)值量會(huì )隨之提升。根據Semico Research，對L1和L2級而言，對于存儲容量的需求差別不大，一般配置8GB DRAM 和8GB NAND，而L3及以上級自動(dòng)駕駛的高精度地圖、數據、算法都需要大容量存儲來(lái)支持，一臺L3級的自動(dòng)駕駛汽車(chē)將需要16GB DRAM和256GB NAND，一臺L5級的全自動(dòng)駕駛汽車(chē)估計需要74GB DRAM和1TB NAND。根據美光科技及中國閃存預計，L2/L3級自動(dòng)駕駛汽車(chē)對內存帶寬要求約為100GB/s，對DRAM和NANDFLASH的平均容量需求約為8GB和25GB。

　　對于L3ADAS，選擇LPDDR5將大大簡(jiǎn)化系統，需要9個(gè)DRAM即可提供224GB/s的帶寬。而對于L4ADAS，帶寬要求上升到300GB/s。在此級別，以6.4Gb/s的速度運行的LPDDR5接口將需要12個(gè)DRAM，可能會(huì )造成SoC布局出現問(wèn)題，需要GDDR6進(jìn)行設計。5個(gè)GDDR6DRAM以16Gb/S的速度運行，可提供超過(guò)300GB/s的帶寬，8個(gè)GDRR6DRAM設備即可輕松滿(mǎn)足L5ADAS所需的500GB/s的速度。

　　智能化下占據車(chē)輛車(chē)載存儲數據的最大份額的是各類(lèi)傳感器的數據，傳感器數據主要來(lái)自ADAS系統和V2X功能。其中包括：GPS接收器、激光雷達、超聲波傳感器、毫米波雷達、高清攝像頭等。以汽車(chē)駕駛輔助系統ADAS為例，由于需要大容量存儲和高效運算支撐系統的快速反映，特別是高清的圖像傳輸，對于存儲產(chǎn)品的容量、性能、可靠性也提出了越來(lái)越高的需求。在自動(dòng)駕駛研發(fā)過(guò)程中，這些路測數據會(huì )被上傳到研發(fā)平臺，由平臺對這些數據進(jìn)行訓練，并在A(yíng)DAS平臺上進(jìn)行驗證和仿真，在此過(guò)程中又會(huì )產(chǎn)生大量的過(guò)程數據，他們都以文件或對象的方式保存，供各個(gè)平臺頻繁讀寫(xiě)。

　　隨著(zhù)自動(dòng)駕駛等級由L1向L5不斷滲透，傳感器數量、采集到的數據量顯著(zhù)提升，對存儲芯片的數量和容量需求也隨之增加。自動(dòng)駕駛應用中，每顆攝像頭、雷達均需要一顆儲存芯片與其配套使用，攝像頭和雷達會(huì )將所感知到的路面信息寫(xiě)入儲存芯片中，并通過(guò)專(zhuān)有算法對寫(xiě)入的數據進(jìn)行運算、分析，快速做出緊急避讓、制動(dòng)等操作。以L(fǎng)4級別為例，自動(dòng)駕駛私家車(chē)各個(gè)傳感器一天數小時(shí)行駛中需要產(chǎn)生超過(guò)10GB的結構化數據，每2h需要存儲2TB場(chǎng)景記錄數據，營(yíng)運車(chē)行駛10h將產(chǎn)生20TB數據，目前百度等自動(dòng)駕駛方案車(chē)每天路測所積累的場(chǎng)景數據已經(jīng)遠超20TB?，F有的流量成本和帶寬很難支持將全部數據上傳云端，大量數據需在車(chē)內進(jìn)行存儲和計算。

　　各類(lèi)車(chē)載傳感器中，ADAS攝像頭的數據生產(chǎn)量級最大，對更高效的處理和存儲方案提出要求。根據Yole，多作業(yè)目的的ADAS 攝像頭每小時(shí)產(chǎn)生數據量達352GB，后續伴隨主機廠(chǎng)對立體或三攝相機的應用，這一數據量將在此基礎上再增加1-2倍;激光雷達同樣產(chǎn)生了較大量級的數據。

　　驅動(dòng)因素二：事件記錄器(EDR)產(chǎn)生GB級存儲需求

　　事件記錄器是各國監管機構要求下的專(zhuān)門(mén)安全存儲器，具有GB級的數據存儲需求。法律法規保險及機構，需要事件記錄器記錄車(chē)輛事故前后數據，以判定自動(dòng)駕駛車(chē)或外部的責任歸屬，目前歐盟中德國已經(jīng)要求配備行車(chē)記錄黑匣子，記錄汽車(chē)行駛的每個(gè)動(dòng)作和環(huán)境細節，以備作為法律責任歸納參考。中國目前1.0版本標準已經(jīng)落地，即新能源車(chē)前端市場(chǎng)要配備行車(chē)記錄儀。

　　相比傳統的行車(chē)記錄儀，事件記錄器具有智能化感知功能、更全面的記錄需求和存儲空間需求。事件記錄器有智能性，能根據速度、轉彎、剎車(chē)等駕駛行為感知駕駛模式變化。其能夠在事故發(fā)生的前三十秒開(kāi)始詳細記錄車(chē)身運行變化，事故發(fā)生后5秒仍能對圖像場(chǎng)景和運行情況做出詳細記錄，便于責任判定。傳統行車(chē)記錄儀數據記錄量級僅為KB級，而L0級自動(dòng)駕駛車(chē)的事件記錄器就已達GB級。

　　驅動(dòng)因素三：電動(dòng)化下軟件定義汽車(chē)、集中式電子電氣架構及端邊云協(xié)同進(jìn)一步提升存儲需求

　　軟件定義更高級的智能電動(dòng)汽車(chē)架構，進(jìn)一步提高汽車(chē)存儲需求。未來(lái)電動(dòng)車(chē)將逐漸取代燃油車(chē)，有強大的算法和完善的周邊感知能力，并且沒(méi)有傳統機械傳動(dòng)的負擔，是一個(gè)由電池和管理系統組成的“巨形智能手機”，并逐漸融合更多功能、更省電、有更強的人機交互能力，需要開(kāi)發(fā)和安裝大量存儲密集型應用以完善相關(guān)功能，對存儲空間提出更高要求。

　　2030年自動(dòng)駕駛汽車(chē)代碼量約為當前智能手機的12倍。根據西部數據，智能手機和F16戰斗機約為2500萬(wàn)行代碼，WIN7和社交媒體軟件為5000萬(wàn)行，目前自動(dòng)駕駛汽車(chē)代碼量為1億行，據西部數據推算，到2030年常見(jiàn)型號的自動(dòng)駕駛汽車(chē)將達到3億行，軟件對汽車(chē)工藝的推動(dòng)作用較大。

　　軟件定義汽車(chē)趨勢推動(dòng)科技公司、原始廠(chǎng)商跨領(lǐng)域合作和產(chǎn)業(yè)整合。電動(dòng)化下每一項新技術(shù)和功能的實(shí)現都需要車(chē)企配合進(jìn)行反復驗證和訓練，進(jìn)而促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈中不同商業(yè)模式的整合。2020年6月，汽車(chē)巨頭梅賽德斯-奔馳與芯片巨頭英偉達共同開(kāi)啟研發(fā)車(chē)載計算系統和人工智能AI計算基礎架構。計劃于2024年在奔馳的下一代車(chē)型中推出。

　　電動(dòng)化驅使下汽車(chē)的電子電氣架構(E/E)從最初的分布式向域融合和中央控制單元過(guò)渡，未來(lái)車(chē)規級存儲趨勢同樣是以分布式為基礎的中央控制架構。電車(chē)上很多模塊如TBOX、輔助泊車(chē)、中控娛樂(lè )系統和EDR是分布式存儲架構，每個(gè)模塊都有自己的存儲器，但目前還是很無(wú)序的分布式存儲，每個(gè)模塊只有單一功能。

　　現代汽車(chē)的引擎蓋下是一個(gè)電子控制模塊(ECMs)網(wǎng)絡(luò )，具有許多不同功能。傳感器連接到這些ECM上，ECM之間又相互連接?？刂破鲄^域網(wǎng)絡(luò )(CAN)作為中心數據路徑，其上會(huì )運行不同的應用協(xié)議。高級駕駛輔助系統(ADAS)依靠安裝在車(chē)輛上的不同類(lèi)型傳感器來(lái)收集做出決策所需數據。

　　未來(lái)對汽車(chē)的定義將向5大域融合發(fā)展，按定義做集中分布，存儲空間按定義共享。如信息終端和導航控制系統專(zhuān)門(mén)用來(lái)存儲GPS導航數據和上下游云端通訊數據，將行車(chē)記錄儀融合到自動(dòng)駕駛功能中去，其存儲空間將和自動(dòng)駕駛存儲空間合并，共享高速存儲模塊，這樣的分布系統定義更清晰，功能完備。

　　DRAM：?jiǎn)诬?chē)價(jià)值量超130美金

　　千億市場(chǎng)規模漸行漸近

　　DRAM方面，我們引用Hynix對汽車(chē)DRAM需求量級判斷，可以看到一輛車(chē)預估需求可達150GB DRAM，價(jià)值量可超130美金，現在全球每年大概生產(chǎn)0.8～1億部車(chē)，如果乘以滲透率或者考慮用量進(jìn)一步提升，整體DRAM需求量還將提升，長(cháng)期來(lái)看將形成千億級人民幣的市場(chǎng)規模。

　　美光科技市占率近半地位穩固、技術(shù)領(lǐng)先，國內存儲龍頭北京君正DRAM市占率第二，三星、南亞科、華邦電緊隨其后。從競爭格局來(lái)看，美光科技作為絕對龍頭市占率達45%，2021年度進(jìn)行了LPDDR5采樣測試，為行業(yè)領(lǐng)先。北京君正收購北京矽成后進(jìn)入車(chē)載存儲芯片領(lǐng)域，已與博世汽車(chē)、大陸集團等下游車(chē)企達成緊密合作;汽車(chē)智能化程度的提高和相關(guān)技術(shù)的不斷升級，也將帶來(lái)除存儲芯片之外的其他各類(lèi)車(chē)載芯片的需求增長(cháng)，北京矽成專(zhuān)注在汽車(chē)及工業(yè)領(lǐng)域的多年芯片研發(fā)經(jīng)驗將在智能駕駛時(shí)代迎來(lái)新的發(fā)展前景。

　　NAND：?jiǎn)诬?chē)需求量提升至2TB

　　CAGR高達37%

　　新四化驅動(dòng)NAND存儲向大容量高可靠性進(jìn)化，需求容量與價(jià)值同步提升。根據西部數據預測，2022年及2025年單車(chē)需要的NAND容量將從1TB上升至2TB。

　　中、美、日、韓競爭激烈，信息娛樂(lè )與ADAS系統推動(dòng)了整個(gè)汽車(chē)行業(yè)對大容量、高性能NAND的需求。三星的256GB BGA SSD控制器和固件由三星自主研發(fā)，已完成客戶(hù)評估，目前已進(jìn)入量產(chǎn)階段，能夠實(shí)現每秒2，100 MB/s的順序讀取速度和300MB/s的順序寫(xiě)入速度，分別是當前eMMC的七倍和兩倍。國內龍頭西部數據已經(jīng)實(shí)現了UFS存儲器在導航地圖、IVI系統、遠程通訊、ADAS和數據日志上的應用。

　　NOR FLASH：車(chē)載各系統需求迭起

　　中國公司占據70%市場(chǎng)

　　結構性增長(cháng)驅動(dòng)NOR Flash產(chǎn)品需求，其應用在汽車(chē)電子中極為多元。當前汽車(chē)存儲行業(yè)存在以下結構性增長(cháng)機會(huì )：一方面系統復雜性的提升提出更高的片外存儲需求，另一方面越來(lái)越多的應用場(chǎng)景要基于高性能的處理單元，驅動(dòng)了MCU、GPU、MPU、SoC對程序和參數的存儲需求和FPGA對結構化數據的存儲需求。從應用場(chǎng)景來(lái)看，汽車(chē)ADAS系統、儀表系統、巡航系統和SOTA的升級均需可靠的NOR Flash存儲。

　　相較于DRAM和NAND Flash，NOR Flash體量較小，從競爭格局來(lái)看，中國旺宏、華邦電和兆易創(chuàng )新占領(lǐng)了絕大多數的市場(chǎng)份額，2016、2017年美光科技、賽普拉斯相繼宣布退出部分NOR Flash市場(chǎng)競爭而漸漸淡出，NOR Flash芯片的市場(chǎng)份額逐漸把控在中國臺灣旺宏、華邦電和中國大陸兆易創(chuàng )新三家企業(yè)中，2020年，華邦電、旺宏和兆易創(chuàng )新市占率排名前三，占比分別為25.4%、22.5%、15.6%。

　　兆易創(chuàng )新GD25 SPI NOR Flash 全面滿(mǎn)足車(chē)規級AEC-Q100認證，GD25車(chē)規級存儲全系列產(chǎn)品已在多家汽車(chē)企業(yè)批量采用，主要應用于車(chē)載輔助駕駛系統、車(chē)載通訊系統、車(chē)載信息及娛樂(lè )系統、電池管理系統等，為市場(chǎng)提供全國產(chǎn)化車(chē)規級閃存產(chǎn)品。

　　預計汽車(chē)存儲系統隨著(zhù)智能化水平提升容量和性能將實(shí)現快速增長(cháng)，汽車(chē)將成為存儲器步入千億美金市場(chǎng)的核心因素。20世紀70年代起，DRAM進(jìn)入商用市場(chǎng)，并以其極高的讀寫(xiě)速度成為存儲領(lǐng)域最大分支市場(chǎng);功能手機出現后，迎來(lái)NOR Flash市場(chǎng)的爆發(fā);進(jìn)入PC時(shí)代，人們對于存儲容量的需求越來(lái)越大，低成本、高容量的NAND Flash成為最佳選擇。

　　智能化時(shí)代里，萬(wàn)物智聯(lián)，存儲行業(yè)市場(chǎng)空間將進(jìn)一步加大，對數據存儲在速度、功耗、容量、可靠性層面也將提出更高要求。而DRAM雖然速度快，但功耗大、容量低、成本高，且斷電無(wú)法保存數據，使用場(chǎng)景受限;NOR Flash和NAND Flash讀寫(xiě)速度低，存儲密度受限于工藝制程。市場(chǎng)亟待能夠滿(mǎn)足汽車(chē)等新場(chǎng)景的存儲器產(chǎn)品，性能有著(zhù)突破性進(jìn)展的新型存儲器即將迎來(lái)快速增長(cháng)期。

　　存儲方面，我國北京君正、兆易創(chuàng )新產(chǎn)品均已導入車(chē)用市場(chǎng)。北京君正收購北京矽成后進(jìn)入車(chē)載存儲芯片領(lǐng)域，已于博世汽車(chē)、大陸集團等下游車(chē)企達成緊密合作;汽車(chē)智能化程度的提高和相關(guān)技術(shù)的不斷升級，也將帶來(lái)除存儲芯片之外的其他各類(lèi)車(chē)載芯片的需求增長(cháng)，北京矽成專(zhuān)注在汽車(chē)及工業(yè)領(lǐng)域的多年芯片研發(fā)經(jīng)驗將在智能駕駛時(shí)代迎來(lái)新的發(fā)展前景。

　　兆易創(chuàng )新GD25 SPI NOR Flash 全面滿(mǎn)足車(chē)規級AEC-Q100認證，GD25車(chē)規級存儲全系列產(chǎn)品已在多家汽車(chē)企業(yè)批量采用，主要應用于車(chē)載輔助駕駛系統、車(chē)載通訊系統、車(chē)載信息及娛樂(lè )系統、電池管理系統等，為市場(chǎng)提供全國產(chǎn)化車(chē)規級閃存產(chǎn)品。