汽車(chē)芯片的新機會(huì )

來(lái)源：內容由半導體行業(yè)觀(guān)察（ID：icbank）綜合自Yole，謝謝。

雖然上海的疫情防控給汽車(chē)帶來(lái)了一些雜音，但汽車(chē)銷(xiāo)售正受益于疫情后的激增——人們可以稱(chēng)之為重生，而不是反彈。

事實(shí)上，CASE 的大趨勢（互聯(lián)、自治、共享和電氣化）也已經(jīng)席卷了整個(gè)行業(yè)。今天銷(xiāo)售的汽車(chē)正在采用新的成像技術(shù)設備來(lái)支持新功能，特別是支持從高級駕駛輔助系統 (ADAS) 向自動(dòng)駕駛 (AD) 的過(guò)渡。在這種情況下，成像技術(shù)的成功——無(wú)論是用于觀(guān)看、ADAS 還是車(chē)內應用，就成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

統計數據顯示，在 2021 年，這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了 69億美元的硬件銷(xiāo)售額，并且在 4.67 億輛汽車(chē)的支持下，到 2027 年應以 12.5% 的復合年增長(cháng)率增長(cháng)至 140億美元相機模塊。

后視鏡等觀(guān)察攝像頭的采用非常引人注目，現在這一階段涉及 360° 環(huán)視系統。2021 年生產(chǎn)的輕型汽車(chē)中，58% 配備了 ADAS 前向攝像頭，到 2027 年將達到 86%。Level 2以上汽車(chē)的自動(dòng)緊急制動(dòng) (AEB) 和車(chē)道保持輔助 (LKA) 都是經(jīng)過(guò)充分驗證的市場(chǎng)應用。

對于下一階段的增長(cháng)，車(chē)內攝像頭和側面/后置 ADAS 攝像頭將成為必需品。不僅消費者購買(mǎi)熱潮，而且監管機構也加入了競爭以加速采用。車(chē)內駕駛員監控系統 (DMS) 和改進(jìn)的易受攻擊的用戶(hù)檢測技術(shù)（如行人 AEB）接下來(lái)將加速采用。

成像技術(shù)是這一轉變的核心

2021 年每輛汽車(chē)用了 2.6 個(gè)攝像頭，到 2027 年，這一數字將上升到每輛 4.6 個(gè)攝像頭。如果平均攝像頭安裝數量是成像技術(shù)無(wú)處不在的一個(gè)很好的指標，那么高端汽車(chē)往往至少是兩倍。今天展示的高級原型通常配備 11 或 12 個(gè)攝像頭，而對于期待已久的消費級自動(dòng)駕駛汽車(chē) (AV)，其路線(xiàn)圖擴展到每輛車(chē)超過(guò) 20 個(gè)攝像頭。

到目前為止，我們觀(guān)察到的是原始設備制造商在選擇相機時(shí)的極端保守主義。大量使用的圖像傳感器極為有限。汽車(chē)確實(shí)具有標準化的特點(diǎn)，并且引入了新的成像模式，無(wú)論是熱成像 (LWIR)、短波紅外成像 (SWIR)，還是時(shí)間門(mén)控或基于事件的成像等新方法，仍然是機器人車(chē)輛生態(tài)系統更有可能采用的困難路徑。Waymo、Cruise、百度和 Tu Simple 是這件事的潛在破壞者。

在安全法規的推動(dòng)下，高級駕駛輔助系統 (ADAS) 的采用正在迅速增加。ADAS 傳感器非常多樣化和互補，通常需要處理器才能發(fā)揮作用。本報告涵蓋用于 ADAS 攝像頭、雷達和激光雷達的處理器，以及用于 ADAS 中央平臺的處理器。還研究了具有駕駛員監控系統和乘員監控系統等應用的車(chē)內攝像頭和雷達的計算，以及用于信息娛樂(lè )的處理器。ADAS 和信息娛樂(lè )處理器的計算收入正在快速增長(cháng)，2021-2027 年 (CAGR21-27) 的復合年增長(cháng)率為 19%，到 2027 年達到 120億美元的價(jià)值。這種增長(cháng)是由不斷增長(cháng)的出貨量推動(dòng)的，但也集中化趨勢，這需要更強大和更昂貴的處理器。不斷增長(cháng)的平均售價(jià) (ASP) 部分是最近 Covid-19 和相關(guān)半導體短缺危機的結果。這也部分歸因于將更多功能集成到處理器中。這些因素共同推動(dòng)了汽車(chē)行業(yè)的計算收入。

汽車(chē)制造商之間的多樣性越來(lái)越大。傳統公司可能或多或少地參與了自主功能的開(kāi)發(fā)。新的電動(dòng)和顛覆性汽車(chē)制造商可能會(huì )創(chuàng )造新的消費者視聽(tīng)范式。去年，一些傳統汽車(chē)制造商宣布了處理器的開(kāi)發(fā)，電動(dòng)汽車(chē)巨頭特斯拉也這樣做了。但考慮到任務(wù)的難度和必要的巨額投資，我們預計大多數汽車(chē)制造商不會(huì )完全開(kāi)發(fā)出完整的芯片。相反，他們將建立伙伴關(guān)系并建立緩沖庫存。

目前的處理器生態(tài)系統，成像 ADAS 處理器市場(chǎng)由 Mobileye 主導，其次是賽靈思-AMD、東芝和德州儀器等其他廠(chǎng)商。但許多玩家正在推動(dòng)進(jìn)入市場(chǎng)，并且已經(jīng)宣布設計獲勝。其中包括高通和安霸，還有許多初創(chuàng )公司，包括 Hailo、Vsora 和 Horizon Robotics。這些玩家中的大多數也將自己定位于中央計算處理器，這是圖像處理的下一步。中國和新興電動(dòng)汽車(chē)制造商正在以最快的速度采用這種架構。

對于車(chē)內傳感市場(chǎng)，情況就不同了。有更多種類(lèi)的解決方案可用于運行第 2 層軟件解決方案。傳統的汽車(chē)處理器擁有雷達處理器市場(chǎng)。對于激光雷達，大多數玩家使用 Xilinx 的可編程片上系統 (SoC)。信息娛樂(lè )方面也有一些變化，隨著(zhù)功能的集中以及汽車(chē)制造商軟件戰略中無(wú)線(xiàn)更新的重要性日益增加。

隨著(zhù) ADAS 的發(fā)展，需要更多的傳感器來(lái)添加新功能并提高現有功能的安全性。這直接導致汽車(chē)中處理器數量的增加。即使計算的中心化趨勢限制了數量的增長(cháng)，它仍然是巨大的。每個(gè) ADAS 傳感器/傳感器組一個(gè)處理器的分散式架構預計將在未來(lái)五年內保持主導地位。

此外，這種集中化趨勢直接意味著(zhù)需要更強大的處理器來(lái)處理相機、雷達和激光雷達原始數據流之上的所有不同軟件層。最新的處理器光刻節點(diǎn)將用于執行這些高級任務(wù)，具有最佳的性能和能耗比。這將直接提高處理器價(jià)格。

生態(tài)系統中正在進(jìn)行的技術(shù)轉型的后果已經(jīng)非常顯著(zhù)。2015 年英特爾收購 Mobileye 為行業(yè)重構奠定了基礎。三星、高通和安霸已將自己定位為從技術(shù)轉型中受益，許多成像和視頻分析初創(chuàng )公司也如此。因此，成像技術(shù)供應商的角色與 OEM 和一級供應商以及視覺(jué)處理器和軟件公司交織在一起。汽車(chē)行業(yè)現在是科技領(lǐng)域的一部分，在當前半導體短缺的背景下，這一點(diǎn)變得更加生動(dòng)。應用的多樣化催生了許多新技術(shù)。

備受關(guān)注的汽車(chē)雷達市場(chǎng)

不斷發(fā)展的安全法規和新穎的駕駛自動(dòng)化功能同時(shí)也正在推動(dòng)雷達市場(chǎng)?？傮w而言，2021 年雷達平臺市場(chǎng)為 58億美元。我們預計復合年增長(cháng)率為 14%，到 2027 年達到 128億美元。這一市場(chǎng)增長(cháng)主要來(lái)自 4D 和成像雷達，這將更好地適應未來(lái)更嚴格的駕駛場(chǎng)景. 雷達傳感器也有望在更普遍的情況下進(jìn)入室內監控用例市場(chǎng)，例如兒童存在檢測和占用監控系統。這種新型雷達傳感器預計將帶來(lái)新的市場(chǎng)機會(huì )，我們估計到 2027 年將達到近 5 億美元。雷達模塊包括多個(gè) IC 和/或功能，來(lái)自雷達處理器（通常是 MCU）和 RFIC（通常是收發(fā)器） ) 到配套的 PMIC 和網(wǎng)絡(luò )芯片。

第一個(gè)商用汽車(chē)雷達于 2000 年為戴姆勒和寶馬汽車(chē)推出。在 2020 年和 2021 年期間，領(lǐng)先的雷達供應商推出了他們的第 5 代雷達?，F代汽車(chē)雷達傳感器繼承自這個(gè)長(cháng)期的進(jìn)化周期。到目前為止，升級主要集中在成本和外形優(yōu)化上，這說(shuō)明了行業(yè)所追求的集成化趨勢。除了集成之外，RF 性能隨著(zhù)時(shí)間的推移顯著(zhù)提高。最初，雷達以模擬波束形成和機械轉向運行，然后轉向數字波束形成（全場(chǎng)景照明）。在數字波束形成時(shí)代，引入了 MIMO 技術(shù)，可以在保持合理物理尺寸的同時(shí)增加天線(xiàn)虛擬孔徑。目前，業(yè)界提出了 MIMO 縮放（從 0. 2k 到 2k 像素）作為實(shí)現成像雷達低于 1° 角分辨率的基線(xiàn)。這帶來(lái)了信號處理和計算方面需要克服的新挑戰，這解釋了為什么重點(diǎn)轉向深度學(xué)習和人工智能。

過(guò)去幾年，汽車(chē)雷達市場(chǎng)引起了更多關(guān)注。在系統層面，市場(chǎng)由六大一級供應商引領(lǐng)：Continental、Bosch、Hella、Denso、Aptiv 和 Veoneer。同時(shí)，在芯片層面，恩智浦和英飛凌占據了大部分市場(chǎng)。盡管雷達市場(chǎng)已經(jīng)成熟多年，但我們看到多個(gè)新玩家定位并獲得設計勝利，無(wú)論是在系統級別（Magna、Mobis、Weifu 等）還是在芯片級別（例如，Arbe、Uhnder、Vayyar ）。而且還有更多，因為大型科技公司也在投資雷達開(kāi)發(fā)（華為、高通、英特爾……）。

尋求新收入來(lái)源并渴望差異化以求生存的 OEM 熱衷于與這些公司直接討論，將其傳統供應商列入候選名單。這給領(lǐng)先的一級供應商和半導體公司帶來(lái)了巨大壓力，他們需要比通常的時(shí)間周期更快地進(jìn)行創(chuàng )新。因此，領(lǐng)先企業(yè)正在尋求協(xié)同效應，要么進(jìn)行整合，要么轉向垂直整合。

新能源帶來(lái)的功率器件需求

幾年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē) (xEV) 的普及率一直在蓬勃發(fā)展。Yole 預計，從 2021 年到 2027 年（CAGR2021-2027），全球 xEV 市場(chǎng)的復合年增長(cháng)率將達到 21%，并在所有市場(chǎng)中加速。隨著(zhù) BEV 采用的快速增長(cháng)，混合動(dòng)力技術(shù)也將大幅增長(cháng)。不同技術(shù)的滲透率取決于地區。

電力電子市場(chǎng)將受到逆變器、車(chē)載充電器 (OBC) 和直流到直流轉換器等應用的強勁推動(dòng)。用于主逆變器的 SiC MOSFET 模塊的滲透已經(jīng)開(kāi)始，并將取得顯著(zhù)成效。這些模塊將在 2021-2027 年達到 28% 的 CAGR，具有快速充電能力、高效率以及設備和系統級別的緊湊性等優(yōu)勢。碳化硅的供需平衡問(wèn)題更為尖銳，其產(chǎn)能正在大幅擴張。

快速的電氣化趨勢正在創(chuàng )造一個(gè)全新的供應鏈，遠離傳統的內燃機。這包括一個(gè)新的電動(dòng)動(dòng)力系統，由電池、電動(dòng)機和逆變器組成，以及其他支持性子系統，包括 OBC、DC/DC 轉換器、配電單元 (PDU) 和其他輔助設備。對于大多數子系統，電力電子元件是關(guān)鍵。

這吸引了一批新的供應商，其中一些甚至來(lái)自汽車(chē)以外的行業(yè)。這種“入侵”在新興國家和地區更為明顯，尤其是在中國。

值得注意的是，越來(lái)越多的汽車(chē)制造原始設備制造商 (OEM) 正在轉向垂直整合。一些將通常由一級零件供應商生產(chǎn)的系統的責任合并到 OEM 的內部工作中。有些甚至滲透到通常由二級供應商完成的設備設計和制造。這種顛覆性趨勢的主要驅動(dòng)力是關(guān)鍵供應鏈安全的保障，以及電動(dòng)汽車(chē)相當高的創(chuàng )新速度，垂直整合得到了更好的支持。

電氣化之旅相當令人興奮。然而，對于所有參與者來(lái)說(shuō)，仔細審視自己的地位和能力，并制定適合高度動(dòng)態(tài)的 xEV 業(yè)務(wù)的戰略仍然至關(guān)重要。

效率提升為電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)多重好處。顯然，這需要一種整體方法，其中電動(dòng)動(dòng)力系統發(fā)揮著(zhù)重要作用。電力電子器件是電子轉換器中功能和成本的關(guān)鍵元件。從 Si IGBT 模塊轉向 SiC MOSFET 模塊，因為后者具有更低的損耗、緊湊性和更好的超快速充電兼容性。隨著(zhù)巨大的計劃 SiC 產(chǎn)能在未來(lái)幾年達到量產(chǎn)，這一轉變正在加速。

另一個(gè)關(guān)鍵趨勢是子系統集成。這不僅是一種技術(shù)選擇，而且還極大地改變了供應鏈。越來(lái)越多的原始設備制造商開(kāi)始自己成為“系統集成商”，并直接與關(guān)鍵組件供應商簽訂合同。

技術(shù)不斷向更高的性能發(fā)展，包括系統電壓從 400V 到 800V 以及設備冷卻解決方案從主流的單面直接水冷轉向更有效的雙面直接水冷。

Yole指出，受汽車(chē)應用的強勁推動(dòng)，尤其是在 EV 主逆變器方面，繼特斯拉采用 SiC 后，2020 年和 2021 年又有多款新發(fā)布的 EV 和公告。此外，特斯拉創(chuàng )紀錄的出貨量幫助 SiC 器件在 2021 年達到 10 億美元的規模。為了滿(mǎn)足長(cháng)續航的需求，800V EV 是實(shí)現快速直流充電的解決方案。這就是 1200V SiC 器件發(fā)揮重要作用的地方。

Yole表示，截至 2022 年，比亞迪的 Han-EV 和現代的 Ioniq-5 通過(guò)提供快速充電功能獲得了不錯的銷(xiāo)量。Nio、Xpeng 等更多 OEM 計劃在 2022 年將 SiC EV 推向市場(chǎng)。

除汽車(chē)外，工業(yè)和能源應用在我們的預測期內代表著(zhù)增長(cháng)率超過(guò) 20% 的市場(chǎng)。例如，采用 SiC 模塊的大功率充電基礎設施的部署，以及日益增長(cháng)的光伏安裝。在這種情況下，在 Yole 的最新預測中，預計到 2027 年，SiC 器件市場(chǎng)將從 2021 年的 10 億美元業(yè)務(wù)增長(cháng)到 60 億美元以上。

這項價(jià)值數十億美元的業(yè)務(wù)也吸引了玩家增加收入。在頂級 SiC 器件廠(chǎng)商中，意法半導體和 Wolfspeed 的 SiC 收入在 2021 年同比增長(cháng)超過(guò) 50%，與全球 SiC 器件市場(chǎng) 57% 的增長(cháng)保持一致。英飛凌以工業(yè)應用為基礎進(jìn)入主逆變器業(yè)務(wù)，實(shí)現了 126% 的增長(cháng)。onsemi 也在 2021 年以強勁的增長(cháng)加入這個(gè)競爭。隨著(zhù)這些公司正在將其 SiC 發(fā)展到十億美元的業(yè)務(wù)，未來(lái)幾年的競爭也可以在供應鏈整合中確定。IDM商業(yè)模式被主要參與者選擇，多方并購 和 SiC 的合作伙伴關(guān)系重塑了 SiC 生態(tài)系統，以確保晶圓供應并進(jìn)入器件業(yè)務(wù)，以維持其未來(lái)數年價(jià)值數十億美元的業(yè)務(wù)目標。SiC 模塊是玩家競爭的下一個(gè)級別，我們已經(jīng)確定了進(jìn)入汽車(chē)、工業(yè)和能源應用的新產(chǎn)品。