一輛新能源汽車的半導體價值是傳統(tǒng)燃油汽車的兩倍之多，比如一輛特斯拉Model 3的半導體價值高達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，將為汽車半導體行業(yè)帶來重大市場機遇。
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指令控制車輛運行。
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是實現(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)運行中所需的環(huán)境監(jiān)測傳感器(包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達)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，一輛特斯拉的標配共有8個攝像頭、1個77G的毫米波雷達和12個超聲波雷達，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的身影，但內(nèi)行一眼就能看出來，特斯拉將毫米波雷達和視覺的融合體現(xiàn)出特斯拉傳感芯片的算力之強。
目前，全世界約50個國家、超過6000家機構(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、恩智浦等半導體供應商的自動駕駛平臺已經(jīng)實現(xiàn)毫米波雷達、視覺、激光雷達、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)在通訊設備領域的蘋果也表示出對下一代激光雷達傳感器的興趣，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，尚未形成獨立的產(chǎn)業(yè)。
近幾年，中國企業(yè)似乎已經(jīng)找到了闖進傳感器市場的突破口，我國超聲波雷達技術盡管在穩(wěn)定性和可靠性上還有待進一步提高，但憑借著高性價比的產(chǎn)品、快速及時的服務，國內(nèi)的同致電子、豪恩、奧迪威的UPA已成功進入各大汽車廠的采購目錄。
同濟大學教授白杰認為，毫米波雷達成為我國企業(yè)進一步闖進市場的良好切口，較激光雷達和超聲波而言，監(jiān)測精度更高，而成本較低。
記者了解到，我國的毫米波雷達市場已經(jīng)進入快速發(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);深圳安志杰已實現(xiàn)24GHz和77G產(chǎn)品的量產(chǎn)。
此外，傳感器領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)實力上帶來更多提升的機會。
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)，又能服務于復雜的驅(qū)動系統(tǒng)，為預碰撞、自適應巡航控制、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市場年復合增速將達到11.7%，預計到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、意法半導體、三星、德州儀器和Cypress)在中國市場占有率達到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、邊緣計算 等豐富多樣的新技術生態(tài)，正在積極“擁抱”MCU市場，重燃了在汽車電子領域的熱情。鹿文亮表示，人工智能算法將在嵌入式MCU平臺上運行并進行優(yōu)化，這將為中國MCU企業(yè)帶來新的機遇。
瑞薩電子(中國)汽車電子銷售中心應用技術部高級專家趙坤表示，自動駕駛系統(tǒng)在性能、可靠性、實時性、功耗效率以及對應的算法等方面對處理芯片提出了最高標準的要求，這就需要將人工智能算法導入到車載芯片中。
我國已有企業(yè)實現(xiàn)在該領域的芯片量產(chǎn)。據(jù)上海地平線總經(jīng)理、征程芯片研發(fā)負責人吳征介紹，地平線的第一代征程芯片是中國最早實現(xiàn)量產(chǎn)流片的人工智能芯片，計劃在今年內(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，預計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”進入集成驗證階段，預計在今年第二季度進行實車測試。
功率半導體，汽車的心臟
在汽車的執(zhí)行層面，功率半導體(又稱電力電子器件)在電路中實現(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387美元，占整車半導體價值的55%。新能源汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車新增的半導體成本中，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)動機和燃油，電機驅(qū)動系統(tǒng)中的電力設備需要大量的功率半導體。而在傳統(tǒng)燃油車中，功率半導體僅有少量位于發(fā)動機，體量和功用不足與新能源汽車相較。
IGBT成為目前應用于新能源汽車功率半導體的主流技術，在高壓系統(tǒng)中幫助電壓源實現(xiàn)較低負載，使電機系統(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。在特斯拉的雙電機全驅(qū)動版中，IGBT使用量共計132個，總價值可達650美元。
一直以來，中國功率半導體企業(yè)與國外領軍企業(yè)差距顯著。來自歐美和日本的半導體企業(yè)(包括英飛凌、瑞薩電子、富士電機、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，車用功率半導體市場仿佛預感到了“國產(chǎn)替代”的春天。株洲中車時代電氣的IGBT技術能力出眾，憑借著多年在功率半導體領域的積累，計劃在今年量產(chǎn)第6代IGBT技術芯片，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)可達到24萬片。
比亞迪公司已布局IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈，包括芯片設計、晶圓制造、測試、封裝、新能源汽車應用等。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)級芯片領域的領先優(yōu)勢。今年年初，比亞迪推出了業(yè)界領先的汽車功率芯片IGBT4.0技術，該芯片能夠幫助電流輸出能力較當前市場主流的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替代進口產(chǎn)品的進程。
在代工制造方面，中芯國際通過收購意大利LFoundry公司，獲得具有汽車半導體產(chǎn)品經(jīng)驗的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。
