集微咨詢：車規級半導體進擊千億美元量級背后，IGBT供不應求，MCU掉鏈

集微咨詢（JW insights）認為：

- 排除疫情因素，在上游供應商持續加大供應的情況下，汽車芯片供應鏈可能要延后到2023年才能恢復。汽車電動化超預期發展將是造成汽車芯片供需平衡延后的主要原因；

- 功率器件將成為汽車電動化的直接受益者，SiC同步受益加速上車，推進技術成熟度和市場普及度；

- 智能駕駛對感知芯片的驅動增長日益明顯，單車用量將從L1級的2顆提升至L4/L5級的20顆；并隨著汽車智能化滲透率的提升而持續增加，預計到2030年，中國車載AI SoC芯片市場規模突破100億美元。

新能源汽車超預期發展，或提前3年達成目標

目前，汽車電動化、智能化已成為不可逆轉的趨勢，中國、歐洲都是這一路線的堅定踐行者，而美國拜登政府也推出了2萬億美元基建刺激計劃，其中，新能源汽車產業是其重點發展方向之一；另外，日本、韓國、印度等國家和地區也在開始發力汽車電動化及智能化進程。這意味著，全球主要汽車產銷國家和地區，都已加入到汽車電動化變革的前沿陣地中來。

其中，中國仍將繼續成為全球汽車電動化、智能化的排頭兵。根據原規劃，預計我國到2025年，新能源汽車滲透率將達到20%，以目前我國每年汽車銷量計算，即我國2025年新能源新車銷量約為500萬輛。不過，我國新能源汽車產業的發展速度顯然超出了預期，20%的滲透率正在加速到來。

今年前11個月，我國新能源汽車累計銷量為302.3萬輛，同比增長167.4%；新能源乘用車累計銷量為286.9萬輛，同比增長178%。其中，11月份我國新能源汽車銷量為45萬輛，滲透率為17.84%；新能源乘用車銷量為42.7萬輛，滲透率已達到19.48%，或將于12月份達到20%。

而從歷年數據看，從2021年開始，我國新能源汽車銷量進入爆發增長期，其新車銷量比重已從2020年的5.4%提升至2021年的12.74%，預計2022年全年銷量滲透率接近或達到20%，對應的新能源汽車銷量也有望超過510萬輛，集微咨詢（JW insights）分析認為，無論滲透率還是銷量，新能源汽車市場有望提前3年達成目標。

根據近兩年發展趨勢，預計至2025年，我國新能源汽車滲透率將有望提升到46%左右，新能源汽車新車銷量也有望達到1380萬輛左右，成為汽車市場的主要增長極，而傳統燃油車的銷量則快速下滑，預計將從2020年的2394.4萬輛下滑至2025年的1600萬輛左右。在新能源汽車帶動下，我國汽車總銷量也將恢復增長態勢，預計到2025年銷量將超過2017年2900萬輛的峰值，達到3000萬輛左右。

汽車芯片需求量激增，或將引發新的短缺情況

汽車芯片種類繁多，整體來看，主要有8大類：高性能計算芯片（AI芯片/GPU）、微控制器（MCU）、存儲芯片（DRAM/Flash）、CMOS圖像傳感芯片、顯示驅動芯片、模擬芯片（包括無線通訊的功率放大器、音頻放大器、傳感器等）、功率元器件、傳感芯片（壓力、流量、慣性、濕度、紅外等）。

隨著汽車電動化的加速，汽車所需要的芯片數量越來越多。中國汽車工業協會數據顯示，傳統燃油車所需汽車芯片數量為600-700顆/輛；而電動車所需的汽車芯片數量將提升至1600顆/輛，時下理想汽車新一代車型的芯片需求量已達到1700顆/輛，是原來的3倍。

如果是更高級的智能汽車，對芯片的需求量將有望提升至3000顆/輛，即汽車智能化程度越高，對汽車芯片的需求數量越高。相應的，汽車芯片的平均價值量也將從傳統燃油車的370美元/輛提升至電動車的1000美元/輛，其中，高端電動車的半導體價值量已提升至1500美元/輛，未來有望提升至2300美元/輛以上。

Gartner數據顯示，在新能源汽車領域，輕度混合動力汽車的半導體價值量平均為475美元/輛，插電式混合動力汽車為740美元/輛，純電動車型為750美元/輛。Gartner同時預測，全球汽車半導體市場規模將從2020年的387億美元增至2025年的826億美元，復合年增長率為16.4%。

汽車電動化變革，對半導體器件的需求也與傳統燃油車有所不同，將側重于電源、功率轉換、智能計算等領域；同時，電動化也在加速汽車智能化的發展，對汽車感知芯片的需求量也有別于燃油車，都將會給汽車半導體市場帶來新的挑戰與機遇。

而當下，汽車芯片仍處于短缺狀態，在新能源汽車超預期發展背景下，如果市場供應端跟不上市場需求，汽車半導體市場或將很快出現新的短缺情況。

MCU重在升級替代，單車增量不明顯

未來幾年汽車銷量逐年恢復并超越2017年的銷量水平，但并不是所有的車規級芯片產品都會出現激增情況。MCU就是其中之一，該芯片也是構成ECU、VCU、DC的核心部分，但根據Gartner分析數據，單輛車對MCU的需求量并不會隨著汽車電動化、智能化的增加而出現明顯增加。

MCU的功能，主要集中在車身控制、電池管理系統、汽車照明等領域。未來，傳統8位MCU、16位MCU將通過遷移到32位MCU并從汽車中移除，而集成度更高、功能更強大的32位MCU將成為主流，因此，電動化帶來的MCU增量將會被32位MCU所抵消掉一部分。

同時，未來大部分駕駛功能將由汽車HPC（High Performance Computing，高性能計算集群）控制?，F在，一輛車上有70到100個ECU，每個ECU（包括其中的MCU）控制一個特定的駕駛功能；然而，這種分布式計算體系結構將被更集中的HPC體系結構所取代。

因此，集微咨詢（JW insights）分析認為，未來單車MCU用量增量有限，且存在下降可能。而未來帶來MCU需求量增加，一是受益車載傳感器的增加，帶動MCU用量增加；二是來自于汽車銷量的增加。事實上，目前全球汽車銷量整體穩中有降，伴隨電動化變革銷量將會有所抬頭，但不會帶來整體銷量的激增。

集微咨詢（JW insights）預計，單車MCU用量將在2025年達到峰值，接下來，隨著汽車智能化、控制集中化發展，車規級MCU的用量將會開始逐步下降至目前水平。不過，由于單價更高的32位MCU應用比例繼續提升，汽車MCU整體市場規模仍將處于持續增長趨勢，預計將從目前的59.16億美元提升至2024年的88.78億美元。

其中，國內部分，國產替代將是未來發展主旋律，目前車規級MCU國產化率約為5%，隨著比亞迪電子、杰發科技、芯旺微、國芯科技、芯海科技、兆易創新、北京君正、紫光國微、中穎電子等本土企業的發力，國產化率有望在未來幾年得到飛速提升。而目前所說的汽車芯片緩解，主要是車規級MCU供應鏈恢復供需平衡，有望在2022年底實現。

IGBT將成電動化增長極，年復合增速達58.8%

以電動車為代表的新能源汽車，電氣化管理成為了汽車變革的主要變量，隨之而來的是，汽車電動化后，熱管理系統、充電逆變系統、電機驅動控制系統等將會新增大量功率器件需求，IGBT則成為了汽車電動化的主要增量芯片。

IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)是由BJT和MOSFET組成的復合功率半導體器件，既有MOSFET的開關速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、驅動功率小、開關損耗小的優點，又有BJT導通電阻低、通態電流大、損耗小的優點，在全車交直流轉換、功率調控、車載空調等方面均有應用。

據了解，IGBT及IGBT模塊在新能源汽車成本結構中，占驅動系統的比重已達50%，占全車成本的比重也高達8-10%，是新能源汽車中，成本最高的單一元器件。

根據Omdia 2020年報告顯示，2019年中國車用IGBT市場規模為2.8億美元。而隨著新能源汽車產業超預期增長，對車規級IGBT的需求量也進入了爆發階段。

2019年比亞迪電機驅動控制器用IGBT模塊全球排名第二，僅次于英飛凌，市場占有率18%，在國內廠商中排名第一。即便如此，比亞迪還是無法自給自足。2020年，比亞迪新能源汽車銷量為18.97萬輛；而2021年前11個月新能源汽車銷量已達50.98萬輛，同比增長近2倍；同時，根據比亞迪預測，明年其新能源汽車銷量將達150萬輛。

而供應端，2018年-2020年，比亞迪半導體功率模塊的產量分別為140.57萬個、92.1萬個、100.83萬個，整體處于下降趨勢，而其汽車產銷量卻出現逐年翻倍增長的情況，顯然，比亞迪出現了IGBT供應短缺情況，2022年這一情況將會變得更為凸顯。

為解決自身產量不足的問題，近日，比亞迪正式向士蘭微下單車規級IGBT，訂單金額達億元級，同時向斯達半導、時代電氣、華潤微等具備車規級IGBT生產能力的本土企業下單，開始為明年布局，保障激增的新能源汽車生產對IGBT的需求。

同時，其他汽車品牌也在積極布局功率器件，其中，東風汽車旗下智新半導體的IGBT生產線已完全進入自動化生產流程，一期年產能為30萬只，二期建成后，年產能將達到120萬只。目前日產量穩定在150只左右，產品已應用于東風風神、嵐圖等自主品牌車型。

隨著新能源汽車繼續增量，國際大廠也出現了產能短缺情況，這讓包括小鵬汽車等本土主機廠開始尋求導入本土IGBT產品，以滿足汽車生產需求。

根據目前新能源汽車超預期增長趨勢預測，IGBT將成為汽車半導體領域需求量最大的類別，國內市場規模預計將從2019年的2.8億美元增長至2025年的29.74億美元，年復合增速達58.8%。

而國內、國際大廠產能顯然未能跟上市場增量需求，預計2022年全球市場將出現IGBT供應短缺情況。

整體看，IGBT功率器件國產化率已達30%，不過本土優質廠家并不多，未來市場仍以比亞迪、時代電氣、斯達半導3家企業為代表，其中比亞迪受限自身需求，不僅無法外供，還需要本土同行供應。不過，受市場景氣，華潤微、士蘭微、捷捷微電、聞泰安世半導體、華虹半導、新潔能、韋爾股份、宏微科技、臺基股份等一批本土企業將加速成長，或將成為國產替代新主力。

功率器件迎換擋升級新機遇，SiC與新能源汽車相互成就

第三代半導體SiC具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、電子遷移率高、熱導電率大、介電常數小和抗輻射能力強等特點，具有強大的功率處理能力、較高的開關頻率、更高的電壓驅動能力、更小的尺寸、更高的效率和更高速的散熱能力。

在電驅動領域，SiC可幫助減小80%以上電驅動控制器體積；在車載DC/DC中，SiC功率器件可降低整個系統的重量和體積（縮小40%~70%）；在充電模塊中，SiC器件可實現充電系統高效化、小型化和高可靠性。

這些優勢，讓SiC迅速在新能源汽車領域得到應用，其中，比亞迪憑借自身的研發能力，已成為全球首家、國內唯一實現SiC三相全橋模塊在新能源汽車電機驅動控制器中大批量裝車的功率半導體公司，其SiC模塊內阻、最高結溫優于國際主流廠商。如在比亞迪漢EV車型中，就采用了1個750V/820A六合一SiC模塊，單車價值約為1.1萬元。特斯拉也是SiC的積極擁躉者，其Model 3并聯24個650V/800A SiC單管，單車價值約為5000元。小鵬汽車等造車新勢力同樣在積極導入SiC產品，目前正著手導入800V高壓SiC平臺，一旦上車，將讓小鵬汽車具備充電5分鐘、續航200公里的能力。值得注意的是，Tire 1供應商博世，經過2年籌備，其碳化硅芯片已于2021年12月進入規?；慨a階段，第二代碳化硅芯片也將于2022年投入大規模量產，將加速全球SiC上車進程。

可以預見，在主機廠著力于解決電力充放效率、提高充電速度（高壓快充）、加大續航里程的需求下，SiC取代硅基器件已成為新能源汽車的又一新趨勢。

根據TrendForce統計數據，預估2025年全球電動車市場對6英寸SiC晶圓需求可達169萬片。另根據Yole和Omdia數據，2020年底，SiC電力電子市場規模約為7.03億美元，到2025年SiC電力電子市場規模將超過30億美元，5年平均年復合增長率超過34%，其主要驅動力為新能源汽車和消費電子。

眾所周知，第三代半導體主要包括碳化硅（SiC）、氮化鋁（AlN）、氮化鎵（GaN）、金剛石、氧化鋅（ZnO）等，不過，SiC憑借更成熟的技術，率先獲得上車應用，而基于SiC開發的功率器件應用領域不局限于新能源汽車，在充電樁領域也有廣泛的應用，特別是高壓充電技術的普及，將助推SiC器件市場規模的持續擴大。

本土企業已在加速SiC襯底、外延和器件方面的布局。其中，SiC襯底材料廠商主要有露笑科技、天科合達、山東天岳、斯達半導體、華潤微、揚杰科技、泰科天潤等；外延片企業包括天域半導體、中電科13所/55所、江蘇元佳等，IDM/模塊企業則包括三安光電、比亞迪、聞泰科技、華潤微、士蘭微、斯達半導、揚杰科技、株洲中車、泰科天潤、廈門芯光潤澤、瞻芯電子、新潔能等。

SiC潛力巨大，但此前發展一直受到成本、技術限制，集微咨詢（JW insights）分析認為，新能源汽車產業的快速發展，給SiC的發展帶來了新機遇，有望獲得規?；瘜?，而規?；瘧糜謱⑼七MSiC技術的成熟以及成本的快速下降，為SiC進一步發展掃清障礙，并為SiC普及以及向新能源汽車以外領域延伸提供良好條件。

根據CASA統計報告，基于SiC的650V SBD和650V FRD價格已分別從2017年的4.1元/A、1.5元/A，快速下降到了2020年底1.58元/A、0.42元/A；1200V SBD和1200V FRD價格也分別從2017年的6.55元/A、2元/A，快速下降到了2020年底3.83元/A、0.86元/A。

存儲芯片占比將提升至12%，年復合增速達17%

汽車智能化發展，將帶來存儲市場的快速增長，特別是AI功能的持續豐富，以及車載監控等感知數據的不斷增加，都加大了汽車存儲需求的增加。

根據IHS統計數據，存儲芯片占汽車半導體市場的份額將從2019年的8%提升至2025年的12%，市場規模也將由2019年的33.6億美元提升至2025年的81.5億美元。

不過，目前車規級存儲市場主要由國際企業所壟斷，隨著普冉股份、長江存儲、長鑫存儲、東芯股份、聚辰股份、北京君正、兆易創新等本土企業加大汽車市場布局，有望分一杯羹。

感知芯片強勢發力，L2/L3級自動駕駛成增量新藍海

汽車的感知類型很多，所需要的半導體器件也很多，如CIS、MEMS、電流傳感器、磁傳感器、陀螺儀、VCSEL芯片和SPAD芯片（用于激光雷達）等，而根據目前的智能駕駛設計方案，視頻、激光雷達等已成為大感知融合的重要組成部分，也將是汽車重要的半導體增量市場。

與傳統燃油車相比，新能源汽車及智能汽車對感知芯片的需求量大幅上升，L1級單車只需要搭載2顆感知芯片；L2級需要搭載6顆感知芯片，而到L3級則需要搭載多達8顆感知芯片；至L5級，這一需求量已提升到20顆。

麥肯錫數據顯示，至2025年，我國L0、L1、L2、L3、L4/5級智能汽車的滲透率分別為15.00%、33.00%、39.00%、10.00%、3.00%，據此計算，我國智能汽車對感知芯片的增量需求將從2021年的4300萬顆，增長至2025年的1.56億顆，其中，L2級、L3級將成為拉動感知芯片增長的主要驅動力，待L4/L5級自動駕駛汽車起量后，將成為新的增長極。

全球市場方面，根據Gartner統計數據，2020年，全球L3級及以上智能汽車的年增量為38.8萬輛，至2025年將達到120.7萬輛，并有望于2029年達到254.1萬輛。如果以L3級需求量為計算基數，則該部分智能汽車到2025年對感知芯片的需求量將達1000萬顆，不過，L4、L5級自動駕駛汽車增量非常緩慢，預計要到2030年前后，才會開始進入快速發展階段，這也使得未來幾年L3級及以上級別智能汽車對感知芯片的增速保持相對平穩。

同時，智能汽車的增長，也將帶來車規級AI芯片需求量的增長。不過，不同自動駕駛等級對AI SoC芯片的需求價值量不一樣。根據麥肯錫預測，至2025年，L1級單車AI SoC芯片價值量為69美元，L2級為190美元/輛，L3級為685.9美元/輛，L4/L5級為1487.9美元/輛。

麥肯錫據此分析認為，2025年全球車載AI SoC芯片的市場規模為160億美元，其中中國市場為55.2億美元；到2030年，全球車載AI SoC芯片的市場規模將達303.4億美元，其中中國市場規模為104.6億美元。

需要說明的是，在AI芯片領域，目前仍以歐美企業為主導，本土企業布局發力，其中以華為、吉利、黑芝麻、地平線、芯馳科技等企業走在行業前沿，但較英偉達、英特爾等國際巨頭來說，仍處于起步階段。

華為在《智能世界2030》報告中指出，到2030年，車載算力將超過5000 TOPS，這也預示著，未來智能汽車對算力的需求量非常高，而目前本土車載AI芯片的算力仍普遍處于100 TOPS以下的較低水平，面臨的突圍壓力仍非常大。

不過，與其他傳統芯片相比，國內外車規級AI芯片整體處于同一起跑線上，給了更多企業入局的機會。其中，主機廠為了掌控未來智能汽車的話語權，正在加大自研芯片投入，截至目前，已有特斯拉、吉利汽車、零跑汽車等車企開發出專屬AI芯片，寒武紀等本土AI芯片企業也開始布局車規級市場。

事實上，受去年底延續至今的全球汽車芯片短缺行情影響，各汽車品牌已經在籌劃研發包括MCU、AI SoC、IGBT在內的汽車芯片，集微咨詢（JW insights）統計發現，豐田、大眾、特斯拉、比亞迪、吉利、上汽集團、東風集團、北汽、福特、通用、現代等全球知名主機廠均已在布局汽車芯片，而隨著汽車智能化持續推進，他們未來將對汽車芯片加大投入，不斷提升各自市場風險抵抗能力。

另外，車規級CMOS圖像傳感器也是汽車智能化發展進程中，增量需求非常明顯的細分領域。根據Omdia統計，2019年全球車規級CMOS圖像傳感器市場規模為9.3億美元，預計2024年市場規模為38.1億美元，年均復合增長率達到32.7%；韋爾股份、格科微、思特威、比亞迪等本土企業也將受益成長。（薩米）

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