致同咨询行业洞察半导体行业研究 – 车规级芯片2024年1月发布

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车规级芯片行业概览半导体行业研究 – 车规级芯片 2

车规级芯片分类根据功能划分，车规级芯片主要分为四类：计算及控制芯片、功率芯片、传感器芯片及其他芯片。 计算及控制芯片以微控制器和逻辑IC为主，主要用于计算分析及决策；功率芯片主要对电能进行转换，对电路进行控制；传感器芯片主要负责感应汽车运行工况，将非电学量信息转换为电学量输出单片机、通常包括一个处理器单元系统级芯片，包括多个处理器单元芯片类别芯片构成芯片用途芯片价值SoCMCU主要负责信息处理电能变换、控制电路感应汽车运行中的工况，并将信息转换为电信号功率芯片MOSFET、IGBT计算及控制芯片其他芯片导航定位芯片、存储芯片、通信芯片......传感器芯片车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达......智能传感器压力、温度、位置......传统传感器MCU=CPU+存储+接口单元SoC=CPU+GPU+DSP+ASIC+存储+接口单元CPUEEPROM 串行接口TimersI/O RAMROMEEPROM 串行接口TimersI/O RAMROMCPUDSPGPUASIC• 8位MCU的单价小于1美元• 16位MCU的单价在1-5美元之间• 32位MCU价格在5-10美元之间• 部分高端产品在10美元以上• 毫米波雷达单价在200-400元人民币不等• 传统温度、压力等传感器单价在10-100元人民币不等• 自动驾驶芯片在几十美元至上百美元不等• IGBT模块均价400+元人民币半导体行业研究 – 车规级芯片 3

车规级芯片特点车规级芯片是指相较于消费级、工业级芯片，具有高可靠、高安全、高稳定特点，要求零缺陷且可长期供货（一般10-15年供货周期），并且达到AEC（Automotive Electronics Council，汽车电子委员会）规范要求的车规级芯片车规级消费级工业级军工级应用汽车电子手机、PC等工业控制军工应用温度-40°C~150°C0~70°C-40°C~85°C-55°C~150°C湿度0-100%低根据环境0-100%振动、冲击高低较高最高寿命15年1-3年5-10年>15年可靠高低较高最高出错率0%<3%<1%0%测试标准AEC-Q100IATF 16949ISO 26262JESD47等JESD47等MIL-STD-883等系统成本高低较高最高特殊要求增强封装、耐冲击、耐高低温和散热防水防水、防潮、防腐等增强封装、耐冲击、耐高低温和散热半导体行业研究 – 车规级芯片 4

车规级芯片认证标准车规级芯片需通过AEC-Q测试，根据不同的半导体器件通过不同的测试类型，且不同的用途需通过不同等级的测试AEC-Q测试类型名称测试项目AEC-Q100车载应用的集成电路产品应力测试标准AEC-Q101汽车级半导体分立器件应力测试标准AEC-Q102车用离散光电组件产品市场进入标准AEC-Q103汽车MEMS传感器的测试标准AEC-Q104车用多芯片模块可靠测试标准AEC-Q200汽车上应用的被动元器件的产品标准AEC-Q测试等级等级系统用途验证标准Grade-0动力、安全系统发动机管理、动力转向、刹车、安全气囊等-40°C ~ +150°CGrade-1车身控制系统防盗、灯光、雨刷、门锁等-40°C ~ +125°CGrade-2行驶控制系统仪表盘、座椅、空调、倒车雷达、车窗等-40°C ~ +105°CGrade-3通信系统GPS导航、移动通讯、FM等-40°C ~ +85°C车规级芯片认证标准设计阶段提高产品的可靠• 在产品设计阶段，车规级芯片产品需要遵循与一般芯片产品不同的设计路径，汽车的安全需求对车规级芯片的可靠、稳定以及一致提出了更高的要求。由于汽车内的芯片需要在宽温度范围（-40~+150°C）、高振动、多粉尘、电磁干扰、油气污染等恶劣的环境中运行，为保证在上述恶劣环境下运行的可靠，公司车规级芯片一般使用成熟可靠的车规晶圆制造工艺。相比更加精细的晶圆制程，成熟可靠的晶圆制造工艺能够耐受汽车实际使用中的过流、过压、高温度、高湿度等恶劣环境因素• 为提高车规级芯片的可靠，产品特殊设计包括：i）考虑汽车运行时的环境因素对芯片的影响，公司在能指标上会留有一定余量。仿真测试时，未达到预计富余余量的电路需要重新设计；ii）针对常见的失效模式，公司在设计阶段就会加入诊断和报警的电路；iii）针对车内复杂的电子环境，如电磁干扰、电流电压冲击等，公司通过在芯片的关键组件外部设计屏蔽结构、保护电路等方式实现抗干扰代工阶段保证产品品质的稳定• 针对车规级芯片的高稳定的要求，对于车规级芯片的委外加工，要求晶圆厂和封测厂取得IATF16949认证。同时按照德国汽车工业质量标准VDA6.3过程审核标准、PPAP生产件批准程序对委外加工厂商的车规级产线进行审核，以此保证工艺的稳定、流程的合规和产品的高品质验证阶段谨慎评估不同批次产品的可靠• 车规级产品属于管控等级最高的A级，该类产品的研发流程也在基本流程的基础上进行了特殊的规定。车规级芯片产品在量产前需完成可靠试验，严格按照AEC-Q的测试程序和标准对三个批次产品进行验证，保证车规级芯片产出的质量稳定。三次验证均通过后形成AEC-Q的测试报告，视为该产品符合AEC-Q可靠测试标准半导体行业研究 – 车规级芯片 5

车规级芯片市场规模增长情况车规级芯片市场规模提升，主要得益于新能源汽车市场渗透率提高推动车规芯片汽车总需求量增长，且汽车智能化推动单车芯片需求数量增长2015-2025年中国、全球车规级芯片市场规模2018-2025年中国新能源汽车销量2018-2025年中国单车搭载芯片平均数量█ 中国 █ 全球█ 新能源汽车销量█ 传统燃油车 █ 智能电动汽车车规级芯片市场情况• 2022年全球车规级芯片市场规模561亿美元，相较2021年同比增长10.4%。据市场研究机构Omdia预测，2025年全年车规级芯片市场需求将达到804亿美元• 2022年我国新能源汽车销量跃升至688.7万辆，同比增长96%，全年渗透率提升至 25.6%，已提前达成2025年渗透率20%的规划目标。市场研究机构IDC认为，2025年中国新能源汽车市场规模有望达到1524.1万辆，新能源汽车渗透率达43%。新能源汽车渗透率的不断提高，促使车规级芯片市场规模持续扩大• 根据易车数据，2022年传统燃油车单车搭载芯片平均数量为934颗，智能电动汽车为1,459颗，预计2025年传统燃油车单车搭载芯片平均数量为1,243颗，智能电动汽车为2,072颗• 根据英飞凌2021年末披露，一辆燃油车平均半导体含量为490美元，插电式混动及纯电动汽车平均半导体含量为950美元，接近燃油车的2倍单位：亿美元单位：万辆单位：颗201529271201632280201737898201841711220194121122020393110202150814320225611582023E6411772024E7211982025E80421602004008006001,0002018125.62019120.62020136.72021352.12022688.72023E998.42024E1259.62025E1524.105001,0001,5002,00020191,02770220201,15577220211,29884920221,4599342023E1,6401,0272024E1,8431,1302025E2,0721,24305001,0002,0001,5002,5002018914638数据来源：易车、亿欧智库数据来源：Omdia、比亚迪半导体招股书、东莞证券研究所数据来源：易车、亿欧智库半导体行业研究 – 车规级芯片 6PG电子麻将胡了

车规级芯片功能举例新能源电机、电池、电控“三电系统” 所需车规级芯片为新能源汽车特有需求，其他娱乐、车身系统、信息网联等功能在传统燃油车和新能源汽车均存在需求；智能驾驶功能为近年发展较快的汽车应用，因此相较于过往传统燃油车，新能源“三电系统” 和智能驾驶功能对车规芯片需求较大智能驾驶系统• 摄像头• 毫米波雷达• 激光雷达• 先进辅助驾驶系统• 智能驾驶域控制器• 高能计算平台• 驾驶员监控系统• 高精定位模块• 自动泊车辅助系统新能源三电系统• 电池管理系统• 充电转换模块• 驱动电机连接器• 无刷电机连接器• 车载充电机发动机控制系统• 发动机管理ECU• 变速传动系统• 点火系统• 电子增压器娱乐系统• 车载信息娱乐系统• 中控显示屏• 车载音响信息网联系统• 远程通讯控制系统• • 蓝牙• 射频车身及舒适域系统• 防夹控制器• 无钥匙进入及启动系统• 车身域控制器• 车门控制系统• 顶灯控制器• 自适应前照灯系统控制器• 氛围灯控制器• LED矩阵大灯控制系统• 座椅控制器• 空调系统• 安全气囊控制单元底盘控制系统• 电动助力转向系统• 电子驻车系统• 线控制动系统• 悬架系统• 电子减震器• 底盘域控制器以车规级传感器为例不同自动驾驶级别的传感器最低需求级别特点超声波传感器长距离雷达传感器短距离雷达传感器环视摄像头长距离摄像头立体摄像头Ubolo激光雷达航位推算合计传感器数量L1主动巡航控制、车道偏离警告系统----------L2停车辅助、车道维持辅助41-1-----6L3自动紧急制动、驾驶员监控、交通堵塞辅助4144-----13L4多传感器融合高速无人驾驶辅助102652111129L5随时随地高速无人驾驶黄助102654211132数据来源：三星、平安证券、 ittbank、致同咨询半导体行业研究 – 车规级芯片 7

全球车规级芯片2022-2024供应情况2020年起受产需错配、消费电子需求挤占产能等因素影响，车规级芯片产能逐渐紧张，产品平均交货周期由6-9周拉长至26周左右；2023年车规级芯片供应逐渐有所恢复，且2023年下半年存在车规级芯片库存偏高、客户对芯片采购订单下单收紧情形；但在需求结构上，高端MCU、IGBT依然处于供不应求情形车规级芯片市场供给情况• 车规级芯片占全球半导体市场总销售额比例在10%左右，由于车规级新增产能较少，而车规级芯片具有认证周期较长的特点，新建产能无法快速释放，同时叠加汽车智能化超预期、消费电子需求加大等多方面影响，导致2020年起车规级芯片供不应求，截至2023年末随新建产能陆续投入，车规级芯片供应得到明显缓解• 2020年以前，汽车市场低迷，新能源汽车渗透速度较慢，汽车整车厂和Tier1供应商对车规级芯片需求预期较低，2019年芯片正常交货期平均为6-9周• 2020年以来车规级芯片持续短缺，2021年平均交期达到15周，2022年平均交期达到26周，其中MCU缺货最为严重，交期被拉长至24～30周；缺芯问题爆发后，整车企业大量囤货，将安全库存线提升到3-6个月，由此导致长鞭效应下过量下单，进一步抬高了需求• 2023年随新建产能持续投入，平均周期有所缩短，产能紧张得到缓解；根据财新报道，中芯国际联合首席执行官赵海军在2023年三季度财报电话会上称车规级芯片库存开始偏高，引起主要客户对市场修正的警觉，下单收紧；在2023年11月1日举行的全球新能源与智能汽车供应链创新大会上，清华大学计算机科学与技术系教授李兆麟指出，由于全球芯片供应大厂扩产，汽车“缺芯”情况已得到大幅缓解，但MCU、IGBT尚不充裕类型1Q222Q223Q224Q221Q232Q233Q234Q23高压功率元件MCUDDI/TDDI中低压功率元件PMICeMMICCIS短缺平衡充裕半导体行业研究 – 车规级芯片