目前,电气化、安全自动化、互联性这些汽车行业的大趋势正为汽车架构带来前所未有的变革。海通证券行业研究分析认为:
  • 全球汽车加速进入智能化时代,特斯拉引领电动化、智能化革命,即将进入黄金十年
  • 以特斯拉为代表,半导体重新定义新能源车,成为市场成长性最高的领域
  • 半导体成为汽车电子主战场,将带来中长期投资机

新的车载功能不断增加,目前的汽车架构已经不堪负荷,超越了临界点。我们已经进入了智能汽车架构的全新世界。

在其中,特斯拉引领电动化、智能化革命。例如:随着汽车新四化发展,传统分布式E/E 架构受到挑战:EV的三电系统,增加了汽车 E/E 架构的复杂程度;智能座舱、自动驾驶等功能,需要融合更多传感器数据,对OTA、算力和车辆安全等提出更多挑战。

E/E架构方面,特斯拉发展最为领先,其新一代集中式 E/E 架构达到车载中央电脑和区域控制器阶段,配合自研的操作系统,可实现整车OTA。相对传统车企,特斯拉领先五年以上。

参照Apple,特斯拉进入十年黄金期。特斯拉与苹果相似,垂直整合。苹果将服务、软件、硬件和销售一体化。特斯拉在苹果的基础上更进一步,特斯拉拥有自己的制造产线。2018年,特斯拉价值贡献全部来自硬件。2020年,特斯拉价值贡献80%来自软件。文章认为未来特斯拉软件服务是主要的价值量,客户粘性持续性强。

汽车半导体是半导体市场成长性最高的领域。WSTS统计显示,2019年的全球半导体市场规模预计为4240亿美金。从不同行业功率半导体的市场规模占比来看,汽车电子是半导体市场成长性最高的领域。2017年,汽车电子的市占率为23%,2019年其占比达到35%。同时工业领域、消费电子领域的市占率都有所下降。

2017-2019年不同行业功率半导体市场规模占比

半导体让汽车变得更智能。

一辆特斯拉Model 3拆解后,其包含的汽车半导体价值含量约为1500美金。可分为主控芯片、MCU功能芯片、功率半导体、传感器及其他(比如模拟IC、存储芯片等)。

 

如传感器+计算单元将成为特斯拉电动车的关键,在Model 3中,传感器组合由8个摄像头、1个雷达和12个超声波雷达构成; Autopilot ECU则从HW2.5升级到了HW3.0,集成了两颗特斯拉自研的SoC、两个GPU、两个神经网络处理器和一个锁步CPU;

芯片成为雷达和电池管理的核心,大陆的雷达模块内臵了NXP的77GHz雷达芯片组和32位MCU。以及电池主控模块包含主控芯片、充放电管理芯片和电池计量管理芯片等。同时,HW3.0使用了相较HW 2.0更多的组件,处理器数量从四颗(英伟达、英飞凌)减少到了两颗Tesla SoC,采用14nm工艺。

 

新能源汽车的主要增量来自于功率半导体。2010-2019年,全球汽车半导体的年复合增长率高达6.6%,其中新能源汽车的功率半导体复合增长率更是达到7.9%。新能源汽车中主要增量在于功率半导体。相较48V弱混车型,单车价值量从90美金提升到330美金。传统汽车中单车价值量接近90美金,纯电动车中功率半导体价值量达到330美金,是传统车价值量的3.7倍。新能源汽车增量的半导体以功率半导体为主。

半导体设备成为新能源汽车的支撑。中国大陆承接半导体制造产能重心。目前全球半导体行业正经历第三次产业转移,世界半导体产业逐渐向中国大陆转移。产业转移是市场需求、国家产业政策和资本驱动的综合结果。中国大陆设备市场的全球占比持续提升。根据SEMI的统计和预测,2019年中国大陆以134.5亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地位,其次是韩国,为99.7亿美元。预计2020年,中国大陆设备投资将增长至170.6亿美元,未来依然是全球设备投资的主要地区,中国集成电路装备产业也将迎来一个“黄金时代”。

2012-2019年我国大陆地区半导体专用设备销售额及增长率
特斯拉的销售将带动SiC器件的发展:
 
特斯拉是第一家在其Model 3中集成完整SiC电源模块的汽车制造商,其与STMicroelectronics的合作,逆变器由24个1合1功率模块组成,组装在一个针翅式散热器上。模块包含两个SiC MOSFET,采用创新的模具连接解决方案,并通过铜夹直接连接到端子上,并通过铜基板散热。

功率芯片是特斯拉的“大脑”:

在新能源汽车上,IGBT主要应用于电池管理系统、 电机控制系统、电动空调控制系统、充电系统,PTC等,主要具有以下功能:在主逆变器中,IGBT将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的交流电;在车载充电机(OBC)中, IGBT 参与220V交流电转换为直流并为高压电池充电;除此之外,IGBT也广泛应用在DC/DC转换器、PTC、电动空调压缩机等系统中。除了纯电动车型外,插电混动车上,与低压系统相独立的高压系统需要用到 IGBT,部分搭载了48V混动系统的燃油车也需要用到少量IGBT。从我国新能源汽车IGBT市场竞争格局来看,英飞凌处于绝对领先位臵,市占率为49.2%,其次是比亚迪和斯达,市占率分别为20.0%和16.6%。

2019年中国新能源汽车IGBT市场份额(按销量)

CIS芯片是特斯拉的“眼睛”:

车载摄像头主要包括内视摄像头、后视摄像头、前臵摄像头、侧视摄像头、环视摄像头等。目前摄像头车内主要应用于倒车影像(后视)和360度全景(环视),高端汽车的各种辅助设备配备的摄像头可多达8个,用于辅助驾驶员泊车或触发紧急刹车。特斯拉Autopilot共配臵了8个摄像头,包括3个前臵摄像头、2个侧方前视摄像头、2个侧方后视摄像头和1个后视摄像头,视野范围达360度,最远前后方检测距离达250m和50m。

从市场规模来看,2019年全球车载摄像头市场规模为112亿美元,中国市场规模为47亿元,随着ADAS和自动驾驶的逐步深入,单车所需搭载摄像头的数量不断增加,预计到2025年全球车载摄像头市场规模将达到270亿美元,中国车载摄像头市场规模有望突破230亿元。 从市场格局来看,索尼以49.2%的市占率居于榜首,三星与豪威市占率分别为19.8%与11.3%,前六大厂商占据90.9%的市场份额,市场高度集中。
2019年全球CMOS传感器市场格局
车载显示屏是特斯拉的“触觉”:
 
2008年金融危机过后,用于汽车显示器的TFT-LCD车载面板市场进入了快车道。尽管2009年车载面板出货量大约仅有1800万片,但经过连续10年的成长,2018年车载面板市场规模达到了1.62亿片,年增长率达9.4%,其中中控显示面板是较大的应用市场,出货量为7830万片,预计到2025年全球车载面板将达到2.7亿片,年复合增长率约为9%。
 
2018年行业内前10家公司全球车载TFT-LCD显示器市场份额合计约为94%,较2017年有所增加。JDI、友达(AUD)、夏普、LDG、群创(Innolux Corp)、深天马市场份额超10%,其中,JDI市场份额最高达到16.9%。京瓷市场份额最低仅3.1%。以特斯拉的Model3为例,15 英寸触摸屏集成了所有车辆功能控制选项,还可通过 OTA 软件升级不断获得新功能并提升性能。
 
存储芯片是特斯拉的“记忆”:
 
汽车产业对存储器的需求与日俱增。随着自动驾驶、车联网和新能源汽车的发展,汽车产业对存储器的需求与日俱增,成为存储芯片中重要的新兴增长点和决定市场格局的重要力量。特斯拉通过为车辆配备自动驾驶仪和FFPGA、ASIC芯片,可以实现自动辅助导航驾驶、召唤功能、自动泊车以及自动辅助变道, 并可通过软件更新不断完善现有功能及引入新功能,自动驾驶的安全性至少人类驾驶平均水平的两倍。
 
FPGA、ASIC芯片——自动驾驶打开增量空间:
 
自动驾驶渐成熟,增量空间大门打开。汽车芯片分为主控芯片和功能芯片(MCU)。主控芯片包括GPU、FPGA、ASIC等,FPGA在汽车多个领域都有应用,尤其在相机和传感器中的应用已经相对成熟。汽车半导体市场规模2017年达到388.6亿美元,其中FPGA为9.5亿美元,占比仅2.44%。FPGA依托其灵活性及并行处理能力,在汽车的摄像头及激光雷达领域应用广泛。自动驾驶技术的发展将提高FPGA在汽车半导体中的价值占比。
 
全球FPGA市场规模持续攀升,亚太是FPGA主要市场,未来产业发展可期。全球FPGA市场规模2019年达到69亿美元,2025年达到125亿美元,未来市场增速稳中有升。亚太区占比达到42%,是FPGA的主要市场。
 
  • 半导体设备:北方华创;
  • 功率芯片:斯达半导、华润微、闻泰科技、三安光电、斯达半导、立昂微、CREE;
  • 摄像头CIS芯片:韦尔股份、晶方科技;
  • 车载显示面板:长信科技、京东方、TCL科技;
  • FPGA、ASIC芯片:紫光国微、华虹半导体;
  • 存储芯片:北京君正、兆易创新;
  • PCB:胜宏科技、世运电路、建滔积层板;
  • 摄像头镜头:联创电子、舜宇光学科技、永新光学;
  • 封测:华天科技、通富微电。
 
本文作者:海通电子团队, 来源:海通证券