位置传感器芯片行业前景

位置传感器芯片行业前景

集成电路行业市场规模我国集成电路行业起步较晚，但经过多年的积累与发展，在巨大的市场需求、良好的产业政策、丰富的人口红利、稳定的经济增长等众多优势条件驱动下，我国集成电路产业实现了快速发展并持续保持高速增长，整体实力显著提升。目前，中国集成电路行业已在全球集成电路产业中占据重要市场地位。根据中国半导体行业协会数据显示，2021年中国集成电路行业销售额为10458．3亿元，2022年上半年，中国集成电路产业的销售额达到4763．5亿元，同比增长16．1%，预计2023年其市场规模将达14425亿元。中国集成电路制造行业市场发展规模集成电路制造业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是转变经济发展方式、调整产业结构、保障国家安全的重要支撑，也是培育和发展战略性新兴产业、推动信息化与工业化深度融合的核心和基础。过去十年，中国集成电路制造业进入快速发展轨道，产业规模迅速扩大，产量提高了11倍，销售收入翻了3番，产业结构不断优化，技术创新取得实质性突破，一批优势企业脱颖而出。2019年我国内集成电路制造市场规模达到2149．1亿元，同比增长15．1%。截止至2020年末国内集成电路制造市场规模达到2560．1亿元，比上年同期增长19．1%。集成电路行业的竞争情况目前，国内集成电路设计企业规模相比国外企业仍然较小，核心市场和客户供应体系进入难度较大，技术能力仍与国外企业具有较大差距，我国集成电路产品主要领域集中在消费类、通信类以及中低端芯片领域。在磁传感器芯片领域，国外磁传感器芯片企业凭借多年以来在资金、技术、客户资源、品牌等方面的积累，形成了巨大的领先优势。根据Yole研究报告，国外先进磁传感器芯片供应商Allegro（埃戈罗）、Infineon（英飞凌）、Melexis（迈来芯）、NXP（恩智浦）AKM（旭化成）、Honeywell（霍尼韦尔）、TDK（东京电气化学）等掌握了大部分市场份额，磁传感器芯片的国产化率整体较低。在汽车电子领域，根据Yole研究报告，汽车电子为磁传感器的主要应用领域，市场占比超过50%；全球5家供应商Allegro、Infineon、NXP、Melexis、TDK占有90%以上整个磁传感器及芯片市场份额，几乎垄断市场。在工业领域，磁传感器芯片应用于工业自动化、新能源领域等诸多应用场景，产品品类规模及覆盖能力对于市场竞争力有重要影响。集成电路行业投融资情况近年来，我国集成电路领域投融资交易的上升，与国家对该领域的政策与相关资金大力支持有很大关系。据IT桔子数据显示，我国国内集成电路领域投融资情况整体呈增长趋势。于2021年达到顶峰，投融资事件达747起，投融资金额达1361．29亿元。2022年我国集成电路领域投融资事件达689起，投融资金额达1105．39亿元。中国集成电路制造设备竞争格局集成电路生产设备是集成电路大规模制造的基础，设备制造在集成电路产业中处于举足轻重的地位。集成电路加工工艺繁杂，需要各种不同的设备。等离子刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、热处理成膜设备、涂胶机、晶圆测试设备等。由于集成电路生产设备具备较高的技术壁垒、市场壁垒，目前国产半导体设备国产化率较低，不同环节的关键设备由美国应用材料公司和日本东京电子等企业垄断。而核心设备光刻机被誉为半导体产业皇冠上的明珠。目前世界上能生产高端光刻机的厂商只有一家荷兰的ASML，这是技术路线演化自然选择的结果。AMSL零件外包、专注核心技术研发的战略也使得其具备足够的灵活性，ASML于1995年通过上市获得了充裕的资金，随后大量投入研发和技术性并购。光刻机技术含量极高，加上摩尔定律的作用，芯片升级换代很快，对于设备的精度要求也逐步提高。汽车电子领域芯片行业概况（一）汽车电子行业概况1、汽车电子概况汽车电子是车身电子控制系统和车载电子系统的总称，主要由传感器、控制器、执行器三大部分构成，应用于车辆感知、计算、执行等层面，以实现相应的系统功能。其中，车身电子控制系统是汽车的核心功能，主要包括动力及传动系统、底盘及安全系统和车身及舒适系统；车载电子系统是汽车的辅助功能，用于增强用户在车内的体验感，主要包括安全舒适系统及信息娱乐与网联系统等。前者需要与车上的机械系统进行配合使用，即所谓机电结合的汽车电子装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统等；后者是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，与汽车本身的性能并无直接关系，包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。从汽车电子产业链来看，上游为电子元器件，包括汽车电子的相关核心芯片及其他分立器件；中游是汽车系统集成商，主要对汽车电子模块化功能进行设计、生产及销售；下游则是整车制造商和维修厂。2、汽车电子发展现状在资源与环境双重压力下，汽车产业逐渐向电动化方向变革，加之碳达峰、碳中和政策的驱动，新能源汽车逐渐成为未来汽车工业发展的方向。与传统燃油车依靠燃料能源提供动力不同，新能源汽车的动力系统主要是驱动电机、动力电池与控制器，整体对电子化水平要求较高。燃油车的汽车电子成本占整车成本的比例约为15%-28%，而纯电动车这一比例达到65%。在新能源汽车销量增长叠加高成本占比的汽车电子背景下，汽车电子行业由此迎来成长机遇期。根据中国汽车工业协会数据，2022年全球/国内汽车电子市场规模有望达到21，399/9，783亿元，国内汽车电子市场约占全球四成；2017-2022年全球/国内汽车电子市场规模的年均复合增长率分别为7．99%/12．62%，国内市场增速显著高于全球增速。3、汽车电子发展趋势汽车电动化，智能化和网联化的发展，提升了汽车对信息感知、接收、处理的要求，也为汽车电子行业带来全方位机会。首先，在汽车电动化趋势下，新能源车三电系统（动力电池、电机和电控系统）成为核心部件。新能源汽车以电能作为动力来源，需要更精确地对电机、电机控制器和电源管理系统等设备进行电流控制和监测，同时新能源车普遍采用高压电路，需要频繁进行电压变化，增加了对高压线束、连接器等的需求，为IGBT、MOSFET、电流传感器芯片等带来增量空间。其次，汽车智能化和网联化的发展趋势，增强了汽车对于信息的感知、处理与交互需求，汽车需要更多的传感器进行外部环境感知和内部人机交互，使汽车传感器的需求增加。尤其在自动驾驶进入到相对高阶的L4/L5级别后，超声波传感器、雷达模组以及车身感知传感器的需求大为增长，促进了汽车电子行业的发展。在汽车电动化，智能化，网联化的产业变革趋势下，汽车主机厂的核心能力将从机械硬件转向电子硬件和软件，汽车电子的设计架构随之发生改变，逐渐从传统分布式ECU架构向分布式网络+高度集中的域控制器架构演进。集中式的汽车电子架构，一方面能够简化布线，减轻装配难度，降低车重；另一方面，集中式系统减少了计算冗余，有利于算力的提升，为未来多种传感器检测数据相互联动融合提供支撑，为自动驾驶提供了更高的可靠性、冗余性以及最终的安全性。汽车电子架构的演变进程将带动各组件市场快速发展，其中对多功能、高性能的汽车传感器的需求日益增加，传感器及其他电子器件市场将进一步发展为更加成熟和独立的市场。（二）汽车电子控制系统及构成汽车电子控制系统作为汽车电子的核心，是决定汽车电子发挥功能作用的关键。从构成来看，汽车电子控制系统主要由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三部分组成。汽车在运行时，各传感器不断检测汽车运行的工况信息，并将这些信息实时地通过接口传送给ECU。ECU对接收到的信息进行相应的决策和处理后，通过接口将控制信号输出给相应的执行器，由执行器负责执行相应的动作。其中，传感器在汽车电子控制系统中发挥着重要作用，决定了系统控制的稳定性。传感器工作时，能够将采集的汽车外界环境信息输入并转换为电信号，传输给电控单元，进而实现电子控制。传感器的精度、响应性、可靠性、耐久性及输出的电压信号等性能指标，是影响汽车动力性、操控性、安全性等的关键因素。（三）汽车电子控制系统中的芯片汽车向电动化、智能化、网联化快速发展，拓宽了芯片在汽车电子控制系统的应用场景，带动了汽车芯片的应用需求。按照通用分类标准，汽车芯片可分为主控芯片、存储芯片、功率芯片、信号与接口芯片、传感器芯片等五大类。近十年来整车所用芯片平均数量不断攀升，从2012年传统燃油车单车平均使用438个、新能源车单车平均使用567个，迅速上升到2022年预计传统燃油车单车平均使用934个、新能源车单车平均使用1，459个。新能源汽车作为汽车芯片需求量的主要驱动力，在碳达峰、碳中和的政策背景下，新能源汽车销量和渗透率不断提高，进而对汽车芯片的需求量将大幅提升。在单车芯片使用量不断上升和新能源汽车市场规模不断扩大的双因素驱动下，汽车芯片市场规模在乘数效应下快速爆发。2021年全球汽车芯片市场规模约498．49亿美元，预计2026年将达到669．63亿美元；中国汽车芯片市场规模约150．10亿美元，占全球市场比重约30．11%，预计2026年将达到184．89亿美元。从全球竞争格局来看，国外厂商在汽车芯片市场占据主要份额。根据Gartner统计，2020年全球前十大车规级半导体厂商均为国外厂商。由于车规级芯片技术壁垒较高，我国国产汽车芯片难以进入汽车产业链中，根据中国汽车芯片产业创新战略联盟数据统计，2020年我国汽车芯片主要依赖于境外供应商，自主汽车电子芯片产业规模仅占4．50%。目前，我国汽车芯片国产化率较低，其主要原因：1）我国芯片产业起步较晚，而芯片行业具有整体研发周期长、投资规模大等特点，企业需要较长时间的技术积累和经验沉淀实现技术突破，形成了较高的行业壁垒；2）汽车电子行业对产品的安全性和稳定性要求较高，企业进入汽车电子供应链体系的准入门槛相对较高且验证周期较长，从而导致市场参与者较少；3）通常整车厂在认证新供应商时，会要求其产品拥有一定规模的上车数据，因此车企与芯片厂商在形成稳定的合作关系后，在原有车型上替换供应商的动力不足。国产厂商缺乏测试及应用数据，其车规级芯片在正常供给的状态下较难寻得突破。在国际贸易争端以及新冠疫情的影响下，缺芯潮席卷汽车芯片市场，加之当前全球汽车芯片主要产能相对集中，我国汽车芯片对外依赖度高，芯片短缺已经成为阻碍我国汽车产业保供和转型升级的关键问题，汽车芯片的自主可控受到了国家、汽车厂商及汽车芯片企业的高度重视。1、汽车传感器芯片概况传感器是汽车电子控制系统必不可少的一部分，用以测量位置、压力、电流、力矩、温度、角度、距离、加速度、流量等信息，并将这些信息转换成电信号输入给汽车电子控制器，进而实现汽车电子控制。汽车传感器按被测物理量可分为：位置传感器、压力传感器、电流传感器、扭矩角度传感器、温度传感器、速度传感器、流量传感器等。传感器的精确性、可靠性将直接影响汽车电子控制系统的控制效果。平均每个传感器中的芯片价值量占比为60%以上。随着新能源车逐步替代燃油车，汽车电动化对执行层中动力、制动、转向、变速系统以及电机、电机控制器、电池管理系统等方面的影响更为直接，对传感器需求随之显著增长。根据GlobalMarketInsights，预计到2030年，全球汽车传感器市场规模将超过550亿美元。中国汽车传感器市场规模从2017年的157．3亿元增长至2021年的263．9亿元，年均复合增长率为13．8%。在国家政策和智能汽车快速发展下，中国汽车传感器市场规模将持续增长，预计2025年中国汽车传感器市场将突破400亿元。2、汽车磁传感器芯片发展现状及趋势由于汽车工作环境复杂，对汽车器件的一致性和稳定性具有较高的要求，磁传感器以其高性能优势，在汽车领域得到广泛应用，并已成为最大的磁传感器应用市场。在磁传感器芯片中，霍尔传感器芯片的测量精度能够满足绝大部分使用场景，同时具备大量程、高可靠性和抗干扰能力，与其他磁传感器的解决方案相比具有很好的成本优势，因此霍尔传感器芯片是车规级磁传感器芯片中的主流技术。霍尔传感器芯片在汽车中主要被用于车速、倾角、角度、距离、接近、位置等参数检测以及导航、定位，比如车速测量、踏板位置、变速箱位置、电机旋转、助力扭矩测量、曲轴位置、倾角测量、电子导航、防抱死检测、泊车定位、安全气囊与太阳能板中的缺陷检测、座椅位置记忆、改善导航系统的航向分辨率等。近年来新能源汽车的渗透率不断提升。在新能源汽车中，三电系统（动力电池、电机和电控系统）决定了汽车的主要性能，并随着电机的功率提升以及大功率快速充电的需求增加，新能源汽车对电流测量的需求大幅增加。尽管燃油车中的发动机+变速箱被三电系统取代，但底盘、车身和车载电子系统与传统燃油车基本相同，相应的传感器需求仍然存在。因此相比传统燃油车，新能源汽车对磁传感器的总体需求进一步增加。随着汽车智能化和功能安全需求的提升，为提高安全冗余，汽车电子配置不断提升，电动助力转向系统、ABS防抱死系统、电子油门踏板以及电动座椅、天窗、尾门等部件中磁传感器数量成倍增加，并采取多路、多芯片的方案设计，使得每辆车上的磁传感器芯片数量不断增加。结合以上趋势，汽车磁传感器芯片的总体需求和价值量将持续提升，根据ICVTank数据统计，传统燃油车使用至少30个磁传感器，在混合动力或纯电动汽车中磁传感器数量增加到50个左右，单车磁传感器价值量也由120元增长至250元，其中芯片的成本占比超过60%。近年来，由于汽车产业链缺芯、国产新能源车的快速发展以及政策推动等原因，国产汽车磁传感器芯片厂商获得了绝佳的供应链导入和客户验证机会，通过大规模放量后，国内磁传感器芯片厂商将进一步提高市场占有率，从而实现市场规模快速增长。集成电路行业概况（一）集成电路产业链分析集成电路产业链主要包括上游EDA软件、IP授权、材料和设备等支撑环节，下游汽车、工业、消费等终端应用领域以及集成电路设计、晶圆制造、封装测试三大核心环环节。集成电路设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程，也是一个把产品从抽象过程具体化、直至最终物理实现的过程。集成电路设计行业属于技术密集型产业，对技术研发实力要求极高，具有技术门槛高、细分门类多等特点。我国集成电路设计行业呈高速发展态势，产业结构也逐步从附加值相对较低的封装测试领域向附加价值更高的设计领域转型。根据中国半导体行业协会数据，我国集成电路设计行业的销售额从2015年的1，325亿元增长至2021年的4，519亿元，复合增速为22．69%，在产业链各环节中增速最快。同时，集成电路设计行业在产业链中的占比从2015年的36．70%到2021年的43．20%，比重也在不断提升。集成电路制造环节工艺复杂、技术含量高，在产业链中起到关键的支撑性作用。该环节根据电路设计版图，通过光刻、刻蚀、离子注入、退火、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、化学机械研磨、晶圆检测等工艺流程，在半导体硅片上生成电路图形，产出可以实现预期功能的晶圆片。受益于新能源汽车、智能终端制造、新一代移动通信、物联网等下游市场需求强势驱动，我国的集成电路制造业发展速度较快。根据中国半导体行业协会数据，我国集成电路制造业的销售额从2015年的900．80亿元增长至2021年的3，176．30亿元，复合增速为23．37%，产业规模迅速扩大。集成电路封装测试过程包括封装、测试等环节，是集成电路进入终端系统前的最后一道工序，对于保障集成电路工作性能良好、终端设备稳定运行具有重大意义。其中，封装是通过切割、焊线、塑封等工艺，为制造环节产出的晶圆提供物理保护，并使之与外部器件实现电气连接；测试是在晶圆封装后，利用专业设备和工具，对其功能和性能进行测试。国内封测行业起步较早，受益于高速增长的下游市场需求强势带动，集成电路全产业链快速发展，我国封测行业不断突破技术壁垒，国内领先的封测厂商进入国际一流水平。根据中国半导体行业协会数据，我国集成电路封测行业的销售额从2015年的1，384亿元增长至2021年的2，763亿元，复合增速为12．21%，市场规模呈现逐年增长态势。（二）集成电路行业市场规模在汽车电子，消费电子，5G，物联网，人工智能等产业的拉动下，全球半导体销售市场规模稳步上升。根据WSTS数据，全球集成电路产业市场规模由2016年的2，766．98亿美元增长至2021年为4，630．02亿美元，年均复合增长率10．84%，预计2022年全球半导体市场规模将达到5，340．10亿美元。根据中国半导体行业协会数据，中国集成电路市场规模由2016年的4，335．50亿元提升至2021年的10，458．30亿元，年均复合增长率高达19．26%，是全球规模最大、增速最快的集成电路市场，未来仍有广阔的市场增量。从集成电路下游细分领域来看，伴随着技术的进步，汽车、工业等领域将迎来产业变革，进而带动集成电路市场规模增长，其中在汽车电动化、智能化和网联化的趋势下，汽车的单车使用芯片数量更大，汽车领域将成为芯片增长的主要驱动力。（三）集成电路行业未来发展趋势集成电路产业的发展体现了国家的综合科技实力，也奠定了国家信息化建设和数字经济发展的基础。我国集成电路产业起步较晚，在高端芯片领域国内厂商在国际竞争中仍处于劣势。近年来，国家陆续推出《国家集成电路产业发展推进纲要》《中国制造2025》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》等