电流传感器芯片行业分析

电流传感器芯片行业分析

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。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。集成电路行业发展现状集成电路产业链上中下游紧密联动，EDA是产业链快速发展的撬动者。上游包括：集成电路设计于制造所需的自动化工具EDA;搭建SoC所需的核心功能模块半导体IP;集成电路制造环节的核心生产设备及材料。中游包括：通过电路设计、仿真、验证、物理实现等步骤生成版图的IC设计厂商;将版图信息用于制造集成电路的制造厂商;为芯片提供与外部器件连接并提供物理机械保护的封装厂商;对芯片进行功能和性能测试的测试厂商。集成电路下游应用范围十分广阔，下游应用场景主要包括计算机领域、汽车电子领域、工业、消费电子领域、物联网、数据处理等领域。2022年，据海关总署公布的数据显示，我国货物贸易进口总值达2．72万亿美元。其中，集成电路进口总金额为4155．79亿美元，占比达15．30%。虽然集成电路进口额同比下降3．9%，但仍然超过同期原油进口金额3655．12亿美元，持续成为我国第一大进口商品。集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业，国家给予了高度重视和大力支持。为推动我国集成电路产业的发展，增强信息产业创新能力和国际竞争力，国家出台了一系列鼓励扶持政策，为集成电路产业建立了优良的政策环境。伴随着以5G、车联网和云计算为代表的新技术的推广，更多产品将会需要植入芯片、存储器等集成电路元件，因此集成电路产业将会迎来进一步发展。2020年至2025年，全球集成电路市场规模按年复合增长率6．0%计算，预计2025年将达到4，750亿美元。中国集成电路行业市场发展迅速我国大陆集成电路产业的虽起步较晚，但经过近20年的飞速发展，我国集成电路产业从无到有，从弱到强，已经在全球集成电路市场占据举足轻重的地位。根据中国半导体行业协会统计数据，2010-2019年中国集成电路产业销售额整体呈增长趋势，从2010年的1440．15亿元增加至2019年的7562．3亿元，这主要受物联网、智能汽车高新能源汽车、智能终端制造、新一代移动通信等下游市场需求驱动。2020年，中国集成电路产业继续保持2位数增长，全年销售额达到了8848亿元，较2019年增长17%。其中，设计业销售额达到3778．4亿元，同比增长23．3%，仍是三业增速最快的产业，占总体行业比重为42．7%;制造业销售额为2560．1亿元，同比增长19．1%，占比为28．9%;封装测试业销售额2509．5亿元，同比增长6．8%，占比为28．4%。集成电路行业进出口情况从进口情况来看，据ICInsights的数据，2021年国内集成电路自给率仅有16%，使得集成电路行业已成为我国进口依赖程度较高的行业之一，尤其是高端芯片严重依赖进口，2022年1-11月我国集成电路进口量达4985亿块，进口金额达3811亿美元。考虑到集成电路行业对国民经济及社会发展的战略性地位和国际贸易摩擦预期等因素，集成电路的国产化更具紧迫性。从出口情况来看，目前国内半导体产业稳步发展，并在半导体设备、材料、制造工艺等薄弱环节逐步取得突破，产品稳定性和安全性的提升也在推动行业出口增长。数据显示，2022年1-11月我国集成电路出口量达2505亿块，出口金额达1402．6亿美元。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。集成电路市场前景预测集成电路产业和软件产业是信息产业的核心，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。国家出台《十四五数字经济发展规划》《十四五国家信息化规划》《十四五信息通信行业发展规划》等政策均提到，完成信息领域核心技术突破也要加快集成电路关键技术攻关，着力提升基础软硬件、核心电子元器件、关键基础材料和生产装备的供给水平，强化关键产品自给保障能力。我国集成电路产业和软件产业快速发展，有力支撑了国家信息化建设，促进了国民经济和社会持续健康发展。工业领域芯片行业概况（一）工业自动化领域行业概况在工业自动化领域应用中，电机控制系统必不可少。电机控制系统可实现精确控制和同步操作，降低功耗，并在严苛环境中延长电机的使用寿命，主要应用于各类工业电机设备、轻型电动车以及其他工业自动化设备等。1、工业电机领域行业概况电机指依靠电磁感应作用而运行的电气设备，用来进行电能生产、传输、使用和电能特性变换的机电装置。电机的分类方式多样，以工作电源为标准，可分为直流电机、交流电机；以结构和工作原理为标准，可分为无刷电机与有刷电机；步进电机与伺服电机；异步电机与同步电机等。目前，电机被广泛应用于工业机床、生产线、出行工具、电动工具、各类电器等多个市场，同时越来越多的高端电机被装配到工业自动化控制设备中。电机控制系统是驱动电机运作的核心，由控制器、电机驱动器、电机和传感器芯片组成。控制器由主控芯片组成，是电机控制系统的大脑，用于控制电机的电路通电和断电，使之启动和停止；电机驱动器主要搭载驱动芯片和驱动器件，可以放大信号，产生扭矩，并使负载运动，通过控制速度、扭矩和方向，从而确定电机的马力；电机主要将电池的电能转换成机械能，驱动机械设备工作；传感器芯片主要是基于霍尔效应的磁传感器芯片，用于检测电机转子的速度、位置和方向。近年来，工业自动化趋势带动工业电机领域市场规模快速增加。工业电机控制系统应用升级是核心推动因素之一，其需求量随着电气化、自动化、智能化的演进而逐步增长。特别是以步进伺服电机为代表的工业自动化电机，是自动化生产线、智能化设备、工业机器人等不可或缺的一部分。2021年我国工业电机产量为330GW，存量为4，130GW，预计2025年存量将达到4，651GW；工业电机作为电能和机械能转换的关键设备，在未来几年，随着中国制造2025的提出，工业电机需求将在我国工业快速发展的带动下进一步扩大，进而促进工业传感器和工业传感器芯片市场的增长。根据MarketsAndMarkets，全球工业传感器市场规模预计将从2020年的182亿美元增长到2025年的290亿美元，年均复合增长率为9．77％，其中，磁传感器具有高可靠性，低系统成本以及解决方案简单等特点，成为工业传感器应用中最重要的类别之一。2、轻型电动车领域行业概况轻型电动车包括电动两轮车，电动平衡，滑板车，电动助力车等，其中主要为电动两轮车。以电动两轮车为例，通常一个电动两轮车的电机需要借助三个磁传感器实现换相控制以及电机自动化控制。另外，磁传感器在电动两轮车的调速转把和刹把中也得到应用：转把信号是电动车电机旋转的驱动信号，骑行者通过转动转把来调节电动两轮车的行驶速度；刹把信号是电机停止转动的制动信号，在有捏刹把动作时，开关磁传感器将刹车信号传给控制器，控制器接受到刹车信号后，立即停止对电机的供电。中国电动两轮车已经走向高质量发展的道路，并以其低碳环保、轻便经济、不易拥堵的特点发展成国内重要的短途交通工具，不断渗透到个人出行、外卖配送、共享出行等诸多领域。根据艾瑞咨询，2021年虽然部分地区受到《电动自行车安全技术规范》（以下简称新国标）过渡期推行节奏减缓等因素影响，电动两轮电动车销量增幅不及预期，但全年中国的两轮电动车销量仍然达到4，100万辆。在节能减排、碳达峰等政策要求，庞大的人口与多样化绿色出行需求，及时配送与共享电单车增长促进以及新国标的进一步落实等因素影响下，两轮电动车市场依旧拥有较大的增长潜力和存量置换需