汽车半导体行业深度分析报告

汽车半导体行业深度分析报告

01半导体行业概况半导体芯片产业链半导体是计算机、通信、电子产品等核心组成部分，半导体产业基本上就是现代IT产业的基础。一般来说，半导体产业链主要分为四个环节，分别是产品设计→制造→封装→成品测试。半导体产业历史沿革历史上半导体产业共经历过三次大的产业转移，涉及的国家和地区主要有美国、日本、韩国、中国大陆以及中国台湾地区。半导体产业市场集中度从产业链环节来看，美国在EDA软件、半导体设备等领域竞争力突出；从芯片产品来看，美国在微处理器领域处于绝对领导地位，并在无线通讯芯片、模拟、逻辑、MCU、存储器等多个领域具备较强竞争力。国内半导体行业政策历史演变我国半导体行业发展时间较短，2010年开始，国家为推动半导体产业发展，相关政策密集出台。其中，国务院于2014年6月印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，将集成电路产业发展上升为国家战略。国内半导体产业逐步突围政府利用丰富的政策手段和资源调配来全方面支持大陆半导体行业的发展，大陆集成电路不仅产业规模迅速扩大，还涌现出大量优秀企业，未来在这种全方位发展机制下中国半导体产业还会继续快速发。半导体基本分类按国际通行的半导体产品标准方式进行分类，半导体可以分为四类：集成电路、分立器件、传感器和光电子器件，这四类可以统称为半导体元件；其中集成电路是半导体产业最大的市场，市场份额占比超过80%。02半导体行业分析半导体设计芯片设计流程：主要可分为前端设计与后端设计，其中前端设计（也称为逻辑设计）主要涉及芯片的功能设计，后端设计（也称为物理设计）主要涉及工艺有关的设计，使其成为具备制造意义的芯片。芯片设计核心软件EDA：在芯片设计的环节中，EDA等设计软件是必不可少的工具。设计者使用硬件描述语言（VerilogHDL）完成设计文件，通过EDA软件自动逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真。半导体制造芯片制造流程：一块芯片的诞生需经历重重考验，从设计到制造再到封装测试，每一关都需用到大量的设备和材料。而在半导体加工的过程中，集成电路制造更是半导体产品加工工序最多、工艺最为密集的环节。硅片制造：硅片又称硅晶圆片，是制作集成电路的重要材料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成集成电路和各种半导体器件。芯片制程：芯片的制程就是用来表征集成电路尺寸的大小的一个参数。随着摩尔定律*发展，制程从0.5μm一直发展到现在的10nm、7nm、5nm。目前，28nm是传统制程和先进制程的分界点。半导体材料半导体制造工艺所需材料：半导体产业链可以大致分为设备、材料、设计等上游环节、中游晶圆制造，以及下游封装测试等三个主要环节。半导体材料是产业链上游环节中非常重要的一环，在芯片的生产制造中起到关键性的作用。细分占比：从材料所属环节来看（以2017年数据为参考），晶圆制造材料占比59%，封装材料占比41%；晶圆制造材料中，硅片依然占据绝对核心，占比达到31%；封装材料中，封装基板占据核心地位，达到40%。硅片市场竞争格局：目前，经历20年时间的发展，全球主要的半导体硅片厂商已经从20多家逐渐兼并为由日本、德国、韩国以及中国台湾共五家知名企业所主导的局面。半导体设备芯片制造相关设备：半导体集成电路设备主要包括硅片制造设备、晶圆加工处理设备、封装设备和测试设备等，由于集成电路制造工序复杂、流程较长，不同环节所需设备各不相同，且技术难度及价值量也存在明显差异硅片制造拉单晶单晶炉磨外圆滚圆机切片切片机研磨研磨机倒角倒角机抛光抛光机清洗清洗设备检。全球半导体设备市场竞争格局：由于坚实的技术壁垒和客户壁垒，半导体制造设备的市场基本都被海外企业占据，几家国际企业占据全球90%以上的市场份额03汽车半导体技术汽车半导体汽车半导体按种类可分为功能芯片MCU、功率半导体（IGBT、MOSFET等）、传感器及其他。在传统燃油汽车中，MCU价值量占比最高，为23%；在纯电动车中，MCU占比仅次于功率半导体，为11%。汽车控制器ECUECU，电子控制器单元，它的用途就是控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能。主要是利用各种传感器、总线的数据采集与交换，来判断车辆状态以及司机的意图并通过执行器来操控汽车。车载控制器ECU基本结构车载控制器ECU是以单片机为核心而组成的电子控制装置，具有很强的运算和逻辑判断功能，ECU是汽车电子控制系统的控制中心；车载控制器ECU主要由输入电路、单片机和输出电路三部分组成。车载芯片早期汽车电子以ECU为主，随着汽车向智能化方向发展，传统的分布式架构难以满足需求，由中心化架构DCU等逐步替代。此外，由于车载芯片需要同时处理大量数据，形成了以GPU等为核心的车载主控芯片。功能芯片与主控芯片传统汽车的功能芯片仅适用于发动机控制、电池管理、电机控制等局部功能，尚无法满足高数据量的如智能驾驶领域相关运算。随着汽车智能化水平的不断提高，具备AI计算能力的主控芯片诞生。功能芯片指ECU、TCU、VCU等各功能部件控制器中负责具体控制功能的MCU（微处理器），承担着设备内多种数据的处理诊断和运算，通常有8位、16位、32位甚至64位等型号。主控芯片指在智能座舱控制器、自动驾驶控制器等关键控制器中承担核心处理运算任务的SOC（系统级芯片），按应用主要可分为车载SOC和车控SOC，内部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列运算单元。车载嵌入式系统集成嵌入式系统具有体积小、低功耗、集成度高等优点，这就决定了它非常适合应用于汽车工业领域。另外，随着汽车技术的发展以及微处理器技术的不断进步，使得嵌入式系统在汽车电子技术中得到了广泛应用。片上系统SOCSoC称为系统级芯片，也称为片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。SoC系统由硬件和软件两大部分组成。硬件包括嵌入式处理和外围设备，软件包括应用软件和操作系统；软件通过数据结构、算法和通讯协议实现汽车电子控制策略，硬件为软件提供了运行平台，执行具体控制汽车芯片应用领域从应用的角度，汽车上小到胎压监测系统TMPS、摄像头，大到整车控制器、自动驾驶域控制器，都离不开各式各样的芯片，可以说汽车的智能化就是芯片的智能化。04汽车芯片技术发展趋势车载芯片技术发展趋势总览随着自动驾驶技术的发展以及需求的不断提高，车载芯片技术也在不断演进，主要体现在芯片类型、芯片集成度、芯片算力、芯片能耗比、车规符合性、功能安全以及信息安全等几大方面。车载芯片类型随着ADAS功能渗透率越来越高，传统CPU算力将无法胜任，在自动驾驶领域GPU取代CPU、FPGA作为GPU的有效补充成为了主流方案。随着自动驾驶的定制化需求提升，未来定制化ASIC专用芯片将成为主流。从技术架构上来看，车载芯片可分为四类芯片：CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）以及ASIC（专用集成电路）。车载芯片集成度随着车辆的电子化程度逐渐提高，ECU占领了整个汽车，这对电子电气架构带来了巨大的挑战。以域为单位的DCU集成化架构是当前最佳解决方案，将取代传统的分布式架构，车载芯片SoC集成度将越来越高。车载芯片算力随着汽车智能化程度越来越高，需要处理的传感器数据也变得越来越多，传统CPU的算力已不再够用，车载芯片整体向着算力更强的AI芯片方向发展，并且伴随着自动驾驶需求的变化也在不断增强。车载芯片能耗比由于芯片类型的不同导致芯片架构、制造工艺等也不完全相同。总体来看，车载芯片计算能耗比（消耗单位瓦数可以完成多少运算量）：ASIC