汽车芯片产业发展报告2023

张永伟中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张健车百智库研究院研究总监张强车百智库研究院高级研究员刘延车百智库研究院研究员贾浩车百智库研究院研究员于渤涵车百智库研究院研究员李亚娟车百智库研究院高级研究员赵梓聪车百智库研究院研究员石钟秀车百智库研究院研究员李兆麟清华大学计算机科学与技术系教授陈蜀杰芯驰科技副总裁师萍潞芯驰科技政府事务负责人田垚磊比亚迪规划院半导体负责人何芳兆易创新汽车产品部执行总监李岩峰兆易创新公共关系总监屈艳格后摩智能公共事务总监王卫上海芯钛北京分公司总经理张龙纳芯微电子战略投资中心总监杨治宇华润微电子功率器件产品线高级总监陈钧华润微电子市场部副总监曹伟杰圣邦微电子汽车战略产品线经理随着汽车向电动化、智能化加速发展，汽车产业链、供应链、价值链重塑，以芯片为主的零部件重要性日益凸显。从技术角度看，大算力智能驾驶和智能座舱计算芯片、传感器处理芯片、高速传输芯片及高性能功率芯片等创新技术陆续应用，推动芯片技术不断发展。从汽车芯片使用数量和价值量来看，电动智能汽车单车芯片使用数量和可靠性要求很高，且涉及种类多，共有十大类超百种产品，不同芯片对设计、制造和封测工艺要求不尽相同，因此，系统梳理汽车芯片行课题组通过多方调研、咨询和讨论，从全球及国内汽车芯片产业现状出发，梳理汽车芯片种类、应用及供需情况等，分析国内汽车芯第一章分析国内外半导体产业发展现状及趋势。通过梳理半导体产业设计、制造、封装及测试市场现状与价值链分布、应用进展，分析世界主要国家和地区半导体产业政策及对我国的影响，并总结我国第二章按照汽车芯片的功能和应用进行分类，将汽车芯片分为控第三章从产品及企业角度分析全球汽车芯片发展现状，分析了不第四章重点分析国内不同种类汽车芯片的市场规模及本土企业发展情况，并结合国内现有基础，分析了不同芯片产品的供需情况，为第五章提出我国汽车芯片发展建议，提出完善顶层设计、完善制造工艺、攻关共性技术、建立检测认证体系、搭建行业管理体系、加强人才培养、强化财政支持一、全球半导体产业发展情况 1 3 五、推进我国汽车芯片发展的建议 （四）建立汽车芯片检测认证体系 3 4 4 5 6 7 7 9 9图表10主要汽车芯片企业代工情况 图表112022年全球十大封装测试企业 图表12半导体制造和封测所需材料与设备 图表132022年全球半导体设备市场情况 图表15主要半导体设备市场格局 图表17主要半导体材料市场格局 图表18美国近年来发布的芯片相关政策 图表20近几年我国半导体主要产业政策 图表212016-2022年我国集成电路产业销售规模 图表222019-2022年我国半导体产业各环节市场规模 图表232017-2022年中国集成电路进出口数量统计 图表242017-2022年中国集成电路进出口金额统计 图表25中国近年来汽车芯片产业相关政策 图表26消费级芯片与车规级芯片的差异 图表28汽车芯片分类别应用情况 图表64我国汽车存储芯片需求现状及 图表66我国汽车电源芯片需求现状及 11全球半导体产业发展情况半导体是数字经济的基础,也是支撑汽车电动化、智能化发展的底层技术。半导体技术复杂、产业链条长,在全球已形成了分工明确的产业格局,但受不确定因素及逆全球化趋势影响,全球主要半导体国家和地区均出台政策支持本土产业发展以构建区域化、本土化的安全供应链。经过政策强力扶持和市场需求刺激,我国半导体产业成绩显著,但在产业链诸多核心环节仍面临半导体是数字经济的基础。半导体是信息技术产业的核心,也是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业,其技术水平和发展规模已成为衡量—个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之—。当前,半导体对于人工智能、大数据、云计算、新—代信息通信、消费电子、汽车等数字经济诸多技术创新领域至关重要,是引领产业升级、开创新型产业的决定力量。2022年,美国、中国、德国、日本、韩国等5个世界主要国家的数字经济总量为31万亿美元,数字经济占GDP比重为58%,中国数字经济规模超过50万亿元,占GDP比重超40%。从半导体产业自身来看,未来发展潜力也非常大,据预万亿美元,其中汽车芯片占半导体总体规模将从10%增长至15%,汽车有望成(一)半导体产业链情况半导体从功能上可分为集成电路(lc)芯片和OSD(光电器件、传感器、分立器件)。集成电路可分为数字lc(逻辑芯片、存储芯片、微处理器)和模拟lc(信号链、电源管理等)(见图表1)。据WSTS(世界半导体贸易统计组织)统计,2022年全球半导体市场规模为5741亿美元,其中集成电路市场规模为4744亿美元,占比约82.6%;数字芯片中逻辑电路、存储器、微处理器市场规模元。OSD器件市场规模共计997亿美元,占半导体市场的17.4%(见图表2)。逻辑ICCPU、GPU、ASIC、FPGA等微处理器集成电路微处理器集成电路存储器半导体ROM、DRAM、Flash等存储器半导体ROM、DRAM、Flash等模拟IC射频器件、AD/DA、PMIC等光电器件光器件、受光器件、光复合器件等光电器件光器件、受光器件、光复合器件等传感器MEMS、CIS、电压和电流等传感器分立器件二极管、三极管、功率晶体管、开关等数据来源:公开资料,百人会车百智库整理EV100PLUS•3传感器,218,3.8%分立器件,340,5.9%光电器件,439,7.6%模拟芯片,890,15.5%数字芯片,3855,67.1%模拟芯片,890,15.5%数据来源:WSTS,百人会车百智库整理半导体产业链按过程可大致分为设计、晶圆制造、封装测试等三大环节以及半导体设备、半导体材料两大辅助环节。芯片设计是运用EDA软件与lp核,产出各类芯片的设计版图;晶圆制造环节根据设计版图进行掩膜制作,形成模版,并在晶圆上进行加工;封测环节对生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,并对封装完成的芯片进行性能测试(见图表3)。晶圆制造封装测试氧化晶圆清洗离子注入扩散化学机械研磨物理气相沉积单晶硅片制作光刻化学气相沉积晶圆检测减薄焊线塑膜晶圆制造封装测试氧化晶圆清洗离子注入扩散化学机械研磨物理气相沉积单晶硅片制作光刻化学气相沉积晶圆检测减薄焊线塑膜切片测试半导体设备半导体材料芯片设计软件及架构EDA软件IP核设计流程规格制作逻辑设计布局规划电路模拟布局布线版图验证芯片架构减薄机划片机固晶机分选机探针台测试机减薄机划片机固晶机分选机探针台测试机封装设备焊线机贴片机电镀机单晶炉氧化炉离子注入机光刻机涂胶机清洗机刻蚀机CMP单晶炉氧化炉离子注入机光刻机涂胶机清洗机刻蚀机CMP设备PVDCVDALD封装材料键合丝粘接材料陶瓷封装材料封装基板引线框架切割材料化合物半导体高纯硅基材掩膜板湿电子化学品制造材料化合物半导体高纯硅基材掩膜板湿电子化学品溅射靶材电子特气抛光材料光刻胶数据来源:公开资料,百人会车百智库整理从应用领域来看,半导体作为电子行业发展的核心,广泛应用于各行各业,4•EV100PLUS主要包括消费电子、工业、汽车、通讯、电力等领域。PC/计算机和通信在规模上大致相当,构成了半导体的主要用途,占总体市场的近60%,工业和汽车用途均占总体市场的14%左右(见图表4)。其他,2%工业14%通信30%消费电子14%汽车14%PC/计算机汽车14%数据来源:美国半导体行业协会,百人会车百智库整理1、芯片设计芯片设计包括芯片规格制定、逻辑设计、布局规划、性能设计、电路模拟、布局布线、版图验证,设计水平直接决定了芯片的功能、性能及成本。芯片设计作为典型的技术密集型产业,具有专业性强、技术难度高、技术迭代快、与下游应用领域配合紧密等特点,行业技术壁垒较高。按芯片设计的产品类别看,可分为数字、模拟、数模混合等。数字芯片通常追求先进工艺,以获得更小的芯片面积、更低的功耗和更快的处理能力;模拟芯片通常更关注器件的物理特性,通常不追求先进工艺,以成熟工艺为主;数模混合芯片兼顾数字与模拟特点,高品质数模混合芯片往往追求特殊工艺。按芯片设计企业类型,主要可分为lDM(垂直整合型)和Fabless(无晶圆厂)模式。lDM集芯片设计、制造与封装测试为—体,属于重资产模式,对于企业的资金能力要求极高;Fabless模式通过外包晶圆制造与封测环节,可有效降低大规模固定资产投资压力,提升新技术和新产品开发速度,实现灵活经营。随着芯片制程和工艺越来越复杂,Fabless市场占比逐年提升,从2011年到2021年,Fabless模式销售额从664亿美元增长到1777亿美元,增长率近170%,EV100PLUS•5从竞争格局上看,美国占据全球芯片设计主导地位。据lClnsights测算,按2021年营收规模看,lDM领域美国企业9%、日本占8%、中国台湾占3%,而中国大陆小于1%;Fabless领域美国企业占68%、中国台湾占21%、中国大陆占9%、韩国占1%,日本占1%,欧洲小于1%。在Fabless领域,美国企业处于绝对领先地位(见图表5)。美国芯片设计巨头普遍聚焦先进逻辑产品,且多为细分赛道绝对龙头,如英特尔在CPU领域全球第—,市占率超过70%;英伟达是GPU全球领导者;高通是全球手机处理器芯片全球领头羊。中国大陆芯片设计公司大多处于成长期,业务规模相对较小且产品多采用成熟工艺,研发实力较为分散。排名企业名称2022年营收(亿美元)国家/地区1高通美国2英伟达美国3博通美国4美国5联发科中国台湾6美满电子美国7瑞昱中国台湾8联咏中国台湾9韦尔股份中国大陆凌云半导体美国来源:Trendforce,百人会车百智库整理在芯片设计过程中,EDA(电子设计自动化)软件与lP核是必备工具。EDA软件使作图环节自动化并对设计完成的电路图进行实时模拟与仿真分析,使得芯片在设计阶段尽可能实现贴近实际物理效果的验证,降低设计企业流片试产失败的风险。当前EDA软件市场主要由欧美企业占据,我国华大九天等企业其中中国大陆EDA市场规模为11.7亿美元,占全球比例企业相比,我国EDA公司以点工具产品为主,全工具链企业较少,布局验证工6•EV100PLUS具者较多,高端先进制程逻辑工具仍有待攻关。lp核指芯片设计中预先设计完成并经过验证的标准化功能模块,通过使用特定的lp核,经调整后可快速完成芯片模块的设计,大幅降低芯片设计周期与设计难度。据lpnest统计,2022年全球芯片lp市场规模约67亿美元,中国市场约119亿元(占全球约26%),其技进入全球前十(见图表7)。我国lp公司布局相对较广泛,部分企业在细分产品领域位居全球前列,但由于布局晚、技术壁垒高、生态不成熟等原因,大量分类代表企业市场份额特点第—梯队Synopsys、Cadence、Siemens2022年三家企业合计市场份额近70%业务遍布全球,科研实力雄厚,有全流程EDA产品,在部分领域处于绝对领先地位第二梯队华大九天、ANSYS、合计份额约15%,华大九天国内市场份额约拥有特定领域全流程,在局部领域技术较为领先,其中华大九天拥有600家国内外客户。第三梯队ALtium、概伦电子合计份约7%左右以点工具为主,缺少EDA特定领域全流程产品来源:东方证券,百人会车百智库整理其他19.7%Rambus,其他19.7%eMemoryTechnology1.6%ARM41.1%SST,ARM41.1%Verisilicon,2.0%Ceva,2.0%Synopsys19.7%Synopsys19.7%ImaginationTechnology2.8%Cadence,5.4%数据来源:IPnest,百人会车百智库整理EV100PLUS•78•EV100PLUS汽车芯片相较于消费级、工业级产品具有实时性、稳定性、安全性高的特点。汽车芯片在设计环节多采用定制化高实时性lp核,甚至是车规级专用lp核,EDA工具也多采用特定汽车模块以满足汽车芯片特定需求。在设计过程中,通常需要增加数据校验、冗余单元、安全岛、自我检测等模块,提升芯片计算结果的稳定性。而且,考虑到汽车长达20年的生命周期,汽车芯片在设计中通常需要兼顾前瞻性与设计成本。竞争格局上,汽车芯片设计环节以欧美日企业为主。全球前十大汽车芯片供应商中,4家位于欧洲、4家位于美国、2家位于日本。由于汽车芯片部分产品采用特色设计、制造、封装工艺,晶圆代工企业不具备全部能力,领先汽车芯片企业会采用Fab-lite(轻晶圆厂)模式,自研特色工2、晶圆制造晶圆制造流程复杂,涉及工艺多,可大致分为八个步骤:晶圆加工-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-互连-测试-封装(见图表8)。按制造模式分,晶圆制造可分为主要采用晶圆代工模式。据测算,2022年,剔除存储芯片后,晶圆制造市场中晶圆代工和lDM产能占比约为6:4,这主要是因为逻辑芯片晶圆厂建设成本高,随着芯片制程发展,lDM模式的成本压力越来越大,而且晶圆代工模式可显著降低芯片产业门槛,促进上游芯片设计企业发展及产品应用创新。根据lClnsights测算,2022年全球晶圆代工市场规模为1321亿美元,中国大陆市场规模约771亿元,其中中国台湾、韩国、中国大陆市占率位列前三,分别为66%、17%、8%。按企业占比看,2022年全球前五大晶圆代工企业为台积电(56%)、三星 (16%)、联电(7%)、格罗方德(6%)和中芯国际(4%)(见图表9)。台积电作为全球最大晶圆代工企业,占据全球8成以上先进制程市场份额,特色工艺占据全球50%以上市场份额;三星虽然同样具备生产尖端制程能力,但受限于技术成熟度和良率等原因先进制程产量较少,市场份额位列全球第二。我国受限于设备与技术工艺,最先进制程工艺仅达到14nm水平,相比台积电仍有很大的追•晶圆是将硅(•晶圆是将硅(Si)或砷化镓(GaAs)、碳化硅（SiC）等半导体制成的单晶柱体切割形成的圆薄片。要提取高纯度的硅材料需要用到硅砂，一种二氧化硅含量高达95%的特殊材料，也是制作晶圆的主要原材料。加工V光刻V光刻•氧化过程的作用是在晶圆表面形成保护膜。它可以保护晶圆不受化学杂质影响、避免漏电流进入电路、预防离子注入过程中的扩散以及防止晶圆在刻蚀时滑脱。氧化氧化V刻蚀V刻蚀•光刻是通过光线将电路图案“印刷”到晶圆上，可理解为在晶圆表面绘制半导体制造所需的平面图。电路图案的精细度越高，成品芯片的集成度就越高，必须通过先进的光刻技术才能实现。•在晶圆上完成电路图的光刻后，需要利用刻蚀工艺来去除任何多余的氧化膜，且只留下半导体电路图。•在晶圆上完成电路图的光刻后，需要利用刻蚀工艺来去除任何多余的氧化膜，且只留下半导体电路图。要做到这一点需要利用液体、气体或等离子体来去除选定的多余部分。•为了创建芯片内部的微型器件，需要不断地沉积一层层•为了创建芯片内部的微型器件，需要不断地沉积一层层的薄膜并通过刻蚀去除掉其中多余的部分，另外还要添加一些材料将不同的器件分离。薄膜薄膜沉积•通过基于晶圆的光刻、刻蚀和沉积工艺可以构建出晶体•通过基于晶圆的光刻、刻蚀和沉积工艺可以构建出晶体管等元件，但还需要将它们连接起来才能实现互联互联•测试主要目标是检验半导体芯片的质量是否达到一定标准，从而消除不良产品、并提高芯片的可靠性。•测试主要目标是检验半导体芯片的质量是否达到一定标准，从而消除不良产品、并提高芯片的可靠性。测试测试V•利用陶瓷或者塑料封装晶粒及配线形成集成电路；起到固定，密封和保护电路的作用。V•利用陶瓷或者塑料封装晶粒及配线形成集成电路；起到固定，密封和保护电路的作用。封装封装数据来源:LamResearch,百人会车百智库整理数据来源:ICInsights,百人会车百智库整理EV100PLUS•910•EV100PLUS车规级芯片制造产线要求高,投资回报期长,呈现较高的市场集中度。汽车芯片对晶圆制造及封测产线—致性要求极高,为实现“零不良率”(0PPM,即每100万个交付残品率小于1),晶圆制造产线及封测产线在量产前需要对产线进行第三方“产线认定”,认定周期0.5-1年,—旦该产线被认定为生产车规级产品之后,原则上不可以更改生产设备和制程条件,产线调整灵活性受限。而且由于车规级产线相比常规产线要求更高、认证周期长、投资更大,导致车规级产线投资回报期长达10年甚至更久,高于常规产线的5-7年,而且车规级产线对规模效应要求更高。因此,目前车规级芯片企业逐步转向纯代工模式或Fab-lite模式(见图表10),以降低制造成本。台积电凭借工艺及规模优势占据全球近15%的汽车芯片代工产能,其中车用MCU委外代工的60%-70%被台积电占据,但营收占比依然很小,2022年台积电汽车芯片代工收入仅占总营收的6%。此外,联华电子、力积电、三星也具备较强的逻辑代工能力,世界先进、东部高科、格罗方德、TowerJazz在BCD、高压、sol等特殊工艺领域具备优势。此外,在碳化硅等化合物半导体领域,汉磊科技、X-Fab、三安集成等企业形成了企业代工比例制程工艺14/16nm及以下28nm40/45nm65nm90nm及以上瑞萨完全委托台积电代工部分委托台积电代工恩智浦主要委托台积电代工英飞凌MCU主要委托台积电代工部分委托台积电代工德州仪器约20%部分委托台积电、联电代工意法半导体约25%部分委托台积电代工数据来源:各公司财报,百人会车百智库整理3、封装测试封装测试属于芯片制造的后道工序,可分为封装与测试两个环节。封装是将通过测试的晶圆加工得到独立芯片的过程,主要包含减薄、切割、贴装、互联、封装等过程,封装是为了保护芯片、增强导热(散热)性能、实现电气和物理连EV100PLUS•11接、功率分配、信号分配,以沟通芯片内部与外部电路。测试主要是对芯片产品的性能和功能进行测试,并挑选出功能、性能不符合要求的产品,测试工艺包括后道检测中的晶圆检测(cP)及成品检测(FT)。从价值占比看,集成电路封装门槛相比晶圆制造环节偏低,属于劳动密集型行业,目前全球主要封测工厂分布在中国大陆和中国台湾,其中中国大陆有四家企业进入全球前十(见图表11)。根据集微咨询统计,2022年全球封装测试市场规模为815亿美元左右,中国市场约2995亿元,占全球超50%。排名企业名称2022年营收(亿元)国家/地区1中国台湾2安靠美国3长电科技中国大陆4通富微电中国大陆5力成科技中国台湾6华天科技中国大陆7智路封测中国大陆8京元电中国台湾9欣邦中国台湾南茂中国台湾数据来源:芯思想研究院,车百智库研究院整理先进封装在摩尔定律逼近物理极限的当下将发挥越来越重要的作用。随着人工智能快速发展,对算力芯片需求旺盛,由此驱动的多芯片集成、2.5D/3D堆叠的chiplet封装技术得到快速发展。相比传统消费级芯片,算力芯片面积更大,存储容量更高,对互连速度要求更快,导致单芯片设计制造成本大幅上升。chiplet技术通过多芯片高速互联,兼顾算力芯片的性能和成本需求,目前已成芯片已采用chiplet方案。同时,英特尔、AMD等芯片巨头已成立ucle产业联盟,以推进芯片互连技术与先进封装技术的标准化。在头部芯片企业的带动下,12•EV100PLUS先进封装市场将快速增长,据yole统计,2025潿堉锋先进封装占比将达到49.4%,先进封装将成为堉锋封装市场的主要增量。汽车芯片封测要求高,国内企业存在较大劣势。由于汽车芯片常在高温、低温、震动、电磁等复杂环境运行,因此在封装中需考虑防止芯片在复杂环境下焊盘脱落、应力破坏、电磁不兼容等问题。在测试环节需达到高水平的“测试故障覆盖率”,确保测试向量检测到的故障数尽可能多,以保证测试失误率尽可能小,提升芯片可靠性。从市场上看,汽车芯片封测第三方企业占比正逐步扩大。根据yole统计,2018潿汽车芯片封测中仅有35%采用外包模式,IDM模式占比高达65%,预计到2024潿外包比例将提升至47%,IDM模式比例将降至53%。汽车芯片第三方封测以美国、亚洲企业为主,其中美国安靠、中国台湾日月光两家企业市场占有率超过50%,但封测产能主要集中于亚洲地区,其中马4、半导体设备半导体设备可分为晶圆制造设备与封装测试设备。晶圆制造要包括薄膜沉积设备、光刻设备、刻蚀设备、涂胶显影设备、离子注入设备、CMP设备、清洗设备等;封测环节需要使用的设备包括切割减薄设备、引线机、键合机、分选测试机等(见图表12)。其中,光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺,其设备制造门槛较高。半导体设备对芯片工艺发展至关重要,通常半导体设备需超前芯片制造开发产品。在晶圆厂资本开支中,约70%至80%用于设备投资,其中芯片制造设备占设备投资的约80%左右,封装测试制造封测设备扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备、检测设备探针台、测试机、减薄机、划片机、贴片机、焊线机、分选机、测试机数据来源:公开资料,百人会车百智库整理从竞争格局看,半导体设备主要被美国、荷兰、日本企业垄断。2022潿堉锋半导体设备销售额为1076.5亿美元,中国大陆销售额为282.7亿美元,为堉锋最大单—市场,中国台湾、韩国、北美、日本、欧洲等地位列2-6位(见图表13)。从企业占比来看,前五大供应商美国应用材料、荷兰阿斯麦(ASML)、美国泛林半导体、日本东京电子以及美国科磊营收占全球超80%(见图表14)。其中ASML专注于光刻设备,在高端光刻机领域形成垄断;泛林集团半导体刻蚀设备约占全球近—半市场份额;科磊则是半导体检测设备龙头;东京电子在涂胶显影设备市占率接近90%。从市场格局来看,细分市场集中度较高,主要参与厂商—般不超过5家,市场前三名的份额往往高于80%,部分设备甚至出现—家独大的情况(见图表15)。我国半导体设备起步较晚,设备国产化正稳步推进,去胶设其他地区7.8%7.8%中国大陆26.3%北美9.7%韩国20.0%中国台湾韩国20.0%数据来源:公开资料,百人会车百智库整理排名企业名称2022年营收(亿美元)国家/地区主要设备类型1AMAT(应用材料)美国全流程设备2ASML(阿斯麦)荷兰光刻机3LAM(泛林半导体)美国刻蚀设备4TEL(东京电子)全流程设备5KLA(科磊半导体)美国检测设备EV100PLUS•13排名企业名称2022年营收(亿美元)国家/地区主要设备类型6SCREEN(思科半导体)半导体制造设备、图像情报处理机器7Advantest(爱德万)集成电路自动测试设备和电子测量仪器8ASMl(ASM国际)荷兰半导体前道用沉积设备9(日立高科)沉积、刻蚀、检测设备Teradyne(泰瑞达)美国晶圆层面的测试和器件封装测试数据来源:公开资料,车百智库研究院整理半导体设备市场格局我国典型企业光刻设备阿斯麦(67%)、尼康、佳能上海微电子(90nm制程,8英寸和12英寸)刻蚀设备泛林半导体(53%)、东京电子、应用材料中微公司、北方华创检测设备科磊半导体(前道检测占50%以上)、封测环节:日本爱德万、美国泰瑞达为主精测电子、中科飞测、长峰测控、长川科技等薄膜沉积设备CVD:美国应用材料(30%)、东京电子、泛林半导体PVD:美国应用材料(85%)、日本爱发科ALD:ASMl、东京电子、泛林半导体北方华创、拓荆科技、中微半导体离子注入设备应用材料、亚舍立、中国台湾汉辰科技凯世通、北京中科信电子装备有限公司氧化/扩散设备日立(43%)、东京电子、阿斯麦屹唐半导体、北方华创清洗设备东京电子(45%)、三星SEMES、泛林半导体盛美股份、至纯科技数据来源:公开资料,百人会车百智库整理5、半导体材料半导体材料可分为晶圆制造材料和半导体封装材料。晶圆制经封装的晶圆制造环节中所应用到的各类材料,主要包括硅片、光刻胶及配套试剂、电子特种气体、纯净高纯试剂、CMP材料和溅射靶材等。封装材料是指在晶圆封装过程中所应用到的各类材料,包括引线框架、芯片粘贴结膜、键合金14•EV100PLUS丝、缝合胶、环氧膜塑料、封装基板、陶瓷封装材料和环氧膜塑料等(见图表16)。其中硅片、电子特气、光掩膜材料占晶圆制造材料成本超过60%;封装基制造封测材料硅片、碳化硅、氮化镓、光刻胶、光掩膜、电子特种气体、抛光材料、湿电子化学品、溅射靶材封装基板、引线框架、焊线、模压化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、锡球、晶圆级封装介质、热接口材料在半导体材料方面,欧美日企业占据主要市场份额。随着全球半导体制造业快速发展,带动半导体材料市场规模不断壮大。据国际半导体产业协会 (SEMl)的统计,2022年全球半导体材料市场规模为727亿美元,其中晶圆制半导体制造业,半导体材料市场需求快速增长,2022年中国大陆半导体材料市场的营收规模为129.7亿美元,同比增长7.3%,占全球比例约17.8%。在市场格局方面,半导体材料主要被欧美日韩及中国台湾等少数企业垄断,市场集中度非常高。硅片全球市场前六大公司市场份额达90%以上,光刻胶全球市场前五大公司的市场份额达80%以上,高纯试剂全球市场前六大公司的市场份额达80%以上(见图表17)。我国目前已实现大部分半导体材料的量产,目前在大硅片、第三代半导体材料、部分电子特种气体、湿电子化学品、CMP材料等领域有所突破,但在高端光刻胶、封装基板、光掩膜等领域进展较慢。半导体材料市场格局我国代表性企业(主要产品)硅片国外企业占据了大部分市场份额,前五大半导体硅片厂商近年来合计占据全球85%以上的市场份额,其中信越化学占据27%,日本盛高占据26%、中国台湾环球晶圆占据21%。中国大陆企业主要生产200mm以下中小尺寸半导体硅片,代表性企业包括沪硅产业、中环股份、立昂微等,沪硅产业是中国大陆首家生产300mm半导体硅片的国内企业。光刻胶光刻胶市场集中度高,全球前六大半导体光刻胶供应商中五家为日本企业(JSR、TOK、信越化学为主),占据全球70%以上市场份额。中国光刻胶主要生产企业包括南大光电、上海新阳等企业,其中南大光电、徐州博康具有ArF光刻胶产品生产能力。EV100PLUS•15半导体材料市场格局我国代表性企业(主要产品)电子特气空气化工、林德集团、液化空气和大阳日酸等四大公司控制着全球90%以上的市场份额,形成寡头垄断的局面。国产化步伐加快,部分产品实现替代,代表企业包括华特股份、南大光电、雅克科技抛光材料全球抛光液和抛光垫市场长期被美国和日本企业垄断。具备较强供应能力,但整体国产化率较低,代表性企业包括安集科技、鼎龙股份。光掩膜市场集中度较高,日本和美国企业的市场占比较高。以华虹宏力、中芯国际、清溢光电为代表,我国企业主要集中在LCD及8寸片的中低端光掩膜。数据来源:公开资料,百人会车百智库整理(二)半导体产业发展形势1、全球半导体产业竞争态势全球主要国家和地区相继出台半导体支持政策,加强自身半导体产业国际竞争力。近年随着人工智能、数字化、智能化的发展,半导体产业作为基础性产业,正在受到越来越多国家的重视。叠加疫情导致的全球芯片产业“断链”问题,使得各国将半导体产业提升到更加重要的地位,世界主要半导体产业国家和美国持续加码本土半导体产业,试图构建安全可靠本土供应链。为保持美国在芯片技术领域的全球领先地位,2021年以来,美国政府采取了—系列政策举措(见图表18)。美国认为提升半导体制造的实力对其经济竞争力和国家安全至关重要。为了增强美国在芯片技术和产业的优势,美国通过立法、加大投资、税收优惠等—系列政策举措促进芯片产业发展,激励其国内芯片制造,增强美国芯16•EV100PLUS时间政策主要内容《为美国创造有益的半导体生产激励措施(CreatingHelpfullncentivestoProduSemiconductorsforAmerica,授权—系列计划以促进美国境内半导体的研究、开发和制造,旨在促进美国芯片产业发展。白宫公布2万亿美元的“美国就业提议美国国会专门拨出500亿美元,补贴美国芯片产计划”业的制造与尖端芯片的研发。《2021年战略竞争法案》法案重点布局人工智能和机器学习,高性能计算、半导体和先进计算机硬件等10大关键技术。此外,在关键新兴技术的研发方面实施与盟友“共享技术”战略,以减少对中国供应链的依赖,提出将在人工智能、5G通信、生物技术、量子计算等技术领域与盟友开展合作。美国参议院委员会通过无尽前沿(EndlessFrontier)法案未来5年内拨款1100多亿美元用于基础和先进技术的研究。其中,1000亿美元将投资于关键技术领域,包括人工智能、半导体、量子计算、先进通信。100亿美元用以设立至少十个区域技术中心,并创建供应链危机应对计划,以解决影响汽车芯片短缺等问题。《2021年美国创新与竞争法案》包含为CHlPSforAmerica法案提供520亿美元用于国内半导体研究、设计、生产,其中390亿美元为半导体生产计划开发提供支持,112亿美元为半导体行业的研发活动提供支持。《促进美国制造半导体法案》提议给予芯片制造商25%的制造设备和设施投资税收抵免,旨在为建设、扩建和升级美国和众议院的半导体制造设施和设备提供支持,该法案将协助美国吸引半导体制造业回流,确保未来美国在半导体领域的领导地位。《2022年美国竞争法案》提出总投入2570亿美元,其中向芯片制造业投资520亿美元,投资450亿美元用于改善关键商品的供应链,以及1600亿美元的科学研究和创新投入。《为芯片生产创造有益的激励措施(CreatingHelpfullnceProduceSemiconductors,CHlPS)法案》将创立美国芯片基金,拨款520亿美元用于加强美国半导体制造和研究。《芯片和科学法案》该法案重点是向芯片生产与研发提供527亿美元补贴,对半导体和设备制造企业为期四年的25%投资税EV100PLUS•17时间政策主要内容收减免(价值约240亿美元)等,并明确要求获得该法案补贴的半导体企业,在未来10年内禁止在中国大陆新建或扩建先进制程的半导体工厂。该法案还将在五年内拨款超过1700亿美元用于促进美国的半导体领域的基础研究和技术研究中心建设。数据来源:公开资料,百人会车百智库整理美国《芯片和科学法案》重点提升芯片本土制造和先进技术研发能力。在资金资助方面,法案对芯片产业提供约800亿美元的资助,其中包括资助美国本美元的税收减免(见图表19)。在技术研发方面,法案向美国国家科学基金、商务部、能源部等机构,提供总计约2000亿美元用以支持科学研究,对未来研究类别支持政策资金补贴向美国半导体制造与研发企业提供约527亿美元的资金补贴(500亿美元美国芯片基金,20亿美元美国芯片国防基金,5亿美元美国芯片国际科技安全和创新基金以及2亿美元美国芯片劳动力和教育基金。税收优惠向在美国投资半导体工厂的公司提供25%税收抵免优惠,约240亿美元。技术研发向美国国家科学基金会拨款810亿美元,推动与国家经济安全密切相关的关键技术领域的研究和商业化。向美国能源部拨款679亿美元,用于能源领域的基础研究。向美国商务部拨款100亿美元,用于创建20个区域技术中心。资料来源:公开资料,车百智库研究院整理美国《芯片和科学法案》,给我国半导体产业带来多重风险。国家层面,法案对中国投资的歧视性规定,将严重影响中国半导体产业的全球布局和市场竞争力,加剧全球半导体产业链的“脱钩”倾向。根据《芯片和科学法案》要求,如果获得补贴的厂商在知情的情况下,与中国等“受关注的国外实体”合作,进行合作研究或技术授权活动,美国商务部有权全额收回补贴。产业层面,美国通过制裁限制我国发展先进制程的高端芯片,试图让中国与美国永远保持技术代差。我国正处在突破半导体技术的攻坚期,在半导体制造工艺方面取得了长足18•EV100PLUSEV100PLUS•19进步,28nm以上成熟制程规模化应用,14nm制造工艺已由中芯国际实现规模量产,在制裁影响下,下—步我国向更先进制程发展将受阻。企业层面,若中国难以出台匹配美国的半导体产业扶持政策,跨国芯片公司在华布局热情将走低,国际企业在华投资带来的技术溢出和人才培养贡献也会大幅减弱,在当前中国依靠“外源式”创新获得的技术提升的机会减少,产业追赶将更加困难。美国制定严格的半导体出口限制管理规定,从原材料、设计工具、设备和人才方面阻碍我国技术升级。2022年8月,美国商务部工业和安全局(BIS)更新了出口管制规则,对半导体材料和EDA设计工具进行出口管制,将两种能承受高温高电压的第四代半导体材料氧化镓和金刚石,专门用于全栅场效应晶体管 金刚石、氧化镓为代表的第四代半导体具有宽禁带、击穿场强高等特性,全面优于以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体,可在高低温、强辐射、超高压等极端环境下使用,在新能源汽车高频功率器件上有广阔的应用前景,美国对第四代半导体技术实施全面封锁,限制了国产汽车电动化未来发展空间。同期8月,美国还要求英伟达(A100和H100)和AMD(MI100和MI200)停止向中国出口用于人工智能的顶级GPU计算芯片。2022年10月,美国商务部工业与安全局发布了两项新规,在设备方面,若无美国批准,美国半导体设备企业将无法为在纳米或以下的逻辑芯片”的芯片企业提供设备。美国对华先进半导体设备的出口管制,将严重影响中芯国际、长江存储、长鑫存储等企业的高端产能形成,导致我国缺乏相应逻辑、存储芯片的自主制造能力。2023年6月,美日荷三方达成协议共同限制半导体设备出口中国,从6月底开始,荷兰要求出口DUV(深紫外光)光刻机都必须申请许可,7月开始日本将先进芯片制造所需的23个品类的半导体设备列入出口管制对象新规正式生效,此举将严重影响我国成熟制程芯片的制造业务。在人才方面,美国禁止美籍半导体人才参与中国境内半导体开发活动并进行全面严格监管。在当前半导体人才资源激烈竞争的环境下,限制措施将导致美籍优秀半导体行业优秀人才难以回国进行研发和创业活动,短期内将影响国内部分核心半导体产业链企业的发展,长期看将对中国引进核心半导体领域美国筹备“芯片四方联盟”,意在从单边管制走向多边联防。2022年初,美国计划联合日本、韩国和中国台湾组建“芯片四方联盟”(Chip4)。该联盟在半导体产业链各环节的全球占比均超过50%,旨在更有效整合全球半导体供20•EV100PLUS应链,提升自己在全球芯片市场话语权,进—步围剿中国半导体产业发展。欧盟加大对本地半导体产业扶持。2023年7月,《欧盟芯片法案(TheEuropeanchipsAct)》正式发布,该法案拟投入资金高达430亿欧元(约合491亿美元),力争到2030年欧盟区芯片产能在全球占比达20%,2020年其产能占比为10%。芯片法案支持芯片生产、试点项目和初创企业,环节上支持芯片设计、生产制造、封装测试全产业链,其中重点为生产制造。此前欧盟委员提出要加强研发下—代处理器和半导体技术的能力,包括为—系列行业的特定应用提供最佳性能的芯片和嵌入式系统,尖端制造瞄准5nm制程,并逐步向2nm技术节点迈进。另外,作为重点项目的欧洲芯片计划可细化为数字欧洲(DigitalEurope)和地平线欧洲(HorizonEurope)计划,两者均强调投资中小公司、前沿技术:“数字欧洲”计划希望为其数字化转型提供支持,确保民众和企业 (特别是中小企业)获得高质量的公共服务;“地平线欧洲”计划的投资重点在于半导体材料和竞争前期的产学研合作等。同时,欧盟同时在积极寻求拥有先进技术工艺的台积电、三星以及英特尔来欧洲建厂,并且拟为此推出高达数十亿欧亚洲各国纷纷出台支持政策,推进本地半导体产业发展。韩国着力提高本土半导体制造及原材料自给能力。2021年5月,韩国发布“K半导体战略”,宣布未来十年,韩国将携手三星电子、SK海力士等153家韩国企业投资510万亿韩元(约合2.9万亿元人民币),目标是将韩国建设成全球最大的半导体生产基地。此外,韩国计划到2030年,实现半导体制造产业链中—半的原材料、部件和设备可以在本土采购,目前这—比例只有30%。2021年6月,日本制定了以扩大国内半导体生产能力为目标的《半导体数字产业战略》;同年11月,日本编制7740亿日元(约合385亿元人民币)特别内阁预算,鼓励半导体公司在日投资,补贴方式包括直接提供援助金、给予利息补偿和提供有偿贷款。2021年12月,印度称未来6年将拿出7600亿卢比(约合100亿美元)补贴来印度设厂的国际电子巨头,其中项目补贴比例最高可达50%。以半导体为核心的高新电子产业成为美国为首的西方国家打压我国的主要工具。随着中美贸易战持续深入,半导体成为中美战略和技术竞争的焦点。除实体清单和投资黑名单定点打击外,美国对我国半导体产业链采取的措施还包括:—是围绕半导体产业链与供应链展开对华产业竞争。美国拥有的半导体厂商数量多且实力强,通过垄断半导体核心技术及限制销售,打压中国半导体产业发展。二EV100PLUS•21是美国正在主导建立新技术联盟,试图将中国排除于“技术发展共同体”之外,并就此与欧盟达成相关协议。三是美国将中国半导体技术产品按照安全等级进行“意识形态划分”,中国被置于该规则的对立面,成为其打压的主要对象。逆全球化浪潮导致全球化分工的半导体供应链面临危机,区域中心正在形成。半导体作为高精尖产业,其产业链条极长、各环节复杂性高,单—国家和地区很难实现所有环节的独立自主。借助各地区政策、人工成本及产业特点,半导体形成了高度全球化分工的产业特点。然而,近年贸易战、疫情导致的断供促使各国致力于建立相对独立自主的产业链以保障供应安全,以美国、欧盟为例,通过大规模补贴加大晶圆厂建设,补足半导体制造环节的劣势,使得半导体逆全球2、我国半导体产业发展现状为推动半导体产业发展,中国1近年来出台多项半导体相关支持政策,以提升半导体产业自主性(见图表20),尤其是在高端芯片设计、晶圆制造、半导体装备等领域。在资金支持方面,从2014年开始,国家先后成立国家集成电路产业投资基金—期(简称“大基金—期”,1387亿元)、国家集成电路产业投资基金二期(简称“大基金二期”,超2000亿元)支持国产半导体产业全产业链发工艺、封装测试、设备、材料及生态建设各个环节。为补足国内制造短板,大基金二期将投资重点转向lc制造。截至2022年3月,大基金二期投资38家公集成电路设计工具和芯片设计、封装测试、装备和零部件及材料、应用等分别投1这里仅指中国大陆。政策名称颁布部门时间相关内容《关于做好2022年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单制定工作有关要求的通知》发改委、工信部、财政部等重点支持集成电路设计领域,包括高性能处理器、FPGA芯片、存储芯片、智能传感器、汽车和安全芯片、EDA和lP设计工具。《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-工信部、科技部等八部门提升高端传感器、物联网芯片和操作系统、MEMS传感器等关键技术水平和市场竞争力。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》国务院攻关集成电路设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料研发,发展服务型制造新模式,推动制造业高端化绿色化智能化发展。《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》工信部重点发展小型化、低功率、集成化的敏感元件,新型智能传感器、微型化、智能化的电声器件。《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》国务院聚焦高端芯片、集成电路装备和工艺技术、集成电路设计工具、基础软件、工业软件、应用软件的关键核心技术研发。《关于集成电路设计和软件产业企业所得税政策的公告》财政部2018年1月1日之后投资新设的集成电路线宽小于130纳米,且经营期在10年以上的集成电路生产企业或项目,第—年至第二年免征企业所得税,第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税,并享受至期满为止。数据来源:公开资料,车百智库研究院整理政策支持下我国半导体产业快速发展,但我国半导体对外依存度依然很高。政策支持叠加产业发展,尤其是物联网、人工智能、云计算、新能源、汽车电子、医疗电子、可穿戴设备、新—代网络通讯等新兴领域的发展有利促进了半导体产业需求。2022年我国集成电路产业销售额达到1.2万亿元,同比增长14.8%,创历史新高(见图表21)。分不同环节来看,2022年设计、制造和封测 (见图表22)。可以看出,我国半导体产业正在向上游技术门槛高、附加值高的22•EV100PLUS设计、制造环节扩展。但我国半导体产业仍然基础较弱,在高端半导体产品方面个,出口数量总额2734厅个,贸易逆差仍高达2650厅个(见图表23)。从金额元,贸易逆差2616.6厅美元(见图表24),集成电路仍然超过原油持续成为我4,335.5 销售额（亿元）同比增速40000数据来源:中国半导体行业协会,公开资料,车百智库研究院整理单位：亿元600040002000045194519设计制造封测2019202020212022数据来源:中国半导体行业协会,车百智库研究院整理EV100PLUS•23贸易逆差：贸易逆差：17262005236428372017进口数量（亿个）出口数量（亿个）40000数据来源:中国海关总署,公开资料,车百智库研究院整理贸易逆差：193422622040233427882617贸易逆差：193422622040233427882617400020000432641563107350030562601845201720182019202020212022进口金额（亿美元）出口金额（亿美元）数据来源:中国海关总署,公开资料,车百智库研究院整理24•EV100PLUSEV100PLUS•25在产业链各环节,我国已经形成了完整的产业链。在芯片设计、晶圆制造、封装测试等方面已具备—定的实力,但面临核心技术缺失、产业规模小、企业分在芯片设计环节,我国具备—定研发设计能力,但仍存较多“卡脖子”问题。第—,芯片设计工具方面,国内EDA企业发展较晚,并面临强大的技术壁垒和专利壁垒,目前主要以点工具为主,工具链不完整,流程类涉及较少。国内仅华大九天在模拟电路拥有全流程覆盖能力,但数字电路全流程设计工具仍是空占集成电路设计所需全套软件的30%左右,全球市场份额仅有0.8%,导致国产EDA无法满足最先进制程要求,对国外EDA软件依赖极强。加上近期美国对EDA软件的断供限制,短期内将严重影响国内企业的芯片设计。第二,技术能力方面,我国目前拥有大量芯片设计公司,如海思、地平线、紫光展锐、寒武纪等,自主芯片设计能力与世界领先的技术差异不大,在全球芯片设计领域国内企业市场占有率达到13%,仅次于美国和中国台湾地区。在汽车芯片领域,由于芯片设计企业与整车企业对接不足,联合设计开发尚未完全畅通,且设计开发周期长,产品研发仍存在较大瓶颈。第三,产业模式方面,国内芯片产业链分散、产品种类分散,短期内自主芯片企业难以发展壮大。尤其是在汽车芯片领域,国外龙头企业多采用lDM或Fab-Lite模式,集芯片设计、产业链—体化,芯片产品线丰富,功能覆盖面广,能够为客户提供多样化、系统化的解决方案。国内大部分汽车芯片公司均采用Fabless模式,规模较小、产业分散,技术和资金难以形成合力,导致国内通过车规级认证的芯片企业及产品均较少,稀疏的产品线也难以为客户提供完整的解决方案。在芯片制造环节,国内部分产业链实现突破,但芯片制造对外依存度仍较高。第—,在核心设备方面,芯片制造设备中光刻机厂商的市场集中度最高,全球仅有3家企业具备高端光刻机制造能力,其中以ASML为首,按销量和销售额分别在全球占比达到62%以及91%,我国高端光刻机设备全部依赖进口。在刻蚀机方面,我国刻蚀机设备基本具备世界前沿技术水平,比如北方华创、中微已拥有成熟的14nm级别产品,初步具备国产化能力。在薄膜沉积设备方面,我国PVD和CVD相对成熟,具有—定的生产能力和技术水平。第二,晶圆制造方面,由于中国台湾、韩国和日本的晶圆企业布局早、产业链成熟度高等原因,这些国家和地区占据了全球晶圆制造主要产能,技术优势明显,尤其是在12英寸的大尺寸晶圆生产上。我国8英寸及以下的晶圆制造技术相对成熟,其中小尺寸26•EV100PLUS4-6英寸晶圆制造基本实现自给自足,较多企业具备8英寸晶圆量产能力。尽管我国已经有中芯国际、华虹集团、晶合集成等企业进入全球前十大晶圆代工企业,但整体技术实力与规模相比国际巨头仍相差较大。对汽车芯片制造,目前我国部分芯片企业已具备14nm以上晶圆的量产能力,基本满足车规级芯片产品生产需求,但在产品成本、稳定性及配套设备等竞争力方面较弱,目前汽车芯片自封装测试层面，国内企业具备较强竞争力。在半导体产业链中,封装测试的附加价值较低、劳动密集度高,相应的进入壁垒较低,封测是国产化程度最高的环节,也是唯—能够与国际企业全面竞争的环节。长电科技、通富微和天水华天科技等封装测试企业在全球市场占有率和技术上已经和国外头部企业达到同等水准,行业整体竞争实力逐渐增强。近年来,凸块(Bumping)、硅通孔(TSV)、扇出型(Fan-out)等先进封装技术,以及晶圆级封装、2.5D/3D封装、芯粒 (Chiplet)、系统级封装等先进封装形式的涌现,为国内集成电路封装代工企业测评认证层面，国内仍缺乏全面的测试认证平台。汽车芯片的评测分为三个层面:汽车芯片、汽车电子电控系统、整车应用测试,目前我国还没有—个平台或者测评机构能够完整地完成三个层面的汽车芯片测评工作,导致对自主汽车芯片产品的认证能力较缺乏。汽车芯片上车应用前原则上需要完成质量管理标准认证。只有进行完整测评之后,下游汽车企业才能放心选用自主汽车芯片产品,因此芯片行业和汽车行业之间需要—个共同的测试评价平台,并与之前的标准相连接,用标准和测评支撑完成产品的测试认证。汽车芯片成为政策重点扶持对象。为了促进汽车芯片产业的快速发展,弥补国内相关产业的不足,近年来,我国政府出台了—系列政策来鼓励国内芯片行业车产业中长期发展规划》等产业政策为汽车芯片行业的发展提供了明确、广阔的市场前景,为企业提供了良好的生产经营环境,支持汽车芯片行业不断完善产业链和持续实现技术突破(见图表25)。发布时间发布单位政策名称交通部、科技部《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021-2035年)》国务院《“十四五”数字经济发展规划》工信部等15个部门《“十四五”机器人产业发展规划》工信部、银监会、证监会《关于加强产融合作推动工业绿色发展的指导意见》工信部《“十四五”信息通信行业发展规划》工信部《汽车半导体供需对接手册》国务院《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》发改委、科技部、工信部、财政部《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点的指导意见》国务院《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》发改委等11个部委《智能汽车创新发展战略》工信部《促进新—代人工智能产业发展三年行动计划(2018-2020年)》工信部《工业强基lGBT器件—条龙应用计划》工信部《新—代人工智能发展规划》发改委、工信部、科技部《汽车产业中长期发展规划》国务院《关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知》财政部、国家税务总局、发改委、工信部《关于软件和集成电路产业企业所得税优惠政策有关问题的通知》数据来源:公开资料,车百智库研究院整理在标准方面,中国汽车芯片产业创新战略联盟已发布14项汽车芯片团体标准,覆盖通则以及通信、微控制器等关键芯片的测试流程。国家新能源汽车技术体来看,在适用芯片的基础性车规标准和技术规范方面,国内标准体系还有待完善。全国汽车标准化技术委员会-汽车芯片标准研究工作组已搭建了汽车芯片标EV100PLUS•2728•EV100PLUS准体系架构并明确了标准研究项目,包括国标、行标和团标。工作组已立项启动汽车芯片三批标准项目,快速推进环境可靠性、信息安全、新能源汽车芯片、ETC芯片、计算芯片、定位芯片、蜂窝及直连通信芯片、红外热成MCU芯片、车内通信芯片、存储芯片、激光雷达芯片等标准技术框架研究,截22汽车芯片分类及应用汽车芯片按照功能和应用可分为控制、计算、功率、通信、存储、电源、驱动、传感、安全及其他等十大类,细分产品超百种。汽车芯片大部分不追求先进制程,但对于工艺的成熟度和可靠性要求高,使得汽车芯片行业形成了进入门槛高、投资回报期汽车芯片(又称车规级芯片)是指质量标准达到车规级,可应用于汽车控制的芯片。芯片等级标准分为消费级、工业级、车规级、QJ、GJ五个等级,车规级是适用于汽车电子元件的规格标准等级,不同于消费品和工业品,车规级芯片对可靠性的要求要高,例如工作温度范围、工作稳定性、出错率等(见图表26)。车规级芯片主要是通过复杂的芯片设计和生产流程控制来实现,从而在工项目消费级芯片车规级芯片整体开发时间温度范围要求-5℃-40℃(部分要求60℃)湿度范围要求震动、冲击要求正常较高出错率小于3%0使用时间15年或20万公里电路设计防雷设计、短路保护、热保护等多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰技术、多重短路、多重热保护、超高压保护等工艺处理防水处理增强封装设计和散热处理数据来源:公开资料,车百智库研究院整理汽车芯片按照不同的维度可以有不同的分类方式,行业使用较为普遍的分类方法是从芯片的应用角度、不同功能来划分。本文结合多方调研,将汽车芯片分为控制、计算、功率、通信、存储、电源、驱动、传感、安全及其他等十大类,并且下分更多子类(见图表27)。本文件从汽车芯片应用出发,结合多家整车企业和芯片设计企业意见,最终形成汽车芯片分类应用情况表(见图表28)。EV100PLUS•31SiCSiCMOSFETMCU控制芯片计算芯片WLAN直连V2X传感芯片汽车芯片分类驱动芯片EEPROM功率芯片 模拟前端(AFE)运算放大器比较器ADC/DAC电压基准存储芯片通信芯片安全芯片其他芯片芯片T-Box安全芯片ESAM安全芯片eSIM安全芯片LED/显示驱动V2X安全芯片NANDFLASHNORFLASHSiMOSFET数字隔离音频驱动高速串口卫星定位栅极驱动马达驱动毫米波超声波以太网AC/DCDC/DCSiIGBTDRAMSRAM温度激光湿度FPGA位置蜂窝红外指纹语音电流压力PMIC图像蓝牙电压UWBASICMPUCANGPUCPUIMUSBC资料来源:车百智库研究院大类小类动力系统智能驾驶系统底盘系统座舱系统车身系统控制芯片√√√√√计算芯片CPU、GPU、FPGA、ASlC√√传感芯片图像√√√激光√毫米波√√红外√超声波√√语音√√√加速度计/惯导√√√指纹√温度√√√√√32•EV100PLUS大类小类动力系统智能驾驶系统底盘系统座舱系统车身系统謢濚√宐姿√√√√√√呕置√角濚√钖掫埒√√通信芯片蜂窝√√直连(V2X)√√孞糠樾呕√√蓝牙√√√√√√√√√√√√以太网√√√√√高速串口(高清图像传输)√√存储芯片√√SRAM(MCU用)√√NORFlash(高性能MCU、AI)√√√√√√安全芯片√√√√√功率芯片EV100PLUS•33大类小类动力系统智能驾驶系统底盘系统座舱系统车身系统驱动芯片栅极驱动√马达驱动√√√√√显示驱动√音频驱动√LED驱动√√电源管理芯片√√√√√√模拟前端√数字隔离√√√√√数据来源:企业调研,车百智库研究院整理1、控制芯片汽车控制芯片通常指MCU(MicroControllerUnit),又称微控制单元、单片机,是把中央处理器CPU的频率与规格做适当缩减,并将内存、计数器、单—芯片上,形成芯片级计算机,为不同应用场合做不同组合控制。汽车控制芯作频率较低,主要用于风扇、空调、车窗等基础控制单元;16位具备终端控制功能,可应用于动力、底盘等;32位频率最高、处理能力更好,应用更广泛。从技术要求(可靠性、功能安全等)可分为高、中、低端三类。高端MCU主要应用于动力域、驾驶域,中端MCU主要应用于座舱仪表和底盘域,低端比,车规级MCU要求在更高的工作环境温度(-40℃~125/150℃)的可靠性,34•EV100PLUS从工艺制程来看,目前主流车规级MCU主要采用40nm至90nm制程,逐步向40nm以下(如28nm、16nm)制程发展。随着芯片制造向更先进制程工艺发展,加之汽车芯片晶圆厂运营成本较其他芯片更高,车用MCU制造模式正从单车使用数量看,随着汽车电子化程度提升,汽车MCU数量由过去的数十个增长到现在的100个以上,高端智能汽车甚至超过300个。随着整车电子架构的集中化,未来单车MCU的用量和种类也将出现缩减,而单MCU性能将芯片类别芯片名称系统零部件/芯片控制芯片MCU(还包括部动力系统发动机控制单元ECU电机控制器-主控芯片MCU电池管理系统BMS底盘系统变速器-换挡控制/自动换档控制单元胎压监测TPMS悬架控制器ECU转向控制器-电控单元ECU电子液压助力转向系统-电控单元ECUABS、ASR、ESP/ESC、HAS系统ECUEBS系统ECUECAS空气悬架控制系统ECU车身系统车身控制器BCM安全气囊系统发动机防盗装置座椅控制器电子内后视镜外后视镜内屏组合前大灯EV100PLUS•35芯片类别芯片名称系统零部件/芯片组合尾灯车身位置灯、安全警示灯、流水灯、瀑布灯、迎宾灯等智能雨刮器天窗控制器尾门控制器车门控制器遥控钥匙空调控制器空压机主动进气格栅国六排放终端座舱系统车机/区域控制器中控导航娱乐大屏副驾娱乐屏音响机械式仪表电子式仪表抬头显示(HUD)流媒体后视镜智驾系统雷达定位系统辅助驾驶局域网通信系统-区域控制器、网关无线通信系统-网关数据来源:企业调研,车百智库研究院整理36•EV100PLUSEV100PLUS•372、计算芯片计算芯片主要应用在智能座舱系统和智能驾驶系统(见图表30)ㄌ割屗匱叀处理器运算为主的控制芯片,计算芯片通常集成了CPU、图像处理GPU、音频处理DSP、深度学习加速单元NPU、内存、各种l/O接口,形成—颗SOC (SystemOnChip)芯片ㄌ计算芯片主要技术指标包括算力、主频、制程等,制程是区分计算芯片性能高低的最关键指标,目前计算芯片通常采用5nm至在性能要求方面,智能驾驶需实时处理感知信号,并规划行车、泊车路径,叀内;到高级别L3/L4/L5级自动驾驶,Al算力需求将呈指数级增长,L4需要流媒体后视镜、车联网系统等融合体验有赖匱计算芯片,对CPU、GPU要求较DMlPSㄌ随着智能座舱功能的割断丰富,数据处理工作量大幅增长,L3级别智能座舱芯片CPU算力需求将增长至150KDMlPS;到L4/L5级别,舱驾逐步融从可靠性和功能安全方面看,智能座舱和智能驾驶计算芯片可靠性要求相较匱控制芯片较低(通常为Grade2),功能安全通常需要达到ASlL-B,但智能驾驶通常需要额外的安全措施,如安全岛、锁步核、ECC等ㄌ芯片类别芯片名称系统零部件/芯片计算芯片座舱系统智能座舱流媒体后视镜智驾系统智能驾驶360环视数据来源:企业调研,车百智库研究院整理3、传感芯片传感芯片作为数字世界获取现实世界信息的窗口,种类繁多,应用领域非常广泛,汽车上几乎所有的域都会不同程度的使用传感芯片。汽车传感器分为车辆感知和环境感知两大类,车辆感知传感器主要包括速度/位置传感器、低/中压压力传感器、高压传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁力计和温度传感器等;环境感知传感器主要包括氧/气体传感器、车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达等(见图表31)。随着汽车电子控制系统的多样化,所用传感器的种类和数量不断增加,对传感芯片的微型化、智能化、多功能化和集成化提出迫切需求。由于各传感器波长特性、工作原理不同导致适用场景各异,当前大部分车辆都是采用多种传感器相融合的方式应对各种环境,保证感知能力冗余。大类芯片类别系统零部件/芯片传感芯片图像座舱系统摄像头-CM0S图像传感器图像座舱系统流媒体后视镜-CM0S图像传感器图像智能驾驶系统摄像头-CM0S图像传感器激光智能驾驶系统激光雷达毫米波智能驾驶系统毫米波射频芯片(MMlC)、毫米波信号处理芯片超声波智能驾驶系统超声波雷达信号调理芯片红外座舱系统主动红外智能驾驶系统被动红外语音座舱系统硅麦传感器(MEMS麦克风)智能驾驶系统加速度计、陀螺仪指纹车身系统门锁-指纹传感器温度动力系统冷却系统-压力和温度传感器温度动力系统进气系统-进气温度传感器温度动力系统冷却系统-压力和温度传感器温度底盘系统变速器-温度传感器温度车身系统温度传感器38•EV100PLUS大类芯片类别系统零部件/芯片湿度座舱系统温湿度传感器压力动力系统进气系统-进气歧管压力传感器压力动力系统增压机构-压力温度传感器总成压力动力系统排气系统-压差传感器压力动力系统供油系统-电控喷油装置/油轨压力传感器压力动力系统发动机控制单元-机油压力传感器、真空压力传感器压力动力系统冷却系统-压力和温度传感器压力底盘系统变速器-压力传感器压力底盘系统悬架控制系统-压力传感器压力底盘系统胎压监测-