汽車半導體：需求爆發(fā)疊加國產(chǎn)加速，汽車芯片十年騰飛期開啟-上

2022-06-09 11:47:11 本文約有6844個字，預計閱讀時間為18分鐘

732

文章標簽：

1. 電動化、智能化引領(lǐng)汽車半導體單車價值量提升

1.1. 電動平臺替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機平臺，推動智能化發(fā)展

電動車采用以電源、電驅(qū)、電控為核心的三電系統(tǒng)替代發(fā)動機和變速器等。純電動汽車的結(jié)構(gòu)主要包括電源系統(tǒng)、驅(qū)動電機系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)等。動力電池輸出電能，通過電機控制器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力，再通過減速機構(gòu)，將動力傳給驅(qū)動車輪，使電動汽車行駛。電動車省略了內(nèi)燃引擎、燃料系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及點火裝置等，因此零部件數(shù)量相比普通燃油車減少約 1/3，機械結(jié)構(gòu)大幅簡化。

編輯搜圖

電源系統(tǒng)包括動力電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、車載充電機及輔助動力源等。電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)控動力電池的使用情況，對動力電池的端電壓、內(nèi)阻、溫度、蓄電池電解液濃度、電池剩余電量、放電時間、放電電流或放電深度等狀態(tài)參數(shù)進行檢測，并按動力電池對環(huán)境溫度的要求進行調(diào)溫控制。

電驅(qū)動單元主要包括電驅(qū)動電機、逆變器，與減速器等。驅(qū)動電機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置驅(qū)動或直接驅(qū)動車輪。減速器是用來調(diào)整車輛的扭矩、速度等，作用類似于變速箱。電控系統(tǒng)包括電機控制器和整車控制器（VCU）。電機控制器從整車控制器獲得整車的需求，從動力電池包獲得電能，經(jīng)過自身逆變器的調(diào)制，獲得控制電機需要的電流和電壓，提供給電動機，使得電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩滿足整車的要求。

電機控制器內(nèi)含功能診斷電路，當診斷出現(xiàn)異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給整車控制器，起到保護的功能。VCU 是電機系統(tǒng)的控制中心，它對所有的輸入信號進行處理，并將電機控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息發(fā)送給電機控制器，根據(jù)駕駛員輸入的加速踏板和制動踏板的信號，向電機控制器發(fā)出相應的控制指令。 VCU 還將與汽車行駛狀況有關(guān)的速度、功率、電壓、電流等信息傳輸?shù)杰囕d信息顯示系統(tǒng)進行相應的數(shù)字或模擬顯示。

編輯搜圖

電動機控制延遲低、電池容量大，電動化推動智能化發(fā)展。

一方面，發(fā)動機控制比電機控制更復雜，電機對指令的響應速度和準確性極高，使得自動駕駛可以獲得更低的操作時延。另一方面，傳統(tǒng)燃油車的電池容量不夠，難以滿足自動駕駛和智能化的用電需求，而增加更大的電池系統(tǒng)將使得汽車結(jié)構(gòu)更為復雜，純電汽車天然具有足夠的電池容量和充放電系統(tǒng)，更符合未來智能化的需要。

1.2. 電氣架構(gòu)由傳統(tǒng)分布式向域控制器發(fā)展，最終向中央集中式發(fā)展

ECU 是汽車電子設(shè)備的核心電控裝置。ECU（Engine control unit）即汽車電子控制單元，又稱“行車電腦”，是由輸入接口、MCU 和輸出接口組成的電子控制裝置，是汽車電子設(shè)備的核心。ECU 的作用是根據(jù)所存儲的程序?qū)鞲衅鬏斎氲母鞣N信息進行運算、處理、判斷，然后輸出指令給執(zhí)行器，控制有關(guān)執(zhí)行動作，達到快速、準確控制被動部件的工作目的。整塊電路板設(shè)計安裝于一個鋁質(zhì)盒內(nèi)，通過卡扣或者螺釘安裝于車身鈑金上。

汽車 ECU 種類繁多，遍布三大電控系統(tǒng)。由于 ECU 是汽車控制的關(guān)鍵，汽車三大電控系統(tǒng)發(fā)動機、底盤、車身均需要 ECU，小到雨刷、座椅控制，大到轉(zhuǎn)向、發(fā)動機控制，因此汽車 ECU 種類繁多。如發(fā)動機電控系統(tǒng)中需要發(fā)動機 ECU 控制發(fā)動機供油、點火、怠速等，底盤電控系統(tǒng)中需要變速器 ECU 控制自動變器的升擋、降擋、鎖止等，車身電控系統(tǒng)需要門窗 ECU 控制門窗的閉鎖、開鎖等。

傳統(tǒng)汽車主要采用分布式 ECU 架構(gòu)，汽車功能增加主要靠 ECU 數(shù)量的堆疊。隨著發(fā)展，ECU 數(shù)量逐步提升。分布式架構(gòu)下汽車各個功能由不同的單一ECU 控制單元來完成，通過 ECU 的累加來實現(xiàn)更多的功能，汽車的主體架構(gòu)不發(fā)生改變。根據(jù) OFweek 電子工程官網(wǎng)數(shù)據(jù)，目前普通汽車上的 ECU 數(shù)量為 50-70 個，高端汽車上的ECU 數(shù)量超過 100 個。

?傳統(tǒng)分布式架構(gòu)面臨挑戰(zhàn)，制約汽車電動化智能化發(fā)展。

隨著汽車智能化發(fā)展，汽車的功能逐漸增加，ECU 數(shù)量快速增長，靠傳統(tǒng)分布式架構(gòu)面臨許多問題，主要體現(xiàn)為：

連接線束的難度和成本上升。隨著 ECU數(shù)量的增加，每個 ECU 都需要與總線連接，整車的線束會越來越臃腫，帶來整車成本和重量的大幅上升。此外，ECU 的成倍增加還會帶來總線信號數(shù)量的幾何量級攀升，對總線帶寬負載帶來巨大挑戰(zhàn)。

ECU 出現(xiàn)冗余重疊，不利于升級和維護。汽車智能化要求對汽車的功能進行快速的升級迭代，OTA 升級逐漸成為大趨勢。不同功能的 ECU 由不同的供應商提供，底層軟件和驅(qū)動各異，后期需要不同的供應商來更新和維修。而傳統(tǒng)的電氣架構(gòu)里面許多功能是由兩個甚至多個 ECU 控制器共同配合完成的，功能升級涉及到多個控制器的同步更改，因此大大增加了功能拓展升級的成本。此外，不同的 ECU 還可能存在功能重疊，造成算力和成本浪費。

高級別輔助駕駛等功能需要不同 ECU 之間高度協(xié)同，傳統(tǒng)架構(gòu)處理效率較低。實現(xiàn)自動駕駛需要視覺、雷達、高精度地圖以及車輛車身控制的共同參與。傳統(tǒng)架構(gòu)下多 ECU 協(xié)同能力有限，溝通效率較低，難以勝任高級自動駕駛?cè)蝿铡?/p>

電氣架構(gòu)往域集中式架構(gòu)發(fā)展，未來進一步向中央集中式架構(gòu)變化。隨著傳統(tǒng)分布式架構(gòu)不再適應汽車發(fā)展的需要，域控制的概念被提出并逐漸接受。博世將整車劃分為五個域，全車主要分為動力域、底盤域、車身控制域、信息娛樂域、ADAS（智能輔助駕駛）域。單個域主要有域控制器（DCU）進行計算和控制。各個域之間通過千兆以太網(wǎng)連接，以此解決實時性問題與傳導問題，而每個域與自己分管的子系統(tǒng)之間通過 CAN，CAN-FD 以及百兆以太網(wǎng)連接通信。各個域控制器還會逐漸出現(xiàn)功能融合。

編輯搜圖

以特斯拉電氣架構(gòu)為例，model 3 將整車分為四個域，包括中央計算模塊 CCM （負責娛樂信息系統(tǒng)，輔助駕駛系統(tǒng)和車內(nèi)互聯(lián)通信）、前車身控制（負責雨刮、前電機控制器、車燈等等）、左車身控制模塊 LBCM（負責左車燈、門窗以及轉(zhuǎn)向制動等）、右車身控制模塊 RBCM（包括底盤安全系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、熱管理等等）。未來電氣架構(gòu)的最終發(fā)展方向為統(tǒng)一的中央集中式控制。

編輯搜圖

ECU 功能簡化，域控制器中需要采用更強算力和功能的 SoC 等定制芯片集中處理。在如此的架構(gòu)變革下，硬件與硬件，硬件與軟件發(fā)生解耦，ECU 功能逐漸被簡化，往往承擔最簡單的執(zhí)行層面的控制功能。而軟件算法、數(shù)據(jù)處理將集中在域控制或者中央控制器的處理芯片中進行，也便于進行后期的OTA 升級。因此對算力更強的 Soc 和 MCU 芯片提出了更多需求。

1.3. 自動駕駛催生傳感、存儲與計算的需求

1.3.1. 自動駕駛滲透率提升

當前正處 L2 到 L3 升級的窗口期。我國基于六大標準發(fā)布了針對自動駕駛功能的《汽車駕駛自動化分級》國家推薦標準，將駕駛自動化系統(tǒng)劃分為 L0 到 L5 六個級別，分別對應應急輔助、部分駕駛輔助、組合駕駛輔助、有條件自動駕駛、高度自動駕駛、完全自動駕駛。

其中，L2 開始擁有 ICC 集成式巡航輔助功能，在持續(xù)車輛橫向和縱向運動控制方面，可由駕駛自動化系統(tǒng)完全負責。

L3 為駕駛自動化分水嶺，在 L3 之前的駕駛自動化都只能算駕駛輔助系統(tǒng)，L3 階段的自動駕駛汽車可以在某些特定的場景和路段下實現(xiàn)自動駕駛，但如果有突發(fā)情況還是需要駕駛員接管，L3 的汽車將有條件實現(xiàn) TJP 交通擁堵輔助功能。

目前主流車企如特斯拉、蔚來等的輔助駕駛處于 L2 及以下級別，L3 以上的商業(yè)化落地與普及需要一定的時間。

?L2 方案成熟，進入量產(chǎn)階段，L3 級技術(shù)有序推進。

根據(jù)《全球和中國 ADAS 和自動駕駛 Tier 1 供應商研究報告（2020-2021）》，Tier 1 供應商積極推動 L2 級自動駕駛量產(chǎn)，2020 年 1-11 月，全球 Tier 1 供應商合計推動 57 個汽車品牌推出 208 款 L2 車型，銷售量達 260 萬輛，同比增長 118.9%。

2021 年 3 月本田正式發(fā)售全球首款獲法律許可的 L3 級自動駕駛車輛 Legend EX；寶馬將為 7 系配備 L3 級自動駕駛，預計 2022 年下半年上市；2021 年 12 月，奔馳 L3 級自動駕駛系統(tǒng) DRIVE PILOT 獲得德國聯(lián)邦交管局的上路許可，將于 2022 年搭載奔馳 EQS 或奔馳 S 級上市。

?產(chǎn)業(yè)鏈各方力量的持續(xù)推動支撐 ADAS 賽道的中長期成長，ADAS 賽道具備高確定性。

1）造車新勢力入局帶動 ADAS 滲透率提升。

新能源汽車市場，蔚來、理想、小鵬等造車新勢力在ADAS領(lǐng)域保持較大的投入，以保證在智能化上的領(lǐng)先地位。根據(jù)《2021 中國乘用車自主品牌主機廠 ADAS 和自動駕駛研究報告》，2021 年，以小鵬、理想、蔚來、極狐為代表的新勢力車企率先實現(xiàn) L3 級裝配上車或示范演示，2021 年 1-8 月中國 L3 級 ADAS 系統(tǒng)裝配量達 1.7 萬輛，裝配率 0.3%。

編輯搜圖

2）傳統(tǒng)車企加速追趕。

相較于新能源汽車，傳統(tǒng)燃油車 ADAS 滲透率較低，造車新勢力在 ADAS 領(lǐng)域的持續(xù)迭代有望倒逼傳統(tǒng)車企加速追趕。例如，吉利在 G-pilot 智能駕駛路線規(guī)劃中規(guī)劃 2015 年實現(xiàn)中國品牌 ADAS“零”的突破，2018 年實現(xiàn)中國品牌 L2 級第一次量產(chǎn)，2020 年局部工況實現(xiàn)高度自動駕駛，2022 年計劃實現(xiàn) 5G 協(xié)同高度自動駕駛，202X 年計劃實現(xiàn) 5G NR+邊緣計算協(xié)同式城市自動巡航。目前，吉利已在轎車、SUV 與 MPV 全品類上已經(jīng)實現(xiàn) L2 級別技術(shù)全覆蓋。

編輯搜圖

3）科技大廠積極參與。

蘋果、華為、百度等科技大廠入局造車，我們認為科技大廠的技術(shù)和人才積累強大，在自動駕駛算法的開發(fā)調(diào)教上具有較大的優(yōu)勢，能夠有效推動自動駕駛技術(shù)的發(fā)展與落地。

?近年各國家和地區(qū)紛紛出臺汽車評級標準，將 AEB、LDW、FCW 等自動駕駛功能納入汽車評級體系。同時，主要國家政策端紛紛擬定商用車搭載 AEB 時間表，國內(nèi)多項政策出臺規(guī)定部分商用車要搭載 ADAS 系統(tǒng)。

受政策端影響，國內(nèi)商用車 ADAS 方案紛紛發(fā)布。2019 年底，一汽解放 J7 高端智能重卡發(fā)布，搭載“摯途領(lǐng)航”智能駕駛輔助系統(tǒng)，整車硬件方面主要增加了車載雷達、攝像頭等配置；2019 年底，陜汽重卡德龍 X6000 亮相，配備 LDW、DMS、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、ACC、AEBS 等 ADAS 系統(tǒng)。

?綜合上述因素的驅(qū)動催化，全球主要主機廠商紛紛出臺清晰的自動駕駛時間表規(guī)劃。中期維度看，L3 級別預計于 2022 年開始逐步起量，L4 級別自動駕駛車型有望于 2025 年集中爆發(fā)，帶動汽車傳感器市場高速成長。

編輯搜圖

L3 級別自動駕駛有望在 2023 年迎來較大放量。

我們測算，未來幾年內(nèi) L2 級別的智能車將成為全球市場主力，2020 到 2025 年，全球 L2 智能駕駛滲透率從 16%增長到 38%，L1 智能駕駛滲透率將先增加，之后逐步被更高級別取代，2023 年 L3 開始量產(chǎn)，到 2025 年 L3 智能駕駛滲透率達 8%；中國市場 L2 依舊是主力，2025 年滲透率達 35%，L1 滲透率逐年遞增，2023 年之后 L3 智能駕駛滲透率和全球持平。由于各地法規(guī)限制，我們預計全球包括中國 L4+智能駕駛滲透率較低，2025 年維持在 1%左右。

編輯搜圖

1.3.2. 多傳感器融合提供冗余，用量隨自動駕駛程度提升，帶來細分賽道機會

自動駕駛分為感知層，決策層和控制執(zhí)行層面。感知層負責使用車載傳感器捕獲的數(shù)據(jù)來估計汽車的狀態(tài)和創(chuàng)建環(huán)境的內(nèi)部表示，例如 LIDAR，RADAR，攝像機，GPS，IMU，里程表等，以及有關(guān)傳感器模型，道路網(wǎng)絡，交通規(guī)則，汽車動力學等的先驗信息。

?編輯搜圖

決策層則負責將汽車從初始出發(fā)位置導航到用戶定義的最終目的地，在此期間要考慮汽車狀態(tài)和環(huán)境內(nèi)部展示，以及交通規(guī)則和乘客的舒適度。執(zhí)行層指系統(tǒng)在做出決策后，替代人類對車輛進行控制，反饋到底層模塊執(zhí)行任務。

車輛的各個操作系統(tǒng)都需要能夠通過總線與決策系統(tǒng)相連接，并能夠按照決策系統(tǒng)發(fā)出的總線指令精確地控制加速程度，制動程度以及轉(zhuǎn)向幅度等駕駛技術(shù)。其中感知層作為汽車的“眼睛”對應于車載雷達、攝像頭、其他車內(nèi)傳感器，而決策單元通過自動駕駛芯片對得到的傳感器數(shù)據(jù)進行處理，將決策傳遞給控制單元進行車身控制等。

編輯搜圖

感知層細分賽道存在技術(shù)成熟度差異，攝像頭廠商業(yè)績確定性較高，激光雷達仍處初期想象空間巨大。感知層主要包括攝像頭、激光雷達、毫米波雷達，超聲波雷達四大細分市場。

光學攝像頭領(lǐng)域的技術(shù)趨于成熟，在光學鏡頭和 CIS 領(lǐng)域國內(nèi)均有廠商具備高競爭力。激光雷達尚處技術(shù)發(fā)展初期，近期眾多汽車廠商逐步推出搭載激光雷達的量產(chǎn)車型，激光雷達前裝量產(chǎn)正進入從 0 到 1 和從 1 到 N 的疊加周期，市場存在巨大機遇。毫米波雷達的技術(shù)成熟，但短期國內(nèi)廠商缺乏競爭力。

當前毫米波雷達市場主要為博世、大陸等傳統(tǒng)零部件巨頭壟斷。超聲波雷達技術(shù)成熟，成本相對低廉。超聲波雷達模組的主要生產(chǎn)商有博世、法雷奧、村田、尼塞拉、電裝、三菱、松下、同致電子、航盛電子、豪恩、輝創(chuàng)、上富、奧迪威等。傳統(tǒng)的超聲波雷達多用于倒車雷達應用，這部分市場基本被博世、法雷奧占據(jù)，國內(nèi)鮮有進入前裝市場的廠商。

編輯搜圖

任意單一類別傳感器均存在自身局限性，并無一類傳感器可勝任所有自動駕駛場景需求，多傳感器融合（攝像頭+多種雷達方案）以滿足所有自動駕駛需求的解決方案成為必要。

圖 14：任意類別傳感器均存在自身局限性，多傳感器融合成為必要

編輯搜圖

隨自動駕駛等級提升，感知層硬件配置要求相應提高，攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達的性能和數(shù)量要求均有所提高。只用光學攝像頭的純視覺方案具備一定的成本優(yōu)勢，能夠滿足當前 L2 級別 ADAS 感知需求，L3 級別以上激光雷達、超聲波雷達、毫米波雷達用量將顯著增加。

編輯搜圖

?2. 功率半導體：汽車電動化趨勢下的確定性高增長

2.1. 功率半導體：電能控制的核心器件，新能源汽車帶來廣闊成長空間

功率半導體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。功率半導體可分為功率 IC 和功率分立器件兩大類，二者集成為功率模塊（包括 MOSFET/IGBT 模塊，IPM 模塊，PIM 模塊）。

編輯搜圖

2.2. 電動化趨勢下，新能源汽車功率半導體需求快速提升

新能源汽車全球加速普及，電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化為功率半導體帶來廣闊市場。為了完成《巴黎氣候協(xié)定》的目標，全球多數(shù)國家已明確碳中和時間，我國預計 2030 年前實現(xiàn)碳達峰、2060 年前實現(xiàn)碳中和。隨著碳中和目標推進，新能源汽車行業(yè)迎來快速發(fā)展期。

預計到 2025 年全球新能源汽車滲透率達 20%，我國達 34%領(lǐng)跑全球。我們假設(shè) 2021 年后全球包括中國汽車銷量以每年 3%的增速緩慢增長，新能源汽車保持高速增長，測算出 2025 年全球汽車銷量達 9020 萬輛，新能源汽車滲透率達 20%，新能源汽車銷量為 1804 萬輛；2025 年中國汽車銷量達 2957 萬輛，其中新能源汽車滲透率達 34%，新能源汽車銷量為 1000 萬輛，領(lǐng)跑全球。

?新能源汽車（混合動力汽車或純電動汽車等）半導體含量顯著高于傳統(tǒng)汽車。其中，新能源汽車功率半導體用量及規(guī)格均高于傳統(tǒng)燃油車，功率半導體約占每輛車半導體價值量增量的四分之三。英飛凌 Q4 FY2021 財報披露數(shù)據(jù)顯示，一輛配備傳統(tǒng)內(nèi)燃機的汽車的平均半導體含量為 490 美元，輕混合動力汽車為 600 美元，全混合動力為 890 美元，插電式混合動力及純電動汽車為 950 美元。其中，功率半導體約占每輛車半導體價值量增量的 85%。

?與傳統(tǒng)燃油車和弱混合動力汽車相比，電動汽車并無發(fā)動機和啟停系統(tǒng)，但由于電力轉(zhuǎn)換與控制要求提升，因而多出主電控（電驅(qū)）、車載電動空調(diào)、DC-DC、OBC、電池管理系統(tǒng)（BMS）等部件，帶動功率半導體需求提升。

功率半導體的增量具體可拆分為：

（1）主傳動/逆變器：一般選用 Si 基 IGBT （模塊）、SiC 基 MOSFET；

（2）充電器（OBC）：開關(guān)頻率較高，一般選用采用驅(qū)動功率為 3-6KWSi 基 MOSFET、10-40kW 的 Si 基 IGBT、SiC 基 MOSFET；

（3）DC-DC 轉(zhuǎn)換：涉及低電壓直流轉(zhuǎn)換，一般選用 Si 基 MOSFET；

（4）高壓輔助驅(qū)動：高壓配電，一般選用 Si/SiC/GaN MOSFET（模塊）；

（5）電池管理系統(tǒng)（BMS）：低電壓，一般選用 Si 基電池管理 ICs。

新能源汽車對功率半導體規(guī)格要求遠高于傳統(tǒng)燃油車，IGBT 模塊因此成為新能源汽車領(lǐng)域功率半導體主流選擇。

傳統(tǒng)燃油車的電壓功率要求較低，一般要求動力總成電壓為 30-40V、電助力制動器電壓為 60-80V、點火器電壓為 40-80V 及單車平均電氣功率≤20kW，此場景下一般選用低導通阻抗的高性能低壓 MOSFET。

相較而言，純電動汽車（EV）或混合動力汽車（HEV）的核心在于高壓（200-450V DC）電池及其相關(guān)的充電系統(tǒng)。純電動汽車主電機驅(qū)動一般要求功率器件的驅(qū)動功率在 20-150kW，平均功率約在 70kW。由于較高的驅(qū)動功率、電壓以及高能耗敏感度，電動車廠往往會采用導通壓降小、工作電壓高的 IGBT 模塊，而非在傳統(tǒng)燃油車中采用的 MOSFET。

國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域功率半導體量價提升邏輯下，廣闊需求端空間為國產(chǎn)替代提供支撐。

結(jié)合新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車在功率半導體單車價值量上的顯著增量，及國內(nèi)市場新能源汽車銷量及滲透率的持續(xù)提升，預計國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域的功率半導體需求將在未來五年內(nèi)快速提升，為國產(chǎn)替代提供需求端基礎(chǔ)。

預計到 2025 年全球新能源汽車 IGBT 規(guī)模接近 40 億美元，中國達 22 億美元。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，通常新能源汽車 IGBT 的單車價值量在 300 美金左右。我們假設(shè)新能源汽車雙電機的滲透率逐年提升，IGBT 受益于景氣周期先漲價，之后由于技術(shù)成熟、市場競爭等因素價格逐漸下降；假設(shè) SiC 的滲透率逐年增加，對 IGBT 形成一定的替代。

我們測算出 2025 年全球新能源汽車 IGBT 的規(guī)模達到 39.78 億美元，5 年 CAGR 為 39.4%；中國達到 22.05 億美元，5 年 CAGR 為 46.5%，中國將成為全球新能源汽車 IGBT 主要的市場。

?2.3. 海外缺芯疊加國內(nèi)新能源汽車爆發(fā)，國內(nèi)企業(yè)迎來發(fā)展窗口期

供給端，缺芯問題在以英飛凌為代表的功率半導體廠商中依然明顯，IGBT 和 MOSFET 為代表的功率半導體交期依然維持穩(wěn)中有升態(tài)勢，預計未來四個季度供給端緊張難以緩解。

從貨期角度看，英飛凌 IGBT 和 MOSFET 貨期自 2020Q1 起持續(xù)提升，2021Q4 整體交貨周期依然普遍保持在 40-50 周，而不缺貨情況下交貨周期一般僅在 10-16 周。

考慮到供給端擴產(chǎn)周期一般需要 9-12 月甚至更長，當前 Fab 廠產(chǎn)能已普遍排至 2023 年，結(jié)合新能源汽車和光伏領(lǐng)域需求的持續(xù)增長，預計未來四個季度內(nèi)仍是供給偏緊狀態(tài)。

?結(jié)合前節(jié)討論的國內(nèi)新能源汽車市場的高景氣度，功率半導體市場存在較大供需錯配，行業(yè)缺芯凸顯芯片國產(chǎn)化瓶頸現(xiàn)狀，給予國產(chǎn)廠商難得的“試錯”機會，國產(chǎn)廠商迎來供應鏈導入良機。

芯片供應鏈恢復時間不確定，缺芯致使下游需求方提高了對國產(chǎn)芯片產(chǎn)品的試錯容忍度并選擇國產(chǎn)廠商產(chǎn)品以解決部分燃眉之急，為芯片企業(yè)提供了絕佳的導入機會，在得到客戶驗證通過并大規(guī)模放量后，國產(chǎn)芯片廠商將進一步鞏固其行業(yè)地位并實現(xiàn)更高的國產(chǎn)化率和延續(xù)本土化趨勢。部分廠商正抓住國產(chǎn)替代的機遇窗口，在各自領(lǐng)域取得突破，實現(xiàn)業(yè)績規(guī)?？焖僭鲩L。

?在新能源汽車領(lǐng)域，國內(nèi)功率半導體企業(yè)已有進展，部分廠商開始在新能源汽車特別是 A 級車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量供貨：

比亞迪半導體：

（1）IGBT 領(lǐng)域：據(jù) Omdia 統(tǒng)計，以 2019 年 IGBT 模塊銷售額計算，公司在中國新能源乘用車電機驅(qū)動控制器用 IGBT 模塊全球廠商中排名第二，僅次于英飛凌，市場占有率 19%，2020 年公司在該領(lǐng)域保持全球廠商排名第二、國內(nèi)廠商排名第一的領(lǐng)先地位。

（2）SiC 器件領(lǐng)域：公司已實現(xiàn) SiC 模塊在新能源汽車高端車型電機驅(qū)動控制器中的規(guī)?；瘧茫彩侨蚴准?、國內(nèi)唯一實現(xiàn) SiC 三相全橋模塊在電機驅(qū)動控制器中大批量裝車的功率半導體供應商。

斯達半導：

2021 年公司新能源行業(yè)營業(yè)收入為 57,146.05 萬元，較去年同期增長 165.95%。車規(guī)級 SGT MOSFET （split-gate trench MOSFET）開始小批量供貨。

2021年，公司生產(chǎn)的應用于主電機控制器的車規(guī)級 IGBT模塊持續(xù)放量，合計配套超過 60 萬輛新能源汽車，其中 A 級及以上車型配套超過 15 萬輛，同時公司在車用空調(diào)，充電樁，電子助力轉(zhuǎn)向等新能源汽車半導體器件份額進一步提高。

同時，公司在用于車用空調(diào)、充電樁、電子助力轉(zhuǎn)向等新能源汽車半導體器件份額進一步提高。

時代電氣：

在其新興裝備業(yè)務板塊中，針對新能源汽車行業(yè)已面向市場推出多個平臺的電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)品，應用于純電動、混合動力乘用車，同時已與一汽集團、長安汽車等國內(nèi)一流汽車制造商開展深入項目合作，實現(xiàn)批量產(chǎn)品交付業(yè)績。

此外，公司募投新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)研發(fā)應用項目，擬以電驅(qū)系統(tǒng)為主推產(chǎn)品，利用公司自主 IGBT 的資源優(yōu)勢，突破扁線/油冷電機集成應用、SiC 模塊應用、雙面冷卻模塊應用等多項研發(fā)應用技術(shù)。

士蘭微：

2021 年，基于公司自主研發(fā)的 V 代 IGBT 和 FRD 芯片的電動汽車主電機驅(qū)動模塊，已在國內(nèi)多家客戶通過測試，并已在部分客戶批量供貨。目前公司正在加快汽車級和工業(yè)級功率模塊產(chǎn)能的建設(shè)。2021 年，公司分立器件產(chǎn)品的營業(yè)收入為 38.13 億元，較上年增長 73%。

編輯搜圖

2.4. 布局未來：SiC 加速滲透，進一步打開行業(yè)天花板

目前車規(guī)級半導體主要采用硅基材料，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進一步提高，硅基材料在高開關(guān)頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升。以 SiC 與 GaN 為代表的第三代寬禁帶半導體功率器件具有高擊穿電壓、高功率密度、耐高溫、高頻工作等優(yōu)勢，適用于大功率、高頻率與惡劣的工作環(huán)境，解決 Si 基器件痛點。

在主要三代化合物半導體材料中，SiC 最適合用于新能源汽車領(lǐng)域，而 GaN 更適用于射頻領(lǐng)域。SiC 與 GaN 相比，具有更高的熱導率和崩潰電壓，因此在高溫和高壓領(lǐng)域應用更具優(yōu)勢，適用于新能源汽車、快充充電樁、光伏和電網(wǎng)等 600V 甚至 1200V 以上的電力領(lǐng)域。在新能源汽車領(lǐng)域，SiC 功率器件將主要用于逆變器、OBC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換。

編輯搜圖

SiC 相比傳統(tǒng) Si 基器件主要有三點優(yōu)勢：

（1）體積小、重量輕、散熱強：SiC 的熱導率是 Si 的大約 3 倍，熱量更容易釋放，同時 SiC 的熱損耗更小，因此冷卻部件可采用更小型產(chǎn)品，有利于實現(xiàn)器件的小型化、輕量化；根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，采用 SiC 器件的逆變器體積相比硅基能減少 50%-80%；

（2）能量損耗更低：根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，SiC-MOSFET 單管與 IGBT 單管相比，能量利用率大約提升 5%，模塊化之后能量效率能夠提升 10%左右。因此 SiC 能提升電池的續(xù)航里程或以更小尺寸電池實現(xiàn)同等的續(xù)航里程，從而降低電池成本；

（3）高頻：SiC 的電子飽和漂移速率是 Si 的 2 倍，可以實現(xiàn)比 Si 基 IGBT 更高的工作頻率。

?盡管性能優(yōu)越，受制于高昂的成本，當前 SiC 在新能源汽車領(lǐng)域滲透率較低。

由于生產(chǎn)設(shè)備、制造工藝、良率與成本的劣勢，碳化硅基器件過去僅在小范圍內(nèi)應用。根據(jù)比亞迪半導體招股說明書，目前國際主流 SiC 襯底尺寸為 4 英寸和 6 英寸，晶圓面積較小、芯片裁切效率較低、單晶襯底及外延良率較低導致 SiC 器件成本高昂，疊加后續(xù)晶圓制造、封裝良率較低，且載流能力和柵氧穩(wěn)定性仍待提高，SiC 器件整體成本仍處于較高水平。

預計 SiC 市場規(guī)模未來幾年快速提升，2025 年全球新能源汽車用 SiC 功率器件規(guī)模達 37.9 億美元，中國達 21 億美元。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，通常一輛新能源汽車中整車主驅(qū)逆變器、OBC 以及 DCDC 轉(zhuǎn)換器用到的 SiC 價值量在 900-1000 美元左右；假設(shè)到 2025 年單車 SiC 成本下降 30%，到 700 美元左右，滲透率提升到 30%。

我們測算出 2025 年全球新能源汽車 SiC 器件規(guī)模達 37.9 億美元，5 年 CAGR 為 64.5%；國內(nèi)市場達 21 億美元，5 年 CAGR 為 72.6%，中國將成為全球新能源汽車 SiC 器件主要市場。

?SiC 芯片產(chǎn)業(yè)鏈與硅基產(chǎn)業(yè)鏈類似，主要分為晶圓襯底、外延、設(shè)計、制造和封裝等環(huán)節(jié)，市場主要由海外廠商掌控，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，與國際水平仍存在差距。

據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2020 年碳化硅功率器件市場中，ST、Cree、ROHM、Infineon、Onsemi 市占率分別為 40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，CR5 超過 90%。國內(nèi)碳化硅各環(huán)節(jié)已實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈布局，但目前國產(chǎn)化率較低，未來有望伴隨內(nèi)需增長而實現(xiàn)提升。

其中，襯底環(huán)節(jié)廠商包括山東天岳、天科合達等，外延廠商包括瀚天天成、東莞天域等，設(shè)計廠商包括上海瞻芯電子、上海瀚薪等，IDM 廠商包括泰科天潤、中科漢韻、三安集成、華潤微、士蘭微等。