汽車半導體行業(yè)深度分析報告

汽車半導體行業(yè)深度分析報告

01半導體行業(yè)概況半導體芯片產(chǎn)業(yè)鏈半導體是計算機、通信、電子產(chǎn)品等核心組成部分，半導體產(chǎn)業(yè)基本上就是現(xiàn)代IT產(chǎn)業(yè)的基礎。一般來說，半導體產(chǎn)業(yè)鏈主要分為四個環(huán)節(jié)，分別是產(chǎn)品設計→制造→封裝→成品測試。半導體產(chǎn)業(yè)歷史沿革歷史上半導體產(chǎn)業(yè)共經(jīng)歷過三次大的產(chǎn)業(yè)轉移，涉及的國家和地區(qū)主要有美國、日本、韓國、中國大陸以及中國臺灣地區(qū)。半導體產(chǎn)業(yè)市場集中度從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，美國在EDA軟件、半導體設備等領域競爭力突出；從芯片產(chǎn)品來看，美國在微處理器領域處于絕對領導地位，并在無線通訊芯片、模擬、邏輯、MCU、存儲器等多個領域具備較強競爭力。國內半導體行業(yè)政策歷史演變我國半導體行業(yè)發(fā)展時間較短，2010年開始，國家為推動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相關政策密集出臺。其中，國務院于2014年6月印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，將集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略。國內半導體產(chǎn)業(yè)逐步突圍政府利用豐富的政策手段和資源調配來全方面支持大陸半導體行業(yè)的發(fā)展，大陸集成電路不僅產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大，還涌現(xiàn)出大量優(yōu)秀企業(yè)，未來在這種全方位發(fā)展機制下中國半導體產(chǎn)業(yè)還會繼續(xù)快速發(fā)。半導體基本分類按國際通行的半導體產(chǎn)品標準方式進行分類，半導體可以分為四類：集成電路、分立器件、傳感器和光電子器件，這四類可以統(tǒng)稱為半導體元件；其中集成電路是半導體產(chǎn)業(yè)最大的市場，市場份額占比超過80%。02半導體行業(yè)分析半導體設計芯片設計流程：主要可分為前端設計與后端設計，其中前端設計（也稱為邏輯設計）主要涉及芯片的功能設計，后端設計（也稱為物理設計）主要涉及工藝有關的設計，使其成為具備制造意義的芯片。芯片設計核心軟件EDA：在芯片設計的環(huán)節(jié)中，EDA等設計軟件是必不可少的工具。設計者使用硬件描述語言（VerilogHDL）完成設計文件，通過EDA軟件自動邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真。半導體制造芯片制造流程：一塊芯片的誕生需經(jīng)歷重重考驗，從設計到制造再到封裝測試，每一關都需用到大量的設備和材料。而在半導體加工的過程中，集成電路制造更是半導體產(chǎn)品加工工序最多、工藝最為密集的環(huán)節(jié)。硅片制造：硅片又稱硅晶圓片，是制作集成電路的重要材料，通過對硅片進行光刻、離子注入等手段，可以制成集成電路和各種半導體器件。芯片制程：芯片的制程就是用來表征集成電路尺寸的大小的一個參數(shù)。隨著摩爾定律*發(fā)展，制程從0.5μm一直發(fā)展到現(xiàn)在的10nm、7nm、5nm。目前，28nm是傳統(tǒng)制程和先進制程的分界點。半導體材料半導體制造工藝所需材料：半導體產(chǎn)業(yè)鏈可以大致分為設備、材料、設計等上游環(huán)節(jié)、中游晶圓制造，以及下游封裝測試等三個主要環(huán)節(jié)。半導體材料是產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)中非常重要的一環(huán)，在芯片的生產(chǎn)制造中起到關鍵性的作用。細分占比：從材料所屬環(huán)節(jié)來看（以2017年數(shù)據(jù)為參考），晶圓制造材料占比59%，封裝材料占比41%；晶圓制造材料中，硅片依然占據(jù)絕對核心，占比達到31%；封裝材料中，封裝基板占據(jù)核心地位，達到40%。硅片市場競爭格局：目前，經(jīng)歷20年時間的發(fā)展，全球主要的半導體硅片廠商已經(jīng)從20多家逐漸兼并為由日本、德國、韓國以及中國臺灣共五家知名企業(yè)所主導的局面。半導體設備芯片制造相關設備：半導體集成電路設備主要包括硅片制造設備、晶圓加工處理設備、封裝設備和測試設備等，由于集成電路制造工序復雜、流程較長，不同環(huán)節(jié)所需設備各不相同，且技術難度及價值量也存在明顯差異硅片制造拉單晶單晶爐磨外圓滾圓機切片切片機研磨研磨機倒角倒角機拋光拋光機清洗清洗設備檢。全球半導體設備市場競爭格局：由于堅實的技術壁壘和客戶壁壘，半導體制造設備的市場基本都被海外企業(yè)占據(jù)，幾家國際企業(yè)占據(jù)全球90%以上的市場份額03汽車半導體技術汽車半導體汽車半導體按種類可分為功能芯片MCU、功率半導體（IGBT、MOSFET等）、傳感器及其他。在傳統(tǒng)燃油汽車中，MCU價值量占比最高，為23%；在純電動車中，MCU占比僅次于功率半導體，為11%。汽車控制器ECUECU，電子控制器單元，它的用途就是控制汽車的行駛狀態(tài)以及實現(xiàn)其各種功能。主要是利用各種傳感器、總線的數(shù)據(jù)采集與交換，來判斷車輛狀態(tài)以及司機的意圖并通過執(zhí)行器來操控汽車。車載控制器ECU基本結構車載控制器ECU是以單片機為核心而組成的電子控制裝置，具有很強的運算和邏輯判斷功能，ECU是汽車電子控制系統(tǒng)的控制中心；車載控制器ECU主要由輸入電路、單片機和輸出電路三部分組成。車載芯片早期汽車電子以ECU為主，隨著汽車向智能化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的分布式架構難以滿足需求，由中心化架構DCU等逐步替代。此外，由于車載芯片需要同時處理大量數(shù)據(jù)，形成了以GPU等為核心的車載主控芯片。功能芯片與主控芯片傳統(tǒng)汽車的功能芯片僅適用于發(fā)動機控制、電池管理、電機控制等局部功能，尚無法滿足高數(shù)據(jù)量的如智能駕駛領域相關運算。隨著汽車智能化水平的不斷提高，具備AI計算能力的主控芯片誕生。功能芯片指ECU、TCU、VCU等各功能部件控制器中負責具體控制功能的MCU（微處理器），承擔著設備內多種數(shù)據(jù)的處理診斷和運算，通常有8位、16位、32位甚至64位等型號。主控芯片指在智能座艙控制器、自動駕駛控制器等關鍵控制器中承擔核心處理運算任務的SOC（系統(tǒng)級芯片），按應用主要可分為車載SOC和車控SOC，內部集成了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列運算單元。車載嵌入式系統(tǒng)集成嵌入式系統(tǒng)具有體積小、低功耗、集成度高等優(yōu)點，這就決定了它非常適合應用于汽車工業(yè)領域。另外，隨著汽車技術的發(fā)展以及微處理器技術的不斷進步，使得嵌入式系統(tǒng)在汽車電子技術中得到了廣泛應用。片上系統(tǒng)SOCSoC稱為系統(tǒng)級芯片，也稱為片上系統(tǒng)，意指它是一個產(chǎn)品，是一個有專用目標的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部內容。SoC系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括嵌入式處理和外圍設備，軟件包括應用軟件和操作系統(tǒng)；軟件通過數(shù)據(jù)結構、算法和通訊協(xié)議實現(xiàn)汽車電子控制策略，硬件為軟件提供了運行平臺，執(zhí)行具體控制汽車芯片應用領域從應用的角度，汽車上小到胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TMPS、攝像頭，大到整車控制器、自動駕駛域控制器，都離不開各式各樣的芯片，可以說汽車的智能化就是芯片的智能化。04汽車芯片技術發(fā)展趨勢車載芯片技術發(fā)展趨勢總覽隨著自動駕駛技術的發(fā)展以及需求的不斷提高，車載芯片技術也在不斷演進，主要體現(xiàn)在芯片類型、芯片集成度、芯片算力、芯片能耗比、車規(guī)符合性、功能安全以及信息安全等幾大方面。車載芯片類型隨著ADAS功能滲透率越來越高，傳統(tǒng)CPU算力將無法勝任，在自動駕駛領域GPU取代CPU、FPGA作為GPU的有效補充成為了主流方案。隨著自動駕駛的定制化需求提升，未來定制化ASIC專用芯片將成為主流。從技術架構上來看，車載芯片可分為四類芯片：CPU（中央處理器）、GPU（圖形處理器）、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）以及ASIC（專用集成電路）。車載芯片集成度隨著車輛的電子化程度逐漸提高，ECU占領了整個汽車，這對電子電氣架構帶來了巨大的挑戰(zhàn)。以域為單位的DCU集成化架構是當前最佳解決方案，將取代傳統(tǒng)的分布式架構，車載芯片SoC集成度將越來越高。車載芯片算力隨著汽車智能化程度越來越高，需要處理的傳感器數(shù)據(jù)也變得越來越多，傳統(tǒng)CPU的算力已不再夠用，車載芯片整體向著算力更強的AI芯片方向發(fā)展，并且伴隨著自動駕駛需求的變化也在不斷增強。車載芯片能耗比由于芯片類型的不同導致芯片架構、制造工藝等也不完全相同?？傮w來看，車載芯片計算能耗比（消耗單位瓦數(shù)可以完成多少運算量）：ASIC