集微咨询：车规级半导体进击千亿美元量级背后，IGBT供不应求，MCU掉链

集微咨询（JW insights）认为：

- 排除疫情因素，在上游供应商持续加大供应的情况下，汽车芯片供应链可能要延后到2023年才能恢复。汽车电动化超预期发展将是造成汽车芯片供需平衡延后的主要原因；

- 功率器件将成为汽车电动化的直接受益者，SiC同步受益加速上车，推进技术成熟度和市场普及度；

- 智能驾驶对感知芯片的驱动增长日益明显，单车用量将从L1级的2颗提升至L4/L5级的20颗；并随着汽车智能化渗透率的提升而持续增加，预计到2030年，中国车载AI SoC芯片市场规模突破100亿美元。

新能源汽车超预期发展，或提前3年达成目标

目前，汽车电动化、智能化已成为不可逆转的趋势，中国、欧洲都是这一路线的坚定践行者，而美国拜登政府也推出了2万亿美元基建刺激计划，其中，新能源汽车产业是其重点发展方向之一；另外，日本、韩国、印度等国家和地区也在开始发力汽车电动化及智能化进程。这意味着，全球主要汽车产销国家和地区，都已加入到汽车电动化变革的前沿阵地中来。

其中，中国仍将继续成为全球汽车电动化、智能化的排头兵。根据原规划，预计我国到2025年，新能源汽车渗透率将达到20%，以目前我国每年汽车销量计算，即我国2025年新能源新车销量约为500万辆。不过，我国新能源汽车产业的发展速度显然超出了预期，20%的渗透率正在加速到来。

今年前11个月，我国新能源汽车累计销量为302.3万辆，同比增长167.4%；新能源乘用车累计销量为286.9万辆，同比增长178%。其中，11月份我国新能源汽车销量为45万辆，渗透率为17.84%；新能源乘用车销量为42.7万辆，渗透率已达到19.48%，或将于12月份达到20%。

而从历年数据看，从2021年开始，我国新能源汽车销量进入爆发增长期，其新车销量比重已从2020年的5.4%提升至2021年的12.74%，预计2022年全年销量渗透率接近或达到20%，对应的新能源汽车销量也有望超过510万辆，集微咨询（JW insights）分析认为，无论渗透率还是销量，新能源汽车市场有望提前3年达成目标。

根据近两年发展趋势，预计至2025年，我国新能源汽车渗透率将有望提升到46%左右，新能源汽车新车销量也有望达到1380万辆左右，成为汽车市场的主要增长极，而传统燃油车的销量则快速下滑，预计将从2020年的2394.4万辆下滑至2025年的1600万辆左右。在新能源汽车带动下，我国汽车总销量也将恢复增长态势，预计到2025年销量将超过2017年2900万辆的峰值，达到3000万辆左右。

汽车芯片需求量激增，或将引发新的短缺情况

汽车芯片种类繁多，整体来看，主要有8大类：高性能计算芯片（AI芯片/GPU）、微控制器（MCU）、存储芯片（DRAM/Flash）、CMOS图像传感芯片、显示驱动芯片、模拟芯片（包括无线通讯的功率放大器、音频放大器、传感器等）、功率元器件、传感芯片（压力、流量、惯性、湿度、红外等）。

随着汽车电动化的加速，汽车所需要的芯片数量越来越多。中国汽车工业协会数据显示，传统燃油车所需汽车芯片数量为600-700颗/辆；而电动车所需的汽车芯片数量将提升至1600颗/辆，时下理想汽车新一代车型的芯片需求量已达到1700颗/辆，是原来的3倍。

如果是更高级的智能汽车，对芯片的需求量将有望提升至3000颗/辆，即汽车智能化程度越高，对汽车芯片的需求数量越高。相应的，汽车芯片的平均价值量也将从传统燃油车的370美元/辆提升至电动车的1000美元/辆，其中，高端电动车的半导体价值量已提升至1500美元/辆，未来有望提升至2300美元/辆以上。

Gartner数据显示，在新能源汽车领域，轻度混合动力汽车的半导体价值量平均为475美元/辆，插电式混合动力汽车为740美元/辆，纯电动车型为750美元/辆。Gartner同时预测，全球汽车半导体市场规模将从2020年的387亿美元增至2025年的826亿美元，复合年增长率为16.4%。

汽车电动化变革，对半导体器件的需求也与传统燃油车有所不同，将侧重于电源、功率转换、智能计算等领域；同时，电动化也在加速汽车智能化的发展，对汽车感知芯片的需求量也有别于燃油车，都将会给汽车半导体市场带来新的挑战与机遇。

而当下，汽车芯片仍处于短缺状态，在新能源汽车超预期发展背景下，如果市场供应端跟不上市场需求，汽车半导体市场或将很快出现新的短缺情况。

MCU重在升级替代，单车增量不明显

未来几年汽车销量逐年恢复并超越2017年的销量水平，但并不是所有的车规级芯片产品都会出现激增情况。MCU就是其中之一，该芯片也是构成ECU、VCU、DC的核心部分，但根据Gartner分析数据，单辆车对MCU的需求量并不会随着汽车电动化、智能化的增加而出现明显增加。

MCU的功能，主要集中在车身控制、电池管理系统、汽车照明等领域。未来，传统8位MCU、16位MCU将通过迁移到32位MCU并从汽车中移除，而集成度更高、功能更强大的32位MCU将成为主流，因此，电动化带来的MCU增量将会被32位MCU所抵消掉一部分。

同时，未来大部分驾驶功能将由汽车HPC（High Performance Computing，高性能计算集群）控制。现在，一辆车上有70到100个ECU，每个ECU（包括其中的MCU）控制一个特定的驾驶功能；然而，这种分布式计算体系结构将被更集中的HPC体系结构所取代。

因此，集微咨询（JW insights）分析认为，未来单车MCU用量增量有限，且存在下降可能。而未来带来MCU需求量增加，一是受益车载传感器的增加，带动MCU用量增加；二是来自于汽车销量的增加。事实上，目前全球汽车销量整体稳中有降，伴随电动化变革销量将会有所抬头，但不会带来整体销量的激增。

集微咨询（JW insights）预计，单车MCU用量将在2025年达到峰值，接下来，随着汽车智能化、控制集中化发展，车规级MCU的用量将会开始逐步下降至目前水平。不过，由于单价更高的32位MCU应用比例继续提升，汽车MCU整体市场规模仍将处于持续增长趋势，预计将从目前的59.16亿美元提升至2024年的88.78亿美元。

其中，国内部分，国产替代将是未来发展主旋律，目前车规级MCU国产化率约为5%，随着比亚迪电子、杰发科技、芯旺微、国芯科技、芯海科技、兆易创新、北京君正、紫光国微、中颖电子等本土企业的发力，国产化率有望在未来几年得到飞速提升。而目前所说的汽车芯片缓解，主要是车规级MCU供应链恢复供需平衡，有望在2022年底实现。

IGBT将成电动化增长极，年复合增速达58.8%

以电动车为代表的新能源汽车，电气化管理成为了汽车变革的主要变量，随之而来的是，汽车电动化后，热管理系统、充电逆变系统、电机驱动控制系统等将会新增大量功率器件需求，IGBT则成为了汽车电动化的主要增量芯片。

IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件，既有MOSFET的开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、驱动功率小、开关损耗小的优点，又有BJT导通电阻低、通态电流大、损耗小的优点，在全车交直流转换、功率调控、车载空调等方面均有应用。

据了解，IGBT及IGBT模块在新能源汽车成本结构中，占驱动系统的比重已达50%，占全车成本的比重也高达8-10%，是新能源汽车中，成本最高的单一元器件。

根据Omdia 2020年报告显示，2019年中国车用IGBT市场规模为2.8亿美元。而随着新能源汽车产业超预期增长，对车规级IGBT的需求量也进入了爆发阶段。

2019年比亚迪电机驱动控制器用IGBT模块全球排名第二，仅次于英飞凌，市场占有率18%，在国内厂商中排名第一。即便如此，比亚迪还是无法自给自足。2020年，比亚迪新能源汽车销量为18.97万辆；而2021年前11个月新能源汽车销量已达50.98万辆，同比增长近2倍；同时，根据比亚迪预测，明年其新能源汽车销量将达150万辆。

而供应端，2018年-2020年，比亚迪半导体功率模块的产量分别为140.57万个、92.1万个、100.83万个，整体处于下降趋势，而其汽车产销量却出现逐年翻倍增长的情况，显然，比亚迪出现了IGBT供应短缺情况，2022年这一情况将会变得更为凸显。

为解决自身产量不足的问题，近日，比亚迪正式向士兰微下单车规级IGBT，订单金额达亿元级，同时向斯达半导、时代电气、华润微等具备车规级IGBT生产能力的本土企业下单，开始为明年布局，保障激增的新能源汽车生产对IGBT的需求。

同时，其他汽车品牌也在积极布局功率器件，其中，东风汽车旗下智新半导体的IGBT生产线已完全进入自动化生产流程，一期年产能为30万只，二期建成后，年产能将达到120万只。目前日产量稳定在150只左右，产品已应用于东风风神、岚图等自主品牌车型。

随着新能源汽车继续增量，国际大厂也出现了产能短缺情况，这让包括小鹏汽车等本土主机厂开始寻求导入本土IGBT产品，以满足汽车生产需求。

根据目前新能源汽车超预期增长趋势预测，IGBT将成为汽车半导体领域需求量最大的类别，国内市场规模预计将从2019年的2.8亿美元增长至2025年的29.74亿美元，年复合增速达58.8%。

而国内、国际大厂产能显然未能跟上市场增量需求，预计2022年全球市场将出现IGBT供应短缺情况。

整体看，IGBT功率器件国产化率已达30%，不过本土优质厂家并不多，未来市场仍以比亚迪、时代电气、斯达半导3家企业为代表，其中比亚迪受限自身需求，不仅无法外供，还需要本土同行供应。不过，受市场景气，华润微、士兰微、捷捷微电、闻泰安世半导体、华虹半导、新洁能、韦尔股份、宏微科技、台基股份等一批本土企业将加速成长，或将成为国产替代新主力。

功率器件迎换挡升级新机遇，SiC与新能源汽车相互成就

第三代半导体SiC具有禁带宽度大、击穿电场强度高、电子迁移率高、热导电率大、介电常数小和抗辐射能力强等特点，具有强大的功率处理能力、较高的开关频率、更高的电压驱动能力、更小的尺寸、更高的效率和更高速的散热能力。

在电驱动领域，SiC可帮助减小80%以上电驱动控制器体积；在车载DC/DC中，SiC功率器件可降低整个系统的重量和体积（缩小40%~70%）；在充电模块中，SiC器件可实现充电系统高效化、小型化和高可靠性。

这些优势，让SiC迅速在新能源汽车领域得到应用，其中，比亚迪凭借自身的研发能力，已成为全球首家、国内唯一实现SiC三相全桥模块在新能源汽车电机驱动控制器中大批量装车的功率半导体公司，其SiC模块内阻、最高结温优于国际主流厂商。如在比亚迪汉EV车型中，就采用了1个750V/820A六合一SiC模块，单车价值约为1.1万元。特斯拉也是SiC的积极拥趸者，其Model 3并联24个650V/800A SiC单管，单车价值约为5000元。小鹏汽车等造车新势力同样在积极导入SiC产品，目前正着手导入800V高压SiC平台，一旦上车，将让小鹏汽车具备充电5分钟、续航200公里的能力。值得注意的是，Tire 1供应商博世，经过2年筹备，其碳化硅芯片已于2021年12月进入规模化量产阶段，第二代碳化硅芯片也将于2022年投入大规模量产，将加速全球SiC上车进程。

可以预见，在主机厂着力于解决电力充放效率、提高充电速度（高压快充）、加大续航里程的需求下，SiC取代硅基器件已成为新能源汽车的又一新趋势。

根据TrendForce统计数据，预估2025年全球电动车市场对6英寸SiC晶圆需求可达169万片。另根据Yole和Omdia数据，2020年底，SiC电力电子市场规模约为7.03亿美元，到2025年SiC电力电子市场规模将超过30亿美元，5年平均年复合增长率超过34%，其主要驱动力为新能源汽车和消费电子。

众所周知，第三代半导体主要包括碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）、金刚石、氧化锌（ZnO）等，不过，SiC凭借更成熟的技术，率先获得上车应用，而基于SiC开发的功率器件应用领域不局限于新能源汽车，在充电桩领域也有广泛的应用，特别是高压充电技术的普及，将助推SiC器件市场规模的持续扩大。

本土企业已在加速SiC衬底、外延和器件方面的布局。其中，SiC衬底材料厂商主要有露笑科技、天科合达、山东天岳、斯达半导体、华润微、扬杰科技、泰科天润等；外延片企业包括天域半导体、中电科13所/55所、江苏元佳等，IDM/模块企业则包括三安光电、比亚迪、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、株洲中车、泰科天润、厦门芯光润泽、瞻芯电子、新洁能等。

SiC潜力巨大，但此前发展一直受到成本、技术限制，集微咨询（JW insights）分析认为，新能源汽车产业的快速发展，给SiC的发展带来了新机遇，有望获得规模化导入，而规模化应用又将推进SiC技术的成熟以及成本的快速下降，为SiC进一步发展扫清障碍，并为SiC普及以及向新能源汽车以外领域延伸提供良好条件。

根据CASA统计报告，基于SiC的650V SBD和650V FRD价格已分别从2017年的4.1元/A、1.5元/A，快速下降到了2020年底1.58元/A、0.42元/A；1200V SBD和1200V FRD价格也分别从2017年的6.55元/A、2元/A，快速下降到了2020年底3.83元/A、0.86元/A。

存储芯片占比将提升至12%，年复合增速达17%

汽车智能化发展，将带来存储市场的快速增长，特别是AI功能的持续丰富，以及车载监控等感知数据的不断增加，都加大了汽车存储需求的增加。

根据IHS统计数据，存储芯片占汽车半导体市场的份额将从2019年的8%提升至2025年的12%，市场规模也将由2019年的33.6亿美元提升至2025年的81.5亿美元。

不过，目前车规级存储市场主要由国际企业所垄断，随着普冉股份、长江存储、长鑫存储、东芯股份、聚辰股份、北京君正、兆易创新等本土企业加大汽车市场布局，有望分一杯羹。

感知芯片强势发力，L2/L3级自动驾驶成增量新蓝海

汽车的感知类型很多，所需要的半导体器件也很多，如CIS、MEMS、电流传感器、磁传感器、陀螺仪、VCSEL芯片和SPAD芯片（用于激光雷达）等，而根据目前的智能驾驶设计方案，视频、激光雷达等已成为大感知融合的重要组成部分，也将是汽车重要的半导体增量市场。

与传统燃油车相比，新能源汽车及智能汽车对感知芯片的需求量大幅上升，L1级单车只需要搭载2颗感知芯片；L2级需要搭载6颗感知芯片，而到L3级则需要搭载多达8颗感知芯片；至L5级，这一需求量已提升到20颗。

麦肯锡数据显示，至2025年，我国L0、L1、L2、L3、L4/5级智能汽车的渗透率分别为15.00%、33.00%、39.00%、10.00%、3.00%，据此计算，我国智能汽车对感知芯片的增量需求将从2021年的4300万颗，增长至2025年的1.56亿颗，其中，L2级、L3级将成为拉动感知芯片增长的主要驱动力，待L4/L5级自动驾驶汽车起量后，将成为新的增长极。

全球市场方面，根据Gartner统计数据，2020年，全球L3级及以上智能汽车的年增量为38.8万辆，至2025年将达到120.7万辆，并有望于2029年达到254.1万辆。如果以L3级需求量为计算基数，则该部分智能汽车到2025年对感知芯片的需求量将达1000万颗，不过，L4、L5级自动驾驶汽车增量非常缓慢，预计要到2030年前后，才会开始进入快速发展阶段，这也使得未来几年L3级及以上级别智能汽车对感知芯片的增速保持相对平稳。

同时，智能汽车的增长，也将带来车规级AI芯片需求量的增长。不过，不同自动驾驶等级对AI SoC芯片的需求价值量不一样。根据麦肯锡预测，至2025年，L1级单车AI SoC芯片价值量为69美元，L2级为190美元/辆，L3级为685.9美元/辆，L4/L5级为1487.9美元/辆。

麦肯锡据此分析认为，2025年全球车载AI SoC芯片的市场规模为160亿美元，其中中国市场为55.2亿美元；到2030年，全球车载AI SoC芯片的市场规模将达303.4亿美元，其中中国市场规模为104.6亿美元。

需要说明的是，在AI芯片领域，目前仍以欧美企业为主导，本土企业布局发力，其中以华为、吉利、黑芝麻、地平线、芯驰科技等企业走在行业前沿，但较英伟达、英特尔等国际巨头来说，仍处于起步阶段。

华为在《智能世界2030》报告中指出，到2030年，车载算力将超过5000 TOPS，这也预示着，未来智能汽车对算力的需求量非常高，而目前本土车载AI芯片的算力仍普遍处于100 TOPS以下的较低水平，面临的突围压力仍非常大。

不过，与其他传统芯片相比，国内外车规级AI芯片整体处于同一起跑线上，给了更多企业入局的机会。其中，主机厂为了掌控未来智能汽车的话语权，正在加大自研芯片投入，截至目前，已有特斯拉、吉利汽车、零跑汽车等车企开发出专属AI芯片，寒武纪等本土AI芯片企业也开始布局车规级市场。

事实上，受去年底延续至今的全球汽车芯片短缺行情影响，各汽车品牌已经在筹划研发包括MCU、AI SoC、IGBT在内的汽车芯片，集微咨询（JW insights）统计发现，丰田、大众、特斯拉、比亚迪、吉利、上汽集团、东风集团、北汽、福特、通用、现代等全球知名主机厂均已在布局汽车芯片，而随着汽车智能化持续推进，他们未来将对汽车芯片加大投入，不断提升各自市场风险抵抗能力。

另外，车规级CMOS图像传感器也是汽车智能化发展进程中，增量需求非常明显的细分领域。根据Omdia统计，2019年全球车规级CMOS图像传感器市场规模为9.3亿美元，预计2024年市场规模为38.1亿美元，年均复合增长率达到32.7%；韦尔股份、格科微、思特威、比亚迪等本土企业也将受益成长。（萨米）

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