汽车芯片两大核心赛道全景解析
时间：2024-12-04 12:34
上述文章报告出品方/作者：乐晴智库精选；仅供参考，投资者应独立决策并承担投资风险。
当前全球汽车电子化和智能化推高算力需求，带动车规级芯片价值量攀升，为汽车半导体带来全新增长机遇。此外，新能源汽车也是AI应用落地的重要环节。AI大模型倒逼智能汽车芯片革新，为适应大模型在车内的部署，叠加汽车EE架构向中央计算平台演进，加速对汽车芯片的强劲需求。
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汽车芯片行业概览
汽车芯片，也称汽车半导体，指汽车上使用的集成电路，主要用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置。汽车芯片也可以被定义为“质量标准达到车规级，可应用于汽车控制的芯片”，这也是其区别于消费级和工业级芯片的难点和技术门槛所在。需要进行一系列复杂严格的测试认证流程，确保其达到车规级的相关要求后，才可以进一步投入量产环节。相较于消费电子产品，车规级芯片出于对安全性及稳定性的更高需求，主要使用成熟制程。根据功能划分，汽车芯片主要可以分为四类：主控芯片、功率芯片、传感器芯片和其他芯片。主控芯片包括计算芯片和控制芯片，主要用于信息处理、计算分析及决策；功率芯片属于分立器件，主要对电能进行转换，对电路进行控制；传感器芯片主要负责感应汽车运行工况，并将信息转换为电信号。汽车芯片整体框架较大，本文重点梳理和智能驾驶关联更为紧密的两大主控芯片：MCU和SoC芯片。
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汽车主控芯片行业概览
随着汽车智能化的演进，整车电子电气架构经历了从分布式 ECU（电子控制单元）架构、到集中式域控制器架构，并继续向中央集成式架构的方向演进。在此过程中，主控芯片作为智能电动车的“大脑”发挥重要作用。主控芯片包括计算芯片（SoC芯片)和控制芯片(MUC芯片)，属于集成电路，主要用于信息处理、计算分析及决策。车载主控芯片广泛应用于智能电动车的多个领域，覆盖了车身域、座舱域、底盘域、动力域和智驾域五大板块。当前全球无人驾驶提升算力需求，主控芯片是汽车智能化增量零部件的核心组成。
控制芯片：MCU
MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）是芯片级芯片，又称单片机，一般只包含CPU这一个处理器单元；MCU=CPU 存储 接口单元。MCU芯片是集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口和时钟电路等基本组件的单芯片微型计算机系统。通常采用单核心或简单的多核心架构，适用于对计算能力要求不高的应用。MCU、CIS（CMOS 图像传感器）、显示驱动 IC、MEMS(微机电系统）传感器等产品，对制程工艺的需求并不高，一般基于成熟 制程（28nm 以上）。在分布式 ECU 架构的发展阶段，MCU 是计算和控制的核心。而在集中式域控制器架构和后续阶段，随着 ADAS 的落地和 L3 及以上级别自 动驾驶的成熟，传统中央计算 CPU渐渐无法满足大量异构数据的吞吐能力和更快的数据处理能力的需求。
资料来源：公开整理MCU芯片全球竞争格局呈现出多元化和高度集中的特点。全球车载MCU市场CR5超过90%，基本由欧美日厂商瑞萨电子、恩智浦半导体、意法半导体、英飞凌、微芯科技和德州仪器垄断，因此国产替代空间十分广阔。根据AspenCore发布的“Top50国产MCU厂商综合实力排名指数”榜单，兆易创新排在第一位。其车规级MCU产品已经应用于一汽、上汽、广汽等，并与多家Tier1供应商建立了长期战略合作关系。国内实现车规级MCU量产企业主要集中于门窗、照明、空调面板、仪表盘、T-BOX等车身控制应用领域，逐步向在BMS、ADAS、安全气囊、防抱死系统等复杂领域拓展。根据公开信息和公司公告，北京君正车用MCU芯片目前主要用于车内照明控制和触控；芯海科技MCU主要用于中控屏；国芯科技MCU主要用于汽车车身和网关应用汽车动力总成；比亚迪半导体应用领域为bms系统和车身控制以及分布式控制；杰发科技MCU用于汽车座椅和车窗；赛腾微电子（BCM)；芯旺微电子（车身控制、电源和电机）；南方精工（智能座舱的娱乐系统作为切入点）。中国电子旗下的成都华微目前已有单核高性能MCU微控制器，同时布局高可靠性和高性能多核MCU，实现splitlock和lockstep相关技术。纳芯微11月21日宣布联合芯弦半导体（ChipSine），推出NS800RT系列实时控制MCU。
计算芯片：SoC芯片
汽车智能化的趋势一是智能座舱，另外一个是自动驾驶。对汽车的智能架构和算法算力，都带来了数量级的提升需要，因此推动汽车芯片快速转向搭载算力更强的SoC芯片。SoC是系统级芯片，一般包含多个处理器单元；如SoC可为CPU GPU DSP NPU 存储 接口单元。它将多个电子系统的功能集成到一个单一的芯片上的微芯片，包括处理器核心、内存、输入/输出接口以及其他系统功能。通常采用多核心架构，具备较高的计算能力和并行处理能力，适用于更为复杂的应用场景。SoC芯片不仅集成了MCU的功能，还集成了图像处理、音视频编解码、无线通信等多种复杂的功能模块。此外，SoC极大提升了芯片的运行能力，降低了电子与信息系统产品的开发成本，缩短了开发周期。高阶智能辅助驾驶领域所应用的SoC芯片（也称智驾芯片、自动驾驶芯片等），是让车辆能够实现智能驾驶辅助及自动驾驶功能的计算单元，是AI芯片的一部分。SoC芯片市场主要参与者分为四类：传统汽车芯片厂商、通用型AI芯片厂商、专业型智驾芯片厂商和全栈自研主机厂。传统汽车芯片厂商：包括海外瑞萨、德州仪器和恩智浦等传统汽车芯片龙头厂商。通用型AI芯片厂商：多为国际巨头，如英伟达、高通、华为海思等。这类厂商技术实力雄厚，在AI芯片领域具备先发优势，但同时有些消费电子的技术、生态也不能简单实现复制迁移。专业型智驾芯片厂商：深耕产业新赛道，产品性能通常高于传统芯片厂。例如中国的地平线和黑芝麻智能就是较为典型的代表。主机厂全栈自研：有助于提升产品的差异化，以特斯拉的FSD芯片为典型代表，蔚来和小鹏也先后发布了自研的神玑和图灵芯片，将用于各自的后续车型。
数据来源：各车企官网，车东西，九章智驾出货量方面，根据盖世汽车研究院2024年上半年的统计数据，中国市场智驾域控芯片的出货量前四位分别为英伟达、特斯拉、华为和Mobileye，占据超过七成的市场份额。当前主流的智能驾驶GOU芯片包括华为昇腾610、英伟达Orin、特斯拉FSD及地平线J5、mobileyeEyeQ4、MobileyeEyeQ5H等。其中，特斯拉FSD芯片为自研自用，以硬件预埋的形式为每辆车标配2颗；而英伟达的Orin-X、华为的昇腾610和Mobileye的EyeQ系列芯片则搭载于不同车型。华为作为全栈自研主机厂/Tier0.5的代表，在汽车芯片领域也有深入布局。华为推出了昇腾310、610以及下一代高阶智驾SoC芯片昇腾910。从芯片制程看，根据高工智能汽车及公司官网信息，华为昇腾610、英伟达Orin及mobileyeEyeQ5H均采用先进的7nm工艺；从算力看，华为昇腾610和英伟达Orin算力均超过200TOPS，表现领先其他竞品；昇腾910基于华为自研的达芬奇架构，采用最先进的7nm工艺制程，是目前全球已发布的单芯片计算密度最大的AI芯片。随着2023年华为MDC610/810平台（200-400Tops）量产、2024年地平线征程6（560TOPs）、黑芝麻智能华山A2000的推出，国产芯片也将在高算力区间迎来持续突破。AI应用渗透率和汽车电动化程度有望逐渐提高有望拉动算力芯片、SoC芯片需求。国内车规SoC芯片各环节布局厂商众多。根据公开信息，全志科技车载电子T5、T7芯片量产顺利，自主平台型SoC芯片全志T7可以满足多个不同智能化系统的运行需求，主要客户包括一汽、长安、上汽等。晶晨股份是无晶圆厂半导体公司，芯片产品已用于车载信息娱乐系统，并与海外高端高价值客户的合作取得了积极进展，收到部分客户订单。瑞芯微主要布局座舱SoC芯片产品；芯驰科技是国内首个四证合一的车规芯片企业。蔚来在2024年7月底宣布首个车规级5nm智能驾驶芯片“神玑NX9031”成功流片。此外，蔚来还在研发座舱芯片，以进一步完善其自研芯片生态。小鹏在2024年8月底宣布智驾芯片图灵芯片成功流片。该芯片可用于L4级自动驾驶，拥有40个核心CPU、两个NPU以及两个独立图像ISP。此外，国内还有诸如新芯航途（Momenta的芯片公司）、辉羲、芯擎、后摩智能、爱芯元智等独立高阶智驾芯片厂商也在积极布局中算力或高算力的高阶智驾芯片。整体而言，中国市场是目前全球智驾芯片，尤其是AISoC芯片最主力的市场，因此对于观察全球市场也具有重要的参考价值。目前车载电子领域中较为通用的芯片车规认证标准为可靠性标准AEC-Q与功能安全标准ISO26262，并且未来随着自动驾驶的广泛应用，车规级芯片的质量要求会越来越高。随着智能驾驶的高速发展以及政策的大力扶持，全球市场对智驾芯片的需求呈现有望高速增长。
资料来源：Marklines、华泰证券
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