交期延长最多245天,一图了解车用MCU为何如此紧缺?

2021-06-07 16:04:51 51

汽车半导体按种类可简单分为功能芯片MCU(Microcontroller Unit)、功率半导体(IGBT、MOSFET 等)、传感器三类。MCU主要作用于最核心的安全与驾驶方面,自动驾驶(辅助)系统的控制,中控系统的显示与运算、发动机、底盘和车身控制等。



在一辆汽车所装备的所有半导体器件中,MCU大概占三成,平均下来每辆车要用到70颗以上的MCU芯片。再加上汽车从“功能机”进化为“智能机”,从“汽车电子”到“无人驾驶”,也进一步提升了车用MCU的市场规模。据市场研究机构Gartner的数据了解,在汽车电子芯片需求中,计算、控制类芯片和功率半导体芯片是目前市场需求规模最大的两类,各占汽车芯片总体需求的26.2%和是29.7%,二者合计规模达到229亿美元,占到了全部汽车半导体市场的55%以上。


图注:汽车半导体产品结构及市场份额


例如谷歌 Waymo采用英特尔CPU+Altera FPGA方案,英飞凌MCU作为通信接口;百度 Apollo采用恩智浦/英飞凌/瑞萨MCU+赛灵思 FPGA/英伟达GPU的方案;奥迪采用Mobileye ASIC英伟达GPU+Altera FPGA+英飞凌MCU的多芯片集成方案等。自动驾驶汽车、车载智能通讯、车舱娱乐等车应用需要大量32-bit MCU的信息处理能力,未来趋势将朝向多功能整合与低耗能表现发展,使用数量或将持续增加。


再加上从主要的车用MCU大厂,例如Renesas、NXP、Texas Instruments、Infineon、Microchip、Cypress、STMicroelectronics及Toshiba等提供的32-bit车用MCU产品线可看到,几乎大部分厂商都有以ARM Cortex-M或ARM Cortex-R为CPU核心的MCU设计,并极力将MCU产品线拓展至更多车应用。


可预见的是,采用IP大厂的CPU核心后,让车用MCU发展愈加快速。


据ICVTanK的数据资料了解到,全球汽车功能芯片预计市场规模有望从2019年70亿美元稳步提升至2021年75亿美元。



但是目前全球汽车半导体市场由欧美日等国的巨头企业占据垄断地位。

车用MCU的主要玩家有哪些?


据市场研究机构Gartner的数据显示,欧洲汽车半导体2019年产值以150.88亿美元占全球汽车半导体总产值的36.79%,市场份额全球第一;美国以全球市占率32.64%位居第二;其次日本占全球26.03%的市场份额。中国大陆2019年汽车半导体实现销售收入仅为10亿美元左右,占比不到3%,和欧美日相比,差距很大。


图注:数据来源Gartner,由芯闻路1号制图


在全球前20大汽车半导体厂商中,美国企业数量达到9家,欧洲日本企业数量各为5家,但欧洲汽车半导体企业综合竞争力更强,5家企业中有3家进入全球ToP5。中国大陆的安世半导体,是由中国大陆企业收购原恩智浦标准件业务而设立的汽车半导体企业,也是目前中国规模最大、水平最高的车规级半导体厂商。


车用MCU的主要代表企业有瑞萨、NXP、恩智浦、英飞凌、德州仪器、英伟达等。近几年,国内也在积极布局汽车电子领域。比如,赛腾微等国内MCU企业已初步进入汽车领域,截止2020年5月,赛腾微车规MCU已累计出货数百万颗。


比亚迪半导体从2007年进入MCU领域,最早开始研发的是工业级MCU。13年的发展,比亚迪有工业级通用MCU芯片、工业级三合一MCU芯片、车规级触控MCU芯片、车规级通用MCU芯片以及电池管理MCU芯片。这是比亚迪除功率器件之外的又一突围。


2020年3月,四维图新旗下全资子公司AutoChips杰发科技对外宣布,其车规级MCU产品线AC7801X,国产第一颗32位Cortex-M0+车规级MCU芯片。AC7801X主要面向汽车车身电子,可广泛应用于天窗、车窗、座椅、LED车灯、ETC、倒车雷达、雨量传感器等产品领域。杰发科技凭借后装市场占据优势,与在前装市场行业地位领先的四维图新互补,互相提升对方在前装、后装市场的竞争力。


2020年9月,上海芯旺微电子技术有限公司获得亿元A轮融资,由硅港资本领投、上汽恒旭、中芯聚源、超越摩尔、联储证券、炬成投资跟投。据了解,芯旺微基于自主IP KungFu内核架构,已开发出高可靠、 高品质8位MCU、32位MCU&DSP。除了拥有独立自主的MCU内核及架构,芯旺微还开发了一系列能提供自主研发的开发工具,包括集成开发环境、C编译器和仿真器,实现了从芯片到工具链的全自主。


中国制造仍然处于奋力追赶的阶段,主要是因为车规级MCU芯片研发周期长,设计门槛高,资金投入大。目前国内MCU主要还是应用于汽车各类大灯、尾灯控制系统、外围的舒适性控制,包括车窗玻璃升降、无线充电等等。

从上游产能到终端采购,2021车用MCU缺货原因


此次汽车芯片严重缺货的是应用在ESP(车身电子稳定系统)和ECU(电子控制单元)系统中的MCU。


从上游产能到终端采购分析下汽车芯片缺货的原因,以供学习和参考:


在供给端上,2020年上半年悲观的预测,一定程度上抑制了下半年对于汽车芯片产能的排产计划,零库存甚至负库存也是这次缺货的很大因素。之前不会对芯片备货的现在都高度重视。


另一方面,全球疫情蔓延也给芯片以及芯片上游带来冲击,MCU芯片的上游8寸晶圆产能吃紧,东南亚芯片组装工厂停产,意大利芯片巨头ST(意法半导体)出现大规模罢工,进一步加剧了MCU芯片的供给不足。据SUMCO公布的数据显示,2020年应于汽车领域的8英寸晶圆产能约占33%,12英寸晶圆产能约占5%。在整体半导体业产能紧张的情形下,消费电子进一步抢占芯片产能。


图注:2020年8英寸晶圆产能应用占比 制图:国际电子商情 数据来源:SUMCO

图注:2020年12英寸晶圆产能应用占比 制图:国际电子商情 数据来源:SUMCO


在需求端上,中国汽车行业持续复苏,市场表现超预期。汽车电子化、智能化的发展也进一步提升了汽车芯片的单车需求量。随着汽车芯片紧缺,零部件厂商的交期开始拉长。现在英飞凌32位MCU的货期为15-24周,ST的MCU交期延长到24-35周。


这轮汽车电子主要缺的是国际大厂的芯片,如NXP、英飞凌、ST和博世等老牌汽车芯片公司,部分厂商的车规MCU产品的价格上调了20%-30%。国内汽车芯片自给率不足10%,基本就是这次车用芯片缺货的看客。毕竟车规级认证、可靠性等严格要求、长期认证都是中国芯片公司进军汽车供应链的拦路虎。


汽车芯片短缺或将持续半年,预计2021年上半年车用芯片供应依然存在一定压力。汽车芯片紧缺事件,进一步给国内汽车产业链敲响了警钟。国产MCU进入汽车供应链是大势所趋,如近日长城汽车完成了对北京地平线机器人技术研发有限公司的战略投资,意味着长城汽车正式进军芯片产业,还有吉利投资了芯擎科技和芯聚能等。国产新能源汽车的崛起将带动国产供应链的崛起,这个过程跟国产手机品牌的崛起带动手机供应链崛起是一样的。



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