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汽车电子行业研究报告:聚焦电动化与智能化,看汽车电子新机遇

2021-03-06 15:58 来源:未来智库官网 编辑:电源网

一、改变:汽车行业未来十年的六大趋势

趋势一:汽车将成为最大智能终端,成为万物互联重要节点

未来汽车将成为最大的智能终端,具备高度自动化、数字化、电气化的特征,搭载适配移动出行需求的 高新性能,成为下一个互联网的入口,也成为终端消费者的第一触点。汽车的产品与服务体系将共同组成一个新型的场景和商业模式,成为一个新的生态系统,而自动驾驶、 电气化和数字化将成为关键使能技术。

趋势二:自动驾驶进入商业化落地时点与高速渗透前夕

自动驾驶的实现过程包括环境信息的感知、认知、应对。感知:主要依靠各类传感器(雷达、摄像头等)实现,采集车 身及环境信息;认知:使用计算平台对信息进行加工,将加工后的道路、行人、路标等信息反馈给驾驶员或电脑;应对: 驾驶员或电脑依据信息作出反应。

自动驾驶进入商业化落地时点与高速渗透前夕。自动驾驶汽车可以减少人为干预对于驾驶的必要性,2020年L1及以上 新车渗透率接近50%,L2渗透率达7%,未来将从目前的L2阶段发展至完全不需要驾驶员干预的L4及L5阶段。

趋势三:政策与成本双重推动下,电动车将逐步替代燃油车

锂离子电池单位成本逐年下降,助推电气化落地。2010年锂离子电池单价为1191美元/kWh,2010-2020年单位成 本基本保持每年10%-30%的下降趋势,至2020年,单位成本来到137美元/kWh,预计2024年单位成本下降至94美 元/kWh,2030年62美元/kWh。电池成本占整车成本约40%,单位成本下降带来整车经济性,助推电气化落地。

各国拟定乘用车碳排放目标,电动车将逐步替代传统燃油车。主要大国对乘用车碳排放拟定了长期目标,中国目 标2025年乘用车碳排放降至93.4g/km;欧盟预计到2025年相比2021年减少15%碳排放,到2030年减少37.5%。从 电动车碳排放量看,48V轻混相比传统燃油车碳排放减少15%,电动车减少30%,插电混动减少77%,纯电动车和 燃料电池电动车减少100%。政策推动下,轻混及以上电动车将显著受益,逐步替代传统燃油车。

趋势四:电子电气架构从分布式走向域集中

电动化和智能化发展推动电子电气架构重构。高级别自动驾驶需要更高的信号传输效率,更需要系统整合,一个功能 可能要用到很多传感器,以往ECU的模式会遇到瓶颈:以及ECU过多导致布线、升级扩展困难等问题。同时随着集成 电路技术的发展,车用主控芯片的运算能力、主频、核心数不断提高,也使得分布式处理不再必要,推动汽车电子电 气架构的重构(ECU:电子控制单元,DCU:域控制器)。

集中式架构可以减少ECU的数量和整车线束的长度,大幅降本增效。例如,若用一个集成中控、仪表、360环视及其 他影音娱乐功能的DCU替代多个来自不同供应商的传统ECU方案,最大可为车企带来将近38%的BOM成本节降,也 为后续OTA的软件管理提供便利。

趋势五:产业链价值分布迎来变革,零部件/软件服务取得更高话语权

汽车产业链包括:零部件—整车代工—销售—维修—配套设施(充电桩等)--支持产业(软件和数据 服务)。

更多零部件厂商掌握话语权,电动车核心动力部分格局重塑。电动车核心动力部分被拆分,核心技术 技术也不再集中在车企手中,零部件厂商更有话语权,例如锂电池巨头就有宁德时代、松下、LG、比 亚迪等,电驱和电控系统有电装、大陆、日立、西门子、博世等。虽然反应不快,传统车厂业已开始 转型,例如比亚迪、丰田、宝马、本田等布局较早的车企都已研发自己的三电系统。

产业链价值变化:零部件增量,配套设施(充电桩建设)增量,支持产业(软件和数据服务)增量, 整车代工价值比重下降。

趋势六:科技巨头和新势力入局,OEM车厂迎来格局重塑

功能机向智能手机的转变带来市场格局剧变,推断未来OEM车厂也将面临份额变化。手机从功能手 机向智能手机的转变表明,一些传统的OEM可能难以维持当前的市场规模。在iPhone推出之前的 2006年,诺基亚和摩托罗拉是最大的手机供应商,最终却面临出售的命运。

目前新能源车处于2006年智能机的渗透率位置,未来十年将迎格局重塑。以目前xEV(混动、插电 混动和纯电动合计)的渗透率7%的位置来看,处于2006年智能机的渗透率位置,随着未来渗透率 不断提升,特斯拉、苹果、华为、造车新势力等科技巨头和新进入者进入这个市场,未来十年将迎 来格局重塑。

二、增量:整车电子电气相关价值量大幅提升

整体价值量变化:汽车电子将是复合增速最快的赛道之一

仅考虑硬件组成:将整车划分为电池、电控、汽车电子(除电控外)、车身、底盘、内外饰等,传统 燃油车汽车电子占比15%,现阶段的新能源车汽车电子+电控电驱合计占比20%,预计未来占比进一步 提升。

考虑软件+汽车电子:最大市场在ECU/DCU(包括计算芯片在内的计算单元)、功率半导体、其他电 子元件,复合增速最快的是ECU/DCU(+8%)、功率半导体(+10%)、其他电子元件(+9%)和集 成/识别/验证(+15%)等,其中其他汽车电子包括MCU、模拟IC、存储、被动元件、PCB、面板等。

从汽车智能化的视角看,增量主要来自传感器

图像传感器(CIS)和激光雷达是最大的增量(未考虑计算平台)。从L1到L4/5,汽车电子价值量增量来 自:摄像头模组、雷达模组、激光雷达模组、传感器,L2开始雷达模组和传感器变化较大,L3开始 激光雷达出现,L4开始出现制动器。

从汽车电动化的视角看,增量主要来自功率半导体

功率半导体是最大的增量。汽车电子价值量变化来自:

(1)传统燃油车部分:非动力系统不变,由于 纯电动车不需要发动机,动力系统价值量减少至0;

(2)电动车部分:传感器、MCU和功率半导体 大幅提升,其中,功率半导体为最主要增量,更高的工作电压和更复杂的电力控制电路显著提升对 功率半导体(尤其是大电压、高功率)的需求。

预计功率、传感器、计算相关硬件有双位数复合增速

结合各家机构对汽车电子元件的预测,预计到2025年,车载功率半导体市场规模可达164亿美元,5 年复合增速12.5%;车载传感器市场规模可达524亿美元(摄像头140亿,激光雷达63亿,其他传感 器321亿),复合增速19.1%;计算平台市场规模可达795亿,复合增速70%。此外,MCU、模拟IC、 存储、PCB等也会有高个位数的成长。

三、机遇:重点关注传感器和功率半导体产业链

感知层:摄像头、激光雷达等多传感器融合成为自动驾驶的核心驱动力

感知层是汽车的“眼睛”,是自动驾驶技术架构的关键环节。自动驾驶与ADAS分为感知层、决策层、执行层三层技术架构。感知层的作用为收集及预处理周围环境的 信息,决策层对收集的数据整合、分析与判断,执行层根据判断结果做出实时反应。三层技术架构分别对应:

(1)我在哪里?即感知和定位;

(2)我要去哪儿?即决策和规划;

(3)我怎么去? 即控制和执行。感知层是汽车的“眼睛”,包括视觉、毫米波雷达、激光雷达等多种传感器遍布车身以保证驾驶安全。

决策层:具备AI计算能力的主控芯片市场快速成长

计算芯片是电车主脑,自动驾驶等级与计算能力正相关。计算芯片是新能源汽车的“主脑”。中控芯片主要用于完成传感器信号——传感器数据——驱劢数 据——驱劢信号这样一个完整工作流程。中控芯片未来在ADAS系统、马达控制、激光雷达、车载 信息娱乐系统和驾驶员信息系统均有较多应用。

自动驾驶等级每增加一级,芯片算力需求即增加十数倍,L2约10TOPS算力,L3至少30TOPS以上, L4至少200TOPS以上,L5大概在2000TOPS上下。目前全球大部分厂商适用的L2芯片是Mobileye的 2.5 TOPS算力(EyeQ4)的芯片,但也有越来越多的厂商推出更具性价比的L2级芯片,同时部分 ADAS功能也可通过智能座舱芯片实现,这将进一步加速ADAS功能在乘用车中的渗透。

L3方面,特斯拉FSD可达到72TOPS,英伟达Xavier算力为30TOPS,上述两种芯片可满足L3级别 自动驾驶需求。L3则在特斯拉的引领下,有望在2021年开始逐渐落地。

执行层:电控系统升级刺激功率器件需求,化合物半导体加速落地

功率半导体又称电力电子器件,是实现电能转换与电路控制的核心元件。其导通和阻断两种特性,可组合 实现整流、逆变、变频、变压、增幅、功率控制、开关等多种功能。广泛应用于消费电子、网络通信、工 控、轨道交通、电力与新能源等众多领域,对设备运转与性能、可靠性、功耗、成本等基础指标影响显著。

第三代半导体在高电压应用有望取代硅基功率器件。消费领域一般使用1000V以下电压,工控领域一般使用1000V以上电压,汽车电气系统复杂,既有 低电压的MOSFET,也有高电压的IGBT及IGBT模块,尤其是主驱动/逆变器需要1200V高电压。从 材料角度看,SiC和GaN具有优异高压性能,结构更简单MOSFET有望在高压领域取代硅基IGBT。

国外龙头企业主导市场,国产替代空间巨大。根据IC Insights,2014-2019年,汽车模拟IC市场从86亿美元增长至132亿美元,复合增速9.1%。目前汽 车模拟IC供应商以TI、ADI、英飞凌和意法半导体等为主,汽车业务收入占比分别为:TI 21%、ADI 15%、 英飞凌44%(含MCU等)、意法半导体38%(含MCU等)。国内厂商布局较少,目前思瑞浦已有布局, 和Tier 1车企和上游供应商建立合作,未来发展值得期待。韦尔股份和大唐恩智浦也正在积极参与车规级 模拟IC的研发。

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