千億“汽車芯”市場國產化不足5%,投資者如何找到靠譜公司?

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車規產品是MCU下游最大的應用市場,也是最具發展潛力的市場。汽車“新四化”帶來了晶片大幅增量需求,“缺芯”風波仍在延續,車規級MCU受到產業與資本的極大關注。

過去18個月裡,國產車規級廠商的融資事件超過20起,不僅新舊玩家動作頻頻,主機廠更是一改以往高姿態,深度參與到MCU的生產研發環節。作為國產替代重要戰場的車規級MCU市場,究竟發生了哪些變化?市場格局將又如何走向?其中起決定性的關鍵因素又是什麼?帶著這些思考,高鵠資本深度調研了車規級MCU產業,並以此文作為部分觀點的載體分享給大家。

車規級MCU供給危機

1、全球車規級晶片需求快速增加

全球新能源汽車銷量增長驚人,2021年僅中國市場產銷同比增長150%,拉動車規級MCU市場規模快速提升。IC insights資料顯示,2021年全球MCU銷售額達196億美元,2025年銷售額將達到254億美元,其中車規級MCU銷售額在2020年已達到62億美元規模,預計2025年銷售額將超過100億美元。

汽車電動化、智慧化變革,為MCU需求帶來確定增長:新能源汽車的電池管理系統需要使用MCU對充放電、溫度控制、電池間均衡進行控制;整車控制中,電動車的動力系統相較燃油車更為複雜,整車控制器中需要配備多個32位高階MCU晶片;傳統燃油車的引擎控制器以及變速箱控制器,由電動車的逆變器及減速器取代,帶來大量MCU的新增需求;此外,自動(輔助)駕駛下ADAS域的DMS(Driver Monitor System)、碰撞預警系統、倒車雷達、車道監測以及閘道器、導航等模組都對車規級MCU有著強力需求。按需求量計算,單車安全應用、車身控制、動力應用、電池組合計需要30到50顆MCU,部分車型需求達百顆。

2、疫情導致產能下降,偶發事件加劇供給壓力

儘管需求強烈,車規級MCU過去並不是Foundry(晶片代工廠)的核心業務。車規級MCU對安全性要求極高,需要適應極端的工作溫度、有更低的失效率以及更長的使用壽命,因此相較於其他晶片產品,車規MCU對代工廠的要求更高。此外,由於出貨量相對不及消費電子晶片,對於車規級的產品,工廠產能排期並不優先。

新冠疫情爆發後,業內普遍判斷汽車消費將持續低迷,而消費電子廠商為了搶佔華為退出市場後的空缺大幅加單,全球主要晶片代工廠降低了對於車規級MCU的產能供給。

另一方面,在疫情、極端天氣、罷工事件與地緣政治多重影響下,晶片生產從原材料、裝置到製造、運輸等諸多環節都出現問題。生產成本增高讓臺積電、格羅方德等廠商不斷提高代工報價,缺芯潮下進一步推高了車企採購難度及成本。

3、政治風險加劇,本土供應商發展不足

傳統MCU供應鏈集中在歐美,中國車規級MCU 90%以上市場份額長期被RENESAS (瑞薩科技)、NXP(恩智浦)、Infineon(英飛凌) 、ST(意法半導體)、Microchip(微芯)、TI(德州儀器)等國際廠商牢牢佔據。

伴隨疫情步入常態化,新能源汽車等創新應用興起,各個市場需求進一步復甦,終端廠商亦加大訂單需求彌補庫存以應對未來需求,整體需求情況遠超預期。上游擴產不足,而經銷商端受“牛鞭效應”影響亦有囤貨意向,導致海外 MCU巨頭產品交期嚴重延長,價格也水漲船高,車規MCU單價由幾元一路上漲至現價數十元到數百元,部分產品漲幅超30倍。

海外MCU巨頭對於國產汽車廠商需求響應不足,在求貨無門、採購昂貴、產能無法保障的情況下,中國汽車供應鏈將橄欖枝拋向了國產MCU廠商。

此外,國際地緣政治格局的變動促進核心晶片國產替代的步伐加快。2022年2月,美國商務部宣佈將限制俄羅斯獲取美國先進技術的能力,晶片供應首當其衝。汽車廠商已經經歷過一輪缺芯,在中美貿易摩擦長期持續的未來,紛紛未雨綢繆,對國內MCU企業的友好度空前提升,在海外巨頭的一供以外,儲備國產MCU廠商作為“二供”。車規級MCU迎來國產替代的歷史機遇。

缺芯潮中脫穎而出的國產MCU

在傳統汽車供應鏈中,Tier 1和供應商們需要完全遵照主機廠需求進行零件設計與測試,主機廠在產業下游中佔據主導地位。缺芯潮讓國產MCU廠商有機會改變不利狀態,車廠開始主動尋求甚至扶持MCU廠商,以保證產品供應。

1、32位產品需求不斷上升,邊緣功能域為國內廠商主要滲透區域

市場的車規級MCU產品包含8位、16位、32位三種,其中32位數產品佔比不斷提高,以30%出貨量佔據了75%的市場份額。8位MCU產品主要用於雨刷、天窗等效能要求稍弱的部件,一般單價低於1美元;16位產品,主要應用場景為動力傳動系統、底盤結構等,單價在1-5美元;32位產品主要服務汽車精密的控制單元,括儀表板控制、車身控制、多媒體資訊系統、引擎控制以及新興的智慧性和實時性的安全系統及動力系統,一般價格在5~10美元之間,部分高階產品在10美元以上。伴隨汽車電子電控功能日趨複雜,疊加電子電氣架構集中化的趨勢,車載 MCU 中32位佔比不斷提高。

海外廠商,32位MCU產品已經非常成熟,而目前國產MCU廠商中,僅比亞迪、芯旺微及傑發科等具備32位MCU的量產能力,其他玩家仍以8位MCU為主。

按照功能範圍劃分,車規級MCU可以分為座艙域、自動駕駛域、動力域、底盤域、車身域,其中車身域、座艙域為邊緣功能域,底盤域、動力域、自動駕駛域為核心功能域。

由於邊緣功能域對車規安全等級認證要求不高,產品甚至不需要通過ASIL(Automotive Safety Integrity Level)安全等級認證,失效率要求也較低(dppm<10),國內主要MCU廠商現以邊緣功能域為主要滲透方向。

目前國產邊緣功能域MCU基本可以做到AEC-Q100車規認證,部分廠商的ADAS產品已進入L0級倒車雷達產品。而核心功能域(底盤域、動力域、自動駕駛域)對車規安全等級認證嚴格,除開部分L0級自動駕駛外,只考慮C級以上晶片,失效率要求也十分嚴苛(dppm<1),目前仍為海外領先廠商壟斷,預計中短期內國產廠商難以替代領先產品。

2、需求端積極採用並加大投入支援國產替代方案

在缺芯和國家政策扶持的大環境下,主機廠和Tier 1對邊緣功能晶片的替代持積極態度,目前汽車廠商都在接洽能提供與海外領先廠商相近效能產品的國內廠商,部分主機廠已在量產車型上通過實車驗證後採用國產替代方案。

一般來說,一款車規晶片需要12~18個月的驗證。從設計到量產,MCU廠商自行完成流片、封裝測試、設計驗證、產品驗證後,再逐步遞交給主機廠、Tier 1再驗證。晶片的安全性、失效情況、故障應對等將在極端條件下進行驗證,主機廠與Tier 1在除錯中向晶片廠提出要求和改進措施。

缺芯潮下,“要產能”成為主機廠和Tier 1的共識。為了更快完成驗證、軟硬體整合,不少Tier 1在MCU設計階段就投入數百萬元同步進行系統開發,進而快速供貨主機廠,這使得需要一年半乃至更長的驗證時間被壓縮至數月內。

汽車“四化“下的MCU發展趨勢

需求紅利下,國產MCU進入OEM體系的機會越來越多,在汽車電子電氣架構(Electrical/Electronic Architecture)演變趨勢下,國產廠商們也在尋求彎道超車的機會。

傳統E/E架構以分散式為主,每新增一個新功能,就新增一個MCU,佈線後再嵌入硬體軟體。雖然分散式方案簡單卻壓縮了車身空間,且車身重量不斷走高,增加了硬體開銷和開發難度。

因此,傳統E/E架構難以支撐汽車智慧化的快速迭代,由分散式架構向域控制及中央控制架構演變成為確定趨勢。

中央控制架構對MCU及整合系統設計提出了更高要求,帶來三個重要變化。首先,汽車電子功能日益繁雜,多核、異構成為主流,全車MCU需要配合主控晶片完成多功能、複雜的操作,對MCU的功能要求更高,整合度也會更高,MCU廠商需要對整車功能有更前瞻的理解。

其次,MCU在保持效能可靠性下,勢必要挑戰能耗要求。除了維持較低失效率外,車規級MCU需要維持不同工作模式下的低功耗,以降低對汽車裡程的“侵佔“,幫助整車維持續航表現。

最後,域控制器逐漸成為主流趨勢後,域內不同功能呈現一定程度的整合,整合後的MCU將全部採用最高功能安全等級,即要求ASIL-D產品完成對其他安全等級產品的整合,安全認證有了更高要求。

儘管車載SoC算力越來越強,但車載MCU憑藉更高安全性、可靠性,以及與終端器的緊密集合,使其更難被大算力晶片完全替代。前置MCU在終端器件整合,與SoC配合工作模式將成為常態。

功能需求滿足後,MCU也需要應對更復雜的安全挑戰,要求MCU從啟動檔案校驗、訪問許可權控制、安全金鑰、晶片狀態監控等角度提升安全性,安全解決方案成為廠商開發標配。

整車智慧帶來更好的駕駛體驗,同樣也讓MCU有了更多延展需求。在汽車智慧場景下,MCU作為決策層核心,需要與感知、驅動晶片功能形成多元解決方案。

相比單一MCU產品,“車規級MCU與其他晶片整合的解決方案”在車內人機互動、邊緣節點控制有更佳表現,常見的場景包括智慧感知(觸控按鍵、3D/手勢感知)、智慧屏上IC(顯示驅動晶片、中控、娛樂屏、後視鏡)、智慧執行(電驅動晶片,空調、雨刷等),廠商可以根據使用者需求提升整車智慧表現,增加更多商業可能。

根據Omdia和多家機構的資料測算,MCU綜合解決方案(以下簡稱“MCU+”)需求將迎來高速增長,全球需求規模將從2021年的512億元增長到2025年的679億元,單車綜合方案晶片平均需求量將從44顆增長至68顆,設計並整合多元晶片的能力將成為MCU廠商核心實力的重要體現。

中國MCU+市場機遇大,在供應鏈安全、成本控制的需求下,配以國家對採購更多國產晶片的積極倡導,國產替代將進一步加速。

正視發展差距的長週期競爭

雖然國產車規級MCU熱度大增,但廠商們仍面臨著不少挑戰。

首先是技術差距。主流車規級MCU以RISC-V和ARM兩個架構為主要路線,RISC-V在低功耗嵌入式場景表現更優,但ARM CortexM核心產品有更豐富的軟硬體開發生態,產品更能應對複雜環境,是海內外產品主流架構。

海外M系列核心產品佔比達80%以上,32位MCU作為核心高階產品,研發與量產難度都不低。海外廠商均已實現32位產品量產,核心廠商料號可達上千顆,國內領先廠商均在百顆及以下。

晶片研發投入成本高昂,即使在ARM CortexM核心下進行開發,一款32位MCU從研發到流片至少需要投入5000萬元,還不包括後續工程驗證、外委測試費用。在製程方面,海外先進企業已大規模實現40nm製程量產,並已嘗試採用28nm製程,而國內企業主要集中在90nm及以上級別,提升工藝需要投入更多資金和人才建設。

更重要的是,海外廠商主要以IDM(整合製造模式)為主,擁有自己的晶圓廠,在產研調動上更具優勢。國產MCU廠商仍以Fabless(設計模式)為主,需要具有先進製程的代工廠給予支援,而國內代工廠還主要集中在消費電子、物聯網等領域,在車載領域技術相對滯後。

除了技術差距,在海外供應鏈難以穩定的當下,廠商需要在缺芯視窗期內儘快實現產品交付。

邊緣功能域MCU的故障與失效所造成的嚴重程度低,且後果完全可控,不會造成重大人員傷亡,主機廠對相關產品要求不高:只要供應商百萬顆晶片失效率小於10,能通過主機廠的設計認證、零部件認證、整車認證等為期1- 2年的驗證即可,不強制要求通過ASIL認證。

在此前提下主機廠商主要考慮3個因素:產品效能、價格與供應鏈穩定性。目前來看,國內MCU廠商可以提供與海外領先廠商相近效能的產品,與領先廠商的效能差異在10%以內;價格僅為海外領先廠商的30%至50%;且國內供應鏈具有更高穩定性,缺芯風險與政治風險低。

缺芯潮過後,若國產晶片的使用沒有出現問題,主機廠與Tier 1會持續使用已經採用的國產晶片。但在此之前,誰能夠把握好機會為下游客戶提供好產品還是未知數。

判斷優質投資標的的四個維度

常規來說,一款MCU經歷18到24個月設計、流片後,廠商還需要12到18個月的時間通過歐美市場認可的AEC-Q100、ASIL的安全認證;再經過2到3年的競標、車型匯入、整車開發、下游驗證,數年後才能大規模量產上線整車。

如此長的週期為車規級MCU市場帶來不確定性,且市場尚屬於早期,賽道中多家廠商並存,競爭激烈。種種市場特徵都對該賽道的創業企業提出了非常高的要求。

經過產業上下游的深度調研與實際客戶的服務經歷,高鵠資本認為符合以下四點的團隊值得關注與長期追蹤:

第一,團隊配置成熟度高。團隊擁有海內外領先MCU廠商核心研發、市場崗位的任職履歷,擁有完整的晶片研發與量產、市場銷售經驗,能力互補,能夠最大限度地減少試錯成本的同時,加速晶片研發與量產速度,更高效地把握住缺芯視窗期。

第二,研發團隊具有足夠的研發深度與廣度。在長週期的研發過程中,創業企業將面臨巨大的資金壓力,尤其是在高階MCU(如32位)與海外領先廠商存在巨大技術差距的情況下,研發週期變得更為持久。如果團隊可以在車規級MCU的基礎上,有實力拓展MCU與MCU+並獲得穩定現金流反哺研發,或許是平衡該賽道不確定性的一個實用方法。

第三,具有穩定的供應鏈。對比國外頭部廠商的IDM模式,考慮到Foundry投入的長週期和大額資金需求,國內MCU廠商當前仍會以Fabless模式為主。雖然國內MCU廠商都會希望培養與採用國內晶圓廠代工,但由於40nm等製成良率提高仍有一段時間,在此之前,能夠與海外供應廠商建立緊密合作關係,將會是把握視窗期的重要因素。

第四,能夠實現與主機廠的深度繫結。主機廠在車規級MCU國產替代中也扮演著舉足輕重的角色,除了可以為MCU廠商提供大量的資金支援外,主機廠更是在幫助MCU廠商縮短研發、驗車、量產的週期上起到了關鍵作用。

在佈局車規級MCU的企業中,具備四個維度實力的團隊尚屬稀缺但並非沒有,芯旺微、旗芯微、賽騰微、曦華科技等均擁有穩定供應鏈和不錯的主機廠合作經驗,且團隊成熟度高,具備足夠研發的研發深度與廣度。

總的來說,需求與政策的推動下,車規級MCU國產替代的紅利與視窗期將會存在一定時間,但不確定性仍然巨大,優質團隊仍是關乎企業能否走得更遠、更快的關鍵。

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