搭新能源快車，IGBT成汽車半導(dǎo)體硬核賽道？

特斯拉(TSLA.US)、蔚小理在生活周邊越來(lái)越多地出現(xiàn)，新能源車的快速滲透直接帶來(lái)了寧德時(shí)代(300750.SZ)等電池行業(yè)的崛起。而本輪新能源車的發(fā)展，帶來(lái)的不僅是動(dòng)力方式的轉(zhuǎn)變，還有自動(dòng)駕駛、智能座艙等智能化的趨勢(shì)。電動(dòng)化用電力資源取代了石油資源成了汽車動(dòng)力的新血液，而智能化更是賦予了汽車更多感知(傳感器)、決策(主控芯片)等的擬人化感官特征。

攝像頭、大屏幕、主控芯片、存儲(chǔ)芯片都是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，而這些部件也同樣在新能源車中越來(lái)越多地出現(xiàn)，新能源車越來(lái)越像是一臺(tái)“帶輪子的計(jì)算機(jī)”。那么，在新能源汽車中增加了哪些半導(dǎo)體呢?

汽車電動(dòng)化：由于動(dòng)力來(lái)源從石油資源轉(zhuǎn)換成電力資源，原本的核心部件內(nèi)燃機(jī)也由三電系統(tǒng)取代。其中IGBT等功率半導(dǎo)體是新能源車三電系統(tǒng)的重要組成部分;

汽車智能化：通過(guò)對(duì)汽車的智能化提升，賦予汽車擬人化的感官特征，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、智能座艙等功能。傳感器用于感知、存儲(chǔ)用于記憶、計(jì)算控制芯片用于運(yùn)算控制等，智能化全面提升了新能源車對(duì)半導(dǎo)體的需求。

來(lái)源：長(zhǎng)橋海豚投研

汽車電動(dòng)化和智能化的雙重推進(jìn)下，直接提升了汽車半導(dǎo)體的市場(chǎng)空間，而在這么多汽車半導(dǎo)體賽道中，哪個(gè)是相對(duì)優(yōu)選的賽道呢?

長(zhǎng)橋海豚君本篇從市場(chǎng)空間和賽道增速角度比較各賽道的情況：

1)市場(chǎng)空間：2025年IGBT/車用SoC芯片/存儲(chǔ)芯片/MCU>雷達(dá)模塊>攝像頭模塊>激光雷達(dá);

2)市場(chǎng)復(fù)合增速：未來(lái)五年IGBT具有40%以上的復(fù)合增速，大幅領(lǐng)先其他領(lǐng)域。攝像頭模塊/存儲(chǔ)芯片/車用SoC芯片/雷達(dá)模塊增長(zhǎng)幅度都處于15-20%區(qū)間，MCU在集成化的轉(zhuǎn)變中增速受到抑制，激光雷達(dá)隨著L3級(jí)自動(dòng)駕駛有望起量。

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本篇主要對(duì)汽車半導(dǎo)體各主要賽道的市場(chǎng)空間和賽道增速進(jìn)行梳理，從中看出車用IGBT在汽車半導(dǎo)體中具有空間大，成長(zhǎng)快的特點(diǎn)，同時(shí)也是電動(dòng)化趨勢(shì)上必然成長(zhǎng)的一環(huán)。長(zhǎng)橋海豚君下篇將測(cè)算整個(gè)IGBT全行業(yè)的需求空間和個(gè)股研究。

一 汽車電動(dòng)化下的半導(dǎo)體賦能：動(dòng)力控制之核IGBT

如果把電比作是血液，那么電機(jī)/電控就好比是電動(dòng)汽車的心臟。而功率半導(dǎo)體是其中電能轉(zhuǎn)換和控制的核心，主要用于改變電壓和頻率。

電動(dòng)汽車直接帶來(lái)了汽車核心三大件的變化，由“電池、電機(jī)和電控”構(gòu)成的新三大件替代了原來(lái)燃油車的“油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱”。而電控作為電動(dòng)汽車“三大件”之一，直接決定了電動(dòng)汽車的爬坡、加速、最高速度等主要性能指標(biāo)。

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電控系統(tǒng)主要由逆變器、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊、控制器等零部件組成，其中，逆變器、驅(qū)動(dòng)器與控制器為電控系統(tǒng)的核心部件。

電控系統(tǒng)的三種核心部件工作原理：

逆變器(主要部件IGBT功率模塊)：主要起到直流電轉(zhuǎn)交流電的功能。在實(shí)際工作中，逆變器接收電池輸送的直流電電能，并將其逆變?yōu)槿嘟涣麟娊o汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電源;

驅(qū)動(dòng)器：將微控制器對(duì)電機(jī)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)功率逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)和控制信號(hào)的隔離。在實(shí)際工作中，當(dāng)出現(xiàn)加速或制動(dòng)行為指令時(shí)，控制器通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)變頻器頻率的升降;

控制器：主要包括微處理器及其系統(tǒng)，是對(duì)電機(jī)電流、電壓等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)電路、保護(hù)電路及控制器等外部控制單元數(shù)據(jù)交互的通信電路。在實(shí)際工作中，主要以接受監(jiān)測(cè)信號(hào)反饋并發(fā)出控制信號(hào)。

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IGBT功率模塊作為逆變器的核心組件，同時(shí)也是電控系統(tǒng)的重要組成部分，一般占整個(gè)電控系統(tǒng)成本的40%左右。由于IGBT在電控中起關(guān)鍵作用，隨著電動(dòng)汽車的普及，直接帶動(dòng)了IGBT在新能源汽車市場(chǎng)的放量。

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那么，新能源汽車的發(fā)展給IGBT帶來(lái)多大的市場(chǎng)空間呢?

汽車電動(dòng)化帶來(lái)的IGBT市場(chǎng)空間測(cè)算：

1)價(jià)：IGBT的單車價(jià)值量：

由于各級(jí)車型對(duì)功率要求不同，各車型的IGBT單車價(jià)值量也各有不同。一般A00級(jí)車的單車價(jià)值量相對(duì)較低，約800-1000元，A級(jí)電動(dòng)車和插混單車價(jià)值量比較接近，約3000元左右;而豪華電動(dòng)車單車價(jià)值量大多在4000元以上。

模型中假設(shè)A00級(jí)及其他車型單車價(jià)值量900元，A級(jí)以上及插混車型價(jià)值量3000元。

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2)量：各種車型的銷量情況：

新能源車銷量：假設(shè)全球新能源汽車滲透2025年達(dá)到22%，預(yù)測(cè)至2025年全球新能源車銷量有望增長(zhǎng)至1866萬(wàn)輛;

車型的銷量：假設(shè)A00級(jí)占比從20%下降至2025年的10%，預(yù)測(cè)至2025年A00級(jí)銷量達(dá)到187萬(wàn)輛，而A級(jí)及以上車型銷量達(dá)到1680萬(wàn)輛。

3)測(cè)算新能源車帶來(lái)的IGBT空間：

長(zhǎng)橋海豚君預(yù)測(cè)2025年IGBT市場(chǎng)空間有望成長(zhǎng)至521億元，5年間的復(fù)合增速達(dá)45.11%。

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二 汽車智能化下的半導(dǎo)體賦能：“感知-決策-控制執(zhí)行”

汽車電動(dòng)化對(duì)“輪子”進(jìn)行了重構(gòu)，而汽車智能化更加凸顯了“計(jì)算機(jī)”的特征。通過(guò)“感知-決策-控制執(zhí)行”的路徑，賦予汽車智能化的表現(xiàn)特征。通過(guò)多種傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而后再通過(guò)電子控制器進(jìn)行決策操作。

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2.1 計(jì)算控制芯片-“決策大腦”

計(jì)算控制芯片是整個(gè)汽車智能化的決策大腦，就像是計(jì)算機(jī)里的主控芯片CPU。自動(dòng)駕駛的深入及攝像頭等傳感器的增多，汽車將處理越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，那么對(duì)計(jì)算控制芯片的算力要求也更高。

計(jì)算控制芯片的發(fā)展同樣也隨著汽車電子電氣化(E/E)架構(gòu)的演變而變化。根據(jù)博世對(duì)電子電氣架構(gòu)的未來(lái)趨勢(shì)來(lái)看，E/E架構(gòu)正度過(guò)模塊化階段，向集成化轉(zhuǎn)變。而同樣的計(jì)算控制芯片也將從分散式的MCU主導(dǎo)轉(zhuǎn)向集成式的SoC芯片方向。

分布式E/E架構(gòu)：MCU為主。專用傳感器及專用ECU，算法、算力不協(xié)同;

域集中式E/E架構(gòu)：CPU+MCU。將分散的ECU集中到域控制器中，更容易OTA升級(jí);

整車集中式E/E架構(gòu)及車云計(jì)算：GPU+CPU+MCU+NPU。中央計(jì)算平臺(tái)作為最高決策，其余區(qū)控制器充當(dāng)網(wǎng)關(guān)角色。

來(lái)源：德勤，博世，長(zhǎng)橋海豚投研

目前汽車的計(jì)算控制芯片市場(chǎng)仍以微處理器(MCU)為主，其主要作用在雨刷、車窗、座椅、車身控制、動(dòng)力控制等多個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)方面。而微處理器(MCU)其實(shí)是個(gè)小型的“主控芯片”，主要部件中有包括CPU、存儲(chǔ)器等，主要適用于較小型的場(chǎng)景中，通過(guò)對(duì)傳感器信號(hào)的處理以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行控制的功能。

來(lái)源：比亞迪半導(dǎo)體，長(zhǎng)橋海豚投研

隨著汽車自動(dòng)駕駛等智能化的發(fā)展，E/E架構(gòu)從分布式邁向集中式。目前特斯拉已經(jīng)率先使用集中式E/E結(jié)構(gòu)，而其他主流廠商主要使用域集中式。在邁向集中式E/E結(jié)構(gòu)時(shí)，原本的MCU已經(jīng)不能滿足中央控制需求，此時(shí)中央計(jì)算平臺(tái)需要功能更強(qiáng)大的主控SoC芯片(相比于MCU集合了更多的芯片模塊)。

而在智能化階段中，主控SoC芯片有望成為計(jì)算控制芯片市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)源。根據(jù)IHS及搜狐汽車研究院的預(yù)測(cè)，整個(gè)計(jì)算決策芯片市場(chǎng)到2025年有望成長(zhǎng)至160億美元以上，復(fù)合增速約10%左右，而其中車用SoC芯片市場(chǎng)到2025年將成長(zhǎng)至80億美元以上，復(fù)合增速將達(dá)15%左右。

來(lái)源：IHS，搜狐汽車研究院，長(zhǎng)橋海豚投研

2.2 傳感器-“感知之眼”

傳感器給汽車提供了“感知之眼”，主要多方面對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，給計(jì)算控制芯片提供決策依據(jù)。汽車智能化的過(guò)程中，主要增加了攝像頭傳感器、超聲波傳感器、毫米波傳感器和激光雷達(dá)等智能傳感器，這些傳感器也構(gòu)成了自動(dòng)駕駛的核心。

來(lái)源：普華永道，長(zhǎng)橋海豚投研

超聲波雷達(dá)主要用在泊車輔助預(yù)警以及汽車盲區(qū)碰撞預(yù)警功能。超聲波雷達(dá)成本低，短距離測(cè)量中具有優(yōu)勢(shì)，探測(cè)范圍在10米以內(nèi)，而且精度較高，在泊車方面具有明顯優(yōu)勢(shì);

攝像頭和毫米波雷達(dá)是ADAS系統(tǒng)中重要傳感器。攝像頭用以提供視覺(jué)，而毫米波雷達(dá)用以測(cè)距，在L1/L2自動(dòng)駕駛中發(fā)揮重要作用;

激光雷達(dá)是L3-L5 階段中最為關(guān)鍵的傳感器，主要是由于其具有高精度、實(shí)時(shí)3D環(huán)境建模的特點(diǎn)。而激光雷達(dá)在之前主要用在航空航天、測(cè)繪等領(lǐng)域。

來(lái)源：長(zhǎng)橋海豚投研整理

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提升，汽車對(duì)智能傳感器的需求呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。在L3級(jí)別以下的場(chǎng)景下，智能傳感器的增加主要在攝像頭模塊和雷達(dá)模塊方面。而在L3階段以后的場(chǎng)景中，對(duì)3D環(huán)境建模等的需求，需要激光雷達(dá)模塊的加入，進(jìn)一步帶來(lái)單車價(jià)值量的提升。根據(jù)英飛凌的報(bào)告，L2級(jí)別的自動(dòng)駕駛智能傳感器的價(jià)值量在160美元左右，而當(dāng)達(dá)到L4/L5級(jí)別時(shí)單車價(jià)值量將提升至915美元，單車價(jià)值量提升5倍以上。

來(lái)源：英飛凌，長(zhǎng)橋海豚投研整理

對(duì)智能傳感器的市場(chǎng)空間測(cè)算：

智能傳感器的市場(chǎng)空間=攝像頭模塊+雷達(dá)模塊+激光雷達(dá)模塊+傳感器融合

各部分市場(chǎng)空間的測(cè)算主要利用量?jī)r(jià)關(guān)系，比如“攝像頭模塊的市場(chǎng)空間=Σ(攝像頭模塊單車價(jià)值量*對(duì)應(yīng)車型的出貨量)”。

1)價(jià)格方面：參考上圖中“各自動(dòng)駕駛級(jí)別車型的傳感器單車價(jià)值量”;

2)出貨量方面：結(jié)合IHS和IDC對(duì)自動(dòng)駕駛汽車滲透率的預(yù)測(cè)情況，非智能車占比逐漸減小， L2級(jí)別車輛將逐漸成為市場(chǎng)主流，預(yù)測(cè)在2025年L0-L5級(jí)別的全球汽車滲透率分別為31.4%/23.5%/35.1%/8.5%/1.5%。

來(lái)源：IDC，IHS，乘聯(lián)會(huì)，長(zhǎng)橋海豚投研整理

3)長(zhǎng)橋海豚君測(cè)算各部分市場(chǎng)空間，至2025年攝像頭模塊/雷達(dá)模塊/激光雷達(dá)模塊/傳感器融合市場(chǎng)空間分別為35.4/62.7/6.7/33.8億美元，其中攝像頭模塊/雷達(dá)模塊和傳感器融合的市場(chǎng)有望維持15%以上的復(fù)合增速，同時(shí)激光雷達(dá)模塊將隨著自動(dòng)駕駛的升級(jí)開辟新的市場(chǎng)空間。在汽車智能化下，整個(gè)傳感器市場(chǎng)空間有望從目前的50億美元左右，成長(zhǎng)至2025年的138億美元，復(fù)合增速達(dá)到19.2%。

來(lái)源：長(zhǎng)橋海豚投研

2.3 存儲(chǔ)芯片-“數(shù)據(jù)之庫(kù)”

汽車智能化下，更多的傳感器和海量的數(shù)據(jù)，對(duì)存儲(chǔ)芯片有了更高的要求。就像在智能手機(jī)的發(fā)展中，曾經(jīng)“512M+8G”的iPhone 4已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求，而發(fā)展至當(dāng)下 “8G+256G”等帶有更高存儲(chǔ)的mate 40們。

自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，從而要求存儲(chǔ)芯片有更大的容量和更快讀取速度，主要對(duì)存儲(chǔ)芯片的帶寬和容量有了更高的要求。

1)存儲(chǔ)芯片帶寬方面：在L1/L2階段，LPDDR4類型存儲(chǔ)基本能應(yīng)對(duì)場(chǎng)景，而當(dāng)進(jìn)入L4及以上場(chǎng)景時(shí)，帶寬要求需要提升至總線寬度128位以上的GDDR6;

2)存儲(chǔ)芯片容量方面：在L1/L2階段，e.MMC類型存儲(chǔ)基本能應(yīng)對(duì)場(chǎng)景，而當(dāng)進(jìn)入L4場(chǎng)景時(shí)也將難以適用，更需要能連續(xù)讀取1600MB/s以上的UFS 3.0和PCle。

更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛帶有更多的傳感器，多種傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)更高的存儲(chǔ)要求。特別是在L3自動(dòng)駕駛之后，更需要大容量和快速讀取的能力，以滿足高精度地圖、數(shù)據(jù)、算法等需求。

來(lái)源：美光，長(zhǎng)橋海豚投研

根據(jù)IHS的預(yù)期，隨著自動(dòng)駕駛的深入，車用存儲(chǔ)有望迎來(lái)翻倍的增長(zhǎng)。2020年車用存儲(chǔ)市場(chǎng)約為39億美元，到2025年整個(gè)市場(chǎng)空間有望成長(zhǎng)至80億美元左右，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為16%。

來(lái)源：IHS，長(zhǎng)橋海豚投研

三 總結(jié)

通過(guò)對(duì)汽車半導(dǎo)體各賽道的測(cè)算，車用IGBT具有空間大、增速快和確定性高的顯著特性。車用IGBT賽道具有40%以上的復(fù)合增速，在各賽道比較中尤其突出。長(zhǎng)橋海豚君下篇將測(cè)算整個(gè)IGBT賽道空間和個(gè)股研究。

本文編選自公眾號(hào)“長(zhǎng)橋海豚投研”，作者：長(zhǎng)橋海豚君;智通財(cái)經(jīng)編輯：馬火敏。