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作者： | 2022-08-29

車規級MCU大爆發，持續缺貨，價格連漲，國產替代潛力巨大！

源：方正證券

汽車“智能化”、“電動化”、“網聯化”“三化”進程不斷加速，各類汽車半導體需求量均有不同程度地提高，車規級MCU是一類具有廣泛運用場景的車載芯片，車規級MCU市場前景廣闊。

車規級MCU正是本輪“缺芯”事件的“主角”之一，多重因素促成了一次嚴重的汽車產業鏈“缺芯”危機，這導致了全球汽車生產遭遇巨大困難，現階段車規級MCU仍是眾多汽車芯片中最為緊缺的種類之一。疫情終將過去，發展大勢不可阻擋。汽車電子電氣（E/E）架構正在發生變化，車規MCU需求量將隨之發生變化。

從汽車產業鏈到車規MCU芯片

MCU（Microcontroller Unit）名為微控制單元或者單片機，是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減，并將內存、計數器、周邊接口等內容都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機。廣泛應用于消費電子、物聯網、汽車電子、工業控制等領域。

▲MCU市場規模歷史及預測

根據IC Insight數據，全球MCU市場在2020年新冠肺炎疫情沖擊下下降2%后，隨著2021年強勁的經濟復蘇，MCU的銷售額攀升了23%，達到創紀錄的196億美元。

IC Insights預測，2022年全球MCU銷售額將增長10%，達到215億美元的歷史新高，其中汽車MCU的增長將超過大多數其他終端市場。

根據IC Insights 2021年中數據顯示，盡管受芯片短缺和疫情的影響，2021年全球汽車MCU銷售額將預計達到76億美元的規模，相比2020年增長23%，其中，超四分之三的汽車MCU銷售額來自32位，約為58億美元。

預計全球汽車MCU銷售額在2022年和2023年分別有14%和16%的增長率，到2023年將達到100億美元的規模。

目前疫情沖擊下新能源汽車銷量逆勢提高，面對下游龐大市場需求整車廠進入主動加庫存階段，車規芯片需求量持續保持高位，預計車規MCU芯片高需求將會持續到22年底，擴產能的投資有望在23年中實現生產規模大體量提升。

通常，MCU完成內部生產需要12-16周。與22Q1相比，MCU的短缺更加明顯，大多數MCU都處于短缺狀態，尤其是意法半導體和恩智浦。車載MCU目前只有瑞薩和賽普拉斯提供，貨期為32-45周，其他品牌處于短缺狀態。

2022年，汽車MCU訂單幾乎滿員，價格持續上漲。其中，意法半導體3月24日宣布，將在第二季度上調所有產品線的價格。如今，對MCU的需求不僅是數量上的。隨著新興產業的推動，對低功耗、高算力、定制化、專用外設的新要求逐漸增加。

2021年，由于芯片短缺，全球汽車市場累計減產量約為1020萬輛。截至5月15日，由于芯片短缺，今年全球汽車市場累計減產量約為172萬輛。其中，中國汽車市場累計減產量增加至9.2萬輛，占全球累計減產量的5.3%。

除了芯片短缺，汽車“三化”也是MCU的重要推動因素：

智能化：當前仍處于L0-L2自動駕駛滲透率快速提升階段，智能駕駛需求將持續提高ECU和MCU用量：作為汽車電子系統內部運算和處理的核心，MCU是實現汽車智能化的關鍵。據iSuppli報告顯示，一輛汽車中所使用的半導體器件數量中，MCU芯片約占30%。這意味著每輛車至少需要使用70顆以上的MCU芯片。

電動化：2021年全球電動化電動汽車銷量達到67.5萬輛，比2020年增長108%，由于2020年的低基數，盡管2021年同比增長率極端，但2021年的銷量仍然是可觀的。

網聯化：物聯網設備的增多提升了對聯網能力需求，MCU作為聯網設備的關鍵元件同時也需要兼顧成本和功耗，促使無線MCU解決方案快速進入行業視野。

半導體設備黃金發展期來臨

隨著汽車功能逐漸增加，特別是汽車“三化”后，傳統分布式架構通過增加ECU來增加汽車功能存在算力浪費，車內線路繁雜、汽車空間使用效率低、系統升級困難、新增ECU邊際成本遞增等弊端，用域控制器合理集成ECU功能是大勢所趨。

ECU（Electronic Control Unit）即電子控制單元，是控制汽車功能的“電腦”，其內部包括MCU、存儲器，輸入/輸出接口，模數轉換器（A/D）及其他集成電路。分布式下，單個ECU控制汽車的某一功能，增加汽車功能就要增加ECU，而ECU增加會帶來MCU的增加。

DCU（Domain Control Unit）域控制單元，是指集中控制汽車某些功能的控制器，其芯片主要是SoC芯片，內部包括高算力微處理器、存儲器，輸入/輸出接口等。域控制下，汽車某些功能被整合起來由DCU一并控制，ECU數量減少引致MCU的用量下降。

汽車功能眾多，有些功能自汽車誕生之日就已經存在，有些則是隨著汽車工業的發展在某一時刻運用并保留在汽車上。智能化的趨勢下，各類新興功能加速增添運用并持續更新迭代。博世按汽車功能拆分整車為動力域，底盤域，車身域，座艙域，自動駕駛域。基于博世的構想，將集成了傳統功能的動力域，底盤域和車身域歸為一組，座艙域和自動駕駛域歸為新興功能組。

▲汽車功能

傳統燃油車的動力系統主要包括發動機和變速箱，這兩個部件中的控制芯片合計布局2塊：一塊發動機主控MCU和一塊變速器主控MCU。

純電動汽車動力系統包括整車控制模塊，電機控制器模塊，電池管理模塊三個部分。域控構造下，動力域控制器集中控制上述三個部分，和傳統燃油車不同的動力系統帶來了MCU的增量，預計用量將超過5塊。

智能座艙實現的功能繁多，包括信息娛樂，人機交互，為了滿足實現這些先進功能的需要，更高性能車載芯片作用愈發凸顯，MCU地位有下降趨勢。

我國標準將0-2級自動化稱為駕駛輔助，要實現駕駛輔助，必須為汽車添加輔助功能，而這些功能的添加在目前的車型中仍是分布式，這些功能仍有對應ECU。3-5級是自動駕駛，域控制下ADAS功能整合，這需要高性能，專業化的SoC主控芯片解決方案，到了這個階段MCU主要起一些“輔助”功能。

高級駕駛輔助系統ADAS（Advanced Driving AssistanceSystem）是指通過車載傳感器獲取車身、環境、人體等信息實現駕駛輔助，并將進一步實現自動駕駛的汽車功能系統。ADAS主要包括主動安全，駕駛舒適性，泊車輔助等功能。目前中國汽車市場還處于L2等級高速滲透的階段，整車廠商綜合考慮成本和性能，新增ADAS功能仍沿用分布式的構架。

自動駕駛域控制器中MCU的一大作用是作為安全芯片（safety core），添加安全芯片是為了預防硬件的意外失靈，診斷異常狀態或者發生單處故障時有安全備份處理方案。前文所述車規ISO 26262功能安全標準，是汽車行業的安全標準，合格的車規SoC的設計都必須遵循該標準。

▲ADAS功能域集中后SoC起主控地位

以NVIDIA DRIVE Orin™ SoC 產品為例：其內部集成新一代GPU架構和Arm Cortex-A78AE CPU內核，這些都是高算力處理器，SoC芯片控制多個自動駕駛傳感器。控制諸多傳感器不再需要多個MCU，而是由域主控芯片統一控制。該方案中MCU的功能主要和周邊驅動有關。

全球市場集中度高，國產替代趨勢延續‍

▲全球主要地區汽車芯片自主產業規模情況（2019）

根據Gartner公司的最終統計結果，2021年全球半導體收入同比增長26.3%，總計5950億美元。汽車市場在2021年增長了34.9%，表現優于所有其他終端市場。

目前我國汽車芯片自給率不足10%、國產化率僅為5%，供應高度依賴國外。需求側：中國汽車約占全球30%，是車規級芯片需求最大的市場供給側：國內汽車芯片進口率高達95%，像用于動力系統、底盤控制和ADAS等功能的關鍵芯片均被國外巨頭壟斷。

▲2020年全球車規級MCU供應商市占率

全球車規MCU市場集中度高，且有著輕晶圓廠戰略，依靠晶圓代工廠將技術轉化為芯片產品。從供給端來看，臺積電占所有外包車規MCU出貨量約60%-70%，但汽車芯片業務僅占其總收入3%。頭部廠商對臺積電的強依賴性，放大了供需錯配的矛盾：臺積電因疫情降低車規MCU產能分配，在終端需求攀升后車規芯片供不應求。

▲2020年全球及中國MCU芯片應用領域結構

國產車規MCU目前正處于發展窗口期：本土廠商在車規MCU的市場份額占比小，可發展空間大；宏觀市場影響加劇本土化替代的緊迫性，MCU持續缺貨，而海外大廠新增產能有限，國產替代的趨勢延續；政策加持，推動MCU研發和產業化，維護汽車工業的穩定運行。

“十四五”節能減排綜合工作方案目標是到2025年我國新能源汽車滲透率達到20%左右，另基于月度新能源汽車市場快速放量的現狀，2022年以來新能源汽車滲透率分別為17%、19%、22%、25%和24%，考慮到汽車整體銷量處于近年來低點，而滲透率是新能源汽車銷量占汽車總銷量的比重，滲透率的快速提升并不意味著新能源汽車的高度普及，因此我們給予2025年新能源汽車滲透率25%的審慎預期，30%的樂觀預期。

新能源汽車滲透率提高背后的意義兼具電動化、智能化和網聯化進程，科技屬性不斷增多是趨勢。在界定時間內即新能源汽車高速普及階段，單車芯片價值量與新能源汽車滲透率呈一定程度的同向相關性。

在傳統燃油車和新能源汽車中單車MCU價值量在汽車芯片價值總量中占比穩定。傳統燃油車中MCU價值量占比為23%，純電動汽車MCU價值量占比為11%。

▲中國及全球汽車MCU市場規模預測

預計中國2022年-2025年汽車MCU市場規模分別為32.92，36.02，39.30，42.74億美元；2022-2025年全球汽車MCU市場規模為85.59，93.66，102.19，111.12億美元。

預計中國2022年-2025年汽車MCU市場規模分別為33.63，37.53，41.66，45.93億美元；2022-2025年全球汽車MCU市場規模為87.45，97.59，108.32，119.41億美元。

中國汽車MCU市場在2021-2025年CAGR分別為9.24%和11.22%，車規級MCU市場規模在汽車三化的背景下具有較大增長空間。

▲已實現車規級MCU批量生產的廠商已實現車規級MCU批量生產的廠商

目前，國內廠商與國際巨頭還有相當大的差距。要想在高端MCU市場占據一定份額，ICWISE高級分析師指出，除了需要技術水平、設計能力、代工工藝、產品性能等達到同等水平外，還需要把握高端MCU市場的需求變化，可以在特定環境下直接與需求終端(如車企)合作，開發產業變革帶來的新需求，從追趕者變成市場引領者。

許多國產企業都是從消費級和工業級做起，逐漸步入汽車級MCU目前產品能量產上車的國內芯片廠商屈指可數，部分國MCU產品在2022年才通過產品測試，距離批量商業化落地還有一定的距離。

在行業機構發起的國產MCU廠商調研統計分析中，車規MCU是最多被提及的新興技術，40個廠商中有24家計劃或正在研發車規級MCU。國內廠商需加快芯片研發及產業化，積極占據車規MCU領域市場份額，用安全可靠的產品建立客戶粘性，一旦汽車芯片供應鏈恢復正常，“窗口期”不在，市場對于新進入者的替代需求會大大降低。

我國車規級MCU行業正處于導入期末期，將進入高速成長期，在相對領先的消費級和工業級技術基礎下，直至整車技術發展中期階段的車規MCU市場高需求會刺激國內廠商對車規領域的發展。

供應鏈本土化、國產替代化趨勢強，優先滿足技術要求并獲取客戶訂單的廠商將快速占據市場份額，國產替代潛力巨大。

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