汽车芯片行业缺货缘由及关注重点分析报告.docx
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汽车芯片行业缺货缘由及关注重点分析报告
2021年汽车芯片行业缺货缘由及关注重点分析报告
报告综述:
汽车芯片的定义?
应该关注哪些细分?
汽车半导体是汽车的核心器件,包括MCU、功率半导体、传感器、存储、ASIC等。
在电动化与智能化趋势下,汽车半导体价值量不断增加,根据前瞻产业研究员的统计,2020年全球市场规模约460亿美元,规模上仍小于通信、PC等,但预计未来增速相对领先。
综合考虑价值量及国产化程度,我们认为优先关注MCU、功率、传感器三大细分方向,在传统燃油车中三者的半导体价值量占比分别为23%、21%、13%,在纯电动汽车中分别为11%、55%、7%。
汽车芯片的缺货情况、原因及持续性?
当前所有汽车芯片均较为紧缺,其中MCU缺货最为严重,交期最多延长4倍,tier1及整车厂均受波及。
根据伯恩斯坦咨询的预计,2021年全球范围内的汽车芯片短缺将造成200万至450万辆汽车产量的损失,相当于近十年以来全球汽车年产量的近5%。
我们认为,从需求和供给两端来看,汽车芯片缺货的主要原因包括:
1)疫情后全球汽车销量恢复速度超预期,车企芯片加单滞后,2020H1疫情影响全球汽车需求陷入萎靡,众多整车厂停产或减产、芯片砍单;而Q3开始汽车销量快速复苏,至9月已基本恢复到2019年同期水平,整车厂普遍于2020Q3-Q4开始芯片加单,但由于汽车芯片供应周期长达2个季度,因而全球陷入芯片缺货;
2)同期PC/Pad需求旺盛,手机厂商亦大幅囤货,抢占部分晶圆及代工产能;
3)长期以来全球8英寸晶圆产能紧张,车用芯片供给紧缺;
4)短期意外事件频出,包括日本AKM晶圆厂失火、地震影响瑞萨短暂停工,欧洲意法半导体曾遭遇短暂罢工,美国得州暴风雪影响NXP、英飞凌、三星短暂停产等。
结合以上原因,我们推测缺芯问题仍将持续至2021Q4,其中2021Q1-Q2或为供需最紧张阶段。
哪些国产化厂商受益?
从芯片紧缺程度来看:
目前全球车用MCU最为紧缺,国内厂商前装车载应用尚少,但有望受益于海外MCU紧缺带来的国产替代机遇。
从国产替代能力来看:
1)功率半导体领域,尽管海外厂商仍占据主导地位,但国内部分龙头厂商已经实现车载量产供货,此次有望受益于行业缺货加速提升份额;
2)传感器芯片领域,重点关注车载摄像头CIS,韦尔股份(豪威)份额约20%,仅次于安森美约60%,且有望受益于前瞻产能规划,在产能紧张背景下预计将提升市占率水平。
此外,代工封测端受益于行业景气订单饱满。
汽车芯片的定义?
应该关注哪些细分?
汽车半导体是汽车的核心器件,包括MCU、功率半导体、传感器、存储、ASIC等。
汽车半导体广泛应用于汽车各子系统,涵盖车身、信息娱乐、底盘、动力总成、驾驶辅助等多个板块。
汽车半导体可以分为五大类,1)MCU,是汽车的微控制单元,传统汽车平均每辆车用到70颗以上的MCU芯片,每辆智能汽车有望采用超过300颗MCU;2)功率半导体,主要包括PowerManagementICs、LDO、DC/DC、MOSFET、IGBT等,功率半导体是汽车半导体的最主要构成;3)传感器,主要包括图像传感器、MEMS传感器、霍尔传感器;4)存储器,包括各种嵌入式内存,SRAM、DRAM、FLASH;5)除MCU外的ASSP、ASIC、模拟、混合IC、FPGA、DSP与GPU。
在汽车电动化与智能化的趋势下,汽车中半导体的价值量在不断增加,2020年全球市场规模约460亿美元。
根据盖世汽车的数据,自2015年来,ICE(传统内燃机汽车)半导体单车价值量增长23%,从338美元提升至417美元。
而新能源、智能化也带来了全新的增量机会,包括电动动力系统的功率半导体,电源管理系统、车身电子化管理系统的MCU,以及智能化的传感器、ASIC增量。
据盖世汽车统计,2019年MHEV(轻型混合动力电动汽车)单车半导体价值量531美元,PHEV(插电式混合动力汽车)为785美元,BEV(纯电动汽车)为775美元。
根据前瞻产业研究院的统计,2019年全球汽车半导体市场规模465亿美元,2020年由于疫情影响全球汽车销量,汽车半导体市场规模略降低至460亿美元。
全球半导体市场横向对比来看:
就市场规模而言,汽车半导体规模小于通信、PC等;但就行业增速而言,汽车半导体增速领先。
2020年全球汽车半导体市场规模约460亿美元,占整体半导体市场约12%,规模小于通信(含智能手机)、PC,与工业、消费电子基本相当。
但就增速而言,智能手机、PC等均已进入存量时代,而汽车半导体受益于电动化和智能化浪潮,仍处于快速发展阶段,ICInsights预计2016-2021年全球汽车半导体增速约14%,在所有细分行业中增速领先。
综合考虑价值量及国产化程度,我们认为优先关注MCU、功率、传感器三大细分方向。
据StrategyAnalytics统计,在传统燃油汽车中,MCU价值量占比最高,为23%。
在纯电动汽车中,MCU占比仅次于功率半导体,为11%。
1)MCU:
电控系统不可或缺,单车用量大,海外龙头厂商技术成熟。
根据中国市场学会汽车营销专家委员会研究部的数据,普通传统燃油汽车的ECU(电子控制单元)数量平均在70个左右,豪华传统燃油汽车ECU数量在150个左右,智能汽车ECU数量在300个左右。
ECU中均需要MCU芯片。
根据DIGITIMES的统计,2020年全球MCU市场规模约70亿美元。
海外龙头厂商意法半导体、恩智浦、微芯科技、英飞凌、德州仪器、瑞萨等维持领先。
2)功率半导体:
智能化+电动化趋势下,车用功率器件单车价值量扩张5倍,重点关注IGBT、MOSFET。
功率器件是汽车的必备零部件,引擎、驱动系统、照明系统等均需使用功率半导体,根据英飞凌估算,2018年全球车用功率半导体市场规模约62亿元,占全球功率器件总需求的16%。
目前汽车行业加速智能化+电动化,驱动功率器件的单车价值量上升。
传统燃油车主要使用低压MOSFET、二极管等,具体应用场景包括直流电机、车载娱乐系统等,单车价值量大约在70美金。
进入到电动车时代,动力系统由机械零部件转变为电池、电机、电控等电气零部件,对功率器件要求大幅提升,单车价值量提升至350~390美金,增量部分主要来自IGBT、高压MOS等高压产品,其中IGBT属于电动车中控制交直流、高低压转换的核心器件,其安全性、节能性直接决定了电动车性能,主要用于电控、电池热管理、电动车空调、充电系统几个方面;低端车型IGBT单车价值量在600~1000元,A级以上纯电动车IGBT单车价值量在2000~4000元,豪华车甚至高达5000元以上。
根据我们测算,2020年全球车用IGBT市场空间约94亿元,2025年有望扩张至355亿元,5年CAGR约30%。
3)传感器芯片:
摄像头率先搭载且数量快速提升,重点关注车载CIS。
随着智能驾驶功能的完善和演进,汽车车身将至少需要配置前视、环视、后视、侧视、内置摄像头,各部分还可能采用2~3个摄像头搭配使用。
如特斯拉Autopilot1.0时只需采用前置和后置两个摄像头,而到特斯拉Autopilot2.0时就已经搭配“正常摄像头+长焦摄像头+广角摄像头”,单车摄像头达到8个(传统汽车1-2个)。
从数量角度看,目前单车摄像头平均搭载量为1~2颗,L2级别正在普及,为2~6颗,未来随着智能驾驶向无人驾驶发展,L3级别每辆汽车有望搭载8+颗摄像头,L5级别则乐观看到接近20颗,从而车载CIS有望迎来快速增长期。
从功能角度看,车载CIS产品需要满足不同于手机CIS的功能需求,例如需要支持LFM、HDR(高动态范围)、低照感光、全局快门等功能,其中,LED闪烁抑制功能以确保正确识别路面信号灯及车灯;HDR功能以应对复杂光照条件;低照感光以满足夜间开车或隧道环境的成像需求,车载产品相对于手机产品一般有更大的芯片面积。
从价格角度看,车载CIS平均单价一般达到手机的3-5倍,同时我们观察到,目前车载CIS产品仍然1.3M、1.7M为主,后续随着对拍摄清晰度要求的提升,车载产品亦有往高像素(如8M)发展的趋势,将提升车载CIS产品的价格水平(我们预计1.3M产品约5美金,而8M产品预计超10美金)。
根据MordorIntelligence,2019年车载摄像头出货量达到1.45亿颗,预计2021年接近2亿颗。
我们预计2019年车载CIS市场规模近10亿美元,未来随着辅助驾驶及ADAS渗透率的持续提升,平均单车搭载量将进一步提升,带动市场规模复合增速超30%。
长期来看,按照单车10颗测算,我们预计长期车载CIS市场可达约100亿美元,接近手机CIS市场(约150-200亿美元市场)。
汽车芯片的缺货情况、原因及持续性
现状:
所有汽车芯片均较为紧缺,MCU最为严重
当前所有汽车芯片均较为紧缺,其中MCU缺货最为严重,交期最多延长4倍,tier1及整车厂均受波及。
汽车半导体中MOSFET、FPGA、MCU等均出现不同程度的涨价缺货,此次汽车芯片缺货最严重的是应用在ESP(车身电子稳定系统)和ECU(电子控制单元)系统中的MCU。
MCU产品的正常交货期在8-10周左右,而目前包括英飞凌、恩智浦、意法半导体等在内的国际大厂均出现交期延长的情况。
此外,由于生产供应链成本持续增加,恩智浦、瑞萨等MCU龙头企业开始实行价格调涨计划。
生产ESP的tier1厂商如大陆、博世也受到不同程度的缺货影响。
下游的整车厂方面,日产、本田、福特、通用等车企都纷纷表示芯片短缺,并相继发布停产、减产计划。
根据伯恩斯坦咨询的预计,2021年全球范围内的汽车芯片短缺将造成200万至450万辆汽车产量的损失,相当于近十年以来全球汽车年产量的近5%。
缺货原因1:
疫情后汽车销量恢复超预期,车企芯片加单滞后
汽车芯片厂商排产需早于整车出货5-6个月,车企预判失误打乱供应节奏。
一般的汽车芯片厂商供应链为:
芯片厂商-tier1-车企。
尽管目前也存在少量车企直接从芯片厂商下订单的情况,但由于tier1掌握部分核心系统集成能力,大部分汽车芯片仍需经由tier1厂商。
在整个芯片供应周期中,从Tier1向上游下单汽车芯片,到拿到产品通常需要3到4个月时间;从Tier1拿到芯片,制造出零部件产品,再交货给整车厂,大约需要1个月时间;整车厂拿到Tier1提供的零部件,组装再到出货给4S店,大约需要1到2个月时间。
这意味着汽车芯片厂家的排产需要早于整车出货5到6个月。
因此,一旦车企对未来市场需求情况判断失误,就会在数个季度内打乱上游供应链的节奏。
2020年受到疫情影响,上半年汽车销量低迷,Q3恢复速度超预期,芯片出货速度不及销量复苏脚步。
2020年上半年,由于受到新冠疫情冲击的影响,汽车需求陷入萎靡,根据Marklines的数据,2020年4月汽车销量同比下滑43%,截至2020年3月,包括戴姆勒、大众、菲亚特克莱斯勒集团(FCA)、标致雪铁龙集团(PSA)等在内的12家海外车企已经关停或计划关停的工厂将超过100家,众多整车厂商纷纷陷入芯片砍单潮。
而2020下半年,全球新冠疫情蔓延态势逐渐得到有效控制,汽车需求快速回暖,至2020年9月,汽车销量已基本恢复到2019年同期水平。
需求端如此迅速的恢复速度远超整车厂预期,厂商集中订购芯片给供应链带来巨大压力,因此,尽管车企订单纷至,但汽车芯片出货速度却远无法满足下游车企需求。
缺货原因2:
PC、pad需求提升抢占产能,手机厂商大幅囤货预支产能
2020年PC出货量同比增长30%,pad出货量同比增长21%,需求激增抢占芯片产能。
2020年以来,受新冠疫情影响,全球各国均采用远程办公、远程上课的方式避免公众接触,导致了笔记本、平板电脑需求量的显著提升。
在疫情爆发的2020年二季度,全球笔记本电脑出货量同比增长28%,环比增长43%,2020年全球笔记本电脑出货量2.24亿台,同比增长30%。
全球平板电脑出货量同样在2020年第二季度开始出现大幅增长,Q2同比增长17%,全年同比增长21%。
此外,与线上办公、线上教学相关的其他产品如网络摄像头、耳机、显示器、服务器等均出现销量激增的现象。
而以上产品都是中高端芯片的需求大户,因此,在各行各业因受疫情影响而需求萎靡的同时,芯片需求不降反升。
手机2021年出货预期提升,叠加华为带来的全球格局变量,各家手机厂商自2020年开始大幅囤货,挤占代工厂大量产能。
我们预测2021年智能手机销量同比提升约10%,主要受益于疫情后的恢复,以及5G换机。
此外,华为受到美国制裁,给智能手机全球格局带来一定变量。
由于充分预期到了制裁趋紧,华为提前增加芯片库存,至2020上半年,华为存货达到1800亿元。
而小米、oppo、vivo等手机厂商对2021年手机销量预期持乐观态度,对在国内、欧洲等市场抢占份额拥有较大信心,因此加剧了囤积芯片的现象。
手机端厂商大量囤积芯片直接造成汽车端的芯片产能被挤占,从而逐渐演变成汽车芯片缺货现象。
缺货原因3:
长期以来8英寸晶圆产能紧张,扩产动力不足
长期以来,全球8英寸晶动力不足,车用芯片供给紧缺。
车用芯片的规格主要是8英寸晶圆,部分厂商开始向12英寸平台迁移。
根据SUMCO2018年的统计数据,8寸晶圆需求占到了汽车半导体需求中的79%,12寸晶圆需求占比仅12%。
对应的晶圆需求方面,根据SUMCO的测算,2018年汽车半导体晶圆总需求约200万片/月,其中8寸片约160万片/月,到2022年整体需求有望增长至约315万片/月,其中8寸片需求达到240万片/月。
根据SEMI数据,从2013年到2019年全球8英寸晶圆产能CAGR仅约3%,2019年仍然不足每月600万片,其中用于功率器件的产品约每月100万片。
8英寸投入产出比低于12英寸,二手设备采购困难是新产能增量不足的主要原因。
芯片产线需要巨额资本投入、高端技能工程师参与,若盲目扩张产线不及预期会带来巨额亏损,8英寸相对于12英寸已是技术演进的“过去式”,因此,近年各大晶圆厂没有动力大幅扩张8英寸产能。
从投资效率来看,目前建设90nm的12英寸晶圆厂每5万片/月产能Capex规模在24亿美元左右。
0.13μm的8英寸晶圆厂每5万片/月等效12英寸产能(11.25万片/月8英寸产能)Capex规模在31.5亿美元左右。
若同为购买全新设备,新建12英寸产线效率更高,同等产能下投入更低。
此外,投建12英寸晶圆产线还可向更高制程演进,技术可升级性更强。
目前8英寸扩产主要仍以采购二手设备为主,由于二手设备大多已经折旧完成,因此相比全新设备更具有经济性,但二手设备的数量限制一定程度上也限制了产能的扩增速度。
缺货原因4:
短期意外事件频出,影响IDM和代工厂生产进度
欧洲意法半导体新冠疫情期间在工会要求下曾缩减法国工厂产能50%,后法国工厂遭遇罢工,车用芯片雪上加霜。
据路透社报道,意法半导体在2020年3月19日为应对工人对感染新冠病毒的担忧,同意将法国两座工厂减产50%。
据外网evertiq报道,2020年11月5日,因该公司不给员工加薪,意法半导体的法国工厂举行罢工。
此次罢工持续一周,短期给车用芯片带来更大压力。
日本AKM晶圆厂失火,车载音频和传感器IC供应短缺;福岛地震又短暂影响瑞萨电子的NAKA工厂,汽车芯片生产饱经坎坷。
据日本共同社报道,2020年10月20日日本旭化成集团旗下AKM唯一晶圆厂失火严重,预估至少需要半年时间恢复生产,导致其小众音频IC、传感器等供给中断,市场陷入紧张;瑞萨电子旗下NAKA工厂接受AKM部分晶圆订单为其代工生产,但是在今年2月13日日本福岛地震中受到波及,NAKA工厂暂停生产。
2月22日,瑞萨电子发布公告,旗下工厂已经于2月21日按计划全部恢复到震前产能。
美国得州地区暴风雪导致大规模停电,NXP、三星、英飞凌半导体生产受阻,进一步让全球“缺芯”捉襟见肘。
据《奥斯汀美国政治家报》2月16日报道,由于得州暴风雪影响,奥斯汀能源公司已中断对这些半导体厂的供电,NXP在奥斯汀的两座工厂生产MCU、MPU等的8英寸晶圆厂已经停工。
英飞凌收购的赛普拉斯在奥斯汀也有一座8吋晶圆厂,主要生产130nm的芯片。
虽然当前半导体厂已恢复供电,但是考虑到当地用水仍然紧张、重启设备复产过程漫长,据韩联社报道,三星等半导体厂还需数周才能恢复正常生产,下游厂商在未来数月内将受到影响。
推演:
缺货预计还将持续多久?
我们认为:
汽车缺芯问题预计仍将持续至2021Q4,2021Q1-Q2或为供需最紧张阶段。
据中新网报道,中国汽车工业协会副秘书长李邵华认为,汽车芯片短缺问题预计会持续半年以上,预计到2021年Q4车用芯片供给可以得到恢复。
我们认为,结合以上4点缺货原因分析,2021Q1-Q2或为供需最紧张阶段,之后可逐渐恢复:
1)从需求端来看,全球汽车销量从2020Q3开始快速恢复,整车厂普遍于2020Q3-Q4开始芯片加单,由于汽车芯片供应链周期长达6个月,第一批加单的芯片预计在2021Q1-Q2开始释放;结合当前(2021Q1)汽车芯片交货周期普遍在20-30周,当前下单预计可于2021Q3得到交付;此外,PC、pad、智能手机芯片囤货相对集中于2020H2-2021H1,预计2021H2将进入消化库存阶段,也有望部分缓解芯片缺货现状;
2)从供给端来看,8寸线产能紧张问题暂时难以根本解决,但据Wccftech网站报道,台积电已于2021年1月28日对外宣布重新调配产能供给汽车芯片,并启动了“SuperHotRun”紧急临时插单的方式提高供给速度,预计至少3个月可交货,其主要产品为短缺的MCU,主要客户为瑞萨、NXP和意法半导体,此次产能调配有望减轻MCU产品的紧张程度;此外,博世2018年在德国Dresden新建的2座12英寸晶圆厂于2019年底完工,预计2021年底可投入生产,其主要产品为ASIC、功率半导体和MEMS等,英飞凌于2019年上半年在奥地利新建一座12英寸功率半导体工厂,主要用来生产IGBT和MOSFET,将于2021年底量产,届时也可缓解芯片紧缺问题。
哪些国产化厂商受益?
从芯片紧缺程度来看:
目前全球车用MCU最为紧缺,国内厂商前装车载应用尚少,但有望受益于海外MCU紧缺带来的国产替代机遇。
受益方向1:
MCU及存储器,海外缺货契机下打入汽车供应链
MCU是本轮汽车芯片缺货中最主要的瓶颈产品,NORFlash通常搭配MCU采用。
根据央视新闻报道,本轮汽车缺货中Tier1厂商博世和大陆的ESP(电子稳定程序系统)和ECU(电子控制单元)比较紧缺。
而在2020年欧洲疫情期间,意法半导体也降低了制造产能利用,导致整体产能不足。
NORFlash是汽车电子存储代码的主要存储器,通常搭配MCU使用,如果程序代码非常少,可直接使用内建NOR的MCU芯片;而在较复杂的系统中由于程序代码量较大,则会采用独立的NORFlash芯片。
目前国产厂商MCU在汽车领域应用尚不多,主要源于高认证门槛。
“车规级”芯片需要经过严苛的认证标准,如可靠性标准AEC-Q100、质量管理标准ISO/TS16949、功能安全标准ISO26262等。
例如一般消费类的芯片可容忍的产品寿命设计约2~3年,而汽车芯片则需10~15年。
一款芯片通常需要2~3年完成车规认证才能进入整车供应链,而一旦进入之后,一般也能拥有长达5~10年的供货周期。
高标准、长周期是目前汽车芯片供应格局稳定的主要原因。
国内芯片设计厂商大多属于新进入者,在汽车应用处于从“0”到“1”的过程。
海外供应商缺货背景下,带来国内MCU及NORFlash公司导入机会。
国内MCU相关上市公司包括兆易创新、瑞芯微、全志科技、中颖电子、芯海科技等,NORFlash上市公司包括兆易创新、北京君正等。
本轮海外供应商MCU缺货明显的背景下,相应给国产芯片厂商带来机会。
在消费电子类领域,2020年下半年已有方案商将原来采用的意法半导体等厂商的MCU陆续更换为国产MCU芯片,而在汽车领域国内公司已有产品通过了AEC-Q100认证,各厂商有望迎来汽车产品导入机会。
受益方向2:
功率半导体,海外大厂主导,少量本土公司已具备车规能力
功率器件市场目前由进口品牌占据主导地位,尤其在车规级市场。
尽管中国是全球最大的功率半导体器件市场,但产业链自主能力有限。
根据IHS统计,全球功率半导体巨头主要集中于美国、欧洲、日本三个地区。
中国大陆的功率器件企业起步晚,尽管也涌现出如华润微电子、扬杰科技等一批优秀的企业,但产品组合广度、技术能力、客户资源等方面较海外大厂仍有较大差距。
此外,国内厂商产品线主要集中于中低端器件,高端产品仍高度依赖海外大厂,尤其是在产品要求较高、客户认证难度较大(车规IGBT认证周期长达2~4年)的车规功率半导体领域。
目前中国本土功率器件厂商正积极推进技术升级和产能扩张,加速向中高端市场转型,其中部分布局较早的公司已切入车规市场,如IGBT领域的斯达半导、比亚迪半导体、中车时代电气,以及MOSFET领域的闻泰科技(通过收购海外功率器件大厂安世半导体),其他厂商如士兰微、新洁能、扬杰科技、捷捷微电亦取得一定程度的突破。
GBT领域,斯达半导、比亚迪半导体等已切入车规市场。
结合NE时代和产业调研数据,目前中国电动车IGBT市场中,进口品牌仍是主力供应商,其中英飞凌占据50%以上份额(统计时主要考虑价值量最大的电控用IGBT模块),本土厂商IGBT厂商中具备已通过车厂认证并实现大规模出货的主要是斯达半导、比亚迪半导体等,此外士兰微也在积极推进客户导入。
其中
1)斯达半导成立于2005年,采用Fabless+模块封装的模式,目前已切入主流车企,2019年装车量达16万辆,并且上一轮行业缺货(2017~18年)阶段实现份额加速扩张,目前车用IGBT交期再次拉长,公司有望再次迎来国产替代加速机遇;
2)比亚迪半导体是整车厂商比亚迪体内培育的IGBT供应商,2004年成立并于2008年收购宁波中纬(6寸线)转型IDM,目前公司已开始启动分拆上市,未来有望提升I
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