汽车半导体竞争的新阶段

汽车半导体竞争的新阶段,第1张

在电气化和智能化的推动下, 汽车 成为了半导体向前发展的新领域。 汽车 半导体作为一个新兴领域,也被众多企业所垂涎,因而,在近几年中发生在 汽车 半导体行业的并购越来越频繁,甚至还出现了几宗超百亿美元的超级收购。这些并购当中,不仅涉及了传统的 汽车 半导体厂商,还包括了一些计算芯片领域的巨头企业。在众多厂商纷纷开始布局 汽车 半导体的局势之下,是否也意味着 汽车 半导体领域的竞争进入到了加速阶段?

汽车 半导体领域的头把交椅发生变化

众所周知,2015年当中发生了很多并购案,其中,NXP收购飞思卡尔是当年半导体领域中的一大重大变化,而这也促使 汽车 半导体领域发生了变化。

根据市场研究机构IHS Technology在2014年发布的数据显示,在没有发生该笔并购之前,2013年全球 汽车 半导体供应商排名中,前十名供应商的名次与2012年完全相同,当时位居榜首的是瑞萨,紧随其后的是英飞凌和意法半导体。

(2013年全球 汽车 半导体供应商排名)

由于NXP收购飞思卡尔后,这两者的合并销售额得到了大幅度的提高,从而,NXP于2015年跃居 汽车 芯片市场龙头宝座。瑞萨则下滑到了第三的位置,有报告指出,瑞萨 科技 的下滑是由于受到美元对日圆汇率眨值而持续受挫。

在NXP蝉联 汽车 半导体榜首数年之后,伴随着英飞凌收购赛普拉斯的方案的敲定,这种格局再次发生了变化——在 汽车 半导体方面,英飞凌将以13.4%的市场份额超越其竞争对手恩智浦,成为最大的 汽车 半导体供应商。而在 汽车 微控制器领域,英飞凌也将跻身前三。

我们都是知道,无论是飞思卡尔还是赛普拉斯,他们在 汽车 半导体领域中的地位都不算低,但他们却都走向了被收购的结局。而收购他们的也都同样是在 汽车 半导体领域中享有盛名的企业,这种发生在细分领域巨头之间的并购,是否也意味着这个细分领域市场将要爆发?

在哪些方面展开竞速

根据 汽车 市场情况来看,在低碳经济的理念指引下,全球 汽车 产业正朝着能源多元化、智能化、绿色化三大方向不断催生出新的变革。在此驱动下, 汽车 半导体在 汽车 当中将扮演着越来越重要的角色。

根据德勤分析给出的数据来看,半导体成本(即电子系统零部件的成本)已经从2013年的每车312美元增加到了如今约400美元。 汽车 半导体供应商正获益于微控制单元、传感器、存储器等各类半导体设备需求的大幅上涨。到2022年,半导体成本预计将达到每车近600美元。

每量车所带来的600美元成本则来自于多种 汽车 半导体器件,包括MCU、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器及其他。这也是各大 汽车 半导体企业所抢夺的市场。就车用微控制器而言,它在传统燃油车和新能源 汽车 中均能发挥用处,而在NXP和英飞凌完成收购后,他们在车用微控制器方面的实力都有所提升。这也为他们追逐当下 汽车 市场利润提供了支持。

此外,新能源也是 汽车 发展过程中不可忽略的大方向。由传统内燃 汽车 向新能源 汽车 的转变意味着 汽车 要像电气化、电子化方向发展,而电气电子模块中最核心的就是半导体芯片。

根据中商产业研究院的报道显示,电气化和智能化为 汽车 半导体带来的影响主要包括以下三个方面:首先是摄像头雷达等感知层器件的搭载量上升,推动了CIS、激光器、MEMS等半导体器件的市场;其次,自动驾驶从L2向L4升级,带动了用于决策的 ASIC、GPU等计算芯片的用量增加;第三,动力传动系统从燃油引擎向混合动力及纯电动的升级大幅推高功率半导体用量的增加。

以上三个方面为 汽车 半导体领域带来了新的发展契机,也同样带来了新的竞争者。新的竞争者主要出现在车载计算芯片的应用上,计算领域芯片巨头英伟达、英特尔等,纷纷开始投入到自动驾驶领域,其中英特尔更是斥资153亿美元收购视觉ADAS主导厂商Mobileye,以布局 汽车 领域的发展。

除此之外,车载雷达也是 汽车 半导体企业在近些年来着力发展的市场之一,尤其是在车用毫米波市场上,多家企业已经推出了相关产品并展开了竞速,尤其是在77GHz毫米波雷达上竞速已经铺开了,参与其中的半导体企业包括NXP、英飞凌、TI等。

同时,在 汽车 感知层方面中所涉及的CIS领域也有了新的玩家参与。众所周知,安森美是 汽车 CIS领域的龙头,其市场占有率超过50%。而伴随着三星宣布其CIS发展后,它就成为了 汽车 CMOS图像传感器领域中的搅局者,ISOCELL Auto就是三星为强化其CMOS图像传感器在 汽车 领域的应用所推出的品牌。

第三代半导体器件的发展也推动着 汽车 半导体产业向前发展,尤其是在车用功率器件领域,第三代半导体将发挥着巨大的作用。对此,也有很多 汽车 半导体厂商在该领域中进行拓展。英飞凌、罗姆等企业在碳化硅领域中拥有着不错的成绩,同时,意法半导体在今年以来,也增加了其在氮化镓领域的布局,它从合作和收购两方面入手(意法半导体在今年3月收购了氮化镓创新企业Exagan的多数股权),力图未来在 汽车 电子方面取得成绩。

此外,车联网的大趋势也为 汽车 半导体提供了发展的动力,但就市场形势来看,车联网还处于发展阶段,其技术发展路线并没有统一。目前,车联网 V2X通信技术有 DSRC与LTE-V两大路线。NXP主推 DSRC 技术,高通则主推 LTEV 和 5G 标准。

从这些企业在 汽车 半导体领域中的布局,我们不难看出, 汽车 半导体市场的竞争正在加速。

主要营收市场发生变化

汽车 半导体需要依靠 汽车 来发挥它的作用,而 汽车 却不像消费类产品,大部分终端用户不会在短期进行更换,因此, 汽车 市场的需求量可能会极大地影响 汽车 半导体的发展。

根据Strategy Analytics的《2016年 汽车 半导体厂商市场份额》显示,在该年中, 汽车 半导体厂商的主要收益来源国首次由日本变为中国,这也意味着全球 汽车 电子产业结构转换。同时,根据前瞻研究院的报告显示,中国 汽车 产销量已经连续十年蝉联全球第一,属于全球 汽车 产销大国。

中国不仅是目前全球大的 汽车 市场,也是全球 汽车 制造中心之一。据德勤预计,轻型 汽车 产量在全球范围内的占比将达到近29%,而这些趋势均使亚太地区倍受半导体厂商的青睐。

对于传统 汽车 半导体巨头来说,他们比较熟悉车规的标准,凭借其多年的经验,他们在 汽车 半导体市场中占有着有利的位置。此外,对于类似英伟达和英特尔等通过利用计算芯片打入 汽车 市场的半导体企业来说,由于这类芯片也是 汽车 的新应用,因此,产品性能或许才是重要的。而凭借他们在半导体产业中多年的积累,他们则在技术实力上占据着优势(他们还可以通过积累的资本,以收购的方式来提升他们的实力)。

国产 汽车 芯片新势力

面对国际 汽车 半导体厂商的强劲实力,本土 汽车 半导体企业的发展之路并不平坦,他们不仅要面临着技术和法律壁垒,还要接受国内 汽车 电子产业上下游互动机制尚不完善的挑战。在这种情况下,我国本土仍有一些 汽车 半导体企业在该领域中默默耕耘,试图打破这种困局。这其中不仅包含本土半导体厂商向 汽车 领域进行拓展,还有一些Tire 1企业参与到了 汽车 半导体的研发中来。

就本土半导体企业而言,近期,我们发现有很多企业开始倾向 汽车 领域的发展,且他们所针对的应用也十分多样化,涉及了车控类芯片、CIS、车联网、毫米波雷达等多种领域。

具体来看,四图维新旗下的杰发 科技 就是在这期间成长起来的专注于 汽车 半导体等领域的企业,其车控类 汽车 电子芯片的表现尤为亮眼;大唐恩智浦则致力于于新能源 汽车 及传统 汽车 的电源管理和驱动,在 汽车 半导体领域大展拳脚;AI独角兽企业地平线也开展了 汽车 相关的业务,其地平线征程二代芯片已被一些整车厂商所采用;在车用毫米波雷达领域,也出现了一些初创企业致力于此,包括加特兰、隼眼 科技 、安智杰等企业;同时,还有一些半导体企业增加了 汽车 领域的投资,包括华为投资了车载以太网芯片研发商裕太车通。

此外,国内Tire 1也顺着 汽车 智能化和电气化的发展方向,开始与半导体厂商进行合作,或者自行研发相关的半导体器件。这当中包括,吉利集团控股的亿咖通 科技 与Arm中国合资建立了湖北芯擎 科技 ,规划建设车规级芯片及通讯模组的研发、测试及生产基地。此外,在车用IGBT方面取得了一定成绩的比亚迪也于今年宣布,其半导体业务已完成了拆分,并正式更名为比亚迪半导体有限公司。据悉,引入战略投资者完成后,该公司还将继续深耕于车用IGBT领域。

结语

汽车 半导体已经成为了半导体产业当中最具发展前景的领域之一。同时在电气化和智能化趋势的推动下,传统车厂也开始寻求能够助力其向这个方向发展的半导体供应链,这为半导体产业带来了新的发展机会,由此,也引起了半导体企业在 汽车 领域展开竞速。

同时,伴随着近些年来人工智能等技术的提升,与 汽车 相关的AI芯片也开始渗入到 汽车 中来,因此,也催生了一些专注于计算芯片和感知层芯片的企业能够有机会参与到 汽车 半导体芯片的竞争中来。

汽车 半导体的竞争不仅引起了半导体巨头的注意,在新应用中还吸引了一些初创企业参与其中。因此,我们也看到并购、收购股权这样的事发生在 汽车 半导体领域中。而这都加剧了 汽车 半导体行业的竞争。

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作为中国最早涉足新能源 汽车 领域的民营车企,比亚迪从一开始就没有将自己局限为一家整车制造企业。

对新能源 汽车 产业链的 深度垂直整合 ,是比亚迪在国内 汽车 产业立足的一大特色。

从 2019 年 3 月至 2020 年 4 月期间,比亚迪利用一系列的拆分与整合将其自有的新能源 汽车 核心供应链进行了大幅重构,其中就包括 5 家弗迪系公司以及一家专攻半导体技术的公司——「 比亚迪半导体 」。

关于 5 大弗迪系公司,我们先按下不表,今天重点来聊聊新近拆分的「比亚迪半导体」。

1.27 亿元融资,1 年内估值翻 4 番,比亚迪半导体为什么金贵?

2020 年 4 月,比亚迪通过对比亚迪微电子等公司的一系列股权转让和业务划转,重组成立了一家名为「比亚迪半导体」的公司。

「比亚迪半导体」由比亚迪微电子、宁波比亚迪半导体以及广东比亚迪节能 科技 三合一而成,同时还吸纳了惠州比亚迪实业的智能光电、LED 光源和 LED 应用相关业务。

随后在 5 月和 6 月,比亚迪半导体先后在 A 轮和 A+ 轮融资中拿下了总计约 27 亿人民币的巨额投资。

在拿下这两轮融资前,比亚迪半导体的官方估值为 75 亿 人民币。

而根据前不久中金对比亚迪半导体给出的最新估值已经高达 300 亿 人民币。

在比亚迪半导体的 A 轮与 A+ 轮投资方中,既有长于资本运作的红杉资本、中金资本、国投创新等机构;也有如北汽产投、上汽产投、中芯国际、ARM、小米等产业资本。

两轮融资中,超过 30 家机构的 44 名投资主体成为比亚迪半导体的外部股东,这部分股东目前持有该公司约 28% 的股份,剩余股份则全部归属于比亚迪。

这也意味着比亚迪仍然享有对这家公司的绝对控制权。

7 月,有媒体报道,比亚迪有意推动比亚迪半导体独立上市,传闻称将登陆 科创板 创业板

2.IGBT:电动车的「心脏」

重组后的比亚迪半导体,其主要业务覆盖功率半导体、智能控制 IC、智能传感器和光电半导体的研发、生产和销售,而且拥有包含芯片设计、晶圆制造、封装测试和下游应用在内的系统化能力。

在比亚迪半导体的众多产品中,最为核心的莫过于 车规级 IGBT 芯片 模块

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)全称「绝缘栅双极晶体管」,是一种大功率的电力电子器件,也是新能源 汽车 电控系统非常核心的组件。

它能够直接控制直、交流电的转换,决定驱动系统的扭矩( 汽车 加速能力)、最大输出功率( 汽车 最高时速)等。

另外,因为车辆电控系统的能耗主要来自逆变器控制器部分,而逆变器控制器损耗的 70% 又来自开关部分,也就是最核心的元件 IGBT。

所以, IGBT 的效率也间接影响车辆的续航里程。

作为 IGBT 模块的核心, IGBT 芯片 动力电池电芯 并称为电动车的「双芯」,其成本占整车成本的 5% 左右。

如果以整个 IGBT 模块的成本来计算,这个数值要提升至 7% 以上。

以特斯拉 Model S 为例,其使用三相异步驱动电机,其中每一相的驱动控制都需要使用 28 颗塑封的 IGBT 芯片,三相共需要使用 84 颗 IGBT 芯片。

在比亚迪半导体推出真正可量产的车规级 IGBT 之前,国内的车用 IGBT 供应 90% 以上都依赖于国际巨头,比如英飞凌、安森美、三菱、富士通等等。

这些年,包括比亚迪半导体、斯达半导在内的国产供应商发力追赶。

以 2019 年的数据为例:

全球第一大 IGBT 供应商英飞凌为中国的电动乘用车市场供应了约 62.8 万套 IGBT 模块,市场占有率接近 60%。

而比亚迪半导体则供应了接近 20 万套,市占率约为 20%

比亚迪半导体在 IGBT 领域的进展,背后是比亚迪长达 15 年的投入。

比亚迪半导体走到今天,也离不开王传福在 2008 年顶着巨大压力做出的一个决定。

3.点石成金:王传福收购中纬积体电路

比亚迪最早在 2005 年组建研发团队,正式布局 IGBT 产业。

这个时间点距离比亚迪收购秦川 汽车 仅过去两年,这年也是比亚迪旗下首款真正意义上自研的车型——比亚迪 F3 的诞生之年。

从这点来看,比亚迪在很早就有掌握 IGBT 这个电控系统核心元件的想法,其切入口则是整套系统中最为关键的 IGBT 芯片。

2005 年前后,国内集成电路设计和生产能力都非常薄弱,比亚迪要设计 IGBT 芯片的难度可想而知。

到 2008 年,比亚迪内部研发 IGBT 芯片迟迟没有成果,而且还面临芯片设计出来怎么制造的问题。

这年,王传福看上了一家半导体制造企业—— 中纬积体电路 (宁波)有限公司。

这家公司成立于 2002 年,注册资本 1 亿美元,主要从事晶圆生产、芯片制造,在当时被称为浙江省最尖端的高 科技 项目。

宁波市政府积极引入这个项目,众多投资人更是狂热追捧。

中纬积体电路在当时之所以如此受欢迎,也是因为国内发展集成电路制造产业之心非常迫切。加之这家公司其实和台积电颇有渊源。

中纬积体电路是由台湾亚太 科技 和大茂电子共同出资成立。中纬积体电路董事长冯明宪曾任大茂电子董事长、亚太 科技 公司执行长。

上世纪 90 年代,台湾大力发展半导体产业。台积电刚成立时,台积电一厂就是台湾经济部工研院租借给其厂地,张忠谋在执掌台积电之前,就曾是工研院的院长。

2002 年 2 月台积电一厂租借到期后,台积电将厂区内的一座实验室捐给了工研院,并且将余下的晶圆厂设备卖给了冯明宪曾执掌的亚太 科技 。

这批二手设备正好成为了中纬积体电路创立的基础,但也给这家公司后来的发展埋下了隐患。

经过从 2002 年到 2008 年五年多的发展,中纬积体电路并没有成长为外界期望的半导体制造明星公司,而是一步步走向衰落。

其最大的问题就是芯片生产设备老旧、设备维护费用高而致产能不足,另外就是资金短缺。

各种原因集中起来,最终导致中纬积体电路经营惨淡,走向被拍卖的结局。

2008 年,这家濒临破产的半导体企业,几乎找不到人接盘。

转机出现在这年 10 月,比亚迪王传福在众多的外界质疑声中斥资近 2 亿人民币拍下了中纬积体电路,后来这家公司就变成了「 宁波比亚迪半导体 」,现在已经被整体并入「比亚迪半导体」。

当时在外界看来,这起收购将让比亚迪至少亏损 20 亿人民币,公司股价也应声下跌。

然而,后来的事实证明,王传福这一收购决策让比亚迪的 IGBT 产品研发和制造走上了正轨。

王传福接手中纬后,将其业务整合到比亚迪生产链上,核心产品就是电动 汽车 IGBT。

就这样,比亚迪在 IGBT 芯片和器件的研发设计及生产制造端建立起了较为完整的能力。

4.IGBT 的演进方向

2009 年,比亚迪正式推出 IGBT 1.0 芯片,并且成功通过中电协电力电子分会的 科技 成果鉴定,这颗芯片推出也打破了国际巨头在这一领域的技术垄断。

随后 2012 年,比亚迪又推出了 IGBT 2.0 芯片。

基于这块芯片,比亚迪打造出了车规级 IGBT 模块,并应用在比亚迪纯电动车 e6 上。

2015 年,比亚迪又将 IGBT 芯片升级为 2.5 版本。

自研 10 年、收购中纬积体电路 7 年之后,比亚迪的 IGBT 业务不断壮大,这年其 IGBT 模块的营业额突破 3 亿人民币。

2017 年,比亚迪 IGBT 4.0 芯片研发成功,并于 2018 年 11 月正式推出车规级 IGBT 4.0 芯片。

在这款芯片的加持之下,比亚迪 IGBT 模块的综合损耗较当时市场主流产品降低了约 20%,其温度循环寿命可以做到市场主流产品的 10 倍以上。

比亚迪 IGBT 4.0 芯片

现在的比亚迪已经是全球唯二拥有 IGBT 这个电控核心元器件设计与生产能力的 汽车 厂商,另一家则是丰田。

比亚迪半导体的 IGBT 产品,除了用于比亚迪 汽车 外,还与金康 汽车 、蓝海华腾、吉泰科等多家整车、电控供应商达成合作。

今年 4 月,比亚迪总投资 10 亿 人民币的 IGBT 项目在 长沙 开工。

这个项目设计年产 25 万片 8 英寸晶圆的生产线,投产后可满足年装 50 万辆 新能源 汽车 的产能需求。

现阶段,比亚迪 IGBT 芯片晶圆的产能已经达到 5 万片/月,预计 2021 年可达 10 万片/月,一年可供应 120 万辆新能源车。

对于比亚迪半导体来说,其在 IGBT 领域所取得的成就已是过往,在这个技术迭代如此之快的领域,不进则退。

随着纯电动 汽车 性能的不断提升,其对功率半导体组件也提出了更高的要求。

作为纯电动车电机、电控系统的核心元器件,IGBT 器件的性能也需要不断演进。

现在以硅材料为基础的 IGBT 已经接近性能极限,比亚迪大规模应用的 1200V 车规级 IGBT 芯片的晶圆厚度已经减薄至 120um (约两根头发丝直径),再往下减难度极大。

对于整个行业来说,寻求性能更佳的全新半导体材料成为共识。

碳化硅 (SiC)则是最佳的后继者,也被称为第三代半导体材料。

据了解,碳化硅临界击穿场强是硅的 10 倍,带隙是硅的 3 倍,热导率是硅的 3 倍,所以被认为是一种超越硅材料极限的功率器件材料。

相关业内人士表示,相对于现在的硅基 IGBT,碳化硅基 IGBT 将会提供更低的芯片损耗、更强的电流输出能力、更优秀的耐高温能力以及缩小电控体积和重量等众多优点。

但现阶段因较高的成本费用,碳化硅基 IGBT 暂时只应用于长续航版本的纯电动 汽车 上。

比亚迪半导体作为业内的头部公司,自然看到了这一趋势,目前已经投入巨资布局碳化硅材料功率器件,加快其在电动车领域的应用。

按照比亚迪半导体的规划,到 2023 年,其将实现碳化硅对硅基 IGBT 材料的全面替代,将整车性能在现有基础上再提升 10%。

5.比亚迪半导体更大的野心

现在这个阶段,绝大多数行业都在研讨芯片国产替代的问题,所有企业都不希望像华为遭遇突然的断供和禁令,害怕被绑住手脚。

以车规级半导体为核心产品的比亚迪半导体,便是典型的 IGBT 芯片国产替代者。

以往其器件基本上供应的是比亚迪的车型产品,去年比亚迪的新能源车销量在 23 万辆左右,这个规模对于 IGBT 芯片走量其实是局限。

国内新能源 汽车 的年销量已经突破了百万台,保有量超过 400 万台。

重组之后的比亚迪半导体,其野心已不再局限于比亚迪自身,而是瞄准国内所有新能源车企,甚至是国际厂商。

而对于整个中国新能源 汽车 产业来说,新增这样一家车规级半导体供应商,意味着新能源车企有机会实现 IGBT 芯片和器件的国产化替代,毕竟目前大多数车厂依然是从国外供应商手中采购这类核心部件。

比亚迪半导体的分拆融资以及以后的上市,对于比亚迪以及中国新能源 汽车 产业发展来说,实际上是双赢。

自 2005 年开始 IGBT 的研发,到 2008 年收购芯片制造工厂中纬积体电路,再到如今开展碳化硅基 IGBT 器件的研发,比亚迪在这条道路上已经走过了 15 年。

如今的比亚迪半导体已经成长为国产第一大 IGBT 供应商,成为了抗衡国外供应商的先锋。

下一个 5 年、10 年和 15 年,比亚迪半导体还将实现哪些野望?

作为新能源车里的“CPU”,IGBT因技术难、投资大,与动力电池一样,被业内称为新能源 汽车 核心技术的“珠穆拉玛峰”。

多年以来, IGBT核心技术一直掌握在日本、欧洲等国外厂商中,制约了国内新能源 汽车 的大规模商业化。直至比亚迪的出现,一拳打破“卡脖子”技术。

而继比亚迪之后,又有一家中国企业将量产车规级IGBT。

据华虹宏力公众号消息,近日,华虹半导体有限公司与斯达半导举办“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量产仪式”,并签订战略合作协议。

双方共同宣布, 携手打造的高功率车规级IGBT(绝缘栅双极型晶体管)芯片,已通过终端车企产品验证,广泛进入了动力单元等 汽车 应用市场。

IGBT全称“绝缘栅双极型晶体管”,是影响电动车性能的关键技术,是新能源车的“大脑”,其成本约占整车成本的5%。

IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度: 直接控制直、交流电的转换,同时对交流电机进行变频控制,决定驱动系统的扭矩(直接影响 汽车 加速能力)、最大输出功率(直接影响 汽车 最高时速)等。

所以,可以说IGBT与新能源车的关系就如同CPU与电脑,是新能源 汽车 最核心的技术。

据悉,华虹半导体已在12英寸生产线上成功建立了IGBT晶圆生产工艺,产品顺利通过了客户认证,成为全球首家同时在8英寸和12英寸生产线量产先进型沟槽栅电场截止型IGBT的纯晶圆代工企业。

目前,华虹半导体12英寸IGBT产出已超10000片晶圆。去年斯达半导生产的 汽车 级IGBT模块合计配套超过20万辆新能源 汽车 。


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