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深入了解汽車系統(tǒng)級(jí)芯片SoC連載之一：汽車系統(tǒng)級(jí)芯片概覽及AEC-Q100車規(guī)
首先要厘清汽車芯片供應(yīng)鏈，這是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的供應(yīng)鏈。
汽車芯片有兩個(gè)源頭，一個(gè)是IDM，也就是整合元件制造商，IDM自己完成芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封測(cè)三個(gè)主要環(huán)節(jié)。另一個(gè)是晶圓代工廠Foundry。有些IC設(shè)計(jì)公司即Fabless，自己沒(méi)有晶圓廠，委托晶圓代工廠生產(chǎn)芯片。
而IDM也會(huì)將部分自己做起來(lái)成本效益不劃算或產(chǎn)能不足的時(shí)候，將部分芯片委托晶圓代工廠生產(chǎn)。晶圓代工廠生產(chǎn)芯片后進(jìn)入封測(cè)廠，封測(cè)完成出貨給IDM/Fabless，也有一些封測(cè)完成后先出貨給晶圓代工廠，然后再轉(zhuǎn)交給IDM/Fabless，這樣IDM/Fabless就只需要和晶圓代工廠打交道即可。
IDM/Fabless拿到芯片后大部分都出貨給大型Tier1即一級(jí)供應(yīng)商，也有少量給分銷網(wǎng)絡(luò)，有些需求量比較低的廠家，IDM/Fabless有些時(shí)候直銷成本高，就通過(guò)分銷商給這些需求量比較低的廠家，通常小微型的一級(jí)供應(yīng)商，供應(yīng)小微車廠。
除了比亞迪這樣很多元件都內(nèi)部完成的車廠是不會(huì)直接采購(gòu)芯片的，因此如果說(shuō)因?yàn)樾酒倘倍噺S減產(chǎn)，那肯定是錯(cuò)誤的，車廠直接面對(duì)的不是芯片廠家而是Tier1，只能說(shuō)某個(gè)零部件短缺。至于是否是芯片短缺還是Tier1產(chǎn)能不足，只有Tier1才最清楚，車廠聽(tīng)到的信息是二手信息。也有極少數(shù)芯片如特斯拉的FSD，由三星代工，從三星拿貨。
還有一些電子制造服務(wù)（EMS）如偉創(chuàng)力、廣達(dá)、和碩之類的，直接從IDM/Fabless采購(gòu)芯片，廣達(dá)為特斯拉采購(gòu)并制造特斯拉車機(jī)和智能駕駛系統(tǒng)，偉創(chuàng)力為福特制造車機(jī)和車燈。除此之外，很少有汽車產(chǎn)品委托EMS廠家制造。
汽車芯片從Tier1下單到拿到產(chǎn)品通常需要100-120天，大約3-4個(gè)月時(shí)間，以NXP為例，其典型庫(kù)存周期就是110天。從Tier1拿到芯片，制造出產(chǎn)品再交貨給整車廠，大約需要1個(gè)月時(shí)間，整車廠拿到Tier1提供的零組件到上組裝線再到出貨給4S店，大約需要1-2個(gè)月時(shí)間。也就是說(shuō)汽車芯片廠家會(huì)滯后整車廠的需求5-6個(gè)月。
各領(lǐng)域的典型代表廠家見(jiàn)下表。
資料來(lái)源：各公司報(bào)告
2019年全球汽車半導(dǎo)體規(guī)模大約372億美元。汽車半導(dǎo)體來(lái)自IDM的占大約87%，來(lái)自Fabless的約占13%。汽車半導(dǎo)體可分為五大類：
一）功率半導(dǎo)體，主要包括PowerManagement ICs、LDO、DC/DC、MOSFET、IGBT、Diodes（Fast Recovery，Schottky，High Voltage）。功率半導(dǎo)體是汽車半導(dǎo)體最主要構(gòu)成，大約占汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的43%。
二）除MCU外的ASSP、ASIC、模擬、混合IC、FPGA、DSP與GPU，約占汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的20%。
三）MCU，大約占汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的20%。
四）傳感器，主要包括圖像傳感器、MEMS傳感器、霍爾傳感器。約占汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的8%。
五）存儲(chǔ)器，包括各種嵌入式內(nèi)存，SRAM、DRAM、FLASH，約占9%的市場(chǎng)。
下表為全球十大汽車半導(dǎo)體企業(yè)2019年及2020年收入排名，汽車業(yè)務(wù)所占總收入比例為2020年數(shù)據(jù)。除博世外，汽車業(yè)務(wù)沒(méi)超過(guò)一半。2019年全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模大約372億美元，2020年萎縮至350億美元。
全球十大汽車半導(dǎo)體企業(yè)2020年收入排名
資料來(lái)源：各公司報(bào)告
圖片來(lái)源：IC Insight
上圖為細(xì)分領(lǐng)域排名。傳感器領(lǐng)域，博世第一，主要是加速度傳感器、液位傳感器、氣壓傳感器、重力傳感器和IMU，基本上都是MEMS傳感器。英飛凌主要是磁傳感器、電流、壓力、雷達(dá)傳感器和MEMS麥克風(fēng)。安森美主要是圖像傳感器。Melexis主要是電流、速度、壓力、磁、溫度、速度、光學(xué)傳感器。NXP主要是雷達(dá)傳感器。
MCU領(lǐng)域，NXP主要是動(dòng)力傳遞領(lǐng)域，包括EPS、ESP、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、變速箱管理、車身、空調(diào)、車燈、鑰匙和座椅領(lǐng)域。瑞薩主要是儀表、車機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、電機(jī)控制和底盤，儀表和車機(jī)領(lǐng)域幾乎處于壟斷地位。英飛凌主要是ADAS、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、動(dòng)力傳遞，在ADAS領(lǐng)域幾乎處于壟斷地位。德州儀器主要是車身、照明、動(dòng)力傳遞領(lǐng)域。Microchip主要是車身和ADAS領(lǐng)域。
功率元件領(lǐng)域，英飛凌主要是IGBT、MOSFET、驅(qū)動(dòng)IC。意法半導(dǎo)體主要是SiC、MOSFET和驅(qū)動(dòng)IC。羅姆半導(dǎo)體主要是驅(qū)動(dòng)IC、LDO。德州儀器主要是驅(qū)動(dòng)IC和PMIC。安森美主要是MOSFET。
2018-2020年全球晶圓代工廠家收入排名
資料來(lái)源：IC Insight
2019年全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模大約372億美元，2020年萎縮到350億美元，2021年強(qiáng)力增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)增幅30%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)455億美元，其中，來(lái)自IDM的占大約90%，來(lái)自Fabless的大約占10%，換句話說(shuō)，自己設(shè)計(jì)并制造芯片的占90%，自己設(shè)計(jì)委托別人代工廠代工的占10%。也就是說(shuō)汽車芯片晶圓代工規(guī)模約為45億美元，這是個(gè)不大的市場(chǎng)，利潤(rùn)也不算豐厚，晶圓代工廠沒(méi)有積極進(jìn)取的動(dòng)機(jī)。
臺(tái)積電在汽車芯片晶圓代工領(lǐng)域市場(chǎng)占有率大約50%，其次是意法半導(dǎo)體，是Mobileye除EyeQ5外唯一代工廠家，市場(chǎng)份額約24%，再次是三星，估計(jì)有15%份額，然后是Global Foundries，大約有9%的市場(chǎng)占有率。這個(gè)市場(chǎng)集中度極高。 單看收入規(guī)模不能看出晶圓代工廠的優(yōu)劣，需要看毛利率、營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率和稅前凈利率。
2021年3季度全球六大晶圓代工廠收入、毛利率、營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率和稅前凈利率
資料來(lái)源：各公司報(bào)告
上表中，Global Foundries長(zhǎng)期虧損，剛在美國(guó)上市，2021年上半年Global Foundries毛利率剛剛轉(zhuǎn)正。三星的晶圓代工業(yè)務(wù)隸屬系統(tǒng)LSI部門，對(duì)外沒(méi)有公布過(guò)單晶圓代工業(yè)務(wù)的任何財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，晶圓代工是系統(tǒng)LSI部門的主要業(yè)務(wù)，但并非全部，除了晶圓代工，三星系統(tǒng)LSI部門也對(duì)外出售芯片，如圖像傳感器、供貨給奧迪的座艙SoC等芯片。
三星系統(tǒng)LSI部門3季度的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率預(yù)計(jì)只有11%，2季度為5%，1季度為-5%，考慮到系統(tǒng)LSI部門單獨(dú)出售芯片的利潤(rùn)率遠(yuǎn)高于晶圓代工，三星晶圓代工業(yè)務(wù)3季度的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率肯定低于10%，預(yù)計(jì)只有8-9%，與中國(guó)臺(tái)灣三大代工廠相比差距極為明顯，估計(jì)3季度三星晶圓代工業(yè)務(wù)收入大約45億美元。三星的晶圓代工業(yè)務(wù)大而不強(qiáng)，反觀臺(tái)積電，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率是三星4倍。
12納米以下汽車芯片代工只有臺(tái)積電和三星可選，三星產(chǎn)能充足，價(jià)格便宜，性能雖差，是大部分實(shí)用主義者的選擇，如瑞芯微、安霸、百度都選三星。臺(tái)積電性能很好，價(jià)格卻很高，產(chǎn)能緊張，需要長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)。
Global Foundries汽車領(lǐng)域主要產(chǎn)品
圖片來(lái)源：Global Foundries
圖片來(lái)源：Amkor
Amkor是全球最大的汽車芯片封裝廠家，大約占其13%的收入，也就是大約6.5億美元。 電子元件分銷商也是汽車芯片供應(yīng)鏈一環(huán)，大的整車廠和國(guó)際級(jí)Tier 1，需求穩(wěn)定，芯片大廠都與之簽訂季度或年度供貨合同，除此之外的小廠都不直接供貨，而是由分銷商供應(yīng)，分銷商對(duì)市場(chǎng)供求關(guān)系感受最為深刻，因此在供應(yīng)緊張時(shí)會(huì)囤積居奇，形成滾雪球效應(yīng)。
2019-2020年全球15大電子元件分銷商
資料來(lái)源：各公司報(bào)告
上述15家國(guó)際分銷商可分為四類：
1）授權(quán)分銷商，以艾睿、大聯(lián)大、安富利、富昌前五強(qiáng)為代表，他們與上游原廠合作緊密，對(duì)產(chǎn)品擁有足夠話語(yǔ)權(quán)，是上下游客戶的“蓄水池”和“緩沖帶”。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是大者恒大，特別是艾睿，德州儀器全球唯一授權(quán)代理商。
2）獨(dú)立分銷商，代表有Smith，業(yè)務(wù)模式以提供快速的現(xiàn)貨或緊缺料為主，擁有靈活的全球調(diào)貨能力，主動(dòng)地保有庫(kù)存，在分銷市場(chǎng)上起到了“潤(rùn)滑劑”的作用。
3）元器件電商，知名的有Digi-Key、貿(mào)澤電子、Farnell旗下的e絡(luò)盟等，其發(fā)展重心在線上交易平臺(tái)，功能大而全，提供中小批量服務(wù)。受益于疫情期間“非接觸經(jīng)濟(jì)”的崛起，跨境電商迎來(lái)長(zhǎng)期成長(zhǎng)空間。但其價(jià)格通常是長(zhǎng)期合同價(jià)的4-5倍。
4）混合型分銷商，通常既擁有全權(quán)授權(quán)和特許經(jīng)營(yíng)權(quán)，又可提供快速現(xiàn)貨交付，服務(wù)形式更為靈活。
常見(jiàn)座艙與智能駕駛SoC算力統(tǒng)計(jì)
資料來(lái)源：各公司報(bào)告
