【国君汽车】芯片短缺对汽车行业影响几何

国君汽车团队飞来汽车 2023-01-06

芯片短缺对汽车行业影响几何

汽车行业专题报告之芯片篇

本报告导读

供需失衡导致汽车芯片短缺，预计会在2021年Q3逐步恢复正常。全球汽车产销量H1会受到一定影响（其中Q2影响更大），但在H2将继续复苏。

摘要

供需失衡导致汽车芯片短缺，预计会在2021年Q3逐步恢复正常。全球汽车行业复苏超预期，同时芯片供应短期有压力带来了汽车芯片短缺问题，会对2021年H1全球汽车产销量带来影响，其中Q2影响更大。但在提价以及巨头博弈下供给端将逐步改善，预计汽车芯片短期问题会在Q3逐步消除，全球汽车行业将在H2继续复苏。具备汽车芯片供应能力的整车厂以及供应商短期受益，推荐标的比亚迪，受益标的斯达半导。

规模不断增长的汽车芯片行业，被国际巨头所垄断，对台积电依赖有差异。汽车芯片可分为控制类（MCU和AI芯片）、功率类、传感器和其他，从燃油车到BEV，单车半导体价值量将从457美元提升至834美元，市场基本被国际巨头所垄断。MCU的制程普遍在40nm以下，不同MCU来自不同供应商，通常为代工模式，台积电占所有汽车MCU约70%的市场份额；功率类制程在90nm以上，生产模式以IDM为主（厂商自己设计和生产），在部分产品逐步开始国产替代。

短期供需失衡带来汽车芯片的短缺现象，MCU类产品受影响较大。需求端2020年一季度疫情发生后整车巨头下调了芯片的采购量，而2020年四三季度开始全球汽车销量超预期带来了芯片需求端的超预期；供给端汽车芯片以成熟制程为主，成熟制程本身供给弹性小，汽车需求在芯片中占比较低，议价能力偏弱，在其他行业需求旺盛时芯片供应商较难快速把产能像汽车芯片切换，叠加日本、美国等部分产能遭受自然事件影响，供给上较难快速提升产量。而MCU类通用性偏弱，同时主要以台积电代工生产的模式为主，受影响相对较大。

短期对汽车行业产销量带来一定冲击，预计在2021年Q3会逐渐恢复正常。IHS预计受芯片短期影响2021Q1全球汽车行业将减产100万辆，我们判断随着芯片库存的不断减少Q2受影响会更大。但在提高价格以及主机厂直接对接芯片企业等多重因素下，汽车芯片的供应会不断提升，预计会在Q3逐步恢复正常。此次芯片影响也会让整车厂重新审视采购模式以及各国在芯片领域的布局。

风险提示：汽车芯片供给复苏低于预期。

正文要点

1. 规模不断增长的汽车芯片行业

规模不断增长的汽车芯片行业，被国际巨头所垄断，对台积电依赖有差异。汽车芯片可分为控制类（MCU和AI芯片）、功率类、传感器和其他，从燃油车到BEV，单车半导体价值量将从457美元提升至834美元，市场基本被国际巨头所垄断。MCU的制程普遍在40nm以下，不同MCU来自不同供应商，通常为代工模式，台积电占所有汽车MCU约70%的市场份额；功率类制程在90nm以上，生产模式以IDM为主（厂商自己设计和生产），在部分产品逐步开始国产替代。

按功能分，一般将汽车芯片分为控制类（MCU和AI芯片）、功率类、传感器和其他（如存储器）。在市场规模上，全球汽车芯片市场规模预计将从2020年的380亿美元以上增长至2026年的676亿美元，CAGR +10.07%。

汽车电气化和智能化将带来汽车芯片用量的大幅提升。按英飞凌的数据，从燃油车到BEV，单车半导体价值量将从457美元提升至834美元，而其中功率半导体的单车价值量从无到有至330美元。

1.1. 车规级MCU规模稳步增长，单车用量不断增加

控制类芯片包括MCU和随着智能化兴起的AI芯片。MCU（Microcontroller Unit），一般称作微控制单元，俗称单片机，是把CPU、内存（RAM+ROM）、多种I/O接口等整合到单一芯片上形成的芯片级计算机。一般按照CPU一次处理数据的位数分为8、16和32位MCU。

在具体应用上，往往越豪华的车使用的MCU越多，同一台车的MCU往往来自于不同的供应商，这取决于一级零部件供应商的采购：奥迪Q7有38个MCU分别来自于7个供应商，本田雅阁有20个MCU分别来自于8个供应商。

在市场规模上，全球车规级MCU市场规模预计将从2020年的65亿美元增长至2025年的88亿美元，CAGR+6%，与汽车芯片行业的整体增速接近

在竞争格局上，车规级MCU竞争格局分散，但国产渗透率极低，欧美日传统厂商占据绝大部分市场份额。根据IHS Markit的数据，2020年全球车规级MCU市场CR7市占率达到98%。由于车规级MCU研发周期长，认证要求远高于消费和工业级MCU，中国仅几家企业能够实现中低端品类的量产，国产渗透率很低。

1.2. 汽车智能化快速发展，AI芯片高速增长

汽车智能化对算力提出了巨大的需求，车规级AI芯片将作为未来智能化汽车的“大脑”。不同于以CPU运算为主的MCU，AI芯片一般是集成了CPU、图像处理GPU、音频处理DSP、深度学习加速单元NPU+内存+各种I/O接口的SOC芯片。

在具体应用上，当前AI芯片主要搭载于高端纯电乘用车，以新势力和部分传统车企中高端纯电车型为主，用于自动驾驶模块。

在市场规模上，根据Global Market Insights测算，全球车规级AI芯片市场规模将从2019年的10亿美元增长至2026年的120亿美元，CAGR +35%。

在竞争格局上，目前第一梯队来自于头部消费芯片厂商和新势力的跨界，包括英伟达、Mobileye（被英特尔收购）和特斯拉，第二梯队是一些中国厂商，包括地平线、寒武纪和华为等，大部分传统汽车芯片厂商相对落后，中国厂商有望在车规级AI芯片实现弯道超车。

1.3. 新能源车占比不断提升，功率类芯片迎来爆发式增长

功率半导体器件是进行电力转换和控制的半导体器件，典型应用场景包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等。其已应用于所有电子产品上，生命周期长，对制程要求低。

在发展路线上，从材料看，功率半导体的衬底材料正从Si转向使用宽禁带材料SiC/GaN（在高压下表现更好）；从晶体管结构看，IGBT和MOSFET两种结构成为主流。在近五年，Si IGBT和SiC/GaN MOSFET最具前景（SiC/GaN IGBT成本太高，短期不具备太大的应用价值）。

在具体应用上，燃油车一般使用低压MOSFET，衬底材料为Si，应用场景包括：

1. 直流电机、电磁阀、LED等负载的驱动，这是主要应用场景，未来仍有望持续增长（在燃油车这块），动力来自于直流电机数量持续增加（机械泵被电子泵代替，智能化带来电控数量增加），直流无刷电机BLDC代替有刷电机，MOSFET代替继电器

2. 电源防反接、防过流等电路保护

3. 电源模块中Buck、Boost、Cuk等电压转换。这是因为燃油车的电源来自于12V/24V蓄电池，但是电器负载的工作电压范围广泛，需要进行电压转换。

与燃油车相比，BEV的动力系统由发动机、变速器等机械零部件转变为电池、电机、逆变器、DCDC、OBC等电气零部件，功率器件的性能要求更高，IGBT和高压MOSFET占据主流，新增需求来自于主逆变器中的IGBT模块或分立器件，车载OBC、DC/DC中的高压MOSFET，辅助电器中的IGBT分立器件。

MOSFET方面：在市场规模上，根据Verified Market Research，全球车规级MOSFET市场规模将从2019年的10.71亿美元增长至2027年的17.04亿美元，CAGR +6%。

在竞争格局上，英飞凌是龙头，外资占据绝大多数市场份额，中国厂商以生产低压MOSFET进行国产替代，但主要局限于工业和消费类，在车规级MOSFET上几乎没有份额。

IGBT方面：在市场规模上，根据IHS Markit，2018年全球IGBT市场规模62亿美元，其中模块、分立器件及IPM分别占比52%、21%和27%，其中汽车行业在模块和分立器的用量约为25%，合计约11亿美元，IPM在汽车行业的应用仍在探索中。

在竞争格局上，IGBT近年来格局稳定，英飞凌是龙头，外资占据绝大多数市场份额，但是在车规级IGBT方面，我们看到比亚迪、斯达半导和中国中车近年来逐步实现国产替代，2019年在中国车规级IGBT中，比亚迪、斯达半导和中国中车分别占据20.0%、16.6%和1.1%，不过在制造工艺等方面仍落后于国际巨头。

1.4. 智能化浪潮下，传感器类芯片用量高速增长

汽车传感器分为车辆感知和环境感知两大类，对应的芯片也可以据此分为两类。动力、底盘、车身及电子电气系统中的传感器属于车辆感知范畴，智能汽车中引入的车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达属于环境感知范畴。

1.5. 存储器：存储容量不断扩大，行业空间有望打开

存储器分为闪存和内存，闪存分为NAND Flash和NOR Flash，内存分为DRAM和SRAM。汽车上产生数据的主要包括ADAS（自动驾驶）和信息娱乐系统两个板块，智能化带来的海量数据将增加汽车存储器的需求，根据Counterpoint Research估计，未来十年，单车存储容量将达到2TB-11TB。

2. 短期供需失衡带来汽车缺芯

短期供需失衡带来汽车芯片的短缺现象，MCU类产品受影响较大。需求端，2020年一季度疫情发生后，整车巨头下调了芯片的采购量，而2020年四三季度开始全球汽车销量超预期带来了芯片需求端的超预期；供给端汽车芯片以成熟制程为主，成熟制程本身供给弹性小，汽车需求在芯片中占比较低，议价能力偏弱，在其他行业需求旺盛时芯片供应商较难快速把产能像汽车芯片切换，叠加日本、美国等部分产能遭受自然事件影响，供给上较难快速提升产量。而MCU类通用性偏弱，同时主要以台积电代工生产的模式为主，受影响相对较大。

主要缺MCU的原因在于：相比于AI芯片，车规级MCU是用成熟制程，而目前成熟制程的需求正旺，相互竞争产能；相比于功率类和传感器类等，车规级MCU种类繁多，规模效应不好。

2.1. 需求端原因：2020Q4汽车销量超预期反弹，物联网等众多赛道需求齐爆发相互竞争产能

汽车芯片类产品采购周期一般在半年到一年，2020年上半年由于疫情原因，很多主机厂下调了产量，同时也下调了芯片的采购量，但是2020年四季度开始全球以及中国汽车销量快速增长，导致芯片库存不足。从结果上，像现代和起亚由于没有在2020H1减少芯片订单量，现在基本不受缺芯影响。

2020年以来，物联网等新赛道的芯片需求持续增长，其中很多是针对成熟制程的需求，与车载芯片形成竞争。根据IC Insights的估计，未来5年，成熟制程需求并不会被先进制程侵蚀，保持稳定。

根据BIS Research的统计，全球物联网芯片市场预计从2019年的93.4亿美元，增长至2029年的386.1亿美元，CAGR +15.18%。物联网的应用场景包括工业自动化控制等，MCU在其中扮演了重要的角色。

2.2. 供给端原因：代工MCU将鸡蛋放到一个篮子里，代工厂缺乏动力扩建相关产能

MCU代工现象在汽车芯片领域是主流模式。这些供应商并不是没有自己的芯片生产工厂，但由于以下原因：一是MCU的制程普遍在40nm以下，导致芯片生产线投资巨大；二是MCU品类多且差异性大，导致生产的规模效应差。所以MCU的供应商们出于成本考虑，在MCU的生产上普遍选择Fabless（代工模式）。

台积电是车用MCU的主要代工方。台积电无论在产能还是在制程研发上一直行业领先，虽然现在能生产40nm左右制程芯片的代工厂有好几家，但是历史上MCU供应商还是选择了台积电。目前台积电TMSC生产出货量占所有汽车MCU约70%的市场份额。

由于汽车芯片的盈利能力较低以及成熟制程的产能弹性较小，台积电分配给MCU等汽车芯片的产能相对有限：

一是相比于智能手机等其他行业，汽车芯片对代工厂营收贡献较少，2019年仅占台积电营收的4.48%。汽车芯片本身就批次多、单批次比消费电子数据差距巨大，盈利能力也差别比较大，代工厂没有足够的动力去保障这些“小订单”。

二是台积电等几家头部代工厂近年来在升级产能，如台积电，其先进制程的营收份额从2018年的42.76%增长至2019年的50.58%，导致其在成熟制程上的产能扩建不足，相关产能吃紧。

就整个芯片代工行业来看，仅仅只是头部几家代工厂在不断地追求更先进的制程，许多代工厂由于发现了成熟制程巨大潜在需求而专注于成熟制程的生产。但是很多车载MCU主要以台积电代工生产为主，而切换代工厂商的周期很长且成本很高，并不能经济且快速地解决“缺芯”问题，导致MCU生产商并不愿意这样做。

此外，2020年下半年以来，日本、欧洲、美国等地相继出现了因为特殊原因停工停产的情况，进一步加剧了芯片短缺。

3. 提价+产能倾斜下，预计2021年Q3缺芯问题好转

短期来看，影响主要包括车企停产和芯片提价。到2021年2月底，除了现代、起亚和宝马等少数车企，绝大多数车企都已经公开声称受到缺芯影响，许多已经实施了实质性的停产。

伯恩斯坦咨询预计2021年缺芯将在全球范围内造成产量损失200-450万辆；IHS预计2021Q1全球减产100万辆，其中中国25万辆、欧洲13万辆、北美10万辆；AlixPartners预测2021Q1缺芯将带来140亿美元损失，2021全年将有610亿美元损失，其中中国约250亿美元、欧洲约140亿美元。

在芯片价格上，从去年年底到现在，许多芯片厂商普遍提价10%-20%。市场普遍预期，这两个短期问题至少持续到2021年Q3。

中期来看整个芯片行将分配更多的产能到汽车上，缺芯问题预计会在2021年Q3开始好转。受到汽车芯片大幅提价以及整车巨头和芯片巨头之间的博弈，台积电已经在2021年1月宣布将把更多产能转移到汽车芯片上。

长期来看，各国会重视汽车芯片产业，主机厂也会直接对接芯片一级供应商等等，此次缺芯让各国意识到芯片产能的重要性，分别积极扩大对芯片产能的投资，特别是欧美国家强烈地意识到自己在芯片产能上被亚洲地区“卡脖子”。芯片制造产业链建设周期很长，长期来看芯片制造格局可能存在变数。

4. 投资建议

推荐标的比亚迪，受益标的斯达半导

比亚迪：公司具备汽车MCU的生产能力，先后推出8/32位车规级MCU芯片，批量装载在比亚迪全系列车型上；在IGBT领域，公司是国内龙头，2019年在中国车规级IGBT中，比亚迪市占率达到20%。

5.风险提示摘要

汽车芯片供给复苏低于预期：汽车芯片的供给受到不同企业、不同行业之间博弈的影响，同时也受到了自然灾害的影响，日本的地震以及美国大雪都造成了短期的停产。汽车芯片的供应存在低于预期的风险。

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