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
一、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）。
二、汽车芯片的缺货情况、原因及持续性
（一）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。
（二）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。
三、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。
（一）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。
（二）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IGBT的外供比例（目前自供为主）。
MOSFET领域，闻泰科技收购安世后成为国产主力供应商，华润微、士兰微、新洁能等公司积极布局。
MOSFET领域的全球格局同样由英飞凌、安森美等进口品牌主导，不过整体国产化率好于IGBT，目前华润微、安世半导体（闻泰科技收购）已进入全球前十，士兰微、新洁能、扬杰科技、捷捷微电等进展同样顺利。
聚焦到车规MOSFET领域，目前国产主力供应商为闻泰科技收购的安世半导体。
安世半导体前身是汽车半导体大厂NXP旗下标准器件部门，最早可追溯至飞利浦半导体时代，下游涵盖汽车电子、通信、工业、消费电子、计算机等多个领域，其中汽车电子占据40+%营收是安世集团最重要下游。
被闻泰科技收购后，安世半导体在技术升级、产能扩张、客户拓展方面获得更多资源加持，在这一轮车载功率半导体景气周期中深度受益。
与此同时，新洁能、华润微、士兰微等公司正积极推进汽车MOSFET的客户拓展，同样有望受益于本轮景气周期。
（三）受益方向3：
传感器芯片，ADAS助推摄像头需求提升，看好国内CIS龙头
目前车载CIS市场中，安森美占比达60%，韦尔股份（豪威）份额约20%，后续看好豪威份额扩张。
根据安森美、Yole等公告，2018年车载CIS市场中安森美市场份额约60%，韦尔股份（豪威）份额约20%左右。
具体产品方面，安森美车载产品像素范围达到0.3-8.3M；韦尔股份切入车载市场十余年，在1.3M/1.7M等具有成熟产品线，并且在2019年底发布其首款800万像素产品OX08A、OX08B，可以实现高动态范围成像以及LED闪烁抑制等功能，标志着其在高像素产品的突破。
同时公司拥有手机市场所积累的像素隔离、堆叠等技术储备，可以有效应用于车载市场，有望在后续车载高清化过程中实现进一步份额扩张。
韦尔股份：
已具备汽车电子零部件供应资质，储备HDR、全局快门、汽车芯片级封装等技术。
与手机领域不同，汽车供应链更注重资质，前期的开发及验证期可能长达两到三年，但是一旦获得后就可以保持长期稳定供应。
韦尔股份于2019年收购豪威科技，切入汽车CIS领域，并成为全球车载CMOS图像传感器龙头之一，目前公司在车载领域已经获得安全性认证ISO26262以及芯片方面的可靠性认证AECQ100，产品已经通过tier2厂商供应终端车厂。
技术方面，公司储备的高动态范围（HDR）技术可以防止运动伪影，保证高
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