芯片（汽车）研究框架

芯片的分类有多种分类方式。

全球年规模4700亿美元半导体市场，按照结构分类，包含数字芯片（3300亿美元）、模拟芯片（588亿美元）、传感器和分立器件四大类。

集成电路按照号处理方式，可分为处理离散数字号的数字芯片和处理连续模拟号的模拟芯片。

半导体行业中，数字IC技术难度高，追求极致的效率，因此常谈的7nm、5nm、3nm就是指应用在数字IC制造环节的工艺制程，主要被少数几个跨国公司把控，国产化率极低，所以成为市场最为关注的领域。

数字芯片主要用于计算机和逻辑控制领域，它的工作原理是通过晶体管控制电流的“开”和“关”，来表达数据或息的“1”和“0”，或者表达逻辑判断的“是”与“非”，所以数字电路也称为开关电路或者逻辑电路。数字电路主要是由工作在开关状态的晶体管组成的。因此，数字电路的规模大小由其中的晶体管多少来分类。数字电路芯片主要包括以下7类。

 1.逻辑电路(包括与门、或门、非门、锁存器、移位器、计数器、编码器、译码器、选择器、比较器、运算器等。

 2.通用处理器(CPU、GPU、DSP、APU等)通用处理器是由海量逻辑电路组成的，它包含了控制、存储、运算、输入输出等部分，形成了一个完整的数据和息处理系统。

 3.存储器(SRAM、DRAM、PROM、Flash等)存储器是用于存储数据和息的芯片。其中，可细分为静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM、LPDDRX)、可编程只读存储器(PROM)、闪速存储器(Flash)和嵌入式存储器(Embedded Memory)等。

 4.单片系统(SoC)单片系统就是把一个电子系统全部集成到一颗芯片中。只要给SoC芯片加上电源和少量外部电路，就可以实现一个完整的电子产品或系统的功能。例如音视频播放器(MP4)、汽车导航仪、手机等都可以用一个SoC芯片加少量外部元器件来实现。SoC芯片内部一般由CPU核、嵌入式存储器、I/O接口(按键、触控、USB、WiFi……)等部分组成。SoC芯片是面向具体应用领域而设计的专用系统级芯片。SoC芯片不像CPU芯片那样可以跨领域通用，只能在本应用领域内使用。

  5.微控制器(MCU)微控制器通常也称为单板机或单片机，它是简化版的通用处理器(CPU)。以MCU或SOC芯片为核心搭建的电子系统也称为嵌入式系统，MCU和SOC也被称为嵌入式微处理器。

 6.定制电路(ASIC) 如果用户不想使用通用芯片，而是按自己的应用要求定制一款芯片，这种芯片就称为全定制芯片。二代身份证芯片就是典型的ASIC例子。

  7.可编程逻辑器件(PLD) (包括PLD、PAL、GAL、FPGA等)前面第1～6类芯片被称固定逻辑电路芯片，它们从代工厂生产出来后，功能就被固定下来，不能再进行任何大的改变。  可编程逻辑器件(PLD)由工厂生产出来后，其功能还没有确定，需要设计人员按需求进行编程后，芯片才能表现出想要的功能。而且某些种类的PLD芯片还可以进行多次编程，十分适合要对芯片的功能进行完善和升级的应用场合，例如通设备、移动通基站等。

模拟芯片在电路中主要承担传输和能源供给的任务，包括通用模拟芯片和特殊应用模拟芯片。其中通用模拟芯片按照功能可分为电源管理芯片和号链芯片，特殊应用芯片则主要面向汽车、通、消费电子等领域的特定需求。

模拟芯片和数字芯片的区别

1、模拟芯片用来产生、放大和处理各种模拟号，而数字模拟芯片用来产生、放大和处理各种数字号；

2、模拟芯片利用的是晶体管的放大作用，数字模拟芯片利用的是晶体的开关作用。

模拟芯片的核心作用就是连接现实世界与数字世界。

电源管理芯片负责电子设备中各器件的电能供给，起到电能转换、分配和监测的作用。电源管理芯片的主要职能为将电源输入的电能转换到电路中各负载可接受的电流电压范围，并在不同负载之间进行合理的电能分配，同时监控电源的工作状态并进行调整。常见的电源管理芯片包括交直流转换器（AC-DC、DC-AC）、稳压器（线性电源、开关电源）、驱动类芯片和高集成度的 PMIC 等。；号链芯片负责整个模拟号通路中号的收发、转换、放大、滤波等工作。

号链芯片负责整个模拟号通路中号的收发、转换、放大、滤波等工作。自然界的物理号（如声、光、温度等）通过传感器转化为模拟电号传入电路，经放大器进行放大处理后，由模数转换器转化为数字号，输入到数字芯片中进行处理和运算；数字芯片输出的号经过数模转换器重新转化为模拟号，经处理后输出电路。以上过程被称为号链。常见的号链芯片包括放大器、数据转换器（ADC、DAC）、接口、隔离芯片等。下图为号链全过程。

行业特点1

由于应用广泛，模拟芯片受到单一下游景气度的影响比较小，从历史数据来看，2000-2017年，模拟芯片的波动率为1.8%，而典型的周期行业存储器的同期波动率高达6.7%。

行业特点2

在模拟芯片赛道中，之所以市场格局比较稳定，一个重要原因就是模拟芯片并不遵循摩尔规律。因为模拟芯片产品的核心要求是高噪比、高稳定性、高精度、低功耗，而这些要求并不需要硅片上元器件的集成度线性上升。所以，在数字芯片已经发展到 5nm 制程工艺，模拟芯片则采用成熟制程（0.13um，0.18um 是主流，最先进可达 28nm），而且除 TI 与 英飞凌（Infineon）拥有12 寸晶圆线外，其余模拟芯片厂商均选择在 8 寸晶圆线上生产。由于不用疲于奔命的赶先进制程，且下游客户对产品的验证周期很长，因此模拟芯片更是慢工出细活，某些明星产品生命周期可长达 10 年以上。

模拟行业市场规模广阔，由于产品种类众多，且生产周期长，头部供应商也并未实现完全垄断，竞争格局呈现出分散的特征。

行业特点3

模拟芯片虽然相对其他半导体赛道市场相对分散，但是实际护城河是相当深的。主要有三个原因

1、用户粘性模拟芯片产品的可靠性至关重要，在验证合格后很少进行供应商切换。

2、料号众多模拟芯片绝大部分都不是通用型的，而是专用型的，行业领头羊德州仪器产品料号超过十万种，ADI（模拟器件） 产品料号（产品编码）超过 4 万。

3、专利壁垒领先的厂商通常拥有工艺专利或者封测厂等内部资源，坐拥更高技术壁垒，可以获得更强的盈利能力。

4、此外，由于不需追赶先进制程投资，IDM（垂直整合制造） 厂商制造产线折旧完成后，公司将获得较高的利润率。形成护城河的龙头企业可以长期享受超额利润。比如德州仪器的毛利率长期高达60%以上，2019年净利润超过50亿美元。

汽车芯片分类

在汽车芯片领域中，分类主要按照功能分类。分为

数字芯片-计算芯片包括MCU，SOC芯片；

数字芯片-存储芯片RAM、FLASH；

传感器-传感芯片CIS、MEMS；

模拟芯片-电源功率芯片IGBT、MOSFET。

模拟芯片-号链芯片。

汽车电动化对车载模拟芯片的影响主要体现在动力总成。新能源汽车的动力系统由电池、电机和电控组成，其中多次的电能转换均需要模拟芯片的参与。以电池管理系统（BMS）为例，混合动力汽车和纯电动汽车均增加了充电、AC/DC、DC/DC 需求。相较于传统燃油汽车，新能源汽车中电源管理类芯片的用量约提升 20%，达到单车 50 颗；栅极驱动器是新能源汽车中全新的需求，每辆车约需要 30 颗芯片。（电源管理芯片）

汽车智能化主要影响座舱域中的自动驾驶系统和人机交互设备。智能驾驶系统需要通过传感器获得大量数据，预计 L2 级别的汽车会携带 6 个传感器，而 L5 级别的汽车会携带 32 个传感器。此外，智能汽车中的触控显示屏、仪表盘、车载音响、摄像头等设备的运行均涉及到模拟号处理，使用的模拟芯片种类包括各类驱动、放大器、号转换器、电源管理芯片等。（号链芯片）

车用芯片的主要玩家

谁是中国的英飞凌？

缺芯影响，英飞凌IGBT不断涨价，提货周期52周，一年的时间。

功率半导体的作用精密管控电力。利用的是晶体管的开关作用，通过多个功率开关组合（注有时候还有电阻电感等器件配合）形成拓扑电路，来实现对功率也就是电压电流的控制，最终呈现调速、调频、整流、变压等等功能。简单总结，功率半导体就是转换并控制电力的功率半导体器件。

IGBT和MOSFET是两种晶体管，技术迭代的历史是陆续发明出二极管-晶闸管-晶体管，趋势是提高控制效率。

最新的趋势第三代材料-SIC。

二极管、MOSFET和IGBT，基本都是基于硅基（Si）材料制造；新技术的半导体都可以在SIC的材料做基础，代替SI基，产品完整的说法应该是SiC二极管、SiC MOSFET、SiC IGBT。

为什么必须是SIC？

按照目前的市场行情，碳化硅（SiC）器件的价格大约为硅基IGBT器件价格的4到5倍。而造成该现象对的首要原因是碳化硅材质远高于硅基IGBT材质的硬度。这导致制造碳化硅（SiC）部件的厂商，从设备、工艺、处理到切割的一切都需要进行重新开发。但即便是如此，SiC模块的研发还是不能放弃，因为搭载SiC部件后的车辆可以适当简化驱动系统散热设计并削减电池容量，SiC逆变器能够提升5-10%的续航，并节省400-800美元的电池成本（80kWh电池、102美元/kWh）。而根据日本罗姆（Rohm）公司的推测，到2025年，几乎所有搭载800V动力电池的车型采用碳化硅SiC方案都将更具成本优势。

功率半导体的国产替代。

功率半导体的下游最大领域为汽车，2021年市场格局为英飞凌占据了超过30%以上的份额，其他能够数得上名字也基本都是外资品牌。

国产替代的逻辑1英飞凌的主要产能都在海外，汽车、光伏、风电这些对功率器件稳定性要求极高的下游，需要厂房在看得见摸得着的地方，才会感到安心。下游主要的工业客户无不想切换成国产的供应商，最近一年多的缺芯潮，又急速加快了这一进程。

国产替代的逻辑2从行业发展规律来说，功率半导体属于成熟制程（90纳米）的产品，比亚迪已经研发成功IGBT6.0，采用了90纳米工艺制程，在所有车用芯片中是最小的。与几纳米的手机芯片不同，车载芯片的技术核心是工艺的成熟度，由于其特殊的使用环境，车载芯片也不需要做到那么小，车载芯片更重视的是可靠性、耐用性以及制造成本。

因此基本不受到中美经贸关系的影响，决定本地化能否成功的供需矛盾点就在于

1）是否有下游需求配套？欧洲和日本功率半导体领先就是得益于其下游庞大的工业需求支撑，而中国作为最大的功率半导体采购国，占到全球需求的近4成，需求自然不是问题。

2）能否有好的供给？供给就取决于产能、资金、人才、技术等等方面，关键是要看国产公司的水平如何。

国产替代逻辑3国内功率半导体已经具备了相当不错的水平。技术壁垒相对低的产品比如二极管、晶闸管、中低压MOSFET都基本上完成了对外资品牌的替代，IGBT基本上能够对标英飞凌4-5代的产品水平，华虹半导体也成功突破了在12寸线上制造功率半导体的难题。

以车用的IGBT为例，越来越多的功率企业通过了车规级认证，比如斯达半导、中车时代电气、士兰微、比亚迪半导等等。

国产的车载功率半导体的玩家主要有比亚迪半导体、时代电气、斯达半导，都是IDM（即全产业链一体化）

国内功率半导体上市公司一览

（注闻泰科技是双主业公司，手机ODM业务仍价值几百亿）

国内功率半导体产业链汇总

如何选择这些玩家

1、半导体产能的投资耗资大、周期长，且不确定性非常高，因此历史上愿意投资功率半导体产能的都是少数，都经历过不小的亏损。包括有中车时代电气、比亚迪半导体和士兰微。由于国内功率半导体产业链已经具备不错的竞争实力，显然这不是一个从0到1的行业，仅仅讲梦想是不行的，而必须要落实到能够量化且动态跟踪的维度上。

2、产品谱系功率半导体是一个持续要做产品迭代的行业，因此产品种类的丰富程度相当关键。最好的布局是当前在做主流的IGBT（自研芯片加自己做模块），最好同时在储备下一代的SiC的技术。

3、产能功率半导体目前是IDM为主导的，包括英飞凌、安森美这些大厂都是这种模式。IDM的好处是能够保障产能在自己的控制范围内，这样可以方便进行制造工艺的调试；另一方面，下游的B端客户极度追求稳定性，因此希望供应商也有确定性的产能保障。

4、下游客户以新能源车为例，一台10万的车，功率半导体价值仅0.1万元左右，但它扮演的角色极为关键，因此车企在这些部件上可谓谨慎至极；从下游客户看，斯达半导、中车时代电气、士兰微、比亚迪半导体这四家公司，这些是最值得关注。细分领域的话，瞄准充电桩方向的东微半导，工控领域的新秀宏微科技，切入光伏领域的新洁能。

时代电气是中国的英飞凌吗？

近期一则备受关注的事件时代电气(:688187)投资111亿元加速扩产IGBT项目，投资方向均为中低压功率器件。此外，公司宣布正式成为法雷奥集团电驱动系统的IGBT模块供应商。

IGBT模块的高低压分类和应用

3300V以上为高压模块，主要用于城轨和电网；

1200V和1700V主要用于光伏、风电和工控；

720V和1200V用于电动车的电驱逆变器。

时代电气中低压功率器件项目表示，将大力布局汽车、新能源发电等新兴赛道。111亿元两个项目扩产

宜兴项目新增产能用于新能源汽车。项目建成达产后，可新增年产 36 万片 8 英寸中低压组件基材的生产能力（基建及公共设施具备 72 万片/年的生产能力）。

株洲子项目产品主要应用于新能源发电及工控、家电领域。项目建成达产后，可新增年产 36 万片 8 英寸中低压组件基材的生产能力。

法雷奥的订单，一方面展现了公司在该领域过硬的技术实力，另一方面就是出海。法雷奥的订单供货给雷诺某车型，获得雷诺250万台车的大单。

时代电气是国内少有的功率器件IDM厂商，目前拥有2条8英寸IGBT产线，同时扩产6英寸SiC产线。此前投资的IGBT2期项目已顺利投产，车规级IGBT模块出货量超过110万只。

2022年时代电气车规级IGBT出货量几乎与英飞凌持平，国内市占率将快速攀升至首位，成为国内最大规模车规级IGBT供应商，市占率将达到14%。

值得关注的是，时代电气与其他IGBT厂商所不同的是，公司是反向的渗透路径，做高压领域起家，后切入低压领域。公司是在2020年建成国内首条8英寸车规级IGBT芯片，年产能24万片，产能利用率约80%。

2022年预计全球IGBT新增产能约6万片/月，国内厂商占全球2/3。其中时代电气新增1万片/月。今年产能增长较多的包括时代电气，新增1万片/月；士兰微新增1万片/月；代工厂新增产能较大的包括华虹、积塔和中芯绍兴。

目前时代电气的主要汽车客户包括一汽、广汽、东风、哪吒、长安等国内知名车厂。

时代电气大涨，斯达半导跌停。

在时代电气公告中长期大幅扩产计划以及车用IGBT模块获得海外定点的消息后，投资者在一定程度上担心

1）其他IGBT企业被抢占先发优势，未来海外业务拓展受到一定压力；

2）IGBT产能先前一直处于紧缺状态，未来2-3年后紧缺情况将随着相关企业大幅扩产而明显缓解，加剧行业竞争；

3）车用IGBT“走向海外”边际变化预期差提前兑现，导致除时代电气外个股跌幅较大。

除IGBT外，公司其余新兴装备业务发力正猛，其中电驱业务，据NE时代7月系统装机量数据，公司已进入前4，且8月公司宣布与一汽成立合资子公司，强强联合为未来公司产品放量带来更多可能性，目前公司正积极扩产中，3年产能目标达100万套。工业变流业务，公司积极开拓光伏逆变器、风电变流器产品，据光伏头条数据，上半年公司在国内市场累计中标集中式1.1GW、组串式5.42GW，占有率持续在6、7月位列第一，光伏在手订单达30亿元以上；且近期获国内首家大功率IGBT氢能电源订单，与隆基完成验证，与国内外几个大型项目都在密切合作沟通中。传感器件，下游新能源汽车、光伏风电供不应求。今年将新投25条产线，一条产线新增产能约100-200多万。公司上调传感器“十四五”规划，预期2025年传感器20亿+。SiC方面，目前产能2.5万片/年，可供10-12万辆，未来持续扩产。目前主驱模块已于国内主流造车新势力车企验证，国外大客户也在接触。

但是

中车时代电气新设备占比28%，功率半导体收入只占公司总体的12%。

谁将是中国的德州仪器？

复盘德州仪器的成长历程，发现其无非是两条腿走路

首先是内部高强度研发积累料号。哪怕已进入稳定阶段，自 2014 年起，TI公司研发投入占营业收入比重控制在10%左右，年研发投入绝对金额超10亿美元；

另一条腿就是收购。这主要是因为模拟芯片下游过于分散，很多时候收购比自己做来得更直接，据不完全统计，德州仪器进行了36次并购。

国内玩家矽力杰、圣邦股份、思瑞浦、纳芯微、卓胜微、芯朋微、上海贝岭、富满电子、晶丰明源等。

国产玩家面临的难题

1、收入体量太小。模拟芯片行业的规模效应十分明显，只有收入规模大的企业，才会通过采取IDM的方式，构建成本优势。以德州仪器为例，其是全球唯一拥有 12 寸产线的模拟 IDM 厂商，据称可以使其相对竞争对手获得40%左右的成本优势。在巨大的规模经济下，德州仪器的毛利率长期维持在60%以上，比竞争对手高出10个点以上。

2、绕不开的知识产权。由于模拟芯片本身的高技术含量，且涉及到众多料号，形成知识产权的专利保护是成熟企业的必经之路。

3、人才。模拟芯片新品多采用制程成熟的 BCD 工艺，制造难度不高，关键之处在于设计，而设计的核心在于人才。模拟芯片的设计人员要求极高，既需要熟悉设计工艺的整体流程，也需要对元部件有较深的认知，一般需要 10-15 年才能够培养出一位资深的模拟芯片工程师。