1.研究背景
1.1全球汽车芯片荒的现状
2020年12月份以来，国外车企纷纷遭遇车载芯片短缺问题，大众、丰田、本田、福特、日产等国外厂商先后传出因芯片供应不足部分产线停产或减产，国内合资车企的部分车型也因为芯片问题受到影响。
由于汽车芯片短缺，IHS markit于2月16日预计一季度全球减产近100万辆汽车，较此前2月初的预期（减产67.2万辆汽车）大幅上调。LMC Automotive预测，与2019年同期相比，2021年一季度全球汽车产量将同比下降10%,意味着产量减少110万辆，其中60-70万辆是由于芯片短缺导致，其余则是疫情封锁措施造成的。
此次芯片短缺主要为MCU，MCU又称微控制器，可以理解为各类分散设备的“小脑”，用以实现其动作或功能。汽车用MCU分散在座位、雨刷、空调、影音、动力等多个部分，一辆传统汽车包含70个MCU,而智能汽车的MCU总量超过300个。本次芯片短缺一是应用于ESP(电
子稳定控制系统)的MCU（微控制单元），另一种是用于ECU(电子控制单元)中的MCU。在中国市场，一般10万元以上的车型，特别是中高端车型都会配备ESP。它是汽车主动安全系统的一部分，能起到防侧滑作用。ECU 广泛应用于汽车各控制系统中，被喻为“行车电脑” 。
备注：MCU又名单片机，是通过将CPU的频率与规格适当缩减，并将内存、计数器等周边接口整合在单一芯片上，形成芯片级计算机。它能够减少系统尺寸，降低设备成本，从而满足对运算能力和存储容量要求不高的零件的需求。简单来说MCU的功能偏向控制型。
1.2 汽车芯片荒的原因分析
一、表层原因：
（1）疫情及突发事件干扰
受疫情影响，大部分芯片供应商降低产能或关停工厂，再加上对车市的预测偏悲观，作为以订单情况来规划产能的半导体制造商，在没有接到足够订单的情况下，也主动降低了产能。随着中国疫情逐渐受到控制，乘用车市场也得到显著恢复，车企产能增加也带动了芯
片需求量的提升，与供应侧出现“错配” 。2020 年 9 月底，日本音频 IC巨头旭化成惟一的晶圆工厂失火，82 小时未扑灭，导致部分 IC 芯片暴涨 22 倍。11 月，意法半导体三个工会的员工，在各自工厂举行了大罢工，抗议工作量过于饱和，以至于VX 芯片严重短缺，代理商也趁机涨价。另外，欧洲西部恶劣的天气，也造成运输不畅、
原料供应发生了问题，影响了芯片厂商备货。
（2）汽车厂商对需求反弹估计不足
车企对全年车市景气度回升的估计不足，导致需提早半年至一年做产能规划的晶圆芯片上游企业无法及时调整增加产能。电动化、智能化、网联化的发展使整车对主控芯片及功率半导体的需求快速增长，同时消费电子、工业、通信等其他领域也伴随 5G 的应用普及，不断向智能化发展，也产生了大量对相关芯片的需求，挤占了车规芯片的产能空间。
（3） 消费电子等挤占产能
疫情蔓延，消费者足不出户导致了全球消费电子领域芯片需求激增，各大芯片代工商为了全力生产消费电子领域所需的芯片，进一步下调了今年汽车芯片的产能。此消彼长之后，
汽车芯片的产能出现大幅下滑。同时消费电子领域特别是手机芯片的需求量增加，也在一定程度上挤占了汽车芯片的产能。疫情期间居家办公也带动笔记本、平板等电子产品的需求增长，从而拉动相关芯片的需求上涨。
（4） 汽车芯片使用的8英寸晶圆供不应求
8 英寸晶圆的应用涵盖了汽车、消费电子、通信、计算、工业等各个领域。目前很多芯片代工商都已经停止了 8 英寸晶圆的生产销售，转为生产 12 英寸的晶圆。截止到2019 年，全球还在生产 8 英寸晶圆的工厂已经不足 200 家，需求大，而产能小。
二、深层次原因：
汽车MCU行业的门槛高，却没有话语权，逐渐将 MCU产能七成外包台积电。由于MCU芯片散布于汽车各个部分，汽车制造商要求零不良率，以保障行车安全。以市占率三成的全球 MCU 巨头瑞萨为例，分包商对于车用芯片的公开要求是：-40~75℃、湿度95%、15--25KV的静电环境中，必须要拥有20年质保，不良率控制在100万分之一 以下。但 MCU 厂商在产业链中的占位较低，大多为博世、大陆等一级供应商之下的二级供应商，或是汽车厂的三级供应商。
2.汽车芯片的产业链分析
2.1汽车半导体分类
一般可将汽车半导体分为模拟IC、逻辑IC、存储IC、分立器件、微控制IC、光学器件、传感器、执行器等几个大类。其中，MCU是传统燃油车半导体产品中占比最高为23%，而新能源汽车的半导体中功率半导体占比最高，达到55%。
图表 1 传统燃油车各类半导体占比
图表 2新能源汽车各类半导体占比
2.2 汽车半导体的市场规模
根据Gartner机构预测，到2022年汽车半导体应用市场规模有望达到651亿美元，占据半导体市场份额的12%，远低于数据处理、通信消费电子领域。
从汽车半导体细分领域来看，汽车电子中光电器件和 ASSP（电机控制专用芯片）的增长较快，应用于辅助驾驶系统和电动车的半导体增速较快。
2.3 汽车半导体竞争格局
中国自主品牌98%以上的车载半导体来自于欧美供应商，在货源受限的情况下，将进入无限期停产状态。部分自主品牌不得不修改车载半导体的标准，改用1990-2000年代淘汰的产品。
半导体前十大供应商：恩智浦、瑞萨电子、英飞凌、意法半导体、博世、德州电子、安森美、罗姆半导体、东芝、亚德诺，掌握了全球车载半导体市场的80%以上市场份额。
2.4 汽车芯片产业链全景图
基础技术 | |||||
操作系统 | 域控制器 | IGBT | 汽车线束与连接器 | ADAS/AD主控芯片 | 网关 |
QNX LG webOS Android AGL ROS ACRN Sysgo Microsoft Alphabet | 伟世通 大陆 博世 安波福 麦格纳 维宁尔 佛吉亚 松下 东软 | 英飞凌 赛米控 富士电机 三菱电机 安森美 日本电装 罗姆 日立 东芝 | 耐克深斯 李尔 莱尼 矢崎 罗森伯格 泰科电子 立讯精密 得润电子 住友电工 京信通信 | NXP 英特尔 高通 德州仪器 英伟达 瑞萨 赛灵思 英飞凌 意法半导体 地平线 寒武纪 华为 | 大陆 博世 安波福 李尔 德国迈隆 联合汽车电子 英飞凌 NXP 瑞萨 德州仪器 |
基础技术 | |||||
OTA | AUTOSAR软件 | 线控低盘 | 数字钥匙 | 汽车云服务平台 | 无线通讯模组 |
哈曼 Excelfore Aribiquity Windriver 艾拉比 科格达 红石阳光 博世 大陆 安波福 日本电装 | Windriver Elektrobit Vector 西门子mentor 普华软件 东软睿驰 经纬恒润 塔塔汽车 Autron | 博世 大陆 舍佛勒 耐世特 采埃孚 万都 NSK 拓普集团 格陆博 | 博世 大陆 法雷奥 日本电装 阿尔派 NXP 意法半导体 德州仪器 银基安全 | 华为 百度 阿里 腾讯 AWS 微软 | u-blox 广和通 Telit Sierra Wireless 华为 高新兴物联 移远通信 |
存储 | 电动马达控制 | 灯光控制 | 电池管理系统 | 通用模拟器件 | 车载娱乐系统 |
美光 SK海力士 东芝 | NXP TI Renesas Infineon Bosch Denso | 安森美 NXP | 安森美 Infineon ST 东芝 | NXP Renesas Omnivision ST | Ti NXP Renesas ST 德赛西威 华阳集团 均胜电子 |
感知 | ||||
高精地图 | 激光雷达 | 毫米波雷达 | 视觉 （摄像头） | 超声波雷达 |
Waymo TomTom Zenrin Camera 泰为科技 博世 高德 四维图新 百度地图 千寻位置 晶众地图 美行科技 智途科技 深动科技 | Velodyne 大陆 博世 法雷奥 安波福 维宁尔 深圳速腾聚创 上海禾赛光电 力策科技 万集科技 大疆览沃 光珀智能 广州中海达 大族激光科技 | 大陆 博世 安波福 维宁尔 日本电装 法雷奥 英飞凌 意法半导体 富士通天 | 大陆 博世 GENTEX 安森美 富士通 日本理光 LG电子 欧菲光 英特尔 英伟达 特斯拉 精湛光电 海康威视 纵目科技 舜宇光学 | 博世 日本陶瓷 日本电装 日本松下 日本村田 三菱电子 国睿科技 航盛电子 |
MEMS传感器 | 高精定位 | 红外与夜视 | 路侧智能感知 | |
Bosch Denso Panasonic Sensata STM 台积电 日月光 安靠 | 博世 霍尼韦尔 移远通信 意法半导体 广和通 Novatel 中海达 易成 华大北斗 千寻位置 南方测绘 元生创新 北云科技 | FLIR Adasky Omnivision Raytron MSK 大立科技 北方厂微 高德红外 维宁尔 博世 大陆 安波福 | 万集科技 金溢科技 千方科技 星云互联 华为 中国汽研 川速微波 | |
座舱与车联网 | |||||
V2X | HUD（平视显示） | 中控仪表 | 语音 | T-BOX | DMS |
大陆 博世 LG电子 哈曼 高通 法可赛 NXP 上海移远 大唐高鸿 广和通 千方科技 蘑菇车联 | 大陆 日本电装 Nippon SEIKI 伟世通 日本精机 未来黑科技 乐驾科技 点石科技 华阳多媒体 疆程 水晶光电 | 大陆 日本精机 日本电装 伟世通 矢崎 | 科大讯飞 思必驰 云知声 同行者 大众问问 小度 | LG电子 大陆 哈曼 博世 日本电装 法可赛 速锐得 博泰 | 法雷奥 日本电装 现代摩比斯 伟世通 博世 维宁尔 |
智能后视镜 | 汽车座舱SOC | 车载显示 | 智能座舱设计 | 车联网 | |
法雷奥 麦格纳 Ficosa Tokai Rika 华阳集团 豫兴电子 大众问问 天之眼 路畅科技 | NXP 德州仪器 瑞萨 高通 英特尔 三星 英伟达 | 大陆 日本精机 伟世通 马瑞利 博世 矢崎 佛吉亚 中科领航 华一电子 | 中科创达 经纬恒润 科尤特 EB 东软 伟世通 博世 佛吉亚 | 鸿泉物联 雅讯网络 中交兴路 启明信息 经纬恒润 英泰斯特 有为信息 视航网络 | |
三、图像传感器（CIS芯片）的市场概况
图像传感器分为CMOS和CCD两种，由于 CMOS 图像传感器具有集成度高、标准化程度高、功耗低、成本低、体积小、图像信息可随机读取等一系列优点，从 90 年代开始被重视并获得大量研发资源，其市场份额占比逐年提升，目前已广泛应用于智能手机、功能手机、平板电脑、笔记本电脑、汽车电子、移动支付、医疗影像等应用领域，成为移动互联网和物联网应用的核心传感器件。根据相关咨询机构预测，CMOS传感器的市场份额有望从2019年的83.2%进一步提升至89.3% 。
预计到 2022 年全球 CIS 市场规模将从 2020 年的约 200 亿美元增长到250 亿美元左右，意味着每年 9-17%的增长。
3.1 手机是CIS最大的应用领域
从应用来看，手机是 CMOS 图像传感器的主要应用领域，销售额占比近80%，其他主要下游应用还包括平板电脑、笔记本电脑等其他电子消费终端，以及汽车电子、安防监控设备、医疗影像等领域。
图表 3 2020年CIS下游应用领域塔塔汽车
3.2 CIS在汽车领域的应用
汽车领域占 CIS 总需求的 7%。车载摄像头主要包括内视摄像头、后视摄像头、前视摄像头、侧视摄像头、环视摄像头等，主要应用于 360 全景影像、前向后碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等 ADAS 中。目前，后视摄像头是CIS 汽车领域的主要应用，总体呈稳定增长趋势。汽车 CIS 市场中，安森美是最大玩家，拥有 44%的市场份额，其次是韦尔股份（21%）)和索尼（9%）。
3.3 CIS在安防领域的应用
在安防行业，安防视频监控系统需要使用大量图像采集摄像头。安防领域占到 CIS 市场需求的 5%，其增长较为稳健，2021-2022 年有望保持 4-7%的增长。随着越来越多的监控摄像头配备了人工智能功能以及其他如高分辨率、清晰夜视、低功耗等要求，这也给 CIS 带来了新的需求。
中国是全球最大的视频监控市场，2018 年中国市场占全球专业视频监控设备投入的比例约为 46%。未来随着物联网的普及以及监控摄像机的不断发展，物联网的出现使得监控摄像机不仅局限于机场、火车站、银行和办公楼等企业应用，而是成为了零售、智慧城市和智能家居的重要组成部分，以用于收集和分析大数据，安防领域的需求将持续上涨，对 CMOS 图像传感器的需求也将同步提升。安防市场上，2020 年思特威和韦尔股份是最大的两家厂商，分别占有 31%的市场份额，而索尼的市场份额 18%。
3.4 在工业领域的机器视觉应用
机器视觉技术在工业领域中应用广泛，核心功能包括产品识别、测量、定位及检测，是实现产品分拣、装配、搬运、质检等多个生产环节智能化转型的核心技术，相较于人工生产具备降本增效等显著优势。
3.5 CIS在医疗影像的应用
医学影像诊断主要依托图像识别和深度学习两项技术。主要用于解决以下三种影像诊断需求：
1）病灶识别与标注。对X线、CT、MRI等影像进行图像分割
、特征提取、定量分析和对比分析，对数据进行识别与标注，帮助医生发现肉眼难以识别的病灶。
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