中国新能源汽车渗透率超39%，国产车规级芯片发展大提速
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2024-11-05 13:47:01
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在环保意识的不断觉醒和科技创新的推动下，新能源汽车正逐步成为汽车行业的璀璨新星。从芯片技术、充电设施建设，到智能化、自动驾驶技术的应用，新能源汽车在逐步改变我们对交通出行传统认知的同时，也在重塑着城市的风景线。中国乘用车市场遵循技术引进、自主创新发展和快速崛起三个阶段，受政策刺激、经济驱动和用户需求影响，2001-2010年保持高速增长。进入2018年以来，整体市场呈现结构性调整和稳定增长。预计2025年、2030年中国乘用车市场规模分别接近2,740万辆、3,040万辆，行业洗牌提速，新能源汽车和海外出口将成为市场拓展的核心驱动力。2024年1-6月，中国新能源乘用车销量470万辆，新能源渗透率达到39.2%，其中插电式混合动力车(PHEV)和增程式电动车(REEV)份额持续扩大，占比已接近41%。总体来看，凭借良好的产品技术配置、新颖的外观造型和定价优势，中国自主车企和新势力品牌在国内、国外市场以及中高端细分市场均取得较好表现，自主品牌市场份额超过61%，且持续保持上升趋势。值得注意的是，自主车企新能源渗透率明显高于外资车企，自主阵营中比亚迪全面电动化，东风、上汽通用五菱新能源份额超过50%;合资阵营通用、宝马新能源渗透率处于相对领先地位，合资车企需加快本土化布局。从销售终端来看，中国各级城市和各省份的新能源渗透率均在快速提高，其中三线城市突破了40%，五线城市达到28%，后续随着充电桩及新能源汽车加速下乡等活动的深入，三线及以下城市新能源汽车市场将快速增长。出口方面，2024年上半年乘用车出口仍保持较高同比增长。自主品牌车企仍是出口的绝对主力，出口量前六名均被自主车企占据，俄罗斯、墨西哥、巴西成为2024年上半年中国汽车出口前三大出口目的国。2024年汽车市场有超40个汽车品牌、130个车型参与价格战，从经济型车到豪华车全面覆盖，油电之争愈演愈烈，致使许多经销商和车企均苦不堪言。下半年伊始，BBA(奔驰、宝马、奥迪)已率先退出价格战，但价格战淘汰赛仍将持续。从价格分布来看，随着油电平价车型的陆续推出，10-15万元新能源汽车规模快速增长，规模超105万辆;同时新势力及传统车企品牌向上和新品不断上市，25万元以上中高端车型市场也保持快速发展。行业人士指出，从市场发展趋势来看，2030年前以下三方面的动向特别值得关注：·行业加速洗牌，自主品牌在智能电动汽车领域有望保住先发优势电动化赛道来看：决定有没有。价格战“卷”出了产业竞争新高度，因新能源汽车绝大多数处于亏损状态，导致造血能力较弱和转型较慢的企业将率先出局。智能化赛道来看：(当前)决定好不好，(未来与电动化)共同决定有没有。下一轮产业竞争的焦点，当前无论是自主品牌(传统自主还是新势力自主)，抑或是中国国内智能化产业生态均具备一定优势。2024年，中国新能源汽车(NEV)渗透率预计会超过42%，销量超过1,130万辆;2025年，NEV渗透率将接近49%，销量超过1,350万辆。而到2030年，NEV渗透率有望超过72%，销量超过2,200万辆。2024年中国国产车乘用车出口市场有望突破480万辆，奇瑞、比亚迪、长安有望保持高速增长。东南亚、拉美和欧洲等市场仍将是值得长期重点关注的市场，对进军欧洲的车企来说，需进一步加强碳排放合规和本地化建设。芯片作为抢占汽车智能化赛道的制高点，已成为全球智能汽车竞争的关键核心，全球大多数国家已制定相关法案。同时，以美国为首的国家对中国启动了先进芯片和制造设备的出口管制，来进一步限制中国芯片发展。从芯片产业链来看，虽然中国在材料、晶圆制造和ATP(测试和封装)等环节布局相对完善，但在前端EDA、核心IP、芯片设计、关键制造设备、10nm以下先进制程等领域的竞争力明显不足。具体到车规级芯片，按照目前行业的定义与分类，车规级芯片通常指汽车用集成电路、分立器件、传感器和光电子等元器件及模块。根据实现功能不同，车规级芯片主要可分为控制类、计算类、功率类、传感类、存储类、电源管理类、通信类、信息安全类、驱动类、以及其它不属于上述各类的汽车芯片，共10个类别。众所周知，相比消费级芯片，车规级芯片的工作环境更恶劣、可靠性/安全性要求更高、认证流程更长，尤其是进入智能网联新能源汽车的时代，其安全性、可靠性、性能等要求将进一步提高。政策层面，在中国已将智能网联新能源汽车、集成电路等纳入国家发展战略的情况下，多地政府针对汽车芯片产品领域的技术研发、技术培育出台了多项相关产业政策，鼓励车规级芯片发展。从产业端看，中国芯片产业布局车规级芯片的企业相对完善，受国产替代的规划目标需求，部分零部件企业的车规级芯片已成为国产替代的选择，目前功率类和存储类芯片国产化率相对较高，其余芯片相对较低。在应用端，受缺芯、国产替代、智能化、电动化等共同影响，中国车企也加快通过投资、合资、自主研发等途径来构建安全和成本可控的芯片供应链，其中功率半导体成为布局热土，智驾计算芯片也有不少入局者。微控制器(MCU)是汽车信息运算处理的核心部件，其广泛应用于汽车各大系统。在一辆汽车所装备的所有半导体器件中，MCU大约占30%，平均每辆车要用到70颗以上的MCU芯片，车身动力总成、车身控制、发动机控制单元、辅助驾驶等是其主要应用领域，而智能汽车由于自动驾驶和辅助驾驶新增的软硬件需求，平均搭载的MCU数量更是高达300个以上。过去十年中，车用MCU销售额约占MCU总销售额的40%左右，尤其是32位MCU，超过3/4的汽车MCU销售额均来自于此，汽车电子电气架构(EEA)从分布式向集中式架构转变，智能座舱、高精度导航、ADAS、车身电子等日趋复杂的应用趋势是其背后的重要推手。
目前全球汽车MCU市场被外资厂商高度垄断。最新数据显示，2023年，全球车规级MCU芯片厂商占比中，英飞凌、瑞萨、恩智浦、意法半导体和微芯科技等5家企业的总和约为90%，而中国国产MCU正处于由低端向中高端产品的产业化进阶阶段。一方面，越来越多的IC企业开始选择进军汽车芯片市场，并选择车用MCU作为他们发力的“突破口”;但另一方面，整体基础还比较薄弱，出货量比较少，还同时面临着如何持续提升市占率，怎样顺利通过相关标准认证，怎样在稍纵即逝的窗口期内拿出更多好的产品方案等一系列问题。这就要求中国芯片厂商具备研发、设计、验证、测试、运营、应用全链条能力，才能够更加有效的帮助主机厂、Tier1(一级供应商)实现技术上的快速突破。同时，还要在充分了解系统和应用知识的前提下，和主芯片商、系统集成商、算法供应商、主机厂保持长期战略合作，一起形成合力，建立起适合相关应用的信息安全和功能安全机制，实现从芯片到系统的融合。总体来看，智能驾驶域控芯片供应商中，除特斯拉自研外，英伟达成为主流选择，地平线、爱芯元智、华为、黑芝麻等中国企业也开始起量;在智能座舱域控芯片供应商来看，高通断层式领先，中国本土的芯擎科技和华为率先量产搭载。
面向智能座舱与自动驾驶快速发展，其所需的SoC芯片性能要求不断提高，促使产业加速推出新一代SoC芯片。以NVIDIA DRIVE Thor为例，其设计初衷是用于处理自动驾驶汽车的所有计算需求，目标是在单个AI计算平台上集成自动驾驶、自动泊车、驾乘人员监控、AI座舱等多种智能功能，取代目前汽车内的独立计算机。Thor算力最高达2000TFLOPS，是Mobileye EyeQ4的800倍，小鹏P5使用的NVIDIA Xavier(30T)的67倍，特斯拉FSD(144T)的14倍，当前主流的NVIDIA Orin(254T)的8倍。地平线在今年4月推出了征程6系列，面向高阶智驾市场的征程6P算力达到了560 TOPS，于2024年内开启首个前装量产车型交付，并预计于2025年实现超10款车型量产交付。同时，全场景智能驾驶解决方案SuperDrive将于2024年第二季度与多家顶级Tier1和汽车品牌达成合作，将于第四季度推出标准版量产方案，并将于2025年第三季度实现首款量产合作车型交付。目前，L2级别自动驾驶辅助功能已经下沉到10万元以下的汽车，而且汽车行业全面进入降本增效周期。这对中国本土芯片企业来说肯定是新的机遇，但怎样才能提供既具有差异化和竞争力，又极具性价比的产品，也是考验。作为2023年中国最快实现量产的智能驾驶芯片公司，爱芯元智凭借首款车规级芯片M55H、行泊一体芯片M76H/M77H、以及自动驾驶开发平台xADEP，迅速覆盖从城区NOA、高速NOA(自动辅助导航驾驶)到L2级别辅助驾驶的超过90%以上市场需求。与此同时，我们也注意到，基于融合的物理结构状态，舱驾融合的层级可划分为应用层融合、域控物理形式上合二为一、单SoC的舱驾融合多种形式。目前，已有不少Tier1在布局舱驾融合单SoC方案，预计将于2024-2025年期间迎来量产搭载。为实现更高水平的自动驾驶，如今的智能汽车正逐渐成为“车轮上的数据中心”。例如，据汽车行业估计，目前一辆高端现代化智能汽车的软件代码行数超过1亿行，随着AI在汽车中的兴起，这一数字预计很快将攀升至10亿行。这种复杂性使得一级供应商和OEM厂商面临巨大的压力。然而这还仅仅是智能汽车，这一当前最复杂的、由软件驱动的机器所遇到的挑战之一，随之而来的以AI和先进算法为特性的丰富车载体验、不断强化的车辆信息安全、更强的环境认知能力、更高的计算能力，让当前的汽车架构和存储系统越来越“难以招架”。之所以说“难以招架”，一是因为在现有的汽车域架构内，车内系统按照功能进行分组，如车载信息娱乐系统(IVI)、连接、动力总成等。尽管这种方法曾经可行，但随着汽车系统日益复杂，为了确保汽车具备更强的环境感知能力，越来越多的传感器和MPU被集成到系统中，汽车电子各功能单元的数据、程序存储都需要更高性能的闪存。二是随着自动驾驶、车联网和新能源汽车的发展，传感数据融合的算力需求增加，伴随着OTA及SOC的使用，让SOTA(软件在线升级)、MaaS(出行即服务)得以实现，从而对车载存储的程序和处理的数据量提出更多新需求。这些都让汽车业对大容量(3D NAND/UFS/DRAM)、小容量高可靠性(NOR)汽车存储解决方案的需求与日俱增，成为存储芯片中引人关注的新兴增长点和决定市场格局的重要力量。目前，凭借高速随机读取性能优异，可靠性高等特点，NOR闪存大多用于智能座舱、ADAS传感器融合(Sensor Fusion)、ADAS域(ADAS Domain)、各类型传感器(摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波)、电池管理系统等高性能、高可靠性的关键系统中，但其缺点是容量相对较小，单位存储容量成本高。而对NAND闪存来说，将有望在汽车事件数据记录系统(Event Data Recorder, EDR)这样的应用场景中获得青睐。据美光科技预测，到2025年，每辆汽车将配备平均16GB DRAM和204GB NAND，较2021年至少翻了三倍，核心增量主要来源于车载信息娱乐系统、ADAS系统等领域。未来随着大模型以及更高等级智能驾驶的逐步上车，预计到2030年单车将需要TB级的存储空间。Chiplet芯片成为汽车高性能SoC开发新突破口作为搭积木芯片设计的技术代表，Chiplet具有成本低、周期短等优点，目前行业入局者正在变多，但其要想实现规模化量产，仍需攻克接口标准、功耗和散热以及可靠性等难题。具体而言，Chiplet是一种降本增效，解决高性能芯片需求的创新性方案，其功能独立成芯粒，通过选择成熟工艺和芯片就能提高生产良率，缩短开发周期。而且，功能还可进一步拆成面积较小的芯粒，从而减少单颗SoC芯片Die的面积，提高良率。但挑战也很明显。例如，不同厂商不同芯片之间的通信接口存在差异;随着芯片集成度的提高，芯片之间的通信和数据传输量也会增加，从而导致功耗的增加和散热难题的加剧，以及数据传输安全也面临更高要求。
相较于Arm架构，RISC-V具有开源免费、商业模式灵活的优势，已获得了多家头部汽车芯片企业的青睐。从中长期来看，随着RISC-V软件生态逐渐完善，其有望在智驾、座舱、动力和安全等车规场景得到应用。Omdia的报告指出，在各行业中，工业领域预计将占据RISC-V销售额的最大比重，达到46%，而汽车行业的增长速度最快，预计年增长率为66%。该机构特别强调了RISC-V在汽车行业的优势。与x86和Arm相比，RISC-V的指令集更为精简，没有历史遗留问题，且功耗最低。这些特点使得RISC-V非常适合用于提升汽车系统的整体性能，同时降低制造成本。在汽车行业的具体应用方面，RISC-V处理器被广泛应用于车载信息娱乐系统、自动驾驶控制系统、电池管理系统和车辆网络通信等关键领域。例如，车载信息娱乐系统可以利用RISC-V的高性能处理器实现流畅的多媒体播放和人机交互;自动驾驶控制系统则可以利用RISC-V的实时性和安全性特性，确保车辆在各种复杂环境下都能做出正确的决策;电池管理系统则可以通过RISC-V的精确控制，提高电池的续航能力和安全性。此外，车辆安全是自动驾驶和智能汽车的首要考量。RISC-V架构在设计时就考虑到了安全性，支持硬件级别的安全特性，如内存保护单元(MPU)和信任根等。回顾汽车行业的变迁历史，不难发现，2018年成为了“我们了解的汽车”和“新一代汽车”的“分水岭”，那一年，汽车产业开始从传统成熟的生态合作体系迈入产品颠覆的时代，并开始遭遇史无前例的“缺芯”潮。随后，预计从2018-2028年，互联汽车、ADAS、新能源汽车、软件定义汽车、百万级EV平台开始迎来加速发展的十年。而从2028-2038年，将是“移动即服务”的时代，L4以上级别的自动驾驶技术与移动出行服务紧密的绑定在一起，共同带来新的经济模式、盈利模式。因此，新能源汽车市场短期内可能会充满不确定性，但从中长期来看，应该不会有人对市场的潜力产生质疑。那么，在这样一个市场重塑的过程中，汽车供应链和价值链会出现强力转型，汽车行业从业者的思维模式也必须随之转变，尤其是在以下四个方面：首先，对汽车成本与碳排放量的关注和管理将从造车阶段延伸到整个生命周期;其次，产品创新周期从之前4年缩短到了2年，甚至更短，这对整个行业的创新能力和创新体系都产生了颠覆性的影响;第三，新能源汽车生产平台产能将从十万升至百万级，这对质量体系、供货体系，全球支持体系和商务体系都提出了新的挑战;最后，软件定义边界条件，即造车的核心技术从钢铁变成软件，造车的方式、想法、迭代速度和企业管理模式将发生巨变。清华大学车辆与运载学院，清华大学碳中和研究院，教授，中国科学院院士欧阳明高此前曾在一篇署名文章中指出，“2030年，中国要实现从新能源汽车到新能源革命的发展，并在此基础上，到2035年实现从技术革命到社会观念与商业模式革命的转变。”在文章中，他预测指出：2030年左右，下一代全固态锂离子电池技术有望实现产业化;届时全光谱利用的钙钛矿与晶硅叠层光伏电池的效率将超过30%，并有望推广应用;全链条绿色氢能技术系统性产业化有望突破;全自动驾驶智能化电动汽车将商业化推广;全系统耦合的车-网互动与“车-能路-云”智慧能源系统会大规模推广。而基于对未来展望来定位现在的发展规划，核心要从动力电动化发展到能源低碳化。从“三电”(电池、电机和电控)发展到低温充电、超级充电和双向充电等。面向市场需求，充电功率达350kW以上的超充是市场迫切需求的，但是挑战也很大，尤其是在北方冬天低温工况下使用尤为困难。中国开发了国际领先的−20℃快速预热—快充系统，预热3-5min再超级快充，这种速热超充一体示范站在2022年北京冬奥会时有着很好的示范应用效果。“在中国，新能源汽车有望颠覆传统的汽车行业商业模式。”在欧阳明高院士看来，从电动汽车到智能化电动汽车，增加了娱乐和社交功能;再加上低碳化，就是真正的新能源智能化电动汽车，成为“人员-信息-能源”三位一体的多功能移动终端，既是信息终端，也是能源终端，同时也是人员物流的终端。我们可以适度的展望和想象一下，那时，出行即服务(MaaS)将有望率先在中国大城市实现，自动驾驶将达到L4级，高压充电站随着分布式电网而激增，签约自动驾驶车队车辆。对OEM而言，这意味着A-C级车辆成为MaaS车队中的轻型商用车(LCV)，车辆使用里程可达100万公里，远远超过目前普通汽车20万公里的年限，他们更需要新的业务模式。在这样的大背景下，换电也许会更加普及，1250V/600kW甚至高达3MW的大功率充电设备将会面世，更多的双400V冗余电池系统会出现，也会看到双400V与800V电池的混用情况。对BMS而言，除了需要具备更长、更好地延长电池使用寿命的能力外，基于人工智能和云计算的软件算法会更加普及。当与行驶相关的场景被完善到一定程度后, 车内场景也将向更加丰富、更加生活化的方向延伸——从基本的定位/导航/影音娱乐, 扩展到出行前后的消费性体验, 例如行程规划、预约、订餐、支付等功能。而针对这些新需求, 未来的智能座舱将需要更多的传感器、更多样的车载软件、云平台的介入、以及更强大的连网与运算能力。总之，未来的新能源智能化电动汽车，兼具交通、娱乐和盈利的完整功能，并且将来绿色消费还可以获得碳汇收益。因此，可以预测未来车-网互动有望改变传统汽车商业模式。
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