2030中国汽车电子产业发展前景分析.pdf

20302030 中国汽车电子产业发展前景分析中国汽车电子产业发展前景分析 中国电子信息产业发展研究院中国电子信息产业发展研究院 汽车电子产业联盟汽车电子产业联盟 20202020 年年 5 5 月月 指导单位 中国电子信息产业发展研究院 编写单位 汽车电子产业联盟 赛迪顾问股份有限公司 赛迪智库电子信息研究所 工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心（中国软件评测中心）北京赛目科技有限公司 博世（中国）投资有限公司 京西重工（上海）有限公司 北京地平线机器人技术研发有限公司 北京初速度科技有限公司 参研人员（排名不分先后）李洪艳 温晓君 宋 娟 鹿文亮 薛晓卿 郑 凯 李星宇 刘升波 李玲玲 李雅琪 孙卓异 王 伟 邵元骏 隋巧梅 郝伟杰 目目 录录 一、中国汽车电子产业发展背景分析.1 1.产业界定.1 2.产业环境.3 2.1 多重刺激政策措施保障汽车市场稳定发展.3 2.2 汽车电子水平成为车企差异化竞争的关键.3 2.3 新能源及智能网联汽车重塑城市居民生活.4 2.4 新基建推动智能汽车电子产品应用推广.4 3.政策导向.5 二、产业链全景图.7 1新形势下的全球汽车电子产业链及格局.7 1.1 汽车电子产业链分析.7 1.2 智能网联时代，汽车电子在产业链中的成本趋势分析.8 1.3 全球汽车电子产业梳理.10 欧洲：以深厚技术储备推动汽车电子产业转型升级.10 日本：以成熟的毫米波雷达技术助力自动驾驶应用.11 美国：以信息技术优势促进汽车电子产业跃升.12 2中国汽车电子产业分布.13 2.1 从产业布局，以 ICT 与互联网优势累积助力实现弯道超车.13 2.2 从空间布局，已形成以京沪粤为核心的三大产业集群.14 三、汽车电子关键部件与技术应用趋势分析.15 （一）关键部件趋势分析.15 1.芯片趋势分析.15 1.1 芯片整体情况概述.15 1.2 芯片增长动态及趋势分析.16 1.2.1 芯片行业汽车电子需求变化趋势.16 安全驱动的需求变化.17 自动化驱动的需求变化.18 电气化和数字互联驱动的需求变化.19 车载娱乐驱动的需求变化.21 1.2.2 技术融合带来的可靠性问题.23 芯片失效.23 电磁干扰.25 制造工艺.25 汽车电子可靠性测试标准.27 1.2.3 芯片制造工艺与制造装备的发展态势及应对策略.28 先进工艺 VS 成熟工艺.28 特色工艺是汽车电子芯片的一大特点.30 主要汽车半导体的工艺现状及未来趋势.32 1.2.4 芯片制造供应链的变化趋势.34 2.传感器趋势分析.37 3.ECU/DCU 趋势分析.38 4.车载信息娱乐系统/导航趋势分析.39 5.车身底盘电子趋势分析.40 5.1 概述及市场发展.40 5.2 技术发展.41 5.2.1 减震器.41 5.2.2 制动.43 5.2.3 机遇和挑战.44（二）自动驾驶核心技术应用趋势分析.45 1.车载智能计算平台发展趋势分析.45 1.1 自主式和网联式协同推进自动驾驶发展.45 1.2 电子信息、通信技术与汽车多产业交叉愈加突显.46 1.3 软硬件协同开发提高车载智能计算平台的综合效率.47 1.4 高度集成是未来车载智能计算平台的发展方向.47 1.5 多种数据处理模式并存的现状仍将持续.48 1.6 产业视角看车载智能计算平台发展趋势.50 1.6.1 车载智能计算平台构架发展趋势.51 1.6.2 AI 计算芯片：车载智能计算平台核心.54 1.6.3 自动驾驶操作系统.56 1.6.4 车载智能计算平台是汽车电子发展的核心驱动力.58 2.V2X 技术与应用趋势分析.61 3.网络信息安全趋势分析.62 3.1 智能汽车快速发展面临的网络安全问题.62 3.2 智能汽车创新发展战略对智能汽车网络安全建设的指导意义.64 3.3 发展智能汽车网络安全的几点意见.66 4.自动驾驶测试技术趋势分析.67 4.1 自动驾驶测试技术国内外发展现状.67 4.1.1 自动驾驶封闭场地测试技术发展现状.69 4.1.2 自动驾驶模拟仿真测试技术发展现状.72 4.2 自动驾驶测试技术趋势分析.76 4.2.1 自动驾驶封闭场地测试技术发展趋势分析.77 4.2.2 自动驾驶模拟仿真测试技术发展趋势分析.79 四、中国汽车电子产业发展展望与驱动要素分析.81（一）2030 中国汽车电子产业发展展望.81（二）汽车电子产业发展驱动要素分析.82 1.政策驱动.82 2.技术驱动.83 3.需求驱动.84 4.资本驱动.85 五、中国汽车电子产业发展对策建议.85（一）政策发展对策建议.85 1以智能计算平台为着力点，全面加强顶层设计.85 2以多重防线构筑产业信息安全堡垒.86（二）产业发展对策建议.86 1推动车规级芯片、功率半导体等核心零部件率先突破.86 2把握技术转型升级机遇，加快硬件技术研发.86 3以典型场景下的应用示范推动产业融合发展.87（三）行业参与者如何为即将到来的市场发展做好准备.87 1加大研发投入力度，巩固企业核心能力.87 2利用汽车大数据系统，及时满足消费者需求.87 3开放合作，构建全维度、多梯次的产业竞争合作体系.88（四）汽车电子发展中知识产权风险防范与预警.88 1突破汽车电子关键领域核心专利.88 2强化知识产权海外布局.88 1 一、中国汽车电子产业发展背景分析 1.产业界定 汽车电子是安装在汽车上所有电子设备和电子元器件的总称，是电子信息技术应用到汽车领域所形成的行业。从功能层面来看，汽车电子主要可以分为车身电子控制系统和车载电子装置两大类别。车身电子控制系统是利用半导体等芯片，通过和汽车机械系统有机结合在一起，对汽车的各个子系统进行控制，是保证汽车完成基本行驶功能不可或缺的控制单元，具体分为动力控制系统、底盘控制系统、车身控制系统等；车载电子装置是利用单独的电子设备，独自承担并实现其功能，对车辆的行驶性能并不会产生过多直接的影响，主要用于提升汽车舒适性和便利性，具体可分为信息系统、导航系统和娱乐系统等。在智能网联趋势下，汽车逐步由传统的代步工具向同时具有交通、娱乐、办公、通信等多种功能的新一代智能移动空间和应用终端升级，实现车联智能网联功能的驾驶辅助系统、车联联网系统以及智能座舱系统相关电子设备逐步成为汽车电子产业研发应用的重点。汽车电子产业涉及上游车规级电子元器件生产、中游系统集成以及下游整车应用集成。在新的升级趋势下，汽车电子在整车中的成本占比将逐步提高，产业将进入快速增长期。同时，产业链下游向基于汽车电子的运营服务业延伸，形成新的触达关系，成为产业新的发展模式。本报告重点关注在智能网联趋势下，中国汽车电子产业所面临的机遇与挑战。2 自动驾驶系统自动驾驶系统 车辆车辆网联系统网联系统 安全舒适系统安全舒适系统 车身电子电器车身电子电器 智能座舱智能座舱 底盘电子系统底盘电子系统 发动机电子系统发动机电子系统 毫米波雷达 激光雷达 单目摄像头 多目摄像头 FGPA 超声波雷达 夜视系统 360 全息影像 车载计算平台 GPU 红外传感器 惯性传感器 以太网 蓝牙模块 CAN 总线 GPS 模块 T-Box 射频模块 天线 遥控钥匙 LIN MOST OBU 车载单元 安全气囊控制单元 座椅加热装置 碰撞传感器 主动降噪单元 乘客感应传感器 电喇叭 座椅 调节电机 空调系统 汽车车身控制器（BCM)天窗电机 照明系统 雨刮电机 一键启动开关 门窗开关 USB/HSMI 线 车身线束 后视镜 车窗升降电机 尾门电动撑杆 车辆诊断 OBD 车载信息娱乐系统 中控显示屏 后排座椅显示屏 抬头显示器（HUD)流媒体后视镜 车载音响 液晶仪表盘 转向系统 悬架系统 制动系统 冷却系统 发动机管理（ECU)温度传感器 点火系统 蓄电池 爆震传感器 进排气系统 氧气传感 发电机 变速传动系统 起动机 发动机线束 动力电池 表 1 汽车电子产品及分类 3 2.产业环境 2.1 多重刺激政策措施保障汽车市场稳定发展 受新冠肺炎疫情、经济下行周期以及汽车市场需求不振等不利因素影响，2020年国内汽车市场压力巨大。作为疫情背景下经济恢复的重要抓手，国家先后出台相关政策，以积极促进汽车等传统大宗消费的方式推进刺激经济恢复。一方面，推动汽车零部件供应商全面复工复产，保障生产经营有序恢复；另一方面，调整开放程度，通过鼓励汽车限购地区适当增加汽车号牌配额、明确新能源汽车购置补贴和免征购置税政策延长2年、考虑对尚未实施国排放标准的地区适当延后等措施，不断加大对车市消费刺激举措。地方政府因地制宜，陆续推出适合本区域的刺激政策，进一步稳定汽车行业发展。2.2 汽车电子水平成为车企差异化竞争的关键 汽车“新四化”“电动化、网联化、智能化、共享化”发展趋势日益强烈，全球主要车企均顺应趋势积极布局自动驾驶相关的汽车电子产品。我国传统汽车产业存在大而不强的问题，自主汽车品牌主要以中低端产品为主，产品力和品牌影响力与国际头部车企存在较大差距。在“新四化”升级趋势下，重点发展汽车电子产业，提升车辆产品智能化水平是我国自主汽车品牌提升产品力、塑造品牌竞争力的关键，也是我国汽车产业向高端化升级，由大变强的重要途径。尤其针对我国重点发展的新能源汽车产业，在三电系统技术逐步成熟的背景下，新能源汽车产品在续航和动力性能等方面趋于同质化竞争，智能化水平将是我国新能源车企突围形成差异化优势的关键。4 2.3 新能源及智能网联汽车重塑城市居民生活 随着新能源及智能网联汽车的推广，新的产品和商用模式将重塑城市居民的生活方式，消费者对汽车产品的功能需求逐步提升。电动化方面，随着我国新能源汽车的推广，新能源汽车市场已逐步完成由政策导向市场导向演变，用车成本以及操控性能已逐步成为消费者购车时考虑的重要因素之一，主动选择新能源汽车的消费者比例逐步提升。智能化方面，基于汽车电子实现的智能网联化功能可有效缓解城市停车、拥堵问题，改变居住分布、出行方式和消费习惯等。随着后市场服务体系的逐步建立以及产业生态的逐步完善，智能网联相关的汽车电子产品在整车中的渗透率将加速提升，由消费者购车的选装项逐步转变为必备项。2.4 新基建推动智能汽车电子产品应用推广 为了对冲疫情对我国经济的影响，我国大力推进以人工智能、云计算、5G通信为代表的新型基础设施建设，带动经济发展。对于智能网联相关汽车电子产品研发和应用，除传统的电子信息制造基础外，人工智能平台、云计算平台、5G通信基站等配套设施支持至关重要。5G技术逐步商业化，满足车路协同和车联网功能对高数据带宽和低延迟传输的需求；人工智能技术的进步助力系统解决方案和软件算法的开发；云计算技术助力城市智慧交通大脑系统构建，推动智慧交通产业发展。推进人工智能、云计算、5G通信相关的新型基础设施建设，将有效保障智能网联相关汽车电子产业测试、应用和推广。5 3.政策导向 在国家级汽车产业战略规划中，汽车电子始终是规划发展的重要组成部分。2017 年以来，国家层面关于汽车电子顶层设计政策密集出台，先后对车联网、智能汽车等基于汽车电子发展的新兴产业提出了行动计划或发展战略。2019 年 12 月，工信部发布新能源汽车产业发展规划（2021-2035）（征求意见稿），强调我国将逐步推进汽车产业向节能与新能源汽车产业升级，深化“三纵三横”研发布局，即以纯电动汽车、插电式混合动力（含增程式）汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为“三横”。其中，“三横”相关的关键零部件突破均以汽车电子产业为基础。2020 年 2 月，国家发改委、工信部等十一部门联合印发智能汽车创新发展战略，提出到 2025 年，实现有条件的自动驾驶汽车规模化生产，高等级的自动驾驶汽车在特定场景市场化应用，同时基本形成中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、基础设施、法规标准、产品监管和网络安全体系。正式将发展智能汽车上层到国家战略层面，随着相关措施的落实，实现汽车智能化的汽车电子产业进入发展快车道。2020 年 4 月，工信部发布2020 年智能网联汽车标准化工作要点，指出今年要形成能够支撑驾驶辅助及低级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系，并建立智能网联汽车标准制定及实施评估机制。标准体系的建立将保障汽车电子产品检测认证及研发应用进程的有序推进。6 时间时间 政策政策 主要单位主要单位 主要内容或主要内容或目标目标 2020.04 2020 年智能网联汽车标准化工作要点 工信部 2020 年形成能够支撑驾驶辅助及低级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系，并建立智能网联汽车标准制定及实施评估机制。2020.02 智能汽车创新发展战略 国家发改委、中央网信办、科技部、工信部、公安部、财政部、自然资源部、住房城乡建设部、交通运输部、商务部、国家市场监管总局 到 2025 年，中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、基础设施、法规标准、产品监管和网络安全体系基本形成。2035年到 2050 年，中国标准智能汽车体系全面建成、更加完善。完成智能汽车技术体系、生态体系等六大体系建设任务。2019.01 道路车辆先进驾驶辅助系统(ADAS)术语及定义 全国汽车标准化技术委员会 对 ADAS 系统的覆盖范围应全面而完整，确定其范畴不涉及自动驾驶系统，明确边界。2018.12 车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划 工信部 到 2020 年，实现车联网（智能网联汽车）产业跨行业融合取得突破，具备高级别自动驾驶功能的智能网联汽车实现特定场景规模应用，“人-车-路-云”实现高度协同，适应产业发展的政策法规、标准规范和安全保障体系初步建立。2018.04 智能网联汽车道路测试管理规范（试行）工信部、公安部、交通运输部 明确了测试主体、测试驾驶人及测试车辆应具备的条件，以及测试申请及审核，测试管理，交通违法和事故处理等内容。2018.01 智能汽车创新发展战略 国家发改委 到 2020 年，中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、路网设施、法规标准、产品监管和信息安全体系框架基本形成；到 2035 年体系框架全面形成；到 2035年，中国标准智能汽车享誉全球。2017.12 促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-2020 年）工信部 支持车载智能芯片、自动驾驶操作系统、车辆智能算法等关键技术和产品研发，到 2020 年，建立可靠、安全、实时性强的智能网联汽车智能化平台，支撑高度自动驾驶(HA 级)。2017.07 新一代人工智能发展规划 国务院 加快人工智能关键技术转化应用，推动重点领域智能产品创新，发展自动驾驶汽车和轨道交通系统，形成我国自主的自动驾驶平台技术 体系和产品总成能力，探索自动驾驶汽车共享模式。表 2 2017 年以来我国汽车电子领域重点政策 7 二、产业链全景图 1新形势下的全球汽车电子产业链及格局 1.1 汽车电子产业链分析 当前汽车电子行业产业链可以分为三个层级：产业链上游主要是汽车电子元器件及零部件。产业链上游的供应商较多，主要负责提供元器件及零部件的生产，例如英飞凌、飞思卡尔以及博世公司等巨头在此环节深耕多年，拥有较大话语权；产业链中游主要以系统集成商为主，进行模块化功能的设计、生产与销售，主要针对上游零部件及元器件进行整合，针对某一功能或者某一模块提供解决方案。部分上游零部件供应商同时参与中游的系统集成。该环节的电子产品具备一定的消费电子属性，更新周期短，替代威胁比较大；产业链下游为整车环节，以汽车企业为主导，在产业链中拥有较高的议价权。但这一趋势正随着汽车产业新形势的发展产生变革。如今，部分汽车制造商正在设计自己的汽车电子芯片（如特斯拉），并将业务活动从核心硬件延伸至链接用户更为密切的软件和操作系统上，以及开展特定服务或提供其他数字内容。其他Tier1供应商（一级供应商）也正探索向芯片设计、系统开发、应用软件和后服务发展的路径。汽车行业供应商试图通过汽车电子和网络化手段直接同终端客户建立联系，从而降低对整车厂的依赖程度，获得行业话语权。随着智能网联汽车发展，科技及互联网企业也纷纷入局汽车产业链，以提供增值服务方式分享智能网联汽车发展红利。这类企业凭借自身优势，依托现有能力开发无人驾驶系统、智能网联系统、车载操 8 作系统以及网络信息平台，将信息娱乐操作系统和软件平台整合至车载系统和人机接口之中，专注于采取横向举措以创造新的收入模式。流媒体服务及终端用户设备制造商已与部分整车厂建立合作关系。图1 汽车电子供应链情况 1.2 智能网联时代，汽车电子在产业链中的成本趋势分析 智能网联时代，单车汽车电子成本占比持续提升。从单车汽车电子价值量来看，1990年乘用车汽车电子成本占比15%，2000年达到20%，2010年占比35%，2015年达到40%，2025年将达60%。从应用服务层面来看，2018年12月25日，工业和信息化部印发车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划提出，2020年，车联网用户渗透率达到30%以上，新车驾驶辅助系统（L2）搭载率达到30%以上，联网车载信息服务终端的新车装配率达到60%以上的行动目标。未来汽车电动化、智能化将会得到进一步的发展。9 图2 1970-2025年乘用车汽车电子成本占比持续提升 资料来源：网络资料，国元证券研究中心 智能网联时代汽车电子成本将随自动化水平提高而增长。以新能源汽车为例，新能源汽车三电系统（电池、电机、电控）对汽车传统动力系统的变革，也导致汽车电子占据整车成本较大。燃油车的汽车电子成本占整车成本的比例约为15%28%，而纯电动车这一比例达到65%。未来汽车电子成本预计在高级驾驶辅助系统应用领域增长最快。图 3 不同级别自动化汽车高级驾驶辅助系统零部件平均成本占比 数据来源：英飞凌 3%5%15%22%35%40%50%60%0%10%20%30%40%50%60%70%1970198019902000201020152020E2025E050100150200250摄像头雷达激光雷达传感器整合促动器成本（$）半自动化L2高度自动化L3全自动化L4 10 1.3 全球全球汽车电子汽车电子产业产业梳理梳理 全球汽车电子产业资源主要集中在北美、欧洲与亚洲地区。其中，北美地区形成以美国为主、加拿大为辅的汽车电子产业集群；欧洲地区形成以德国为核心，法国、意大利、瑞典、荷兰、以色列、芬兰、瑞士、英国等国家协同发展的生态体系；亚洲地区则形成中国、日本、韩国三足鼎立的产业格局。图 4 世界汽车电子地图 数据来源：赛迪智库整理，2020 年 4 月 欧洲：以深厚技术储备推动汽车电子产业转型升级 欧洲处于全球汽车工业领域的传统霸主地位，在汽车 OEM 领域处于世界领先位置，并凭借深厚的汽车电子技术储备，占据近半数的全球 Tier1（一级供应商）市场规模，汽车电子已逐渐上升为欧洲经济增长与繁荣的驱动力。日益变化的技术趋势使得汽车电子逐渐被重新 11 定义，传统汽车电子行业以外的参与者的势头正逐渐增强，欧洲Tier1厂商积极联合整车企业协同创新，在全新的汽车电子产业竞合格局中，探索新机遇，加速产业转型升级，确保欧洲在汽车电子领域的绝对领先地位。图 5 Tier1 厂商全球市场规模占比 数据来源：赛迪智库整理，2020 年 4 月 日本：以成熟的毫米波雷达技术助力自动驾驶应用 日本作为可比肩欧洲汽车大国的亚洲汽车强国，在整车制造以及Tier1 等传统汽车电子领域技术实力突出，并较早就开始了汽车感知与决策领域的前瞻布局，其中毫米波雷达技术已相对成熟。早在上世纪 90 年代，电装公司就开发出了供翻斗车感应障碍的早期毫米波雷达。此后，电装又陆续开发出多种供其他车辆使用的毫米波雷达，并16.6%10.8%9.8%7.7%3.6%3.6%2.6%2.4%1.3%1.2%45.4%博世大陆电装德尔福伟世通法雷奥现代摩比斯采埃孚江森航盛电子其他 12 在不同车型上得到了广泛应用。日本政府、汽车电子产业相关组织，以及各车企、科技企业基本形成以东京奥运会前后为自动驾驶商用节点的共识。2020 东京奥运会虽已确定延期，但此前为奥运会自动驾驶展示所做的一系列准备已构成了推动日本汽车电子产业进一步跃升的产业合力。此外，此前日本已经积极投入 5G 布局，并计划在东京奥运会集中展示 5G 商用的良好开端成为日本汽车电子网联化的另一股巨大推动力。美国：以信息技术优势促进汽车电子产业跃升 美国政府充分意识到汽车电子技术创新对于推动产业跃升具有重要意义，因此致力于加快推动汽车电子领域技术创新，意图借此抢占世界领导地位。主要表现在：一方面，随着智能汽车对于计算和数据处理能力需求快速增加，传统消费产品半导体厂商开始加速汽车半导体布局，英特尔、高通芯片巨头纷纷通过产业并购快速切入相关市场，抢占市场入口。美国凭借其全球领先的信息技术优势，以汽车智能计算平台、车载智能芯片、传感器等汽车电子关键技术领域为突破口，以汽车和科技巨头为两大引领性力量，初步形成全维度、多梯次的产业竞合格局；另一方面，美国加州作为自动驾驶先行区，凭借其良好的创新氛围，吸引了涵盖激光雷达、无人驾驶等多个领域在内的大量创新创业企业落地，形成了巨头企业核心引领、细分领域龙头企业协同参与、大量初创企业有益补充的产业格局，进一步助推美国汽车电子产业快速发展。13 2中国汽车电子产业分布 2.1 从产业布局，以 ICT 与互联网优势累积助力实现弯道超车 中国汽车产销量多年保持全球第一，具有市场规模巨大、应用场景丰富等优势。在 ICT（信息通信技术）方面，我国企业经历了多年的技术积累，把握汽车电子融合创新趋势，已推出基于 5G 的车路协同车联网相关模组等产品，并积极向激光雷达、毫米波雷达等传感器领域布局，力争加入全球 Tier1 核心供应链体系，实现产业突破。在分立半导体器件方面，国内厂商国产替代机会逐步显现。在国内新能源产业发展的驱动下，相关功率半导体厂商纷纷投入研发。目前在车载功率二极管方面，云意电气具有相当竞争力；IGBT（绝缘栅双极型晶体管）方面，中国企业主要有华虹宏力、中芯国际、中科君芯、士兰微、华润微电子、上海先进、株洲中车时代电气、比亚迪等。总体而言国内企业仍处在构建产业链、提高良率、追赶国际先进技术水平的过程中，但也已有重大技术及市场应用成果。车载控制器芯片由国外巨头垄断，瑞萨电子、恩智浦、德州仪器和意法半导体形成主导力量，我国在此环节国产化率低、话语权少，尚处于早期、亟需发展阶段。当前中国大多数企业更加聚焦于感知层所需芯片，在传感芯片、显示芯片和车载通信芯片方面，国产率逐步提升。中国初创企业进入自动驾驶芯片市场，切入专业芯片产品。英伟达是目前自动驾驶芯片市场的霸主，反观中国，地平线、黑芝麻等AI 芯片企业近几年也开始布局。相比英伟达如此体量的企业，中国初创企业的芯片产品及势能则略显薄弱，集中分布在自动驾驶芯片市场。14 在互联网方面，以百度 Apollo 为代表的互联网企业依托在算法与软件领域的积累优势，发布自动驾驶计算平台，以 L4/L5 级自动驾驶为目标，积极构建符合我国道路特点的自动驾驶产业生态。此外，我国在系统集成等关键领域已涌现了一批创新创业企业，成为助力汽车电子产业实现弯道超车的另一波重要力量。2.2 从空间布局，已形成以京沪粤为核心的三大产业集群 2020年，原有汽车电子技术创新模式与产业生态体系重构在即，预计北京、上海、广东等智能化能级高、算力强的城市，有望成为汽车电子“新势力”，重建并主导全新计算机产业体系。北京、上海、广东是国内较早布局汽车电子产业的城市，人才集聚能力较强，研发资源丰富，产业基础雄厚，依托良好的创新创业氛围，实现产业快速发展。北京市充分发挥高校云集的人才优势，加之完善的政策体系，形成了以百度 Apollo、地平线、深鉴科技等一批汽车电子领域重点创新创业落地。上海市在整车工业的带动下，初步形成了以德尔福、博世公司西门子、伟世通、法雷奥等汽车电子跨国公司的合资、独资企业为主，以上海实业交通、东方久乐、信耀电子等国企、民企为辅，以及上海交大、同济大学和上汽集团汽车工程研究院等科研机构的研发力量共同构成的汽车电子产业集群。广东省借助优越的地理位置、良好的工业基础、强大的经济实力、完整的产业结构、丰富的人力资源和充足的民间资本，成为我国汽车电子产业重点集聚区。目前有近百家企业从事汽车电子的生产与销售业务，在汽车电子众多细分领域市场占据半壁江山。15 图 6 中国汽车电子产业地图 数据来源：赛迪智库整理，2020 年 4 月 三、汽车电子关键部件与技术应用趋势分析（一）关键部件趋势分析 1.芯片趋势分析 1.1 芯片整体情况概述 汽车半导体按种类可分为功能芯片 MCU（Microcontroller Unit）、功率半导体（IGBT、MOSFET）等。芯片在汽车电动化、智能化、网联化发展中起到至关重要的作用，是汽车“新三化”发展的核心支撑：一是电池、电机、电控“三电”成为汽车电动化版图重要部分。一是电池、电机、电控“三电”成为汽车电动化版图重要部分。以功率半导体（IGBT）、功率 MOS 场效应晶体管（即功率 MOSFET，其原意是 MOS（Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体）、FET（Field Effect Transistor 场效应晶体管）、继电器、整车控制、电控系统 16 等为代表的汽车电子使用场景将逐渐增加。单车价值量逐步提升。纯电动汽车半导体元器件单车价值达 673 美元，较传统汽车增 127%。2020 年，预计新能源汽车电机电控市场规模达 428.4 亿元，年均复合增长率为 25.6%；二是汽车智能化发展带动具备二是汽车智能化发展带动具备 AIAI 计算能力的主计算能力的主控芯片市场规模快速成长。控芯片市场规模快速成长。传统汽车的功能芯片仅适用于发动机控制、电池管理等局部功能，无法满足高数据量的智能驾驶相关运算。具备AI 计算能力的主控芯片日益成为智能网联汽车的“大脑”，成为决定汽车智能化发展水平的战略性要素。2020 年，预计车用 AI 芯片市场规模可达 280 亿元；三是汽车网联化发展倒逼三是汽车网联化发展倒逼 C C-V2XV2X 芯片规模化商芯片规模化商用。用。工信部发布的车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划中明确提出至 2020 年车联网用户渗透率达到 30%以上，联网车载信息服务终端的新车装配率达到 60%以上，预计 C-V2X 芯片及解决方案逐步成熟，规模化商用将逐渐提上日程。1.2 芯片增长动态及趋势分析 1.2.1 芯片行业汽车电子需求变化趋势 过去几年，全球半导体行业一直保持着持续增长，全球半导体行业总收入从 2018 年的 4,810 亿美元增长到 2019 年的 5,150 亿美元，且增长态势有望持续至下一个十年。在过去十年间，半导体市场的增长主要依赖智能手机等电子设备增长的需求，以及物联网、云计算等技术应用的扩增。将来，主要市场驱动力将包括现有产品的持续强化、人工智能产品、5G 网络等新兴技术的融合，以及汽车和工业电子行业的迅速增长。在未来十年，汽车将快速走向自动化、电气化、数字互 17 联化，汽车电子将呈爆炸性发展。得益于越来越多的电子元件应用于车载功能，安全、信息娱乐、导航和燃料效能方面的汽车电子元件消费在未来几年内将出现增长。如图 7 所示，随着汽车电子的发展与普及，半导体成本（即电子系统零部件成本）已经从 2013 年的每车 312 美元增加到了如今约 400 美元。到 2030 年，半导体成本预计将达到每车近 600 美元，汽车电子成本占整车成本的百分比也将从2000年的18%上升到2030 年的45%。这些增长主要来自于人们在安全、自动驾驶、娱乐及人工智能等方面越来越大的需求。图 7 汽车电子和半导体每车成本占比（数据来源：来源网络）安全驱动的需求变化 汽车行业历经了长期发展，才实现以安全与舒适性为核心的汽车电子前装化。随着汽车互联性能提高，软、硬件平台将愈发暴露于黑客攻击的风险之中。一辆汽车的某一部件若发生故障，将引发雪崩式的反应。例如，如果汽车通信系统遭到恶意攻击，高级驾驶系统将无法接收重要的环境认知信息，汽车一体化安全系统（控制制动、加速 18 和防撞系统等）也就无法做出反应。因此，如今的汽车电子供应商比以往任何时候都更加注重车辆的安全性和可靠性。早在 2004 年，仅有四分之一的出厂车辆内置安全气囊，而配有前装电动座椅的车辆不足 50%。然而，在政府监管和消费者需求的驱动下，安全相关的电子系统迅速普及。如今，汽车行业的创新大多出现在电子系统而非机械层面。如图 8 所示，为 2004 年到 2017 年，各种安全系统在车辆上的配置比例的变化趋势。随着人们对安全的重视，在 2017 年，防抱死制动系统、车身稳定系统在车辆上的配置比例达到 100%，侧边安全气囊、胎压传感器的配置比例达到 80%，盲区传感器的配置比例也达到了 40%。在未来十年，随着大量老旧汽车达到报废年限，这些安全相关的电子系统会是新车上的标配，将显著推动汽车电子市场。图 8 安全相关汽车电子的需求变化 自动化驱动的需求变化 自动化被广泛认为是未来出行的终极目标。汽车制造商和一级供 19 应商、技术提供商（如半导体厂商）以及传统汽车行业之外的智能出行企业（如共享出行公司）争相开发、投资相关技术。半导体厂商尤其积极开发各类融合人工智能和机器学习技术的微芯片、融合设备以及系统芯片设备。安全是自动驾驶车辆的关键卖点。然而，实现全面自动化（L5）需要在高级驾驶辅助系统安全系统等能够减少交通事故的技术（包括电子稳定系统、车道偏离警告、防抱死制动、自适应巡航控制和牵引力控制系统等）方面实现进步。这些技术需要复杂的电子元器件，包括高速处理器、存储器、控制器、传感器和数据传输，以确保车辆的可靠性与安全性。例如，传感器将在驾驶自动化的进程中起到重要作用，自动化驾驶能力的实现需要更多传感器。如图 9 所示，汽车自动化程度越高，使用的传感器就越多，L4 无人驾驶车辆的传感器数目可达 29 个，L5 无人驾驶车辆的传感器数据可达 32 个。这些功能将不会局限于高端车型，未来几年将延伸至销量变化更高的中端和经济车型。所以，随着自动驾驶功能越来越多地被应用在汽车上，这方面的需求也是将来汽车电子增长的一大驱动力。电气化和数字互联驱动的需求变化 电动/混合动力汽车的发展要求动力传动系统向电气化迈进。许多国家的政府已经着手制定或正在推出完全禁止内燃机汽车的禁令。中国已经给汽车制造商设定了电动车生产指标（2019 年起达到总产量的 10%）。许多全球性汽车制造商也设定了在 10 年内将电动车销量提升至总销量 15%25%的目标，以推动电动车的大众化普及。大型整 20 车厂的电动车制造与销售目标将带动半导体行业成比例增长。因此，以减排为目标的电子动力传动技术的创新条件已经成熟，这也将加速推动汽车行业半导体需求的增长。和使用燃油发动机的汽车相比，纯电动汽车使用电动机代替了燃油车的柴油/汽油发动机；以电池组代替了燃油，为电动机提供动力；其中还有一个最主要的部件就是电控系统，电控系统由电池管理系统和控制系统构成，管理电池组和控制电池的能量输出以及调节电动机的转速等，是连接新能源电池和电机的重要中间载体。如图 9 所示，由电机、电池、电控组成的“三电系统”需要大量的半导体产品。这些半导体产品包括功率芯片 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、GDR（微硅压力传感器）、ISO（感光度）、HVPD（局部放电检测设备），控制芯片MCU（微控制器）,以及 Analog（亚德诺半导体公司）产品。随着电动汽车的发展与普及，以“三电系统”为驱动的汽车电子产品必将迎来巨大的发展。图 9 电机、电池、电控系统使用的半导体产品 21 另一大趋势是数字互联，即高级汽车联网，包括汽车与基础设施互联（V2I汽车与汽车互联（V2V）和车与车联网，这一功能旨在实现汽车内、外互联，并将汽车融入物联网成为其中的一部分。如图 10所示，为数字互联汽车需要的电子产品部件。这些部件将大量使用到通讯芯片、存储芯片。图 10 数字互联汽车所需要的组成部件 车载娱乐驱动的需求变化 随着电子技术的发展，汽车已逐渐成为家庭娱乐与办公环境的延伸。原本独立的消费和通信等应用在进入汽车电子领域后，不断出现了新的整合性应用。车载资通娱乐系统中除了高清/高保真内容播放和数字电视等功能，车载 GPS 导航、移动电话（GSM/GPRS）、信息连接、短距离通信（Dedicated Short Range CommunicaTIonDSRC）及高阶数据连结控制（High Level Datalink Control，HDLC）等也逐步成为该系统的重要组成部分。这些系统不仅能够提供娱乐功能，还能够提供实时路况导航、避开拥堵路段并判断最佳行车路线、提供汽车状况诊断、失车寻回、预约停车位、电子收费（Electronics Toll 22 CollecTIon，ETC）及进行紧急状况呼叫等多样性的增值服务。如图 11 所示，为典型的车载信息娱乐系统，该系统可以实现基本的车载娱乐、车载导航功能，还可以作为汽车前装系统的倒车后视，支持 2s 高清倒车影像显示，10s 的快速启动。此外，该系统还采用了WiFi 互联技术，支持手机 WiFi 推送，同时还采用蓝牙技术实现蓝牙语音通话功能。为了实现这些功能，该系统除了使用到 CPU 芯片外，还大量使用了各种 MCU、Flash 存储、DRAM 存储、视屏解码、通信芯片，WiFi 等芯片。基于目前车载交互系统的现状，在未来的时间里，车载交互系统发展将有以下几点趋势：1.硬件竞争的到来，硬件直接影响用户体验，车企将在硬件上下更大的功夫。2.交互性设计将越来越人性化。未来车机将逐渐探索出适合自己使用环境的模式。3.显示屏尺寸将进一步加大。4.安卓系统车机比例将进一步增多，小米、华为、阿里等企业将汽车业务提上日程，他们采用的都是安卓系统。随着车载娱乐系统的普及，这也将成为汽车电子发展的一大推动力。23 图 11 一个典型的车载娱乐系统的电子系统构成 1.2.2 技术融合带来的可靠性问题 通过以上对车载电子系统多样化需求的分析，车载系统集成了主控 CUP 芯片、电源管理芯片、DDR3 内存、eMMC 嵌入式存储、SD 存储卡、视屏解码器、4G 模块、WiFi、GPS 模块等电子产品。可以看出，车载系统基本是各种半导体芯片，比如逻辑、存储、通信、传感器、解码器等众多产品的集大成者。另外，现代汽车对安全性、可靠性、舒适性以及环境保护的要求使汽车电子系统在汽车的动力牵引系统、安全管理系统、车身舒适系统以及信息娱乐系统等方面得到了大量应用。这些集成给汽车电子集成系统本身的安全与可靠性带来了新的问题。以下将从芯片失效、电磁干扰、制造工艺三个方面讨论汽车电子系统的可靠性。芯片失效 Latch up 是集成芯片中描述一种特殊的由于电路设计不当引起的短路。大多数情况是由于 MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）电路的电源间形成的低阻抗回路触发了一种寄生结构，这种结构干扰了器件的正常工作，甚至可能会由于过流而将器件烧坏。这种寄生结构通常等效为可控晶闸管，类似于一个 PNP（由 2 块 P 型半导体中间夹着 1 块 N 型半导体所组成的三极管）和 NPN（由 2 块 N 型和 1块 P 型半导体组成，P 型半导体在中间，两块 N 型半导体在两侧）晶体管堆叠。这种状态通常是由于在电路的输入输出管脚，电源正负极管脚上存在瞬时高压脉冲造成的。Latch up 有时会直接损坏电路，但 24 是绝大多数情况下，在电路断电重启之后，Latch up 现象会自动消失，电路恢复正常。现代汽车使用了大量的电机作为执行器，驱动电机工作使用了大量的功率 MOSFET 器件，而汽车中存在的瞬时高压可能会引起 Latch up 的发生，从而造成安全隐患。通过以下方法可以避免 Latch up 的发生：（1）增加合适的解耦电容;（2）通过二极管钳位输入输出电压;（3）在大电流应用场合，合理接地（如图 12 所示）。图 12 合理接地能够避免芯片 Latch-up 失效 另外，为了提高汽车电