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汽車行業(yè)深度報告:智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?.感知層1.1.車載攝像頭:視覺方案的關(guān)鍵車載攝像頭是智能駕駛汽車的重要傳感器,功能是監(jiān)控汽車內(nèi)外環(huán)境以輔助駕駛員行駛。按照安裝位置的不同可以分為前視、后視、環(huán)視、內(nèi)視等等。從產(chǎn)業(yè)鏈脈絡(luò)來看,從上游的晶圓、保護(hù)膜,到中游的CMOS、DSP,再到下游的模組,基本都具有高技術(shù)壁壘,由海外公司主導(dǎo),在部分領(lǐng)域中國廠商已經(jīng)開始起步,但是均存在一定的追趕空間。上上游:分為光學(xué)鏡片、濾光片、保護(hù)膜、晶圓。其中“光學(xué)鏡片+濾光片+保護(hù)膜”

是鏡頭組的上游;晶圓是CMOS和DSP芯片的上游。光學(xué)鏡片制造原材料有光學(xué)玻璃和石英玻璃等,市場競爭激烈。濾光片通常安裝在攝像頭鏡頭之后,接近圖像傳感器表面,是用來選取所需輻射波段的光學(xué)器件,可改善圖像質(zhì)量。濾光片基片多為白玻璃、有色玻璃、石英、塑料等。海外供應(yīng)商包括旭硝子、大真空、日本電波、Optrontec等,主要來自日韓,國內(nèi)供應(yīng)商包括水晶光電、歐菲光、激埃特等。以海外廠商為主,國內(nèi)水晶光電、海泰也有供應(yīng)能力,但是市場競爭力仍存在一定的上升空間。上游:分為鏡頭組、膠合材料、CMOS、DSP“鏡頭組、膠合材料、CMOS”為模組封裝商的上游?!癉SP”為系統(tǒng)集成商提供DSP。用于車載攝像頭的膠合材料主要為UV膠(UltravioletRays),用于模組封裝環(huán)節(jié)。供應(yīng)商數(shù)量較多,市場競爭較為激烈,基本由歐美與日本廠商組成。圖像傳感器主要分為CCD圖像傳感器(ChargedCoupledDeviceImageSensor,電荷耦合器件圖像傳感器)和CMOS圖像傳感器(ComplementaryMetal-OxideSemiconductorImageSensor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器)兩大類,CMOS已經(jīng)成為圖像傳感器市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。CCD和CMOS圖像傳感器的主要區(qū)別在于二者感光二極管的周邊信號處理電路和對感光元件模擬信號的處理方式不同。CCD圖像傳感器中感光元件接受的模擬信號直接進(jìn)行依次傳遞,在感光元件末端將所傳遞的模擬信號統(tǒng)一輸出,并由專門的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片及信號處理芯片進(jìn)行放大、數(shù)模轉(zhuǎn)化及后續(xù)數(shù)字信號處理,CCD圖像傳感器具有高解析度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn),但生產(chǎn)成本相對較高,主要用于專業(yè)相機(jī)、攝影機(jī)等設(shè)備。而CMOS圖像傳感器中每個感光元件均能夠直接集成放大電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,無需進(jìn)行依次傳遞和統(tǒng)一輸出,再由圖像處理電路對信號進(jìn)行進(jìn)一步處理,CMOS圖像傳感器具有成本低、功耗小等特點(diǎn),且其整體性能隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷演進(jìn)而持續(xù)提升。由于CMOS圖像傳感器具有集成度高、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、功耗低、成本低、體積小、圖像信息可隨機(jī)讀取等一系列優(yōu)點(diǎn),從90年代開始被重視并獲得大量研發(fā)資源,其市場份額占比逐年提升,目前已廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、功能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、汽車電子、移動支付、醫(yī)療影像等應(yīng)用領(lǐng)域,成為移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心傳感器件。目前,全球主要CMOS圖像傳感器供應(yīng)商包括三星、索尼、豪威科技、格科微等。根據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì),2012年,全球圖像傳感器市場規(guī)模為99.6億美元,其中CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器占比分別為55.4%和44.6%。隨著CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)水平及生產(chǎn)工藝的不斷成熟,其性能及成本上的綜合優(yōu)勢凸顯,逐漸取代了部分CCD圖像傳感器的市場份額。至2019年,全球圖像傳感器市場規(guī)模增長至198.7億美元,而CMOS圖像傳感器占比增長至83.2%。預(yù)計(jì)到2024年,全球圖像傳感器市場規(guī)模將達(dá)到267.1億美元,實(shí)現(xiàn)6.1%的年均復(fù)合增長率,而CMOS圖像傳感器的市場份額也將進(jìn)一步提升至89.3%。根據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì),2012年,全球CMOS圖像傳感器出貨量為21.9億顆,市場規(guī)模為55.2億美元。至2019年,全球CMOS圖像傳感器市場出貨量為63.6億顆,市場規(guī)模達(dá)到165.4億美元,分別較2018年度增長了21.4%和29.0%,相對于2012年的年均復(fù)合增長率分別達(dá)到16.5%和17.0%。得益于智能手機(jī)、汽車電子等下游應(yīng)用的驅(qū)動,預(yù)計(jì)未來全球CMOS圖像傳感器市場仍將保持較高的增長率,至2024年全球出貨量達(dá)到91.1億顆,市場規(guī)模將達(dá)到238.4億美元,分別實(shí)現(xiàn)7.5%7.6%的年均復(fù)合增長率。車載攝像頭領(lǐng)域,CMOS是主流傳感器。CMOS全球市場份額來看,索尼常年占據(jù)了市場40%以上的份額,其CMOS業(yè)務(wù)主要集中在手機(jī)。但是車載應(yīng)用CMOS的行業(yè)龍頭為安森美,韋爾股份旗下的豪威科技緊隨其后。根據(jù)Yolereport的數(shù)據(jù),車載CIS(CIS:CMOS圖像傳感器)市場,安森美占據(jù)龍頭地位,市場占有率高達(dá)60%,韋爾股份旗下的豪威科技占有率也在不斷提升。索尼和三星作為手機(jī)CIS的龍頭,進(jìn)入車載市場較晚,正在快速切入。DSP芯片作用是將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。DSP芯片頭部廠商主要是德州儀器

(TI)、模擬器件公司(ADI)和摩托羅拉(Motorola),其中德州儀器的市場占有率最高,在DSP芯片市場中處于領(lǐng)先位置。中游:分為模組供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商國外廠商在車載攝像頭前裝市場優(yōu)勢明顯,占主要市場份額,頭部公司包括索尼、松下、法雷奧、麥格納等等。國內(nèi)公司逐漸涌現(xiàn),包括海康威視、德賽西威、舜宇光學(xué)、聯(lián)創(chuàng)電子、歐菲光、蘇州智華、輝創(chuàng)電子、同致電子、信利國際、豪恩汽電等,但是仍有一定的追趕空間。國內(nèi)的模組封裝廠商主要包括舜宇光學(xué)和歐菲光,兩家廠商在手機(jī)攝像頭模組封裝領(lǐng)域發(fā)展迅速,已經(jīng)進(jìn)入車載攝像頭模組封裝領(lǐng)域。非上市公司如蘇州智華、深圳豪恩、聯(lián)合光學(xué)等模組封裝廠商也在發(fā)展。整體來看國產(chǎn)廠商與國外頭部廠商存在明顯差距。下游:整車廠等根據(jù)Yole數(shù)據(jù),全球平均每輛汽車搭載攝像頭數(shù)量將從2018年的1.7顆增加至2023年的3顆。我國2020年汽車攝像頭平均搭載數(shù)量僅有1.3顆,市場空間巨大。根據(jù)我們的測算,2025年國內(nèi)乘用車車載攝像頭市場空間約為180億元。1.2.超聲波雷達(dá):逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代,市場格局幾乎定型超聲波雷達(dá)常見的工作頻率有40KHz、48KHz、58KHz等,由于頻率越高,水平與垂直方向的探測角度就越小,探測面積就越小,因此40KHz為最常見的頻率。超聲波雷達(dá)的探測范圍基本在0.1米至3.0米之間,且超聲波雷達(dá)技術(shù)成熟、性價比高,是倒車、停車場景下最優(yōu)的量產(chǎn)方案選擇。超聲波雷達(dá)的缺點(diǎn)在于測試角度小需要安裝多個、測距短、只適用于低速場景等。目前階段,單車約配備12個超聲波雷達(dá)

(倒車?yán)走_(dá)安裝4個超聲波傳感器,自動泊車系統(tǒng)在倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加4個UPA(超聲波駐車輔助,UltrasonicParkingAssistant)和4個APA(自動泊車輔助,AutomaticParkingAssistant)超聲波傳感器,合計(jì)12個)。超聲波雷達(dá)技術(shù)較為成熟,國內(nèi)外差距主要在于傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等方面。目前超聲波雷達(dá)已逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代,但中國超聲波雷達(dá)廠商的研發(fā)能力較海外對手仍有差距,且超聲波雷達(dá)市場格局已經(jīng)定型,中國廠商有望進(jìn)一步縮小與海外對手的產(chǎn)品力差距,但是發(fā)展空間較為有限。1.3.毫米波雷達(dá):22GHz轉(zhuǎn)向77GHz,國內(nèi)外市場快速增長上游:分為MMIC單片微波集成電路、天線高頻PCB板、DSP/FPGA。硬件成本占比約50%MMIC單片微波集成電路:國外:英飛凌Infineon、TI、ST、ADI、NXP國內(nèi):清能華波、加特蘭微電子、廈門意行半導(dǎo)體、矽杰微電子、南京米勒MMIC包括多種功能電路,如低噪聲放大器(LNA)、功率放大器、混頻器、檢波器、調(diào)制器、壓控振蕩器(VCO)、移相器等。MMIC具有電路損耗低、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大、功率大、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。MMIC電路中核心芯片目前基本來自恩智浦(NXP)、英飛凌、德州儀器(TI)等海外芯片設(shè)計(jì)公司。MMIC成本占比達(dá)到約25%左右。天線高頻PCB板:國外:Rogers、Isola、Schweizer國內(nèi):滬電股份(上市)、生益科技(上市)毫米波雷達(dá)天線的主流方案是微帶陣列,將多根天線集成在PCB基板上實(shí)現(xiàn)天線的功能。由于毫米波頻率較高,對于電路尺寸精度有一定要求,因此選用高頻板材PCB作為印刷電路板。目前雷達(dá)天線高頻PCB板由滬電股份、Rogers(羅杰斯)、Isola、Schweizer(施瓦茨,目前滬電股份持有公司19.74%股權(quán))、松下電工、雅龍等少數(shù)公司掌握。國內(nèi)大多數(shù)高頻PCB板廠商暫無技術(shù)儲備,只能根據(jù)圖紙代加工,元器件仍需國外進(jìn)口。國內(nèi)的滬電股份是大陸和博世的PCB板材供應(yīng)商,目前已就24GHz和77GHz高頻雷達(dá)用PCB產(chǎn)品與國際頂尖廠商Schweizer開展合作。生益科技于2016年實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品出貨,年產(chǎn)150萬平方米高頻PCB板一期項(xiàng)目已于2019年3月試產(chǎn),預(yù)計(jì)2020年可實(shí)現(xiàn)滿產(chǎn)。天線高頻PCB板成本占比達(dá)到約10%左右。毫米波雷達(dá)的核心部件為MMIC(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit,單片微波集成電路)芯片和天線PCB板。技術(shù)領(lǐng)先的國家對中國采取了技術(shù)封鎖的手段,核心芯片幾乎被TI、英飛凌、NXP、ADI、ST、富士通、安森美、瑞薩等國際半導(dǎo)體公司壟斷。基帶數(shù)字信號處理器(DSP/FPGA):國外:英飛凌Infineon、TI、ST、ADI、瑞薩Renesas國內(nèi):無毫米波雷達(dá)的數(shù)字信號處理功能通過DSP芯片或FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。高端DSP芯片和FPGA芯片主要被國外企業(yè)壟斷,DSP芯片供應(yīng)商有飛思卡爾、英飛凌、亞德諾半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體等公司,F(xiàn)PGA芯片供應(yīng)商有賽靈思、阿爾特拉、美高森美、萊迪思等公司。數(shù)字信號處理器(DSP/FPGA)成本占比達(dá)到約10%左右。中游:主要是毫米波雷達(dá)生產(chǎn)企業(yè),軟件成本占比達(dá)到50%。中游企業(yè)主要進(jìn)行毫米波雷達(dá)算法研發(fā)。算法需要大量數(shù)據(jù)支持,研發(fā)投入需求較大,是雷達(dá)性能的決定性因素之一。根據(jù)波的傳播理論,頻率越高,分辨率越高,穿透力越強(qiáng)。車用毫米波雷達(dá)工作頻段為21.65-26.65GHz和76~81GHz,主流車的工作頻率是在24GHz、77GH、79GHz三個頻率段附近。此前,各國給毫米波雷達(dá)分配的頻段主要集中在24GHz和77GHz,24GHz主要用于中短程探測(SRR、MRR);77GHZ主要用于中遠(yuǎn)程的探測(LRR)。從行業(yè)趨勢來看,毫米波雷達(dá)的第一個發(fā)展方向是從24GHz轉(zhuǎn)向77GHz,79GHz毫米波雷達(dá)則為更進(jìn)一步的發(fā)展目標(biāo)。根據(jù)佐思產(chǎn)研雷達(dá)月報,國內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)出貨量在2019年超過24GHz毫米波雷達(dá).目前,國外已經(jīng)有79GHz的毫米波雷達(dá),因國內(nèi)較少開發(fā)該頻段,79GHz及以上的產(chǎn)品目前只有少量企業(yè)已有相關(guān)產(chǎn)品,如深圳承泰科技有限公司、浙江杭州智波科技有限公司等。從24GHz轉(zhuǎn)向77GHz的原因:1)從技術(shù)角度分析,77GHz毫米波雷達(dá)相較24GHz毫米波雷達(dá)擁有探測距離更遠(yuǎn)、分辨率更高、體積更小等優(yōu)勢,能進(jìn)一步提升產(chǎn)品力。2)從政策角度分析,隨著全球移動通信應(yīng)用繼續(xù)消耗“較低”頻率的頻譜,各國也逐漸引導(dǎo)毫米波雷達(dá)退出24GHz領(lǐng)域。國內(nèi)工信部發(fā)文,自2024年1月1日起,停止生產(chǎn)或者進(jìn)口在國內(nèi)銷售的24.25-26.65GHz頻段車載雷達(dá)設(shè)備。日本也已不再使用24GHz車載雷達(dá)技術(shù)。根據(jù)各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI和FCC分別設(shè)定的時間表,24GHz毫米波雷達(dá)在歐洲和美國也被逐步淘汰,更高頻率的77GHz和79GHz毫米波雷達(dá)將成為主流。根據(jù)觀察者網(wǎng)引用的第三方數(shù)據(jù),中國市場中,24GHz市場主要由法雷奧(Valeo)、海拉(Hella)和博世(Bosch)主導(dǎo),合計(jì)出貨量占總出貨量的60%以上;77GHz雷達(dá)主要由大陸集團(tuán)(Continental)、博世(Bosch)和德爾福(Delphi)主導(dǎo),根據(jù)OFweek數(shù)據(jù),2018年這三家在中國市場占據(jù)總出貨量份額80%。根據(jù)億歐汽車與中研網(wǎng)的數(shù)據(jù),2020年我國毫米波雷達(dá)的市場規(guī)模為180億元。根據(jù)高工智能汽車研究院數(shù)據(jù),2021年1-11月國內(nèi)上市新車搭載前向/角毫米波雷達(dá)上險量為1186.91萬顆,同比增長44.55%。國內(nèi)毫米波雷達(dá)產(chǎn)品總體仍處于研制階段,2018年開始能量產(chǎn)24GHz毫米波雷達(dá),目前24GHz毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對成熟,供應(yīng)鏈已經(jīng)相對穩(wěn)定。24GHz的核心芯片射頻芯片能從英飛凌、飛思卡爾等芯片供應(yīng)商獲得。中國華域汽車、森思泰克、湖南華納、安智杰等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)24GHz毫米波雷達(dá)產(chǎn)品大規(guī)模量化。但英飛凌、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體等芯片商對中國并沒有放開77GHz毫米波雷達(dá)芯片的供應(yīng),因此國內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)的發(fā)展較慢。國內(nèi)布局毫米波雷達(dá)領(lǐng)域的公司包括傳統(tǒng)零部件企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)兩類。傳統(tǒng)零部件公司包括德賽西威、華域汽車、保隆科技等。初創(chuàng)公司包括森思泰克、行易道、安智杰、安智汽車、承泰科技、楚航科技、川速微波等。部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)24GHz和77GHz毫米波雷達(dá)傳感器量產(chǎn)。相較于激光雷達(dá)、攝像頭等,毫米波雷達(dá)具備全天候全天時的探測能力,即使在雨雪、塵霧等惡劣環(huán)境條件下依舊可以正常工作,且毫米波雷達(dá)直接測量距離和速度,對目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)的檢測更為方便。我們認(rèn)為國內(nèi)外毫米波雷達(dá)市場仍將保持快速增長:1)單車裝載數(shù)量提升:基于其技術(shù)優(yōu)勢,我們認(rèn)為毫米波雷達(dá)的單車搭載量將隨著汽車智能化的發(fā)展而不斷攀升。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù),2015年,中國車載毫米波雷達(dá)銷量為180萬顆,平均每12輛車配裝1顆?,F(xiàn)階段大多數(shù)智能化程度更高的汽車采用4個短距毫米波雷達(dá)+1個長距毫米波雷達(dá)的裝配模式,如小鵬P5、蔚來ES8和ET7均裝配5顆毫米波雷達(dá)。2)單價提升:從單價來看,24GHz毫米波雷達(dá)在500元左右,而77GHz的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)在1000元左右。由于24GHz將被逐漸替換為77GHz、79GHz,因此單車價值進(jìn)一步提升。3)汽車智能化滲透率提升:目前L2滲透率較低,2020年國內(nèi)約為15%。汽車智能化為大勢所趨,我們認(rèn)為L2以上的滲透率將逐年穩(wěn)定、快速提升。智能汽車滲透率的提升將強(qiáng)勢拉動毫米波雷達(dá)需求。1.4.激光雷達(dá):迎來量產(chǎn)元年,國產(chǎn)有望彎道超車上游:主要由激光器、探測器、主控芯片、模擬芯片及光學(xué)部件5個部件組成。芯片(主控芯片F(xiàn)PGA及模擬芯片)領(lǐng)域國內(nèi)外差距比較大,國外廠商占據(jù)主要市場;

光學(xué)部件、激光器與探測器等領(lǐng)域,國內(nèi)相關(guān)公司可以做到國產(chǎn)替代,可實(shí)現(xiàn)靈活定制,成本優(yōu)勢比較明顯。1激光器(屬于發(fā)射系統(tǒng),分為固體激光器、半導(dǎo)體激光器、氣體激光器等):OSRAM

(歐司朗)、AMS(艾邁斯半導(dǎo)體)、lumentum(魯門特姆)、瑞波光電子(力合科創(chuàng)

(上市)持股9.13%)、縱慧芯光(VCSEL芯片,是激光雷達(dá)的光源,華為投資)、炬光科技(上市)激光器實(shí)現(xiàn)發(fā)射光束的光源作用。激光器從發(fā)射維度看可以分為兩大類:邊發(fā)射(EEL)和垂直腔面發(fā)射(VCSEL)。EEL作為探測光源具有高發(fā)光功率密度的優(yōu)勢,但EEL激光器因?yàn)槠浒l(fā)光面位于半導(dǎo)體晶圓的側(cè)面,使用過程中需要進(jìn)行切割、翻轉(zhuǎn)、鍍膜、再切割的工藝步驟,往往只能通過單顆一一貼裝的方式和電路板整合,而且每顆激光器需要使用分立的光學(xué)器件進(jìn)行光束發(fā)散角的壓縮和獨(dú)立手工裝調(diào),極大地依賴產(chǎn)線工人的手工裝調(diào)技術(shù),生產(chǎn)成本高且一致性難以保障。垂直腔面發(fā)射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL)其發(fā)光面與半導(dǎo)體晶圓平行,具有面上發(fā)光的特性,其所形成的激光器陣列易于與平面化的電路芯片鍵合,在精度層面由半導(dǎo)體加工設(shè)備保障,無需再進(jìn)行每個激光器的單獨(dú)裝調(diào),且易于和面上工藝的硅材料微型透鏡進(jìn)行整合,提升光束質(zhì)量。傳統(tǒng)的VCSEL激光器存在發(fā)光密度功率低的缺陷,導(dǎo)致只在對測距要求近的應(yīng)用領(lǐng)域有相應(yīng)的激光雷達(dá)產(chǎn)品(通常小于50m)。近年來國內(nèi)外多家VCSEL激光器公司紛紛開發(fā)了多層結(jié)VCSEL激光器,將其發(fā)光功率密度提升了5~10倍,這為應(yīng)用VCSEL開發(fā)長距激光雷達(dá)提供了可能。結(jié)合其平面化所帶來的生產(chǎn)成本和產(chǎn)品可靠性方面的收益,VCSEL未來將有望逐漸取代EEL。目前市場主要參與者仍以海外廠商為主,包括OSRAM(歐司朗)、AMS(艾邁斯半導(dǎo)體)、Lumentum(魯門特姆)等;國產(chǎn)廠商包括深圳瑞波光電子有限公司、常州縱慧芯光半導(dǎo)體科技有限公司等。2探測器:sony、FirstSensor、Hamamatsu濱松光子、ONSemiconductor安森美、量芯集成、靈明光子(小米投資)、南京芯視界(SPAD,華為投資)。從競爭格局來看,目前探測器領(lǐng)域仍以國外廠商為主。探測器屬于接收系統(tǒng),分為SiPM探測器(硅光電倍增管)、APD探測器(雪崩光電二極管)、SPAD探測器(單光子雪崩二極管)等。單光子器件(SPAD)具有極強(qiáng)的感光能力,在生物醫(yī)學(xué)的熒光探測領(lǐng)域和核磁影像領(lǐng)域已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用,然而由于硅材料對激光雷達(dá)所采用的近紅外光波段的吸收系數(shù)較弱,導(dǎo)致在激光雷達(dá)接收端的測量靈敏度不及當(dāng)前在激光雷達(dá)中廣泛使用的線性雪崩二極管探測器APD。近年來,因?yàn)榧す饫走_(dá)行業(yè)的興起,國內(nèi)外多家探測器公司在不斷優(yōu)化單光子器件在近紅外波段的量子效率,在實(shí)際探測靈敏度方面已經(jīng)逐漸超越了APD。未來幾年內(nèi),隨著設(shè)計(jì)和工藝的進(jìn)一步優(yōu)化,單光子探測器對APD性能的優(yōu)勢將越發(fā)明顯。3FPGA(信息處理):Intel、Xilinx(兩個海外巨頭)、紫光國微(上市)、智多晶(小米投資)4模擬芯片:TI、ADI

亞德諾半導(dǎo)體、矽力杰、圣邦股份(上市)5光學(xué)部件:5.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)&掃瞄鏡(屬于掃描系統(tǒng),也叫掃描器)中游:中游大部分的激光雷達(dá)廠商主要做硬件集成的工作,并添加自研的算法,進(jìn)行封裝后賣給下游廠商。機(jī)械式:Velodyne、Valeo、Waymo、Ouster、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能半固態(tài)-轉(zhuǎn)鏡式:Velodyne、法雷奧、Luminar、IBEO、Innovusion、禾賽科技、鐳神智能、銳馳智光、Livox半固態(tài)-MEMS:Luminar、Innoviz、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、一徑科技固態(tài)-OPA(光學(xué)相控陣):

Quanergy、力策科技固態(tài)-FLASH:Ouster、IBEO、LuminWave、AnalogPhotonicsFMWC:Blackmore、Aeva、Scantinel、Photonics、Strobe、光勺科技激光雷達(dá)按照測距方法可以分為飛行時間(TimeofFlight,ToF)測距法、基于相干探測的FMCW測距法、以及三角測距法等,其中ToF與FMCW能夠?qū)崿F(xiàn)室外陽光下較遠(yuǎn)的測程(100~250m),是車載激光雷達(dá)的優(yōu)選方案。ToF是目前市場車載中長距激光雷達(dá)的主流方案。大部分ToF激光雷達(dá)產(chǎn)品采用分立器件,即發(fā)射端使用邊發(fā)射激光器(EdgeEmittingLaser,EEL)配合多通道驅(qū)動器、接收端使用線性雪崩二極管探測器(AvalanchePhotodiode,APD)配合多通道跨阻放大器(Trans-ImpedanceAmplifier,TIA)的方案。ToF激光雷達(dá)系統(tǒng)主要包括發(fā)射模塊、接收模塊、控制及信號處理模塊和掃描模塊(如有)。未來隨著FMCW激光雷達(dá)整機(jī)和上游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟,ToF和FMCW激光雷達(dá)將在市場上并存。機(jī)械式激光雷達(dá):其發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)動,通過不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭,將速度更快、發(fā)射更準(zhǔn)的激光從“線”變成“面”,并在豎直方向上排布多束激光,形成多個面,達(dá)到動態(tài)掃描并動態(tài)接收信息的效果。傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)更高線束,需要增加發(fā)射模塊與接收模塊的數(shù)量。但是由于種種缺點(diǎn),機(jī)械式較難應(yīng)用在規(guī)模量產(chǎn)車型當(dāng)中。優(yōu)點(diǎn):發(fā)展時間久,技術(shù)較為成熟缺點(diǎn):成本較高(64線Velodyne機(jī)械式激光雷達(dá)價格在7萬美元以上)、旋轉(zhuǎn)部件體積、重量龐大,導(dǎo)致機(jī)械零部件壽命不長(約1000-3000小時)+機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件在行車環(huán)境下的可靠性不高+裝配困難等?;旌瞎虘B(tài)(半固態(tài))激光雷達(dá)在產(chǎn)品外形上不存在機(jī)械旋轉(zhuǎn)的部件,但內(nèi)部實(shí)際存在小巧的機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)。半固態(tài)分為轉(zhuǎn)鏡方案和MEMS方案。轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá):通過反射鏡面圍繞圓心不斷旋轉(zhuǎn),將激光反射到不同的角度完成對前方一定角度內(nèi)的掃描,激光發(fā)生器本身固定不動。在轉(zhuǎn)鏡方案中,存在一面掃描鏡(一維轉(zhuǎn)鏡)和一縱一橫兩面掃描鏡(二維轉(zhuǎn)鏡)兩種技術(shù)路線。一維轉(zhuǎn)鏡線束與激光發(fā)生器數(shù)量一致,而二維轉(zhuǎn)鏡可以實(shí)現(xiàn)等效更多的線束,在集成難度和成本控制上存在優(yōu)勢。相較于同為混合固態(tài)激光雷達(dá)的MEMS微振鏡激光雷達(dá),它在功耗、散熱等方面有著更大優(yōu)勢。不過轉(zhuǎn)鏡方案與MEMS微振鏡一樣存在信噪比低,和有效距離短,F(xiàn)OV視場角受限等問題。轉(zhuǎn)鏡式方案中有法雷奧Scala的成功案例,是已經(jīng)通過車規(guī)認(rèn)證并實(shí)現(xiàn)了前裝量產(chǎn)的技術(shù)方案。MEMS激光雷達(dá):MEMS掃描鏡內(nèi)部集成了“可動”的微型鏡面,MEMS掃描鏡兼具“固態(tài)”和“運(yùn)動”兩種屬性,故稱為“混合固態(tài)”。MEMS激光雷達(dá)可以直接在硅基芯片上集成體積十分精巧的MEMS微振鏡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式旋轉(zhuǎn)裝置,在驅(qū)動電路的帶動下,MEMS振鏡產(chǎn)生高頻旋擺,而激光源是固定不動的,打在振鏡上的電磁波就會在振鏡的轉(zhuǎn)動下,快速掃描鏡頭前方的環(huán)境。這一變化帶來的最大優(yōu)點(diǎn)在于本身不用再大幅度地進(jìn)行旋轉(zhuǎn),可以有效降低整個系統(tǒng)在行車環(huán)境出現(xiàn)問題的幾率。另外,主要部件運(yùn)用芯片工藝生產(chǎn)之后,量產(chǎn)能力也得以大幅度提高,有利于降低激光雷達(dá)的成本,可以從上千乃至上萬美元降低到數(shù)百美元。優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確度高,MEMS微振鏡振動小,可以精確控制偏轉(zhuǎn)角度,而機(jī)械激光雷達(dá)只能調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速;成本低,對激光器和探測器的數(shù)量需求明顯減少;體積減小,不需要笨重的馬達(dá)缺點(diǎn):仍然存在微振鏡的振動,此結(jié)構(gòu)特性會影響整個部件的壽命;激光掃描受微振鏡面積限制,與其他技術(shù)路線在掃描范圍上有一定差距;只用一組發(fā)射激光和接收裝置,信號光功率遠(yuǎn)低于機(jī)械激光雷達(dá);接收端的收光孔徑非常小,遠(yuǎn)低于機(jī)械激光雷達(dá),而光接收峰值功率與接收器孔徑面積成正比,因此意味著信噪比的降低,也意味著有效距離的縮短。固態(tài)激光雷達(dá):是完全沒有移動部件的激光雷達(dá)。且由于裝配調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)自動化,若能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)則可以大幅降低成本。固態(tài)激光雷達(dá)的技術(shù)路線尚未定型,目前分為OPA固態(tài)激光雷達(dá)和Flash固態(tài)激光雷達(dá)。優(yōu)點(diǎn):不存在旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu),所有的激光探測水平和垂直視角都是通過電子方式實(shí)現(xiàn)的,因此提高了耐用性;數(shù)據(jù)采集速度快,分辨率高,對于溫度和振動的適應(yīng)性強(qiáng);通過波束控制,探測點(diǎn)可以任意分布,這是機(jī)械式激光雷達(dá)無法實(shí)現(xiàn)的。OPA(opticalphasedarray光學(xué)相控陣技術(shù))激光雷達(dá):運(yùn)用相干原理,采用多個光源組成陣列,通過控制各光源發(fā)光時間差,通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個發(fā)射單元的相位差,來控制輸出的激光束的方向,合成具有特定方向的主光束。OPA仍處于研發(fā)階段優(yōu)點(diǎn):相比于MEMS,沒有任何機(jī)械部件,結(jié)構(gòu)相對簡單,精度高,體積小,掃描速度快缺點(diǎn):易形成旁瓣,影響光束作用距離和角分辨率,使激光能量被分散。光學(xué)相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個波長,陣列單元尺寸小于500nm,對加工精度要求高,掃描角度有限,探測距離很難做到很遠(yuǎn),接收端方案薄弱,信噪比較差。Flash固態(tài)激光雷達(dá):屬于非掃描式雷達(dá),發(fā)射面陣光,是以2維或3維圖像為重點(diǎn)輸出內(nèi)容的激光雷達(dá)。Flash原理是快閃,不像MEMS或OPA的方案進(jìn)行掃描,而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光,再以接收器對環(huán)境周圍圖像進(jìn)行繪制。Flash是目前較為主流的技術(shù)方案,目前高性能Flash激光雷達(dá)主要是IBEO和OUSTER。優(yōu)點(diǎn):發(fā)射端方案較成熟,成本較低;沒有延遲,掃描速度快;體積小,穩(wěn)定性高缺點(diǎn):采用單脈沖測量,單脈沖需要較高的能量,峰值功率能達(dá)到上百千瓦至兆瓦級別,需要搭載固體激光器,而固體激光器成本很高,且閃光能量可能傷害人眼安全,受嚴(yán)格限制。因?yàn)槟壳癡CSEL的效率和指向性,讓Flash激光雷達(dá)有效距離和分辨率都不及前兩類。FMCW激光雷達(dá):主要通過發(fā)送和接收連續(xù)激光束,把回光和本地光做干涉,并利用混頻探測技術(shù)來測量發(fā)送和接收的頻率差異,再通過頻率差換算出目標(biāo)物的距離。FMCW按光波的相干方式,可分為線性調(diào)頻和編碼調(diào)相兩種。相較于TOF激光雷達(dá),F(xiàn)MCW存在四個顯著的優(yōu)勢。第一,抗干擾能力很強(qiáng),不會受到環(huán)境光的干擾。首先是因?yàn)镕MCW基于相干原理,它只能接收到自己發(fā)出去的光,其次是它內(nèi)置的光源的強(qiáng)度要比反射進(jìn)來的陽光強(qiáng)度高至少三個數(shù)量級,陽光對它的影響基本可以忽略不計(jì),再者,其濾波片的帶寬在0.01納米以內(nèi),而TOF激光雷達(dá)的濾波片帶寬有20-30納米。第二,信噪比很高。在FMCW激光雷達(dá)中,除了激光器所發(fā)出的信號光外,還有經(jīng)過光束分束器的本振光,信號光的回波和本振光一同耦合到光探測。除了接收到光信號光功率,外本地震蕩光功率也一同與背景噪聲相競爭,結(jié)果就壓抑了噪聲。遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)往往會犧牲FOV來追求更長的探測距離,這其實(shí)對信噪比要求比較高,因此,在技術(shù)成熟后,F(xiàn)MCW會是遠(yuǎn)距離感知更好的選擇。第三,F(xiàn)MCW可獲取每個像素點(diǎn)的速度維數(shù)據(jù),這不僅延長了有效探測距離,還減少了后端處理對算力的要求。第四,可實(shí)現(xiàn)更高程度的“芯片化”。不僅信號處理、激光器、探測器等可以進(jìn)行芯片化,掃描部件可以基于硅光技術(shù)芯片化,光學(xué)鏡頭也有可能被芯片化,在最理想的情況下,掃描模塊還可跟收發(fā)模塊(激光器+探測器)集成到同一個芯片上。激光雷達(dá)發(fā)展的大趨勢是機(jī)械式向半固態(tài)再向固態(tài)發(fā)展,目前的技術(shù)階段正從機(jī)械式向半固態(tài)轉(zhuǎn)變。目前半固態(tài)中MEMS和轉(zhuǎn)鏡的路線正在競爭,MEMS是當(dāng)前市場上主流方案。長遠(yuǎn)來看,固態(tài)應(yīng)是未來的發(fā)展方向。激光雷達(dá)的市場規(guī)模正在加速擴(kuò)大。從整個激光雷達(dá)的市場空間來看,根據(jù)沙利文的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測,2025年中國激光雷達(dá)市場規(guī)模將達(dá)到43.1億美元,全球市場規(guī)模為135.4億美元。從2025年數(shù)據(jù)細(xì)分來看,無人駕駛市場

(Robotaxi/Robotruck)激光雷達(dá)市場規(guī)模預(yù)計(jì)為35億美元,高級輔助駕駛激光雷達(dá)市場預(yù)計(jì)達(dá)到46.1億美元,服務(wù)型機(jī)器人激光雷達(dá)市場達(dá)到7億美元,車聯(lián)網(wǎng)激光雷達(dá)市場預(yù)計(jì)超過45億美元。從車載與工業(yè)領(lǐng)域的激光雷達(dá)空間來看,根據(jù)億歐汽車的數(shù)據(jù),2020年我國車載激光雷達(dá)的市場規(guī)模為5億元。根據(jù)Yole預(yù)測,2025年全球汽車與工業(yè)市場激光雷達(dá)市場將達(dá)到43.59億美元。海外公司布局激光雷達(dá)較早,參與者較多。Velodyne起步最早,在機(jī)械激光雷達(dá)市場擁有較大優(yōu)勢,也在前裝固態(tài)激光雷達(dá)市場蓄勢待發(fā)。Luminar成立于2012年,于2020年12月在納斯達(dá)克上市,成為繼Velodyne后全球第二家上市的激光雷達(dá)廠商。Innoviz成立于2016年,為MEMS路線的頭部公司,于當(dāng)年發(fā)布其第一款MEMS激光雷達(dá)InnovizOne,于2020年推出第二代產(chǎn)品InnovizTwo,預(yù)計(jì)將在2023年第三季度開始實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。Ouster是flash激光雷達(dá)路線的先驅(qū),成立于2015年,于2018年推出第一代產(chǎn)品OS1;2020年1月推出第二代產(chǎn)品超廣角激光雷達(dá)OS0和遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)OS2。Aeva是FMCW4D激光雷達(dá)的開拓者,于2019年發(fā)布首款FMCW芯片激光雷達(dá)。國內(nèi)速騰聚創(chuàng)、圖達(dá)通、禾賽科技、華為、鐳神智能等品牌成為入局的第一梯隊(duì)。北醒光子、北科天繪等也紛紛入局。目前制約激光雷達(dá)大面積量產(chǎn)的主要原因,一方面是成本與價格太高,另一方面是性能是否能通過車規(guī)級驗(yàn)證仍需要測試。從成本與價格來看,麥姆斯咨詢估算機(jī)械式激光雷達(dá)每組的芯片成本約200美元,僅16組的芯片成本就高達(dá)3200美元,機(jī)械式激光雷達(dá)的價格則在數(shù)萬美元量級,是車企難以接受的。Velodyne獨(dú)占時期的機(jī)械式激光雷達(dá)價格便超過10萬美元。特斯拉的馬斯克不看好激光雷達(dá)路線的主要原因就是激光雷達(dá)成本高。隨著激光雷達(dá)路線的更迭發(fā)展,目前半固態(tài)路線激光雷達(dá)的單價已經(jīng)下探到2000美元以下。2020年CES展會期間,多家供應(yīng)商發(fā)布低成本車載激光雷達(dá),部分價格下探至1000美元以下。Innoluce曾發(fā)布一款MEMS激光雷達(dá)設(shè)計(jì)方案,成本控制在200美元以內(nèi)。而未來固態(tài)路線的激光雷達(dá)的單價則有望進(jìn)一步下降至數(shù)百美元的量級??刂瞥杀九c價格,通過價格下探來獲取市占份額是激光雷達(dá)供應(yīng)商的一個重要競爭方向。2020年8月大疆宣布公司首個實(shí)現(xiàn)了車用智能駕駛激光雷達(dá)價格降到千元級別,而且能量產(chǎn)供應(yīng)。華為計(jì)劃將激光雷達(dá)的成本降低至幾百美元,未來目標(biāo)是降低至100美元。Quanergy等創(chuàng)業(yè)公司聲稱固態(tài)激光雷達(dá)能達(dá)到200-300美元。從技術(shù)水平與方向來看,我們認(rèn)為國產(chǎn)供應(yīng)商存在彎道超越的可能。雖然國外企業(yè)布局較早,但激光雷達(dá)屬于新興產(chǎn)品,仍處于技術(shù)路徑未定型的高速發(fā)展階段。目前在不同的技術(shù)路線中,國內(nèi)外均有激光雷達(dá)供應(yīng)商參與其中,一旦某種路線脫穎而出,該路線中的國產(chǎn)企業(yè)便有望彎道超越,彌補(bǔ)在時間上與海外企業(yè)的差距,實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替換。我們判斷未來將有5—10家成規(guī)模的國產(chǎn)激光雷達(dá)企業(yè)穩(wěn)定存在。重點(diǎn)公司分析(1)炬光科技:大功率半導(dǎo)體激光產(chǎn)品供應(yīng)商2.決策層2.1.硬件——芯片:智能駕駛核心智能駕駛汽車芯片按照產(chǎn)品功能可以分為三類:第一類是ADAS芯片。ADAS意為高級駕駛輔助系統(tǒng),用于實(shí)現(xiàn)L1-L2級別的輔助駕駛功能。目前智能駕駛汽車芯片的主要市場集中在ADAS駕駛輔助領(lǐng)域。第二種是基于GPU的智能駕駛汽車芯片。目前Mobileye、英偉達(dá)和特斯拉等公司推出商用產(chǎn)品。第三種是支持智能駕駛功能的外圍芯片,如5G芯片、V2X芯片、數(shù)字座艙芯片、虛擬儀表芯片、信息安全芯片、胎壓監(jiān)測芯片和域控制器芯片等。這些芯片起到為智能駕駛提供輔助、支持的作用。2.1.1.智能駕駛芯片的發(fā)展趨勢CPU、GPU、FPGA、ASIC將依次成為智能駕駛芯片的發(fā)展趨勢。過去汽車的電控單元ECU使用CPU,隨著數(shù)據(jù)量的提升,傳統(tǒng)CPU的算力不足以支撐,因此GPU逐漸開始替代CPU。由于智能駕駛需要進(jìn)行大量的計(jì)算處理,算力需求進(jìn)一步增加,F(xiàn)PGA與GPU相結(jié)合成為當(dāng)前的主流方案;著眼未來,當(dāng)現(xiàn)有方案難以支撐計(jì)算需求的時候,ASIC或?qū)⒊蔀槲磥淼陌l(fā)展方向。對于L0/L1級系統(tǒng),傳統(tǒng)的車規(guī)級CPU即可滿足需求;對于L2至L3級別,目前采用的主流方案是FPGA和GPU相結(jié)合,但是FPGA芯片硬件編程復(fù)雜性太高,GPU算力也強(qiáng),但功耗和價格太高,不適合大規(guī)模量產(chǎn),因此仍需要進(jìn)一步發(fā)展。2.1.2.競爭格局智能駕駛芯片行業(yè)參與者較為多樣化。有以恩智浦、德州儀器為代表的傳統(tǒng)汽車芯片廠商,有英特爾、高通、英偉達(dá)等電子芯片巨頭,有以特斯拉為代表的車企,以及以地平線、芯馳科技為代表的創(chuàng)業(yè)公司。英特爾、英偉達(dá)等是較早布局智能駕駛芯片的企業(yè),目前占據(jù)了全球智能駕駛芯片市場的較大份額,從市場份額出發(fā),屬于汽車芯片市場的第一梯隊(duì)。英偉達(dá)定位在L3及以上等級的智能駕駛,作為GPU的發(fā)明者,在汽車主控芯片的GPU市場處于壟斷地位,常年保持70%的市場占有率。目前英偉達(dá)的Orin芯片是技術(shù)最為成熟的智能駕駛域控制器芯片,在L2+以上的智能駕駛領(lǐng)域具有較大的技術(shù)優(yōu)勢,目前國內(nèi)的主機(jī)廠要進(jìn)行L3與L4級別的智能駕駛的開發(fā)基本只能選擇英偉達(dá)的芯片。目前奧迪車型、特斯拉前期車型、小鵬、威馬,以及大量的主流新能源乘用車都是基于英偉達(dá)的Xavier或者Orin芯片,算力級別主要是30TOPs,2022年推出的蔚來ET7、小鵬G9等高端車型可能高達(dá)500-1000Tops。高通和華為位于第二梯隊(duì)。高通與英特爾、英偉達(dá)同屬世界芯片巨頭,但是高通在智能駕駛芯片領(lǐng)域相較于競爭對手少了籌碼。2016年,高通擬以440億美元天價收購半導(dǎo)體公司恩智浦(NXP),并申請9個國家的反壟斷批準(zhǔn)。但因未獲得中國地區(qū)的反壟斷批準(zhǔn),最終高通的收購計(jì)劃落空,向恩智浦賠付20億美元解約費(fèi)。在智能駕駛領(lǐng)域,高通于2020年1月推出了SnapdragonRide平臺,可提供不同等級的算力,包括以小于5瓦的功耗提供的L1級別的10TOPS算力,以及100多瓦功耗、700TOPS算力的配置下,整個系統(tǒng)的功耗差不多會在100多瓦左右,但這更多是瞄準(zhǔn)2023年之后的車型。不過高通憑借在通信及消費(fèi)電子領(lǐng)域的優(yōu)勢,基于智能手機(jī)芯片的經(jīng)驗(yàn),成為智能座艙芯片領(lǐng)域的行業(yè)龍頭。長城汽車車載智能芯片由高通公司負(fù)責(zé),長城汽車在2022年推出的高端車型上將會率先采用高通SnapdragonRide平臺,應(yīng)用到其智能駕駛系統(tǒng)中。長城汽車的另一個合作伙伴是華為,其將為長城汽車提供以MDC為基礎(chǔ)的高算力智能駕駛計(jì)算平臺。華為面向智能駕駛領(lǐng)域推出多款MDC計(jì)算平臺系列。硬件平臺內(nèi)部包含了兩個核心芯片,分別是CPU處理器和AI處理器。CPU采用鯤鵬芯片。業(yè)界推測AI芯片采用的是昇騰310芯片。除了長城汽車外,北汽、長安也與華為有深度合作,2021年新車型或有望逐步推出。第三梯隊(duì)是其他的第三方芯片廠商,其中就包括地平線、云途、黑芝麻等國產(chǎn)公司。以地平線為例,地平線的“征程3”智能駕駛芯片進(jìn)入2021款理想ONE,取代了理想原來采用的Mobileye芯片。截至2020年底,地平線征程系列芯片出貨量已經(jīng)超過16萬片,繼征程2、征程3之后,面向L4高等級智能駕駛的征程5芯片也已一次性流片成功,將于年內(nèi)正式發(fā)布。國內(nèi)芯片廠商成長很快,眾多車企考慮地平線、黑芝麻等作為back-upplan,避免出現(xiàn)芯片供應(yīng)問題;同時國際芯片大廠研發(fā)部門不在國內(nèi),車企難以從國際芯片廠商學(xué)習(xí)芯片相關(guān)技術(shù),這是本土芯片廠商的優(yōu)勢。除此之外,越來越多的車企也開始嘗試自主研發(fā)智能駕駛芯片。國外車企以特斯拉為代表。特斯拉早期搭載的芯片包括MobileyeEyeQ3與英偉達(dá)DRIVEPX2,后期選擇自研FSD芯片自用。在國內(nèi)市場,蔚來汽車在今年10月被曝出有意涉足智能駕駛芯片這一領(lǐng)域,造車新勢力零跑汽車推出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的凌芯01智能駕駛芯片。吉利集團(tuán)旗下億咖通科技與云知聲共同出資成立合資公司芯智科技。此外比亞迪、長城汽車等也在芯片業(yè)務(wù)上有所布局。促使車企自主研發(fā)的原因有很多。首先,以Mobileye為代表的芯片供應(yīng)商提供的芯片和算法緊密耦

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