202111 電子行業(yè)擁抱“新能源+”系列研究三：“新能源+”重構供應鏈重視汽車電子全方位機會

報告網(wǎng)行業(yè)公司研究|電子行業(yè)|“新能源+”重構供應鏈，重視汽車電子全方位機會報告網(wǎng)行業(yè)公司研究|電子行業(yè)|“新能源+”重構供應鏈，重視汽車電子全方位機會報告日期：報告日期：2021年11月25日──擁抱“新能源+”系列研究三行業(yè)評級行業(yè)評ianggaozhenstockecomcnwuruofei@讀級及車載/VR領域漸興，重點關注應用/2021.05.30口“雙碳”目標要求能源轉型，汽車電動化對半導體行業(yè)影響深遠在“雙碳”要求下，能源轉型是必由之路。中國將從能源系統(tǒng)轉型優(yōu)化、工業(yè)系統(tǒng)轉型升級、交通系統(tǒng)清潔化發(fā)展、建筑系統(tǒng)能效提升、負碳技術開發(fā)利用等方面開展碳中和行動，其中，能源系統(tǒng)轉型是中國雙碳目標成功與否的關鍵。作為能源系統(tǒng)轉型的主要內(nèi)容之一，汽車電動化革命將帶動整體半導體產(chǎn)業(yè)需求結構的改變，正逐步成為拉動半導體行業(yè)整體需求的核心賽道，對半導體產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展有著深遠的影響。口汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化給汽車電子行業(yè)帶來全方位機會相比傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車的“革命性”不僅僅體現(xiàn)在汽車的電動化、更在于智能化與網(wǎng)聯(lián)化。電動化的范疇下，主要體現(xiàn)在新能源汽車對功率半導體需求激增，單車價值量在傳統(tǒng)燃油車單車約400美元提升了一倍左右。主要由于新能源車普遍采用高壓電路，當電池輸出高壓時，需要頻繁進行電壓變化，因此在主傳動/逆變器、車載充電器等領域，對IGBT、MOSFET等器件需求大幅增長。智能化&網(wǎng)聯(lián)化范疇下，新能源汽車對于信息的感知、處理與交互需求增強，體現(xiàn)在對于攝像頭、傳感器、激光雷達等需求激增，尤其在自動駕駛進入到相對高階的L4/L5級別，超聲波傳感器和雷達模組的需求更是爆發(fā)時增長。除半導體以外，汽車電動化、智能化還會帶來很多細分非半導體零部件需求的大幅增長，如逆變器中的薄膜電容器、車內(nèi)高頻高速傳輸數(shù)據(jù)線束等等?？偠灾?，汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化給汽車電子行業(yè)帶來全方位機會。口新能源+下，光伏風電/充電樁等帶動需求多點開花器同樣對于IGBT、MOSFET等功率半導體需求激增；對于快充的需求使得整個新能源汽車平臺工作電壓進一步提升，10月24日，小鵬汽車發(fā)布首個量產(chǎn)配置SiC芯片的800V高壓平臺，支持充電5分鐘，續(xù)航200公里，更是引發(fā)了市場對平臺電壓高壓化技術的關注，作為關鍵器件的SiC商業(yè)化有望加速?？陲L險提示新能源汽車滲透率提升不及預期；產(chǎn)業(yè)競爭加劇。http/http/24告網(wǎng)正文目錄 1.1.碳中和背景下，新能源革命勢不可擋 41.2.“新能源+”背景下，汽車逐步成為拉動半導體行業(yè)的核心賽道 6 2.1.電動化：以IGBT為主的功率半導體需求爆發(fā) 102.2.智能化：視覺系統(tǒng)、MCU，存儲需求大幅增長 132.3.網(wǎng)聯(lián)化：連接器、V2X射頻芯片等聯(lián)網(wǎng)需求有望增長 15 3.1.光伏風電：對功率器件(IGBT、MOS)需求爆發(fā)式增長 18 圖表目錄圖1：2018年全球各部門碳排放占比 4圖2：2018年國內(nèi)各部門碳排放占比 4圖3：汽車電動化革命是能源轉型、實現(xiàn)“碳中和”的重要路徑 5圖4：各國針對乘用車單車碳排放也有明確的減排路線 5圖5：汽車電動化能有效降低碳排放 6圖6：2021年上半年全球各國電動汽車銷量大幅增長 6圖7：半導體在汽車生態(tài)體系中的角色 6圖8：2016-2022年全球半導體行業(yè)銷售收入及2022年半導體需求結構 7圖9：2017-2022年全球各類型半導體產(chǎn)品銷售收入增速 7圖10：2017&2022年全球傳統(tǒng)和新能源汽車平均芯片數(shù)目 8圖11：2020-2025年汽車半導體為成長性最強細分領域 8圖12：汽車半導體主要包括功率半導體、MCU和傳感器，Infineon占據(jù)全球龍頭地位 8圖13：汽車全面智能化帶來電子產(chǎn)業(yè)鏈全方位機會 9圖14：汽車電動化對產(chǎn)業(yè)鏈的影響包含電動化(綠色化)、智能化、網(wǎng)聯(lián)化三個維度 9圖15：不同功率器件的適用條件不同 10圖16：汽車電動化對于汽車功率轉化系統(tǒng)要求全面提升 11圖17：相比燃油車(ICE)，功率半導體在電動汽車上價值量提升最大 11圖18：OnsemiHV-LVDC-DC逆變器產(chǎn)品種類 12圖19：汽車電動化背景下，汽車“含硅量”大幅提升 12圖20：汽車智能化ADAS、MCU、存儲等各類需求的大量增長 13圖21：智能駕駛分為L0-L5，目前正處于L3初步導入階段 13圖22：隨著自動駕駛登記提高，對各類傳感器需求激增 14圖23：L4/5階段，雷達和傳感市場有望獲得爆發(fā)式發(fā)展 14圖24：智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)全景圖 15http/http/告網(wǎng) 16圖26：2019-2025年汽車網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展進程 16圖27：2020-2025年汽車半導體應用和設備增長預測 17圖28：光伏/風電/儲能等領域亦將拉動功率半導體需求增長 18圖29：未來光伏和風電產(chǎn)業(yè)有望得到快速發(fā)展 18圖30：Infineon在光伏風電端覆蓋全球主要客戶 18MOS94億美元 19IGBT元 19圖33：相比Si基材料，SiC具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率等特點 19圖34：400V逆變器的能量損失對比(SiVSSiC) 20圖35：800V逆變器的能量損失對比(SiVSSiC) 20圖36：SiC器件大幅降低了逆變器能量損失 20 圖38：2029年第三代半導體市場規(guī)模有望達到50億美金 21圖39：從下游需求結構來看，電動汽車是拉動SiC的主要場景 21圖40：SiC主要用在逆變器、OBC等領域 21圖41：2019年保時捷推出全球首款搭載800V電壓平臺的量產(chǎn)車保時捷Taycan 21800V高壓SiC平臺 22鵬汽車發(fā)布480Kw超級充電樁 22圖44：Wolfspeed(Cree)在SiC襯底市場處于絕對龍頭地位 22表1：各類功率半導體器件特點與應用領域 10表2：主流新能源汽車車型感知層面硬件對比(芯片、攝像頭、Radar/Lidar等) 15http/http//24告網(wǎng)1.從碳中和到新能源革命，汽車逐步成為拉動半導體的核心碳中和背景下，新能源革命勢不可擋近十年來，化石能源相關碳排持續(xù)增長，2019年占溫室氣體總量65%?？v覽世界各經(jīng)濟體當前的氣候行動，可再生能源規(guī)?；渴稹⒐I(yè)制造業(yè)減排升級、交通運輸業(yè)綠色轉型、建筑能效提升和負碳技術開發(fā)利用成為零碳發(fā)展重點領域。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)，全球一半以上的溫室氣體排放來自能源行業(yè)，因此，能源行業(yè)是各國最為重視的減排領域，能源轉型是實現(xiàn)碳中和的關鍵因素。能源轉型主要包括：1實現(xiàn)能源結構調(diào)整，由化石能源向可再生能源轉型，從能源生產(chǎn)、輸送、轉換和存儲全面進行改造或者調(diào)整，形成新的能源體系，全面提升可再生能源利用率；1加大電能替代及電氣化改造力度，推行終端用能領域多能協(xié)同和能源綜合梯級利用，推動各行業(yè)節(jié)能減排，提升能效水平。值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。從各部門碳排放數(shù)據(jù)來看，能源、工業(yè)碳排放量較高，占比分別達到51%/28%。2020年，中國溫室氣體排放逾100億噸，約占全球四分之一。為保障經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展的前提下實現(xiàn)雙碳目標，中國將從能源系統(tǒng)轉型優(yōu)化、工業(yè)系統(tǒng)轉型升級、交通系統(tǒng)清潔化發(fā)展、建筑系統(tǒng)能效提升、負碳技術開發(fā)利用等方面開展碳中和行動，其中，能源系統(tǒng)轉型是中國雙碳目標成功與否的關鍵，中國計劃2030年非化石能源占一次能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能總裝機容量12億千瓦以上。http/http/告網(wǎng)圖3：汽車電動化革命是能源轉型、實現(xiàn)“碳中和”的重要路徑汽車電動化革命是實現(xiàn)能源轉型的重要路徑?！半妱榆嚫锩钡某晒π枰鞑块T的通力合作：既需要各國針對碳排放形成共識，并制定宏觀計劃，也需要車企在汽車生產(chǎn)端給予配合，并完成自身產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化和升級。http/http/告網(wǎng)動化能有效降低碳排放在碳中和的背景下，汽車電動化革命如火如荼，電動車革命對傳統(tǒng)汽車行業(yè)無疑是顛覆性的，對整個的汽車零部件與供應鏈體系產(chǎn)生了深切的革命性影響。從半導體的視角切入，我們發(fā)現(xiàn)，汽車半導體逐步成為拉動全球半導體需求的重要力量——過去幾年，全球半導體行業(yè)增長主要依賴智能手機等電子設備的需求，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術應用的擴增，隨著智能手機滲透率的逐步提升，消費電子對于半導體的拉動已經(jīng)趨緩，而汽車半導體領域需求強勁，逐步成為半導體企業(yè)的重要增長市場。http/http/告網(wǎng)S根據(jù)WSTS世界半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織數(shù)據(jù)，2020年汽車半導體市場規(guī)模達502億美元，Gartner預計，2022年汽車半導體收入將達到600億美元。從結構上來看，驅動汽車半導體增長的各類應用中，高級輔助駕駛系統(tǒng)增幅最大，這將推動對IC、MCU和傳感器的需求相應增長，電動/混合動力將大大提升對功率半導體的需求。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2022年新能源汽車單車芯片平均數(shù)量達到1510顆，相比2017年增長接近80%，而傳統(tǒng)燃油車對于芯片的需求也有較大程度增長，2022年單車芯http/http/告網(wǎng)從現(xiàn)有的汽車半導體競爭格局來看，Infineon、NXP、Renesas市占率分別達到13.2%/10.9%和8.5%，位列全球一二三位，汽車半導體主要包括傳感器、微控制器(MCU)和功率半導體器件，從細分產(chǎn)品的競爭格局中，可以看到Infineon在功率半導體領域一馬當先，市分別位于相關細分市場的第一位。http/http/告網(wǎng)2.新能源+下，汽車行業(yè)變革帶來電子產(chǎn)業(yè)鏈全方位機會傳統(tǒng)車用半導體產(chǎn)品主要包括功率半導體、MCU芯片、ASIC芯片、存儲芯片和傳感器等。汽車電動化、智能化給電子產(chǎn)業(yè)鏈帶來了全方位的市場機會，汽車對于信息感知、接汽車而言，傳感器、MCU和功率半導體分別扮演了觸覺、認知和動力的角色，需求量大幅增長。這其中，功率半導體(MOSFET、IGBT)作為電力輸出與轉化的重要器件，是汽車電動化帶來的最主要需求增量。根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2020年車用功率半導體約占全部車用半導體的43%。圖14：汽車電動化對產(chǎn)業(yè)鏈的影響包含電動化(綠色化)、智能化、網(wǎng)聯(lián)化三個維度http/http/告網(wǎng)功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和市場主要被國外廠商壟斷，各類功率器件原理與應用場景各部相同。其中，MOSFET和IGBT是最主要的功率器件，其中MOSFET適用于消費電子、網(wǎng)絡通信、工業(yè)控制、汽車中低壓領域，國內(nèi)廠商正逐步展開國產(chǎn)替代；IGBT可用于電機節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子等高壓高頻領域，高壓下，開關速度高，電流大，但開關速度低于MOSFET。式用領域OSFET壓速開關電源T00V新能源汽車對功率半導體需求大幅提升。在傳統(tǒng)汽車場景下，功率半導體主要應用于啟動、發(fā)電和安全領域，包括直流電機、電磁閥、繼電器、LED驅動等，硅基MOSFET、IGBT及模塊即可滿足需求，對于新能源車而言，普遍采用高壓電路，當電池輸出高壓時，需要頻繁進行電壓變化，對電壓轉換電路需求提升，相關的功率轉換系統(tǒng)主要有：主傳動http/http/告網(wǎng)/逆變器、車載充電器(OnBoardCharger)、3)HV-LVDC-DC轉換、高壓輔助驅動、電池管理系統(tǒng)(BMS)等。升圖17：相比燃油車(ICE)，功率半導體在電動汽車上價值量提升最大作為核心部件，逆變器對IGBT、MOSFET需求大幅增長：逆變器類似于燃油車的發(fā)動機管理系統(tǒng)EMS，決定著駕駛行為，設計應最大限度地減少開關損耗并最大限度地提高熱效率。其中，IGBT是電動汽車逆變器的核心電子器件，IGBT模塊單車價值量非常高，占據(jù)整個電控系統(tǒng)成本的40%以上(電控系統(tǒng)占整車成本15~20%)。http/http/告網(wǎng)DC根據(jù)TrendForce等機構發(fā)布數(shù)據(jù)，平均一臺傳統(tǒng)燃料汽車半導體價值量約450美元，一臺純電動汽車半導體價值量約750美元，Infineon給出的數(shù)據(jù)，電動汽車含硅量大幅提升，主要系逆變器帶來的功率器件需求增長，而OBC，DC-DC，BMS等領域對整體功率半導體需求增量的拉動相對較小。http/http/告網(wǎng)2.2.智能化：視覺系統(tǒng)、MCU，存儲需求大幅增長智能汽車電子電氣的五大架構：車身域、智能座艙域、底盤域、動力域和自動駕駛域。其中，車身域包括HVAC，車身控制、汽車泵等；智能座艙域包括儀表盤、車載娛樂系統(tǒng)、觸控系統(tǒng)和車載充電等；底盤域包括剎車裝置、轉向裝置、車身穩(wěn)定裝置和減震裝置；動力域包括動力傳遞系統(tǒng)，主逆變器、發(fā)動機管理系統(tǒng)等；自動駕駛域包括速度控制系統(tǒng)、緊急剎車系統(tǒng)、盲點探測系統(tǒng)傳感器融合等。從汽車智能化的視角看，增量主要來自傳感器，主要包括攝像頭和激光雷達。攝像頭目前市場空間在140億美元，激光雷達在63億美元，其他傳感器包括毫米波雷達、超聲傳感器、GPS/北斗定位系統(tǒng)等，傳感器市場到2025年可達524億美元。從自動駕駛的等級來http/http/告網(wǎng)看，從L1到L4/5，L2開始出現(xiàn)超聲波傳感器和雷達模組，L3開始，短距雷達傳感器出現(xiàn)，L4/5開始激光雷達開始出現(xiàn)，超聲波傳感器和雷達模組用量大幅增長。激增隨著傳感器尺寸將變得更小，而功能卻更為強大。汽車的自適應巡航控制系統(tǒng)將更加廣泛地采用雷達和激光雷達傳感器和攝像頭。由于多傳感器融合變得更為復雜，處理能力需得到不斷提升，從而完善高級駕駛輔助系統(tǒng)。http/http/告網(wǎng)表2：主流新能源汽車車型感知層面硬件對比(芯片、攝像頭、Radar/Lidar等)ModelESONEPHUNI-T系統(tǒng)名稱AutopilotNIOPilotLiOSXpilot3.0DiPilot----ardware(自研)MobileyeEyeQ4MobileyeEyeQ4NividiaDrive高通MobileyeEyeQ4地平線征服2.0AGXXaiver1個三目攝像頭1個三目攝像頭1個單目攝像頭1個單目攝像頭1個單目攝像頭1個單目攝像頭5個其它攝像頭5個攝像頭置攝像頭：豪威MOSAptina(Onsemi子公司)Mobileye單目攝像頭單目攝像頭1個5個1個5個3個2個5個毫米波雷達大陸ARS4-B雷達博世博世博世博世未知未知傳感器安波福超聲波雷達基礎制動布雷博博華域除了電動化、智能化以外，對于汽車產(chǎn)業(yè)的變革，另一大趨勢是高級汽車聯(lián)網(wǎng)，包括汽車與基礎設施互聯(lián)(V2I)、汽車與汽車互聯(lián)(V2V)和車與車聯(lián)網(wǎng)，這一功能旨在實現(xiàn)汽車內(nèi)、外互聯(lián)，并將汽車融入物聯(lián)網(wǎng)成為其中的一部分，合稱V2X(VehicletoEverything)。而網(wǎng)聯(lián)化是核心手段。智能交互、智能駕駛和智能服務是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的三大元素。http/http/告網(wǎng)根據(jù)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術路線圖2.0》，2025年我國C-V2X終端新車裝配率達到50%；路測設施方面，2019-2021年，我國將在車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)內(nèi)部署路測設施，2022年將開始在典型城市、高速公路擴大覆蓋范圍。目前，國內(nèi)已經(jīng)具備C-V2X通信芯片、模組以及車載終端的量產(chǎn)基礎。整體來看，碳中和背景下，發(fā)展新能源對于汽車行業(yè)的塑造是革命性的，電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化作為三個遞進的層級，重塑了整個產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)、架構和發(fā)展方向。汽車行業(yè)的變革也給電子行業(yè)帶來了全方位、多產(chǎn)業(yè)鏈的變化。根據(jù)Gartner預測，2020-2025年汽車半導體市場將得到快速發(fā)展，按應用來看，高級輔助駕駛系統(tǒng)、電動/混動模塊增速最快，CAGR5分別達到31.90%和23.10%。按設備來看，通用芯片、集成基帶、射頻接收器、各類非光學傳感器及汽車存儲相關產(chǎn)品需求增速都維持旺盛態(tài)勢。http/http/告網(wǎng)http/http/告網(wǎng)3.新能源+下，光伏風電/充電樁等帶來層出不窮的機會3.1.光伏風電：對功率器件(IGBT、MOS)需求爆發(fā)式增長光伏逆變器作為光伏發(fā)電的核心部件，將帶動IGBT需求增長。光伏逆變器是可以將光伏(PV)太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉換為市電頻率交流電(AC)的變頻器，可直接影響光伏逆變器在下游端的光伏發(fā)電效率，是光伏逆變器提高光伏能力轉化率的核心器件。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預測，假設2025年光伏逆變器中功率半導體單位成本約為1350萬元/GW，預計2025年全球光伏逆變器功率半導體市場新增規(guī)模將達到40.5億元，2021-2025年累計市場需求規(guī)模將增長176.3億元。風力發(fā)電機變頻器中應用到大量功率器件。風力發(fā)電是將風能轉換為電能的過程，主電路中利用AC/DC轉換器將風力發(fā)電機的輸出電力轉換為直流電，再通過變頻器系統(tǒng)調(diào)節(jié)器將直流電轉換為商用頻率的交流電。因此，風力發(fā)電機中變頻器會用到大量的功率半導體元件，包括IGBT、MOSFET、GTO等。http/http/告網(wǎng)根據(jù)Yole預測，在電動汽車、新能源發(fā)電等多個領域需求帶動下，2026年硅基MOSFET市場空間有望達到94億美金，IGBT市場空間有望達到84億美金。CAGR6分別達到3.8%T目前汽車半導體主要采用硅基材料，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進一步提高，硅基材料在高開關頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升。與硅基半導體材料相比，以碳化硅為代表的第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點。http/http//24告網(wǎng)和傳統(tǒng)硅基材料相比，SiC模塊的開關損耗和導通損耗顯著低于同等IGBT模塊，此外，SiC器件在相同功率等級下，體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統(tǒng)的功率密度。更高的電子飽和漂移速率有助于提升器件的工作頻率，實現(xiàn)高頻開關；高臨界擊穿電場的特性使其能夠將MOSFET帶入高壓領域，克服IGBT在開關過程中的拖尾電流問題，降低開關損耗和整車能耗，減少無源器件如電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體積和重量。圖34：400V逆變器的能量損失對比(SiVSSiC)圖35：800V逆變器的能量損失對比(SiVSSiC)Omdia數(shù)據(jù)，2019年SiC全球市場規(guī)模為9.84億美元，但到2029年有望超過50億美元，新能源汽車(包括電動和混動)將成為SiC需求的最大應用場景，其它的應用場景包括新能源電站、UPS等。http/http//24告網(wǎng)2019年，保時捷發(fā)布全球首款搭載800V電壓平臺的量產(chǎn)車Taycan，充電功率最高可達270kW，采用800V電壓系統(tǒng)充電80%僅需22.5分鐘(400V則需90分鐘)。2021年10http/http//24告網(wǎng)月24日，小鵬汽車CEO何小鵬表示，小鵬汽車希望做到國內(nèi)首個量產(chǎn)配置SiC芯片的800V高壓平臺，支持充電5分鐘，續(xù)航200公里。同時，小鵬汽車也將推出配套的480kW高壓超充樁。此外，小鵬還為用戶設計了儲能站，宣稱可一次滿足30輛車的超充。也就是說，小鵬汽車補能方面將推出800V+480kW超充+超級儲能站的三種方案。我們預計未來隨著高壓平臺的快速普及，SiC在高端車型的電機控制器領域滲透率將會逐漸提升，整個SiC產(chǎn)業(yè)鏈也將迎來爆發(fā)機遇。圖44：Wolfspeed(Cree)在SiC襯底市場處于絕對龍頭地位(未上市)及天岳先進(待上市)，目前仍處于追趕者地位；外延環(huán)節(jié)技術難度和壁壘相對較低，。http/http//24告網(wǎng)4.風險提示http/http//24告網(wǎng)股票投資評級說明以報告日后的6個月內(nèi)，證券相對于滬深300指數(shù)的漲跌幅為標準，定義如下：1、買入：相對于滬深300指數(shù)表現(xiàn)＋20％以上；2、增持：相對于滬深300指數(shù)表現(xiàn)＋10％~＋20％；3、中性：相對于滬深300指數(shù)表現(xiàn)－10％~＋10％之間波動；4、減持：相對于滬深300指數(shù)表現(xiàn)－10％以下。行業(yè)的投資評級：以報告日后的6個月內(nèi)，行業(yè)指數(shù)相對于滬深300指數(shù)的漲跌幅為標準，定義如下：1、看好：行業(yè)指數(shù)相對