千亿“汽车芯”市场国产化不足5%，投资者如何找到靠谱公司?
车规产品是MCU下游最大的应用市场，也是最具发展潜力的市场。汽车“新四化”带来了芯片大幅增量需求，“缺芯”风波仍在延续，车规级MCU受到产业与资本的极大关注。
过去18个月里，国产车规级厂商的融资事件超过20起，不仅新旧玩家动作频频，主机厂更是一改以往高姿态，深度参与到MCU的生产研发环节。作为国产替代重要战场的车规级MCU市场，究竟发生了哪些变化？市场格局将又如何走向？其中起决定性的关键因素又是什么？带着这些思考，高鹄资本深度调研了车规级MCU产业，并以此文作为部分观点的载体分享给大家。
车规级MCU供给危机
全球新能源汽车销量增长惊人，2021年仅中国市场产销同比增长150%，拉动车规级MCU市场规模快速提升。IC insights数据显示，2021年全球MCU销售额达196亿美元，2025年销售额将达到254亿美元，其中车规级MCU销售额在2020年已达到62亿美元规模，预计2025年销售额将超过100亿美元。
汽车电动化、智能化变革，为MCU需求带来确定增长：新能源汽车的电池管理系统需要使用MCU对充放电、温度控制、电池间均衡进行控制；整车控制中，电动车的动力系统相较燃油车更为复杂，整车控制器中需要配备多个32位高阶MCU芯片；传统燃油车的引擎控制器以及变速箱控制器，由电动车的逆变器及减速器取代，带来大量MCU的新增需求；此外，自动（辅助）驾驶下ADAS域的DMS（Driver Monitor System）、碰撞预警系统、倒车雷达、车道监测以及网关、导航等模块都对车规级MCU有着强力需求。按需求量计算，单车安全应用、车身控制、动力应用、电池组合计需要30到50颗MCU，部分车型需求达百颗。
尽管需求强烈，车规级MCU过去并不是Foundry（芯片代工厂）的核心业务。车规级MCU对安全性要求极高，需要适应极端的工作温度、有更低的失效率以及更长的使用寿命，因此相较于其他芯片产品，车规MCU对代工厂的要求更高。此外，由于出货量相对不及消费电子芯片，对于车规级的产品，工厂产能排期并不优先。
新冠疫情爆发后，业内普遍判断汽车消费将持续低迷，而消费电子厂商为了抢占华为退出市场后的空缺大幅加单，全球主要芯片代工厂降低了对于车规级MCU的产能供给。
另一方面，在疫情、极端天气、罢工事件与地缘政治多重影响下，芯片生产从原材料、设备到制造、运输等诸多环节都出现问题。生产成本增高让台积电、格罗方德等厂商不断提高代工报价，缺芯潮下进一步推高了车企采购难度及成本。
传统MCU供应链集中在欧美，中国车规级MCU 90%以上市场份额长期被RENESAS （瑞萨科技）、NXP（恩智浦）、Infineon（英飞凌） 、ST（意法半导体）、Microchip（微芯）、TI（德州仪器）等国际厂商牢牢占据。
伴随疫情步入常态化，新能源汽车等创新应用兴起，各个市场需求进一步复苏，终端厂商亦加大订单需求弥补库存以应对未来需求，整体需求情况远超预期。上游扩产不足，而经销商端受“牛鞭效应”影响亦有囤货意向，导致海外 MCU巨头产品交期严重延长，价格也水涨船高，车规MCU单价由几元一路上涨至现价数十元到数百元，部分产品涨幅超30倍。
海外MCU巨头对于国产汽车厂商需求响应不足，在求货无门、采购昂贵、产能无法保障的情况下，中国汽车供应链将橄榄枝抛向了国产MCU厂商。
此外，国际地缘政治格局的变动促进核心芯片国产替代的步伐加快。2022年2月，美国商务部宣布将限制俄罗斯获取美国先进技术的能力，芯片供应首当其冲。汽车厂商已经经历过一轮缺芯，在中美贸易摩擦长期持续的未来，纷纷未雨绸缪，对国内MCU企业的友好度空前提升，在海外巨头的一供以外，储备国产MCU厂商作为“二供”。车规级MCU迎来国产替代的历史机遇。
缺芯潮中脱颖而出的国产MCU
在传统汽车供应链中，Tier 1和供应商们需要完全遵照主机厂需求进行零件设计与测试，主机厂在产业下游中占据主导地位。缺芯潮让国产MCU厂商有机会改变不利状态，车厂开始主动寻求甚至扶持MCU厂商，以保证产品供应。
市场的车规级MCU产品包含8位、16位、32位三种，其中32位数产品占比不断提高，以30%出货量占据了75%的市场份额。8位MCU产品主要用于雨刷、天窗等性能要求稍弱的部件，一般单价低于1美元；16位产品，主要应用场景为动力传动系统、底盘结构等，单价在1-5美元；32位产品主要服务汽车精密的控制单元，括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统，一般价格在5~10美元之间，部分高端产品在10美元以上。伴随汽车电子电控功能日趋复杂，叠加电子电气架构集中化的趋势，车载 MCU 中32位占比不断提高。
海外厂商，32位MCU产品已经非常成熟，而目前国产MCU厂商中，仅比亚迪、芯旺微及杰发科等具备32位MCU的量产能力，其他玩家仍以8位MCU为主。
按照功能范围划分，车规级MCU可以分为座舱域、自动驾驶域、动力域、底盘域、车身域，其中车身域、座舱域为边缘功能域，底盘域、动力域、自动驾驶域为核心功能域。
由于边缘功能域对车规安全等级认证要求不高，产品甚至不需要通过ASIL（Automotive Safety Integrity Level）安全等级认证，失效率要求也较低（dppm＜10），国内主要MCU厂商现以边缘功能域为主要渗透方向。
目前国产边缘功能域MCU基本可以做到AEC-Q100车规认证，部分厂商的ADAS产品已进入L0级倒车雷达产品。而核心功能域（底盘域、动力域、自动驾驶域）对车规安全等级认证严格，除开部分L0级自动驾驶外，只考虑C级以上芯片，失效率要求也十分严苛（dppm＜1），目前仍为海外领先厂商垄断，预计中短期内国产厂商难以替代领先产品。
在缺芯和国家政策扶持的大环境下，主机厂和Tier 1对边缘功能芯片的替代持积极态度，目前汽车厂商都在接洽能提供与海外领先厂商相近性能产品的国内厂商，部分主机厂已在量产车型上通过实车验证后采用国产替代方案。
一般来说，一款车规芯片需要12~18个月的验证。从设计到量产，MCU厂商自行完成流片、封装测试、设计验证、产品验证后，再逐步递交给主机厂、Tier 1再验证。芯片的安全性、失效情况、故障应对等将在极端条件下进行验证，主机厂与Tier 1在调试中向芯片厂提出要求和改进措施。
缺芯潮下，“要产能”成为主机厂和Tier 1的共识。为了更快完成验证、软硬件整合，不少Tier 1在MCU设计阶段就投入数百万元同步进行系统开发，进而快速供货主机厂，这使得需要一年半乃至更长的验证时间被压缩至数月内。
汽车“四化“下的MCU发展趋势
需求红利下，国产MCU进入OEM体系的机会越来越多，在汽车电子电气架构（Electrical/Electronic Architecture）演变趋势下，国产厂商们也在寻求弯道超车的机会。
传统E/E架构以分布式为主，每添加一个新功能，就添加一个MCU，布线后再嵌入硬件软件。虽然分布式方案简单却压缩了车身空间，且车身重量不断走高，增加了硬件开销和开发难度。
因此，传统E/E架构难以支撑汽车智能化的快速迭代，由分布式架构向域控制及中央控制架构演变成为确定趋势。
中央控制架构对MCU及集成系统设计提出了更高要求，带来三个重要变化。首先，汽车电子功能日益繁杂，多核、异构成为主流，全车MCU需要配合主控芯片完成多功能、复杂的操作，对MCU的功能要求更高，集成度也会更高，MCU厂商需要对整车功能有更前瞻的理解。
其次，MCU在保持性能可靠性下，势必要挑战能耗要求。除了维持较低失效率外，车规级MCU需要维持不同工作模式下的低功耗，以降低对汽车里程的“侵占“，帮助整车维持续航表现。
最后，域控制器逐渐成为主流趋势后，域内不同功能呈现一定程度的整合，整合后的MCU将全部采用最高功能安全等级，即要求ASIL-D产品完成对其他安全等级产品的整合，安全认证有了更高要求。
尽管车载SoC算力越来越强，但车载MCU凭借更高安全性、可靠性，以及与终端器的紧密集合，使其更难被大算力芯片完全替代。前置MCU在终端器件整合，与SoC配合工作模式将成为常态。
功能需求满足后，MCU也需要应对更复杂的安全挑战，要求MCU从启动文件校验、访问权限控制、安全密钥、芯片状态监控等角度提升安全性，安全解决方案成为厂商开发标配。
整车智能带来更好的驾驶体验，同样也让MCU有了更多延展需求。在汽车智能场景下，MCU作为决策层核心，需要与感知、驱动芯片功能形成多元解决方案。
相比单一MCU产品，“车规级MCU与其他芯片整合的解决方案”在车内人机交互、边缘节点控制有更佳表现，常见的场景包括智能感知（触摸按键、3D/手势感知）、智能屏上IC（显示驱动芯片、中控、娱乐屏、后视镜）、智能执行（电驱动芯片，空调、雨刷等），厂商可以根据用户需求提升整车智能表现，增加更多商业可能。
根据Omdia和多家机构的数据测算，MCU综合解决方案（以下简称“MCU+”）需求将迎来高速增长，全球需求规模将从2021年的512亿元增长到2025年的679亿元，单车综合方案芯片平均需求量将从44颗增长至68颗，设计并整合多元芯片的能力将成为MCU厂商核心实力的重要体现。
中国MCU+市场机遇大，在供应链安全、成本控制的需求下，配以国家对采购更多国产芯片的积极倡导，国产替代将进一步加速。
正视发展差距的长周期竞争
虽然国产车规级MCU热度大增，但厂商们仍面临着不少挑战。
首先是技术差距。主流车规级MCU以RISC-V和ARM两个架构为主要路线，RISC-V在低功耗嵌入式场景表现更优，但ARM CortexM内核产品有更丰富的软硬件开发生态，产品更能应对复杂环境，是海内外产品主流架构。
海外M系列内核产品占比达80%以上，32位MCU作为核心高端产品，研发与量产难度都不低。海外厂商均已实现32位产品量产，核心厂商料号可达上千颗，国内领先厂商均在百颗及以下。
芯片研发投入成本高昂，即使在ARM CortexM内核下进行开发，一款32位MCU从研发到流片至少需要投入5000万元，还不包括后续工程验证、外委测试费用。在制程方面，海外先进企业已大规模实现40nm制程量产，并已尝试采用28nm制程，而国内企业主要集中在90nm及以上级别，提升工艺需要投入更多资金和人才建设。
更重要的是，海外厂商主要以IDM（整合制造模式）为主，拥有自己的晶圆厂，在产研调动上更具优势。国产MCU厂商仍以Fabless（设计模式）为主，需要具有先进制程的代工厂给予支持，而国内代工厂还主要集中在消费电子、物联网等领域，在车载领域技术相对滞后。
除了技术差距，在海外供应链难以稳定的当下，厂商需要在缺芯窗口期内尽快实现产品交付。
边缘功能域MCU的故障与失效所造成的严重程度低，且后果完全可控，不会造成重大人员伤亡，主机厂对相关产品要求不高：只要供应商百万颗芯片失效率小于10，能通过主机厂的设计认证、零部件认证、整车认证等为期1- 2年的验证即可，不强制要求通过ASIL认证。
在此前提下主机厂商主要考虑3个因素：产品性能、价格与供应链稳定性。目前来看，国内MCU厂商可以提供与海外领先厂商相近性能的产品，与领先厂商的性能差异在10%以内；价格仅为海外领先厂商的30%至50%；且国内供应链具有更高稳定性，缺芯风险与政治风险低。
缺芯潮过后，若国产芯片的使用没有出现问题，主机厂与Tier 1会持续使用已经采用的国产芯片。但在此之前，谁能够把握好机会为下游客户提供好产品还是未知数。
判断优质投资标的的四个维度
常规来说，一款MCU经历18到24个月设计、流片后，厂商还需要12到18个月的时间通过欧美市场认可的AEC-Q100、ASIL的安全认证；再经过2到3年的竞标、车型导入、整车开发、下游验证，数年后才能大规模量产上线整车。
如此长的周期为车规级MCU市场带来不确定性，且市场尚属于早期，赛道中多家厂商并存，竞争激烈。种种市场特征都对该赛道的创业企业提出了非常高的要求。
经过产业上下游的深度调研与实际客户的服务经历，高鹄资本认为符合以下四点的团队值得关注与长期追踪：
第一，团队配置成熟度高。团队拥有海内外领先MCU厂商核心研发、市场岗位的任职履历，拥有完整的芯片研发与量产、市场销售经验，能力互补，能够最大限度地减少试错成本的同时，加速芯片研发与量产速度，更高效地把握住缺芯窗口期。
第二，研发团队具有足够的研发深度与广度。在长周期的研发过程中，创业企业将面临巨大的资金压力，尤其是在高端MCU（如32位）与海外领先厂商存在巨大技术差距的情况下，研发周期变得更为持久。如果团队可以在车规级MCU的基础上，有实力拓展MCU与MCU+并获得稳定现金流反哺研发，或许是平衡该赛道不确定性的一个实用方法。
第三，具有稳定的供应链。对比国外头部厂商的IDM模式，考虑到Foundry投入的长周期和大额资金需求，国内MCU厂商当前仍会以Fabless模式为主。虽然国内MCU厂商都会希望培养与采用国内晶圆厂代工，但由于40nm等制成良率提高仍有一段时间，在此之前，能够与海外供应厂商建立紧密合作关系，将会是把握窗口期的重要因素。
第四，能够实现与主机厂的深度绑定。主机厂在车规级MCU国产替代中也扮演着举足轻重的角色，除了可以为MCU厂商提供大量的资金支持外，主机厂更是在帮助MCU厂商缩短研发、验车、量产的周期上起到了关键作用。
在布局车规级MCU的企业中，具备四个维度实力的团队尚属稀缺但并非没有，芯旺微、旗芯微、赛腾微、曦华科技等均拥有稳定供应链和不错的主机厂合作经验，且团队成熟度高，具备足够研发的研发深度与广度。
总的来说，需求与政策的推动下，车规级MCU国产替代的红利与窗口期将会存在一定时间，但不确定性仍然巨大，优质团队仍是关乎企业能否走得更远、更快的关键。
