中國(guó)北斗芯片領(lǐng)先世界兩代水平、CMOS圖像傳感器芯片仍需努力

汽車(chē)傳感器，是汽車(chē)電子信息采集分析的前端系統(tǒng)，將汽車(chē)運(yùn)行中的光、電、溫度、壓力、時(shí)間等信息轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)，并傳送給車(chē)內(nèi)ECU，進(jìn)行運(yùn)算處理后發(fā)指令給執(zhí)行單元，是汽車(chē)獲取實(shí)時(shí)駕駛狀態(tài)信息的重要媒介，隨著電動(dòng)化、智能化浪潮的推動(dòng)，汽車(chē)搭載的傳感器種類和數(shù)量越來(lái)越多，發(fā)揮的作用也越來(lái)越重要。隨著汽車(chē)智能化程度提升，汽車(chē)傳感器的價(jià)值量也將快速提升。根據(jù)英飛凌預(yù)測(cè)，L2車(chē)需要的傳感器價(jià)值量為160美元，到L4、L5級(jí)別的汽車(chē)需要?jiǎng)t提升為970美元。

（圖 ：隨著汽車(chē)智能化程度提升，汽車(chē)傳感器的價(jià)值量也將快速提升）

隨著汽車(chē)智能化的發(fā)展，目前，汽車(chē)傳感器主要分為三大類：第一大類，傳統(tǒng)傳感器，主要用于車(chē)輛感知，存在于動(dòng)力、底盤(pán)、車(chē)身、電子電力系統(tǒng)；第二大類，智能傳感器，多進(jìn)行環(huán)境感知，包括ADAS、無(wú)人駕駛系統(tǒng)的車(chē)載攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)等。第三大類是導(dǎo)航芯片。

01 傳感器

傳統(tǒng)傳感器，按功能又分為8類，包括加速度、壓力、角速度、流量等。從制造工藝來(lái)看，MEMS傳感器在車(chē)身中應(yīng)用最多，據(jù)清研車(chē)聯(lián)，目前平均每輛汽車(chē)含24個(gè)MEMS傳感器，高檔汽車(chē)中則有25-40個(gè)，價(jià)值量在1-2萬(wàn)元。

汽車(chē)MEMS傳感器市場(chǎng)頭部十分穩(wěn)固，被少數(shù)歐美日巨頭壟斷，據(jù)IHS數(shù)據(jù)，前10大供應(yīng)商市占率達(dá)85%，包括博世、森薩塔、NXP、Denso等。主要由于其研發(fā)難度大、制造工藝復(fù)雜，進(jìn)入門(mén)檻高。國(guó)內(nèi)MEMS玩家陸續(xù)有車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品推出，但與國(guó)外仍有較大差距，如明皜傳感、 深迪半導(dǎo)體、 美新半導(dǎo)體等。

智能傳感器是汽車(chē)傳感器的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。其細(xì)分品類眾多，車(chē)載攝像頭、雷達(dá)（毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)）主流產(chǎn)品。其中，車(chē)載攝像頭是發(fā)展最成熟的類別。

車(chē)載攝像頭是ADAS系統(tǒng)的主要視覺(jué)傳感器，ADAS的普及為其帶來(lái)巨大市場(chǎng)空間。據(jù)佐思汽車(chē)研究院，主流車(chē)型單車(chē)攝像頭搭載量，將從2018年的1.7顆，增長(zhǎng)到2022年的3顆以上，2020年底推出的零跑C11搭載了10顆。攝像頭數(shù)量的上漲，也帶動(dòng)內(nèi)部視覺(jué)傳感器芯片的供不應(yīng)求。視覺(jué)傳感器芯片，主要包括2類：CMOS圖像傳感器（CIS）和圖像信號(hào)處理芯片（ISP）。其中，CIS中的CMOS芯片供應(yīng)較為緊張，主要由于其擴(kuò)產(chǎn)壁壘高，但需求增長(zhǎng)快。視覺(jué)傳感器芯片仍被國(guó)外企業(yè)主導(dǎo)，如索尼、三星、安美森、德州儀器、Mobileye等。國(guó)內(nèi)廠商多通過(guò)并購(gòu)等方式實(shí)現(xiàn)突破，例如，2019年韋爾股份收購(gòu)了CMOS芯片市占率排名第3的美國(guó)豪威科技；2020年匯頂科技收購(gòu)德國(guó)ISP研發(fā)商DCT等。

導(dǎo)航定位芯片是集32通道GPS定位、GSM話音、GPRS數(shù)據(jù)通信為一體的SOC片上系統(tǒng)，主要應(yīng)用于導(dǎo)航定位、衛(wèi)星通訊、遙感等諸多領(lǐng)域。綜合來(lái)看，在汽車(chē)行業(yè)傳感器芯片領(lǐng)域，最突出的有是圖像傳感器芯片、雷達(dá)芯片和導(dǎo)航芯片。

02 CMOS圖像傳感器芯片

CMOS圖像傳感器是固體成像傳感器，主要用于機(jī)器視覺(jué)、安防監(jiān)控、智能交通、生命科學(xué)、生物醫(yī)療、電視廣播、汽車(chē)等成像領(lǐng)域。

全球CMOS傳感器芯片市場(chǎng)占有率前七的企業(yè)均為國(guó)外廠商，占據(jù)89%的市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)廠商通過(guò)并購(gòu)等方式實(shí)現(xiàn)突破。索尼是全球CMOS傳感器芯片的領(lǐng)軍企業(yè)，占據(jù)接近全球一半的市場(chǎng)份額，市占率位于2-7位的廠商分別為三星（20%左右）、豪威科技（7%）、安森美（5%）、佳能（3%）、意法半導(dǎo)體（3%）、海力士（2%），其中豪威已被國(guó)內(nèi)企業(yè)韋爾股份收購(gòu)。國(guó)內(nèi)廠商格科微以2%的市占率排名第10位。

CMOS傳感器芯片行業(yè)壁壘較高，國(guó)外巨頭主要通過(guò)橫向或縱向拓展切入該市場(chǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。國(guó)外巨頭主要通過(guò)上下游聯(lián)動(dòng)及并購(gòu)的方式切入CMOS傳感器芯片市場(chǎng)，比如索尼和佳能均從相機(jī)、錄像機(jī)等領(lǐng)域逐步向上游拓展；三星則從電子領(lǐng)域向上游拓展至半導(dǎo)體領(lǐng)域；安森美則通過(guò)收購(gòu)高性能CMOS圖像傳感器供應(yīng)商Aptina Imaging進(jìn)入該領(lǐng)域；國(guó)外CMOS傳感器芯片的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，涉及汽車(chē)、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi)廠商的大部分產(chǎn)品處于中低端水平，較少開(kāi)發(fā)出并量產(chǎn)應(yīng)用于汽車(chē)等領(lǐng)域的高端CMOS傳感器芯片產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)CMOS芯片廠商的大部分產(chǎn)品用于中低端手機(jī)、平板、通訊、游戲機(jī)、監(jiān)視器等領(lǐng)域，僅有比亞迪等少數(shù)廠商能夠開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于汽車(chē)等領(lǐng)域的高像素CMOS傳感器芯片產(chǎn)品，并成功量產(chǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)始發(fā)力，如思比科已開(kāi)發(fā)出800萬(wàn)像素和1200萬(wàn)像素等的中高端芯片產(chǎn)品、韋爾股份通過(guò)并購(gòu)豪威科技切入中高端CMOS傳感器芯片市場(chǎng)。

（圖：CMOS 傳感器主要廠家）

03 車(chē)載雷達(dá)芯片

車(chē)載雷達(dá)主要包括超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)三種。其中，國(guó)內(nèi)超聲波雷達(dá)已發(fā)展的相對(duì)成熟，技術(shù)壁壘不高；毫米波雷達(dá)技術(shù)壁壘較高，且是智能汽車(chē)的重要傳感器，目前處于快速發(fā)展的階段；激光雷達(dá)技術(shù)壁壘高，是高級(jí)別自動(dòng)駕駛的重要傳感器，但目前成本昂貴、過(guò)車(chē)規(guī)難、落地難。

（注：毫米波雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)）

毫米波雷達(dá)芯片是由單片微波集成電路（MMIC）及DSP/FPGA兩種芯片構(gòu)成的芯片組合，是一種容量大、傳輸速度快、信息處理高效的專用芯片。隨著 ADAS 系統(tǒng)的逐漸升級(jí)，對(duì)毫米波雷達(dá)的要求會(huì)更高。毫米波雷達(dá)的技術(shù)總的趨勢(shì)是朝著成本更低、體積更小、功耗更低、集成度更高的方向發(fā)展。在雷達(dá)芯片技術(shù)上，高集成化的單片微波集成電路（MMIC）成為了主流；而在芯片工藝上，朝著利用CMOS工藝，將MMIC做得更小的方向發(fā)展。

自動(dòng)駕駛帶動(dòng)下車(chē)載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)空間廣闊。隨著智能化時(shí)代自動(dòng)駕駛汽車(chē)的普及，自動(dòng)駕駛相關(guān)配件將迎來(lái)重要增長(zhǎng)時(shí)刻。根據(jù) DIGITIMES Research 數(shù)據(jù)可知，2017 年以來(lái)全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò) 20 億美元且保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)到 2022 年，全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 160 億美元。根據(jù) OFweek 預(yù)測(cè)，到 2025 年，中國(guó)的毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 300億元。

超聲波雷達(dá)是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的重要輔助傳感器。主要用于倒車(chē)?yán)走_(dá)與自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。目前市面上的超聲波雷達(dá)有兩種，分別是用于測(cè)量汽車(chē)前后障礙物的超聲波駐車(chē)輔助(UPA)超聲波傳感器以及用于測(cè)量側(cè)面障礙物距離的自動(dòng)泊車(chē)輔助（APA）超聲波傳感器。

自動(dòng)駕駛的普及以及超聲波雷達(dá)在倒車(chē)?yán)走_(dá)以及自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)裝載率的提高推動(dòng)了車(chē)載超聲波雷達(dá)市場(chǎng)的發(fā)展。據(jù)P&S Intelligence 數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到 2030 年，全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 61 億美元。

在這個(gè)領(lǐng)域，國(guó)外企業(yè)占據(jù)超聲波雷達(dá)主要市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)已具備成熟技術(shù)，博世、法雷奧等海外企業(yè)占據(jù)超聲波雷達(dá)主要市場(chǎng)。兩者市占率之和超過(guò) 50%。相較于毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)，國(guó)內(nèi)外廠商超聲波雷達(dá)技術(shù)差距較小，國(guó)內(nèi)一系列企業(yè)自主生產(chǎn)的超聲波雷達(dá)足以滿足自動(dòng)泊車(chē)和倒車(chē)等功能。但目前ADAS 零部件供應(yīng)領(lǐng)域包括超聲波雷達(dá)領(lǐng)域主要被國(guó)外巨頭壟斷，主流車(chē)企為保證汽車(chē)研發(fā)的順利進(jìn)行均有固定的供應(yīng)廠商，我國(guó)自主企業(yè)獲得車(chē)企認(rèn)證難度較大，可進(jìn)入的市場(chǎng)空間較小。另一方面，部分自主廠商在核心技術(shù)上競(jìng)爭(zhēng)力較弱，產(chǎn)品附加值較低，難以提供完整的自動(dòng)駕駛輔助方案，因此往往局限于二級(jí)供應(yīng)梯隊(duì)，利潤(rùn)空間有限。

車(chē)用激光雷達(dá)：即激光探測(cè)和測(cè)距，主要通過(guò)測(cè)量激光發(fā)出、收到回波的時(shí)間差，確定目標(biāo)方位、距離、形狀。廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、無(wú)人駕駛、移動(dòng)設(shè)備、軍事、3D打印等領(lǐng)域。

激光雷達(dá)是一種新型傳感器，（簡(jiǎn)稱：LiDAR – Light Detecting and Ranging）是激光主動(dòng)探測(cè)傳感器設(shè)備的一種統(tǒng)稱，分為測(cè)量型激光雷達(dá)和導(dǎo)航型激光雷達(dá)兩個(gè)大類，其主要工作原理是通過(guò)高頻測(cè)距和掃描測(cè)角實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)輪廓三維掃描測(cè)量，即成像。相比攝像頭和毫米波雷達(dá)等常見(jiàn)的輔助駕駛傳感器，激光雷達(dá)具備強(qiáng)大的空間三維分辨能力。

激光雷達(dá)適用于道路環(huán)境檢測(cè)和行駛中的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤，可以獲得環(huán)境的深度信息，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)障礙物，構(gòu)建可行駛區(qū)域?；谪S富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可獲得包括車(chē)道、路沿等在內(nèi)的道路要素，還可獲得非結(jié)構(gòu)化道路的障礙物和可行駛區(qū)域、行人和車(chē)輛、交通信號(hào)燈和交通標(biāo)志等其他豐富信息。同時(shí)，激光雷達(dá)通過(guò)對(duì)行駛環(huán)境中車(chē)輛周?chē)母黝惸繕?biāo)進(jìn)行有效檢測(cè)、跟蹤和預(yù)測(cè)，還能夠?qū)崿F(xiàn)跟車(chē)、換道和交叉口通行等復(fù)雜場(chǎng)景下的安全自動(dòng)駕駛。

激光雷達(dá)可以用于地圖構(gòu)建和定位。通過(guò)采用激光雷達(dá)多次行駛獲取道路的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工標(biāo)注，過(guò)濾一些點(diǎn)云圖中的錯(cuò)誤信息，對(duì)多次收集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊拼接最終形成高清地圖。通過(guò)局部點(diǎn)云匹配和全局點(diǎn)云匹配的位置估計(jì)方式，獲得給定的當(dāng)前位置情況下觀測(cè)到點(diǎn)云信息的概率分布，結(jié)合對(duì)當(dāng)前位置預(yù)測(cè)的概率分布，就可以提高無(wú)人車(chē)定位的準(zhǔn)確度。

車(chē)用激光雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)鏈條包括：上游的激光發(fā)射器、激光接收器（光敏及光電轉(zhuǎn)化器件）、光學(xué)元器件、驅(qū)動(dòng)裝置、信號(hào)處理芯片廠商，中間的整機(jī)企業(yè)和一級(jí)供應(yīng)商和下游的整車(chē)企業(yè)。國(guó)內(nèi)企業(yè)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的研究與國(guó)際基本同步，禾賽科技與速騰聚創(chuàng)企業(yè)等的機(jī)械式激光雷達(dá)產(chǎn)品性能已達(dá)世界先進(jìn)水平。粗略估計(jì)后裝市場(chǎng)的激光雷達(dá)年需求量為2萬(wàn)臺(tái)左右，其中Velodyne占據(jù)了絕對(duì)地位，其余市場(chǎng)由禾賽、速騰聚創(chuàng)等企業(yè)瓜分，三家企業(yè)的激光雷達(dá)已見(jiàn)諸于在美國(guó)、澳大利亞、法國(guó)、新加坡等國(guó)家的無(wú)人車(chē)上。

導(dǎo)航定位芯片是集32通道GPS定位、GSM話音、GPRS數(shù)據(jù)通信為一體的SOC片上系統(tǒng)，主要應(yīng)用于導(dǎo)航定位、衛(wèi)星通訊、遙感等諸多領(lǐng)域。導(dǎo)航芯片是導(dǎo)航終端的核心，其定位精度、功耗、體積等方面的性能直接影響導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行表現(xiàn)。

國(guó)外導(dǎo)航芯片產(chǎn)業(yè)成熟，少數(shù)巨頭廠商占據(jù)大量市場(chǎng)。國(guó)外導(dǎo)航芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早，技術(shù)積累深厚，已發(fā)展成為較為穩(wěn)定和成熟的產(chǎn)業(yè)。美國(guó)GPS系統(tǒng)起步較早，博通、高通、德州儀器、SiRF等美國(guó)公司積累了大量技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，市場(chǎng)占有率較高，如SiRF公司的GPS芯片產(chǎn)量占全球GPS芯片出貨量的70%、博通的導(dǎo)航元器件銷(xiāo)售額位列世界前三。與此同時(shí)，歐洲在導(dǎo)航芯片領(lǐng)域也有較強(qiáng)的實(shí)力。

國(guó)產(chǎn)導(dǎo)航芯片已實(shí)現(xiàn)完全自主可控，且領(lǐng)先世界平均水平兩代，北斗導(dǎo)航對(duì)國(guó)內(nèi)導(dǎo)航市場(chǎng)貢獻(xiàn)率將超60%。國(guó)產(chǎn)廠商已構(gòu)建起集芯片、模塊、板卡、終端和運(yùn)營(yíng)服務(wù)為一體的北斗產(chǎn)業(yè)鏈，導(dǎo)航芯片已實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化。國(guó)產(chǎn)北斗三號(hào)導(dǎo)航的22nm芯片已進(jìn)入量產(chǎn)階段，而目前國(guó)際上量產(chǎn)導(dǎo)航定位芯片仍只有40nm的平均制程，至少在工藝上已經(jīng)領(lǐng)先全球平均水平兩代。

國(guó)內(nèi)導(dǎo)航芯片產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，相關(guān)廠商不斷切入，應(yīng)用領(lǐng)域快速拓展。目前國(guó)內(nèi)主要導(dǎo)航芯片廠商基于傳統(tǒng)導(dǎo)航芯片領(lǐng)域不斷延展，逐漸發(fā)展出多模定位、模塊、智能算法、高精度等各類相關(guān)產(chǎn)品，并開(kāi)始進(jìn)入運(yùn)動(dòng)健康、安防監(jiān)測(cè)、廣播電視等諸多相關(guān)領(lǐng)域，相關(guān)廠商數(shù)量也不斷增加。隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷完善，國(guó)內(nèi)導(dǎo)航芯片行業(yè)快速發(fā)展。

（注：國(guó)內(nèi)主要導(dǎo)航芯片廠商）