中國北斗芯片領先世界兩代水平、CMOS圖像傳感器芯片仍需努力

汽車傳感器，是汽車電子信息采集分析的前端系統(tǒng)，將汽車運行中的光、電、溫度、壓力、時間等信息轉換成可供測量的信號，并傳送給車內ECU，進行運算處理后發(fā)指令給執(zhí)行單元，是汽車獲取實時駕駛狀態(tài)信息的重要媒介，隨著電動化、智能化浪潮的推動，汽車搭載的傳感器種類和數(shù)量越來越多，發(fā)揮的作用也越來越重要。隨著汽車智能化程度提升，汽車傳感器的價值量也將快速提升。根據(jù)英飛凌預測，L2車需要的傳感器價值量為160美元，到L4、L5級別的汽車需要則提升為970美元。

（圖 ：隨著汽車智能化程度提升，汽車傳感器的價值量也將快速提升）

隨著汽車智能化的發(fā)展，目前，汽車傳感器主要分為三大類：第一大類，傳統(tǒng)傳感器，主要用于車輛感知，存在于動力、底盤、車身、電子電力系統(tǒng)；第二大類，智能傳感器，多進行環(huán)境感知，包括ADAS、無人駕駛系統(tǒng)的車載攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達等。第三大類是導航芯片。

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。從制造工藝來看，MEMS傳感器在車身中應用最多，據(jù)清研車聯(lián)，目前平均每輛汽車含24個MEMS傳感器，高檔汽車中則有25-40個，價值量在1-2萬元。

汽車MEMS傳感器市場頭部十分穩(wěn)固，被少數(shù)歐美日巨頭壟斷，據(jù)IHS數(shù)據(jù)，前10大供應商市占率達85%，包括博世、森薩塔、NXP、Denso等。主要由于其研發(fā)難度大、制造工藝復雜，進入門檻高。國內MEMS玩家陸續(xù)有車規(guī)級產品推出，但與國外仍有較大差距，如明皜傳感、 深迪半導體、 美新半導體等。

智能傳感器是汽車傳感器的重要增長點。其細分品類眾多，車載攝像頭、雷達（毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達）主流產品。其中，車載攝像頭是發(fā)展最成熟的類別。

車載攝像頭是ADAS系統(tǒng)的主要視覺傳感器，ADAS的普及為其帶來巨大市場空間。據(jù)佐思汽車研究院，主流車型單車攝像頭搭載量，將從2018年的1.7顆，增長到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，也帶動內部視覺傳感器芯片的供不應求。視覺傳感器芯片，主要包括2類：CMOS圖像傳感器（CIS）和圖像信號處理芯片（ISP）。其中，CIS中的CMOS芯片供應較為緊張，主要由于其擴產壁壘高，但需求增長快。視覺傳感器芯片仍被國外企業(yè)主導，如索尼、三星、安美森、德州儀器、Mobileye等。國內廠商多通過并購等方式實現(xiàn)突破，例如，2019年韋爾股份收購了CMOS芯片市占率排名第3的美國豪威科技；2020年匯頂科技收購德國ISP研發(fā)商DCT等。

導航定位芯片是集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)，主要應用于導航定位、衛(wèi)星通訊、遙感等諸多領域。綜合來看，在汽車行業(yè)傳感器芯片領域，最突出的有是圖像傳感器芯片、雷達芯片和導航芯片。

02 CMOS圖像傳感器芯片

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

全球CMOS傳感器芯片市場占有率前七的企業(yè)均為國外廠商，占據(jù)89%的市場份額，國內廠商通過并購等方式實現(xiàn)突破。索尼是全球CMOS傳感器芯片的領軍企業(yè)，占據(jù)接近全球一半的市場份額，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%）、意法半導體（3%）、海力士（2%），其中豪威已被國內企業(yè)韋爾股份收購。國內廠商格科微以2%的市占率排名第10位。

CMOS傳感器芯片行業(yè)壁壘較高，國外巨頭主要通過橫向或縱向拓展切入該市場，應用領域廣泛。國外巨頭主要通過上下游聯(lián)動及并購的方式切入CMOS傳感器芯片市場，比如索尼和佳能均從相機、錄像機等領域逐步向上游拓展；三星則從電子領域向上游拓展至半導體領域；安森美則通過收購高性能CMOS圖像傳感器供應商Aptina Imaging進入該領域；國外CMOS傳感器芯片的應用領域較為廣泛，涉及汽車、通信、計算機、消費電子、工業(yè)、醫(yī)療等諸多領域。

國內廠商的大部分產品處于中低端水平，較少開發(fā)出并量產應用于汽車等領域的高端CMOS傳感器芯片產品。國內CMOS芯片廠商的大部分產品用于中低端手機、平板、通訊、游戲機、監(jiān)視器等領域，僅有比亞迪等少數(shù)廠商能夠開發(fā)出應用于汽車等領域的高像素CMOS傳感器芯片產品，并成功量產。近年來，國內廠商開始發(fā)力，如思比科已開發(fā)出800萬像素和1200萬像素等的中高端芯片產品、韋爾股份通過并購豪威科技切入中高端CMOS傳感器芯片市場。

（圖：CMOS 傳感器主要廠家）

03 車載雷達芯片

車載雷達主要包括超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達三種。其中，國內超聲波雷達已發(fā)展的相對成熟，技術壁壘不高；毫米波雷達技術壁壘較高，且是智能汽車的重要傳感器，目前處于快速發(fā)展的階段；激光雷達技術壁壘高，是高級別自動駕駛的重要傳感器，但目前成本昂貴、過車規(guī)難、落地難。

（注：毫米波雷達的技術發(fā)展趨勢）

毫米波雷達芯片是由單片微波集成電路（MMIC）及DSP/FPGA兩種芯片構成的芯片組合，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，對毫米波雷達的要求會更高。毫米波雷達的技術總的趨勢是朝著成本更低、體積更小、功耗更低、集成度更高的方向發(fā)展。在雷達芯片技術上，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。

自動駕駛帶動下車載毫米波雷達市場空間廣闊。隨著智能化時代自動駕駛汽車的普及，自動駕駛相關配件將迎來重要增長時刻。根據(jù) DIGITIMES Research 數(shù)據(jù)可知，2017 年以來全球毫米波雷達市場規(guī)模超過 20 億美元且保持高速增長態(tài)勢，預計到 2022 年，全球毫米波雷達市場規(guī)模將達到 160 億美元。根據(jù) OFweek 預測，到 2025 年，中國的毫米波雷達市場規(guī)模將超過 300億元。

超聲波雷達是自動駕駛領域的重要輔助傳感器。主要用于倒車雷達與自動泊車系統(tǒng)。目前市面上的超聲波雷達有兩種，分別是用于測量汽車前后障礙物的超聲波駐車輔助(UPA)超聲波傳感器以及用于測量側面障礙物距離的自動泊車輔助（APA）超聲波傳感器。

自動駕駛的普及以及超聲波雷達在倒車雷達以及自動泊車系統(tǒng)裝載率的提高推動了車載超聲波雷達市場的發(fā)展。據(jù)P&S Intelligence 數(shù)據(jù)，預計到 2030 年，全球市場規(guī)模將達 61 億美元。

在這個領域，國外企業(yè)占據(jù)超聲波雷達主要市場，國內企業(yè)已具備成熟技術，博世、法雷奧等海外企業(yè)占據(jù)超聲波雷達主要市場。兩者市占率之和超過 50%。相較于毫米波雷達和激光雷達，國內外廠商超聲波雷達技術差距較小，國內一系列企業(yè)自主生產的超聲波雷達足以滿足自動泊車和倒車等功能。但目前ADAS 零部件供應領域包括超聲波雷達領域主要被國外巨頭壟斷，主流車企為保證汽車研發(fā)的順利進行均有固定的供應廠商，我國自主企業(yè)獲得車企認證難度較大，可進入的市場空間較小。另一方面，部分自主廠商在核心技術上競爭力較弱，產品附加值較低，難以提供完整的自動駕駛輔助方案，因此往往局限于二級供應梯隊，利潤空間有限。

車用激光雷達：即激光探測和測距，主要通過測量激光發(fā)出、收到回波的時間差，確定目標方位、距離、形狀。廣泛應用于機器人、無人駕駛、移動設備、軍事、3D打印等領域。

激光雷達是一種新型傳感器，（簡稱：LiDAR – Light Detecting and Ranging）是激光主動探測傳感器設備的一種統(tǒng)稱，分為測量型激光雷達和導航型激光雷達兩個大類，其主要工作原理是通過高頻測距和掃描測角實現(xiàn)對目標輪廓三維掃描測量，即成像。相比攝像頭和毫米波雷達等常見的輔助駕駛傳感器，激光雷達具備強大的空間三維分辨能力。

激光雷達適用于道路環(huán)境檢測和行駛中的目標檢測與跟蹤，可以獲得環(huán)境的深度信息，準確發(fā)現(xiàn)障礙物，構建可行駛區(qū)域?；谪S富的點云數(shù)據(jù)可獲得包括車道、路沿等在內的道路要素，還可獲得非結構化道路的障礙物和可行駛區(qū)域、行人和車輛、交通信號燈和交通標志等其他豐富信息。同時，激光雷達通過對行駛環(huán)境中車輛周圍的各類目標進行有效檢測、跟蹤和預測，還能夠實現(xiàn)跟車、換道和交叉口通行等復雜場景下的安全自動駕駛。

激光雷達可以用于地圖構建和定位。通過采用激光雷達多次行駛獲取道路的三維點云數(shù)據(jù)，進行人工標注，過濾一些點云圖中的錯誤信息，對多次收集的點云數(shù)據(jù)進行對齊拼接最終形成高清地圖。通過局部點云匹配和全局點云匹配的位置估計方式，獲得給定的當前位置情況下觀測到點云信息的概率分布，結合對當前位置預測的概率分布，就可以提高無人車定位的準確度。

車用激光雷達的產業(yè)鏈條包括：上游的激光發(fā)射器、激光接收器（光敏及光電轉化器件）、光學元器件、驅動裝置、信號處理芯片廠商，中間的整機企業(yè)和一級供應商和下游的整車企業(yè)。國內企業(yè)在激光雷達領域的研究與國際基本同步，禾賽科技與速騰聚創(chuàng)企業(yè)等的機械式激光雷達產品性能已達世界先進水平。粗略估計后裝市場的激光雷達年需求量為2萬臺左右，其中Velodyne占據(jù)了絕對地位，其余市場由禾賽、速騰聚創(chuàng)等企業(yè)瓜分，三家企業(yè)的激光雷達已見諸于在美國、澳大利亞、法國、新加坡等國家的無人車上。

導航定位芯片是集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)，主要應用于導航定位、衛(wèi)星通訊、遙感等諸多領域。導航芯片是導航終端的核心，其定位精度、功耗、體積等方面的性能直接影響導航系統(tǒng)的運行表現(xiàn)。

國外導航芯片產業(yè)成熟，少數(shù)巨頭廠商占據(jù)大量市場。國外導航芯片產業(yè)發(fā)展較早，技術積累深厚，已發(fā)展成為較為穩(wěn)定和成熟的產業(yè)。美國GPS系統(tǒng)起步較早，博通、高通、德州儀器、SiRF等美國公司積累了大量技術及經驗，市場占有率較高，如SiRF公司的GPS芯片產量占全球GPS芯片出貨量的70%、博通的導航元器件銷售額位列世界前三。與此同時，歐洲在導航芯片領域也有較強的實力。

國產導航芯片已實現(xiàn)完全自主可控，且領先世界平均水平兩代，北斗導航對國內導航市場貢獻率將超60%。國產廠商已構建起集芯片、模塊、板卡、終端和運營服務為一體的北斗產業(yè)鏈，導航芯片已實現(xiàn)100%國產化。國產北斗三號導航的22nm芯片已進入量產階段，而目前國際上量產導航定位芯片仍只有40nm的平均制程，至少在工藝上已經領先全球平均水平兩代。

國內導航芯片產業(yè)鏈逐步完善，相關廠商不斷切入，應用領域快速拓展。目前國內主要導航芯片廠商基于傳統(tǒng)導航芯片領域不斷延展，逐漸發(fā)展出多模定位、模塊、智能算法、高精度等各類相關產品，并開始進入運動健康、安防監(jiān)測、廣播電視等諸多相關領域，相關廠商數(shù)量也不斷增加。隨著北斗導航系統(tǒng)的不斷完善，國內導航芯片行業(yè)快速發(fā)展。

（注：國內主要導航芯片廠商）