汽車感測器市場分析，國產機會如何？ | 半導體行業觀察
來源：內容由 微信公眾號 半導體行業觀察（ID：icbank） 內容綜合自「中金公司」，作者黃樂平、楊俊傑，謝謝。
隨著人工智慧的蓬勃發展，自動駕駛正漸行漸近。依據汽車智慧化程度和人類在駕駛過程中參與度的不同，美國機動車工程師協會（SAE）將自動駕駛分為 6 級（L0-L5）、美國高速公路交通安全管理局（NHTSA）將自動駕駛分為 5 級（L0-L4）。在 SAE 分級標準下，L0-L2 屬於高階駕駛輔助系統（ADAS， Advanced Driving Assistant Systems）， L3-L5 則可稱為自動駕駛系統，且 L5 為無人駕駛，可以實現汽車的完全自動化、能夠自主響應各種緊急情況。
從無自動化到自動駕駛，這一過渡階段所用的各類駕駛輔助技術均屬於 ADAS。 ADAS 可分為速度輔助、制動輔助、車道輔助及其它輔助四類，包括自適應巡航（ACC）、前向碰撞預警（FCW）、行人碰撞預警（PCW）、車道偏離預警（LDW）、盲點探測（BSD）等功能。 目前，全球自動駕駛技術研發尚處早期，量產車大多集中於 L1-L2 階段， FCW、 PCW和 LDW 是核心焦點。
ADAS 的滲透率正快速攀升， IHS 預計 2020 年時全球 ADAS 滲透率將從 2015 年的 10%增至 30%，歐洲地區由於車規要求滲透率更高達 86%。相應的，全球 ADAS 市場不斷擴大，據 Grand View Research 統計，全球 ADAS 市場規模將從 2016 年的 141.5 億美元，增長至2025 年的 674.3 億美元，年複合增長率 19%。
感測器是感知層核心
自動駕駛的工作過程可分為三層：（1）感知層： 通過感測器探測周圍環境，將各類環境資訊轉換為電訊號；（2）決策層： 在汽車電子控制單元（ECU）的幫助下，利用演算法分析環境資料， 併發出操作指令；（3）執行層： 根據指令，通過各種執行器完成相應的汽車操控。
汽車感測器是感知層的核心部件， 遍佈車輛全身。一輛汽車所搭載的感測器數量的多寡，直接決定了其智慧化水平的高低。目前， 普通家用轎車中約配有數十個感測器，高檔轎車中則多達 100 多個。
汽車感測器可分為環境監測、車身感知兩大類。在一輛汽車所配臵的感測器中，呈現出環境監測感測器量少價高，而車身感知感測器量多價廉的特點。同時，隨著汽車 SAE 級別的提升，所需的環境監測感測器數量增長迅速，佔據了汽車感測器總成本的絕大部分。
環境監測感測器用於探測和感知周圍環境，是實現自動駕駛所必需的感測器，包括攝像頭和雷達兩類。 1）攝像頭在獲取影象資料後，通過影象識別技術，可以實現距離測量、目標識別等功能。 2）雷達利用發射波和反射波之間的時間差、相位差等資訊， 獲得目標物體的位臵、移動速度等資料。按所使用的不同型別的波，雷達可以分為超聲波雷達、毫米波雷達、鐳射雷達三類。
車身感知感測器用於獲取車身資訊，如胎壓、油壓、車速等，是維持汽車正常、穩定、安全行駛所必備的基礎感測器。按測量引數型別的不同，車身感知感測器包括壓力感測器、加速計、陀螺儀、流量感測器等。以 MEMS 工藝生產該類感測器，具有低成本、高可靠性、小體積等優勢，已逐步取代了基於傳統機電技術的感測器。後文將車身感知感測器統稱為汽車 MEMS 感測器。
在環境監測感測器中，超聲波雷達主要用於倒車雷達以及自動泊車中的近距離障礙監測，攝像頭、毫米波雷達和鐳射雷達則廣泛應用於各項 ADAS 功能中。四類感測器的探測距離、解析度、角解析度等探測引數各異，對應於物體探測能力、識別分類能力、三維建模、抗惡劣天氣等特性優劣勢分明。 各種感測器能形成良好的優勢互補，融合感測器的方案已成為主流的選擇。
（一）攝像頭/毫米波雷達/鐳射雷達技術創新活躍，市場規模增長迅速
汽車感測器中， MEMS 感測器和超聲波雷達的技術和應用已經相對成熟， 而攝像頭、 毫米波雷達和鐳射雷達正隨著自動駕駛技術的蓬勃發展，迎來活躍的技術創新。我們預計，2016-2025 年， MEMS 感測器和超聲波雷達市場規模年複合增速分別為 5%/10%， 攝像頭、毫米波雷達和鐳射雷達市場規模年複合增速分別為 26%/22%/48%； 汽車感測器整體市場2025 年時將達 615 億美元（18% CAGR），未來成長空間廣闊。
（1）MEMS 感測器
MEMS 感測器是傳統汽車電子系統的重要組成部分，廣泛應用於電子車身穩定程式（ESP）、防抱死（ABS）、電控懸掛（ECS）、胎壓監控（TPMS） 等系統。其中，壓力感測器、加速計、陀螺儀與流量感測器是汽車中使用最多的 MEMS 感測器，總份額佔汽車 MEMS 系統的 99%。
（2）超聲波雷達
超聲波雷達主要應用於倒車雷達，以及自動泊車系統中近距離障礙監測。倒車雷達已經由高階車型下沉到中低端車型，滲透率較高，前裝率達 80%左右。倒車雷達系統通常需要 4 個 UPA 超聲波雷達，而自動泊車系統需要 6-12 個超聲波雷達，典型配臵是 8 個 UPA+4個 APA。 自動泊車系統的普及，將為超聲波雷達的增長注入新的動力。
（二）攝像頭
汽車攝像頭按視野覆蓋位臵可分為前視、環視（側視+後視）及內視攝像頭，其中前視攝像頭最為關鍵，可以實現 LDW、 FCW、 PCW 等功能。前視攝像頭又有單目攝像頭、雙目攝像頭，乃至多目攝像頭等不同的解決方案。雖然雙目或多目攝像頭具有更高的測距精度和更廣的視角，但由於其成本較高以及對精度和計算晶片的高要求，使得其仍未能大規模量產。目前， 以 Mobileye 領銜的單目攝像頭解決方案是市場的主流。
（三）毫米波雷達
按輻射電磁波的方式不同，毫米波雷達可分為脈衝型別和連續波型別，目前連續波型別中的調頻連續波（FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave）是主流方案。雖然早在20 世紀 70 年代，德國就嘗試研發車載毫米波雷達，但由於造價高昂、體積龐大，無法大規模推廣； 90 年代後期，隨著微電子技術的發展， 單片微波積體電路（MMIC）的出現使得毫米波雷達低成本、小型化成為可能； 近年來，受益於自動駕駛的提振，毫米波雷達廣受關注，全球範圍內掀起研發熱潮。
按輻射電磁波的頻率不同，目前毫米波雷達主要有 24GHz 和 77GHz 兩種。其中， 24GHz主要用於中短距離（15-30m），稱為 SRR（Short Range Radar）， 77GHz 主要用於長距離（100-250m），稱為 LRR（Long Range Radar）。長期以來，毫米波雷達的頻率使用各國標準不一，比如日本等少數國家還採用 60GHz 頻段。
2015 年世界無線電通訊大會（WRC-15）將 77.5-78.0GHz 頻段劃分給無線電定位業務，至此 77-81GHz 已全部被正式劃分為無線電定位業務，因此 77-81GHz 的車載雷達將是主流發展方向。事實上，歐洲和美國都已經宣佈將逐步限制和停止 24GHz 頻段在汽車雷達中的使用，下一代的替換產品 79GHz 雷達各國也正在積極研發中。 從 24GHz、 77GHz、到 79GHz，雷達的距離解析度提高的同時， 研發難度和成本也大幅增加。
機械鐳射雷達的精度與線束成正比，線束越多則精度越高， 同時成本也大幅提升。 目前16 線、 32 線、 64 線鐳射雷達較為常見，同時也不乏 128 線、甚至 300 線等前沿產品。
傳統市場被 Tier 1 把控，新興領域中國有望突圍
整體而言，目前全球汽車感測器市場主要由博世、 電裝、森薩塔等 Tier 1 廠商所把控。而半導體元器件一般是汽車感測器上游中，壁壘最高、價格最昂貴的部分，因此安森美、英飛凌、 NXP 等半導體廠商也從汽車感測器產業鏈中攫取了豐厚利潤。
在少數細分領域中，中國廠商憑藉高性價比和定製化服務等優勢，已經佔據一席之地。例如，奧迪威的 UPA 超聲波感測器器件全球市佔率達 9%，舜宇的車載攝像頭鏡頭全球市佔率超 30%等。
隨著自動駕駛技術的興起， 車載攝像頭、毫米波雷達、鐳射雷達等新興高成長領域市場空間廣闊、創新活躍，其中湧現了一大批中國創業公司。這些新興領域中， 技術路線百家爭鳴、技術標準尚未被國外大廠壟斷。同時，在國內良好的創業環境、海內外優秀人才加盟、近年電子產業鏈積累等因素的共同作用下， 中國企業有望突圍。
（一）國外大廠壟斷 MEMS 感測器，封測價值凸顯
博世是全球 MEMS 感測器龍頭企業，與包括 Sensata、NXP (Freescale)、Denso、ADI、Panasonic、Infineon 等在內的國外 Tier 1 或半導體大廠共同壟斷了汽車 MEMS 感測器市場。據 IHS統計，全球前十大汽車 MEMS 感測器公司的總市場份額累計超過 85%。
作為汽車 MEMS 感測器，乃至整個 MEMS 市場的絕對領導者，博世在營收、產品線數量、系統整合能力三個維度均穩居全球第一。國內的明皜感測、 深迪半導體、 美新半導體等公司均推出了車載 MEMS 感測器產品，但仍與國外大廠差距明顯。
MEMS 產業鏈包括設計、 製造、 封裝測試和系統整合。全球主要的 MEMS 製造代工廠有STM、 Teledyne DALSA、 Silex Microsystems、臺積電等，封測廠有日月光、 Amkor、長電科技、華天科技等。與普通 IC 不同， MEMS 的封裝要求高、測試複雜度大，因此封裝測試佔其總成本的比例高達 60%-80%。
（二）超聲波雷達國內廠商成功區域性突圍，國產替代前景可期
全球超聲波雷達模組市場由博世、 法雷奧主導，國內廠商有臺灣同致電子、航盛電子、豪恩、輝創電子、 上富電技等。超聲波感測器器件市場由博世、日本村田製作所、尼賽拉等主導，國內廠商以奧迪威為代表。
超聲波雷達的發展已經相當成熟，國內廠商與國外巨頭相比技術差距並不大。然而，國內超聲波雷達廠商雖多，大部分卻未能進入前裝市場。一方面，國內廠商的產品在穩定性和可靠性方面還有待進一步打磨，另一方面整車廠的 Tier 1 供應商較為穩定、進入驗證週期漫長。
憑藉著高性價比的產品、快速及時的服務，國內的同致電子、豪恩、奧迪威的 UPA 產品，已成功突圍進入國內各大車廠。
► 同致電子的 UPA 超聲波雷達在亞洲 OEM 市場中份額第一，客戶有上海通用、上海大眾、東風日產、上汽、奇瑞、吉利等。
► 豪恩的 UPA 超聲波雷達成功切入上海大眾、一汽大眾、吉利汽車、力帆汽車、上海通用五菱等客戶。
► 2016 年， 奧迪威的 UPA 超聲波感測器器件銷量達 2627 萬，據公司招股說明書估算，其佔全球市場的份額約為 9%。此外，公司的 APA 超聲波感測器也已經於 2016 年投放市場。同致電子、豪恩分別是奧迪威 2017 年第一、第三大客戶，佔其營收比例為24%、 5%。
（三）車規級攝像頭模組海外大廠主導，零部件已有國產突破
考慮到安全性及複雜的駕駛環境，車規級攝像頭在耐高溫、抗震、防磁和穩定性等四方面有著嚴苛的效能要求。車載攝像頭模組均價超 500 元，而類似配臵的手機攝像頭均價不足百元。
目前， 車載攝像模組市場主要被海外大廠瓜分，包括日本的松下、富士通天、索尼，歐洲的法雷奧、大陸等，幾乎都是全球前列的 Tier 1 供應商。國內手機攝像頭產業鏈廠商舜宇光學、 歐菲光、 晶方科技等正積極發展車載攝像頭模組業務。
攝像頭模組的上游主要有 CMOS 影象感測器（CIS, CMOS Image Sensor） 以及鏡頭的供應商。 在車載攝像頭零部件方面， 豪威科技（併購）和舜宇光學（手機產業鏈基礎延伸）已實現國產突破。
► 相比 CCD， CMOS 影象感測器的高速、高動態、低成本特性更適合應用於高速執行且光線條件變化劇烈的實際駕駛環境。 CIS 由於其較高的技術壁壘，大部分市場份額同樣被國外大廠所把控，車載 CIS 全球前五大廠商安森美、豪威（中資控股）、Pixelplus、索尼和松下的合計份額近 90%。
► 攝像頭鏡頭是中國企業的傳統優勢產業， 臺灣大立光電、 舜宇光學、玉晶光電位列全球攝像頭鏡頭企業前列。據舜宇相關負責人， 自 2012 年起，舜宇全球車載鏡頭出貨量第一，市佔率達 30%以上。
在攝像頭模組下游的是車載攝像頭解決方案供應商，這類企業的核心技術往往是視覺演算法或視覺處理 ASIC 晶片。Mobileye 是全球車載攝像頭解決方案龍頭，兼具視覺演算法和 EyeQ系列視覺處理器核心技術；國內相關初創企業有 MINIEYE、地平線、 中科慧眼、天瞳威視、蘇州智華、 縱目科技、 前向啟創、創來科技、 Maxieye 等。
（四）毫米波雷達技術壁壘高，國內處於追趕狀態
毫米波雷達硬體部分主要由射頻前端 MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit， 單片微波積體電路）、高頻 PCB 和訊號處理系統組成，每一部分均有較高的技術壁壘，國內較為落後、處於追趕狀態；後端演算法方面，國內現有技術同樣具有侷限性，且國外演算法受專利保護、價格高昂，其專利授權費約佔總成本的 50%。
全球毫米波雷達市場由 Tier 1 供應商主導。據佐思產研統計， 2015 年博世、大陸、海拉、富士通天、電裝為全球前五的廠商，合計佔據 76%的份額。汽車雷達 MMIC 市場的絕大部分份額則被英飛凌、意法半導體、 NXP 和 TI 四家瓜分。
2014-2016 年，國內湧現了一批毫米波雷達創業公司，大多由高校或產業界的科研人員所創立。
包括 MMIC 創業公司加特蘭、意行半導體、矽傑等，毫米波雷達創業公司行易道、安智傑、蘇州豪米波、森思泰克、智波科技、隼眼科技、 安智汽車、承泰科技、 納雷科技、木牛科技、雷博泰克、華域汽車，易來達， 卓泰達、 MotorEye 等。這些企業中，大部分仍處於研發狀態，安智傑等公司的 24GHz 產品已實現量產。
（五）機械鐳射雷達 Velodyne 一馬當先， L4+級車規量產是競爭焦點
鐳射雷達並不是新鮮事物，早已在航空航天、測繪等超長距離（千米以上）、非實時領域有幾十年的應用歷史。 鐳射雷達在 L3 級自動駕駛中開始匯入，並由於其高精度、實時 3D點雲建模的特點將成為 L3-L5 中最為關鍵的感測器。目前，大部分車載鐳射雷達還僅用於試驗原型車上，主要因為：
► 當前 L3 及以上的量產車較少，僅有 2017 年 7 月奧迪釋出的全球首款 L3 級量產車A8，以及 2018 年 7 月百度釋出的全球首款 L4 級量產巴士阿波龍。
► 由於 L3 無法清晰認定車輛和駕駛員的責任， Waymo、福特、沃爾沃等選擇跳過 L3、直接研發 L4，導致鐳射雷達進入量產車市場的速度放慢。
美國 Velodyne 的機械式鐳射雷達起步早、技術領先，最新已推出 128 線原型產品 VLS-128。同時， Velodyne 與谷歌、通用汽車、福特、 Uber、百度等全球自動駕駛領軍企業建立了良好的合作關係，佔據了車載鐳射雷達大部分的市場份額。
當前機械式鐳射雷達的價格十分昂貴， Velodyne 在售的 64 線/32 線/16 線產品的官方定價分別為 8 萬/4 萬/8 千美元。一方面，機械式鐳射雷達由發射光源、轉鏡、接收器、微控馬達等精密零部件構成，製造難度大、物料成本較高；另一方面，鐳射雷達仍未大規模進入量產車、需求量小，研發費用等固定成本難以攤薄。 Velodyne 總裁麥克〃耶倫曾表示，如果一次性購買 100 萬臺 VLP-32，那麼其售價將會降至 350~500 美元之間。
鐳射雷達市場剛剛興起， L4+車規級鐳射雷達還未出現， Velodyne 的地位遠難稱穩固。
1）海內外大批創業公司緊隨其後，包括 Quanergy、 Ibeo、 Cepton、 Aeye、 Innoviz、 LeddarTech、Innovusion、 禾賽科技、速騰聚創、北科天繪、鐳神智慧、 北醒光子等。
2） Velodyne 所擅長的機械式鐳射雷達由於需要人工參與複雜的光路除錯裝配，相比固態鐳射雷達不僅生產週期長、成本高，而且穩定性也很難達到車規級。未來在量產車中，固態鐳射雷達是大勢所趨，而這一領域中 Velodyne 並不具備明顯的優勢。
► Ibeo 的主要產品是 4 線或 8 線的低線束鐳射雷達， 其中與 Valeo 合作的 ScaLa 產品已為奧迪 A8 所搭載，是全球首款車規級量產鐳射雷達。 這種雷達一般被安裝在車燈或保險槓附近， 用於 L3 中對前方車輛、地線、路肩等進行識別， 與 L4+級鐳射雷達有較大差距。 Ibeo 不僅擁有鐳射雷達硬體技術，在相關軟體方面也有深厚的積累（ibeo.Reference、 ibeo.HAD）。
► Quanergy 於 2017 年釋出了全球首款車載固態 OPA 鐳射雷達 S3，且於 2018 年 7 月通過了 IATF（國際汽車推動小組） 16949 認證。 公司已經與 Sensata 達成合作，共同建立一條車規級固態鐳射雷達生產線，預計將在 2019 年 9 月正式啟動，且有望將固態鐳射雷達的價格降到 250 美元。
► 禾賽科技的 40 線鐳射雷達 Pandar40，已與百度、蔚來汽車、智行者、馭勢科技、Roadster.ai 等公司合作完成早期客戶共同測試。 得益於國內的人力成本優勢， 公司相比國外競品， 交貨週期更短、售價更低。 同時，禾賽也於 2017 年底推出了固態鐳射雷達 Pandar GT， 應用了獨創的 ZOLO (Zoomable Light Oscillator) 技術。
► 速騰聚創不僅擁有 32 線機械鐳射雷達產品 RS-LiDAR-32 的量產能力， 而且已經推出了 MEMS 固態鐳射雷達產品 RS-LiDAR-M1。此外， 公司早在 2016 年上半年便在矽谷部署研發 OPA 固態鐳射雷達。 2018 年 6 月，速騰聚創和菜鳥網路聯合釋出無人物流車 G Plus，其搭載了三臺 RS-LiDAR-M1 Pre，這是固態鐳射雷達首次應用於無人駕駛領域。
我們看到，國內的鐳射雷達廠商擁有不俗的技術實力，在各路技術路線混戰的行業背景下機會巨大。 但無論何種固態鐳射雷達技術路線，能否率先實現 L4+級車規量產是競爭焦點、是決勝的關鍵所在。
