勢不可擋："新能源+"重構供應鏈，重視汽車電子全方位機會

（報告出品方/作者：浙商證券蔣高振吳若飛）

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賽道

1.1. 碳中和背景下，新能源革命勢不可擋

近十年來，化石能源相關碳排量持續增長，2019年佔溫室氣體總量65%。縱覽世界各經濟體當前的氣候行動，可再生能源規模化部署、工業製造業減排升級、交通運輸業綠色轉型、建築能效提升和負碳技術開發利用成為零碳發展重點領域。

根據 IEA 資料，全球一半以上的溫室氣體排放來自能源行業，因此，能源行業是各國最為重視的減排領域，能源轉型是實現碳中和的關鍵因素。

能源轉型主要包括：

實現能源結構調整，由化石能源向可再生能源轉型，從能源生產、輸送、轉換和儲存全面進行改造或者調整，形成新的能源體系，全面提升可再生能源利用率；

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同和能源綜合梯級利用，推動各行業節能減排，提升能效水平。

2020年，中國正式宣佈“雙碳”目標，即——“二氧化碳排放量力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。

從各部門碳排放資料來看，能源、工業碳排放量較高，佔比分別達到51%/28%。

2020年，中國溫室氣體排放逾100億噸，約佔全球四分之一。

為保障經濟穩步發展的前提下實現雙碳目標，中國將從能源系統轉型最佳化、工業系統轉型升級、交通系統清潔化發展、建築系統能效提升、負碳技術開發利用等方面開展碳中和行動，其中，能源系統轉型是中國雙碳目標成功與否的關鍵，中國計劃2030年非化石能源佔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。

汽車電動化革命是實現能源轉型的重要路徑。

“電動車革命”的成功需要各部門的通力合作：既需要各國針對碳排放形成共識，並制定宏觀計劃，也需要車企在汽車生產端給予配合，並完成自身產業結構的最佳化和升級。

1.2. “新能源+”背景下，汽車逐步成為拉動半導體行業的核心賽道

在碳中和的背景下，汽車電動化革命如火如荼，電動車革命對傳統汽車行業無疑是顛覆性的，對整個的汽車零部件與供應鏈體系產生了深切的革命性影響。

從半導體的視角切入，我們發現，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，全球半導體行業增長主要依賴智慧手機等電子裝置的需求，以及物聯網、雲計算等技術應用的擴增，隨著智慧手機滲透率的逐步提升，消費電子對於半導體的拉動已經趨緩，而汽車半導體領域需求強勁，逐步成為半導體企業的重要增長市場。

根據 WSTS 世界半導體貿易統計組織資料，2020年汽車半導體市場規模達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，高階輔助駕駛系統增幅最大，這將推動對 IC、MCU和感測器的需求相應增長，電動/混合動力將大大提升對功率半導體的需求。

根據中國汽車工業協會資料，2022年新能源汽車單車晶片平均數量達到1510顆，相比2017 年增長接近80%，而傳統燃油車對於晶片的需求也有較大程度增長，2022年單車晶片需求數量為1119顆，相比2017年亦增加了41%。

從現有的汽車半導體競爭格局來看，Infineon、NXP、Renesas 市佔率分別達到13.2%/10.9% 和 8.5%，位列全球一二三位，汽車半導體主要包括感測器、微控制器（MCU）和功率半導體器件，從細分產品的競爭格局中，可以看到 Infineon 在功率半導體領域一馬當先，市場佔有率達到 30.2%，而 STMicro 僅為 16.3%，而在感測器與 MCU 方面，Bosch 和 Renesas 分別位於相關細分市場的第一位。

2. 新能源+下，汽車行業變革帶來電子產業鏈全方位機會

傳統車用半導體產品主要包括功率半導體、MCU晶片、ASIC晶片、儲存晶片和感測器等。

汽車電動化、智慧化給電子產業鏈帶來了全方位的市場機會，汽車對於資訊感知、接收、處理的要求不斷提升，因此，對於新能源汽車而言，感測器、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 Gartner 資料，2020年車用功率半導體約佔全部車用半導體的 43%。

2.1. 電動化：以 IGBT 為主的功率半導體需求爆發

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用於改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。

功率器件主要為二極體、三極體、閘流體、MOSFET和IGBT等，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適用於消費電子、網路通訊、工業控制、汽車電子等，相較於前三者，適用頻率高，但一般用於功率不超過 10kw 的電力電子裝置，在中低壓領域，國內廠商正逐步展開國產替代；

IGBT可用於電機節能、軌道交通、智慧電網、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，但開關速度低於MOSFET。

新能源汽車對功率半導體需求大幅提升。

在傳統汽車場景下，功率半導體主要應用於啟動、發電和安全領域，包括直流電機、電磁閥、繼電器、LED 驅動等，矽基 MOSFET、IGBT 及模組即可滿足需求，對於新能源車而言，普遍採用高壓電路，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主要有：主傳動/逆變器、車載充電器（On Board Charger）、3）HV-LV DC-DC 轉換、高壓輔助驅動、電池管理系統（BMS）等。

作為核心部件，逆變器對IGBT、MOSFET需求大幅增長：

逆變器類似於燃油車的發動機管理系統 EMS，決定著駕駛行為，設計應最大限度地減少開關損耗並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 模組單車價值量非常高，佔據整個電控系統成本的 40%以上（電控系統佔整車成本 15~20%）

根據 Trend Force 等機構釋出資料，平均一臺傳統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 給出的資料，電動汽車含矽量大幅提升，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。

2.2. 智慧化：視覺系統、MCU，儲存需求大幅增長

智慧汽車電子電氣的五大架構：車身域、智慧座艙域、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；智慧座艙域包括儀表盤、車載娛樂系統、觸控系統和車載充電等；底盤域包括剎車裝置、轉向裝置、車身穩定裝置和減震裝置；動力域包括動力傳遞系統，主逆變器、發動機管理系統等；自動駕駛域包括速度控制系統、緊急剎車系統、盲點探測系統感測器融合等。

從汽車智慧化的視角看，增量主要來自感測器，主要包括攝像頭和鐳射雷達。

攝像頭目前市場空間在 140 億美元，鐳射雷達在 63 億美元，其他感測器包括毫米波雷達、超聲感測器、GPS/北斗定位系統等，感測器市場到 2025 年可達 524 億美元。

從自動駕駛的等級來看，從 L1 到 L4/5，L2 開始出現超聲波感測器和雷達模組，L3 開始，短距雷達感測器出現，L4/5 開始鐳射雷達開始出現，超聲波感測器和雷達模組用量大幅增長。

隨著感測器尺寸將變得更小，而功能卻更為強大。

汽車的自適應巡航控制系統將更加廣泛地採用雷達和鐳射雷達感測器和攝像頭。由於多感測器融合變得更為複雜，處理能力需得到不斷提升，從而完善高階駕駛輔助系統。

2.3. 網聯化：聯結器、V2X 射頻晶片等聯網需求有望增長

除了電動化、智慧化以外，對於汽車產業的變革，另一大趨勢是高階汽車聯網，包括汽車與基礎設施互聯（V2I）、汽車與汽車互聯（V2V）和車與車聯網，這一功能旨在實現汽車內、外互聯，並將汽車融入物聯網成為其中的一部分，合稱 V2X（Vehicle to Everything）。

智慧網聯汽車產業是一個多方共建的生態體系，其中，車輛是載體，實現智慧化是目的，而網聯化是核心手段。智慧互動、智慧駕駛和智慧服務是智慧網聯汽車的三大元素。

根據《智慧網聯汽車技術路線圖 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，我國將在車聯網示範區內部署路測設施，2022 年將開始在典型城市、高速公路擴大覆蓋範圍。目前，國內已經具備 C-V2X 通訊晶片、模組以及車載終端的量產基礎。

整體來看，碳中和背景下，發展新能源對於汽車行業的塑造是革命性的，電動化、智慧化和網聯化作為三個遞進的層級，重塑了整個產業鏈的生態、架構和發展方向。

汽車行業的變革也給電子行業帶來了全方位、多產業鏈的變化。根據 Gartner 預測，2020-2025 年汽車半導體市場將得到快速發展，按應用來看，高階輔助駕駛系統、電動/混動模組增速最快，CAGR5 分別達到 31.90%和 23.10%。

按裝置來看，通用晶片、整合基帶、射頻接收器、各類非光學感測器及汽車儲存相關產品需求增速都維持旺盛態勢

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）需求爆發式增長

光伏逆變器作為光伏發電的核心部件，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。

根據中國光伏行業協會預測，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模將達到40.5億元， 2021-2025 年累計市場需求規模將增長176.3億元。

風力發電機變頻器中應用到大量功率器件。

風力發電是將風能轉換為電能的過程，主電路中利用 AC/DC 轉換器將風力發電機的輸出電力轉換為直流電，再透過變頻器系統調節為可入網電流，再由逆變器將直流電轉換為商用頻率的交流電。

因此，風力發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。

根據 Yole 預測，在電動汽車、新能源發電等多個領域需求帶動下，2026 年矽基 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% 和 7.5%。

3.2. 充電樁：800V 高壓平臺有望普及，SiC 產業鏈值得重視

目前汽車半導體主要採用矽基材料，但受自身效能極限限制，矽基器件的功率密度難以進一步提高，矽基材料在高開關頻率及高壓下損耗大幅提升。與矽基半導體材料相比，以碳化矽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。

和傳統矽基材料相比，SiC 模組的開關損耗和導通損耗顯著低於同等 IGBT 模組，此外， SiC 器件在相同功率等級下，體積顯著小於矽基模組，有助於提升系統的功率密度。

更高的電子飽和漂移速率有助於提升器件的工作頻率，實現高頻開關；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，從而減少系統體積和重量。

根據 Omdia 資料，2019年SiC全球市場規模為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。

2019 年，保時捷釋出全球首款搭載 800V 電壓平臺的量產車 Taycan，充電功率最高可達 270kW，採用 800V 電壓系統充電 80%僅需 22.5 分鐘（400V 則需 90 分鐘）。

2021 年 10月 24 日，小鵬汽車 CEO 何小鵬表示，小鵬汽車希望做到國內首個量產配置 SiC 晶片的 800V 高壓平臺，支援充電 5 分鐘，續航 200 公里。

同時，小鵬汽車也將推出配套的 480kW 高壓超充樁。

此外，小鵬還為使用者設計了儲能站，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 在高階車型的電機控制器領域滲透率將會逐漸提升，整個 SiC 產業鏈也將迎來爆發機遇。

Cree 是 SiC 行業絕對龍頭，國內 SiC 產業有望得到快速發展。

Cree 成立於 1987 年，1991 年全球率先將碳化矽商業化。2021 年更名 Wolfspeed。目前，Wolfspeed 擁有 SiC 全產業鏈佈局，並在導電型 SiC 襯底擁有超過 60%的市佔率，在碳化矽功率器件的市場中也走在前列，II-VI 和 Si-Crystal 位列全球二、三位，市佔率分別達到 16%和 12%。

國內 SiC 襯底環節代表廠商為天科合達（未上市）及天嶽先進（待上市），目前仍處於追趕者地位；外延環節技術難度和壁壘相對較低，襯底廠商普遍具備外延片的生產能力；器件環節發展仍受到襯底產能的掣肘。