潛力無限的汽車存儲芯片

　　隨著智能化、電動化浪潮的推進(jìn)，汽車芯片的含量成倍提升，電動車半導(dǎo)體含量約為燃油車2倍，智能車為8-10倍。需求增量端2020年全球約需要439億顆汽車芯片，2035年增長為1285億顆。價(jià)值增量端，2020年汽車芯片價(jià)值量為339億美元，2035年為893億美元?？梢娦酒瑢⒊蔀槠囆吕麧櫾鲩L點(diǎn)，有望成為引領(lǐng)半導(dǎo)體發(fā)展新驅(qū)動力。

　　汽車芯片從應(yīng)用環(huán)節(jié)可以分為5類：主控芯片、存儲芯片、功率芯片、模擬芯片、傳感器芯片等，以存儲芯片為例，2022年全球汽車存儲芯片市場規(guī)模約52億美元，國內(nèi)汽車存儲芯片市場規(guī)模增長潛力大。

　　汽車存儲芯片驅(qū)動因素

　　目前車載市場中主要的存儲應(yīng)用包括DRAM(DDR、LPDDR)、和NAND(e.MMC和UFS等)。根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2019年，全球汽車存儲芯片市場規(guī)模為36億美元，其中LPDDR和NAND市場規(guī)模約為8億美元和10億美元。2020年全球汽車存儲芯片市場規(guī)模為34億美元左右，約占整個(gè)汽車半導(dǎo)體市場的9%，初步預(yù)測到2023年，全球汽車存儲芯片市場規(guī)模為59億美元。2020年中國汽車存儲芯片市場規(guī)模達(dá)到了4.31億美元，預(yù)計(jì)2026年可達(dá)到7.32億美元。

　　電動化、信息化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展推動汽車存儲革命，未來汽車存儲將由GB級走向TB級別。從當(dāng)前看，ADAS系統(tǒng)、新一代中控系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)引入5G連接技術(shù)、端邊云和OTA等均為基礎(chǔ)代碼、數(shù)據(jù)與參數(shù)存儲的載體。未來更豐富的娛樂系統(tǒng)，更強(qiáng)的中控電腦和數(shù)字駕駛艙，更完備事件記錄系統(tǒng)，更多的傳感器和輔助駕駛決策將對存儲空間提出“TB級”需求。

　　各類車型的DRAM、NAND存儲容量翻倍。根據(jù)Yole，轎車、貨車和公共汽車的DRAM平均存儲容量將以35%的復(fù)合增速增長(2020-2026)，并在2026年達(dá)到平均每車約27GB，翻6倍;各車型NAND平均存儲容量將以57%的復(fù)合增速增長(2020-2026)，并在2026年超過500GB，翻15倍。

　　驅(qū)動因素一：智能駕駛等級漸升，傳感器、ADAS平臺研發(fā)要求存儲器具備更大容量和更好性能

　　隨著智能汽車自動化程度提高，數(shù)據(jù)生產(chǎn)量級呈指數(shù)級增長。從自動駕駛級別來看，目前所處的L1、L2級別的定速巡航不需要太多存儲設(shè)備，只記錄車速、發(fā)動機(jī)參數(shù)等。L4級別自動駕駛的算法準(zhǔn)確性需要達(dá)到甚至超過人類的認(rèn)知水平，需要人工智能和深度學(xué)習(xí)的參與，通過對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，不斷優(yōu)化，把所有的經(jīng)驗(yàn)歸納為代碼，才有可能實(shí)現(xiàn)不同駕駛場景的準(zhǔn)確判斷和科學(xué)決策，L4級別自動駕駛下一輛車一次路測就會產(chǎn)生約8-60TB的數(shù)據(jù)，整個(gè)研發(fā)周期內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會達(dá)到EB級別。L5級別完全不需要人的參與，數(shù)據(jù)采集、預(yù)存、反饋、匹配、科學(xué)依據(jù)和判斷環(huán)節(jié)需要大量存儲容量。

　　自動駕駛產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)將對存儲的帶寬和容量提出更高的要求，汽車存儲芯片的價(jià)值量會隨之提升。根據(jù)Semico Research，對L1和L2級而言，對于存儲容量的需求差別不大，一般配置8GB DRAM 和8GB NAND，而L3及以上級自動駕駛的高精度地圖、數(shù)據(jù)、算法都需要大容量存儲來支持，一臺L3級的自動駕駛汽車將需要16GB DRAM和256GB NAND，一臺L5級的全自動駕駛汽車估計(jì)需要74GB DRAM和1TB NAND。根據(jù)美光科技及中國閃存預(yù)計(jì)，L2/L3級自動駕駛汽車對內(nèi)存帶寬要求約為100GB/s，對DRAM和NANDFLASH的平均容量需求約為8GB和25GB。

　　對于L3ADAS，選擇LPDDR5將大大簡化系統(tǒng)，需要9個(gè)DRAM即可提供224GB/s的帶寬。而對于L4ADAS，帶寬要求上升到300GB/s。在此級別，以6.4Gb/s的速度運(yùn)行的LPDDR5接口將需要12個(gè)DRAM，可能會造成SoC布局出現(xiàn)問題，需要GDDR6進(jìn)行設(shè)計(jì)。5個(gè)GDDR6DRAM以16Gb/S的速度運(yùn)行，可提供超過300GB/s的帶寬，8個(gè)GDRR6DRAM設(shè)備即可輕松滿足L5ADAS所需的500GB/s的速度。

　　智能化下占據(jù)車輛車載存儲數(shù)據(jù)的最大份額的是各類傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)主要來自ADAS系統(tǒng)和V2X功能。其中包括：GPS接收器、激光雷達(dá)、超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)、高清攝像頭等。以汽車駕駛輔助系統(tǒng)ADAS為例，由于需要大容量存儲和高效運(yùn)算支撐系統(tǒng)的快速反映，特別是高清的圖像傳輸，對于存儲產(chǎn)品的容量、性能、可靠性也提出了越來越高的需求。在自動駕駛研發(fā)過程中，這些路測數(shù)據(jù)會被上傳到研發(fā)平臺，由平臺對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，并在ADAS平臺上進(jìn)行驗(yàn)證和仿真，在此過程中又會產(chǎn)生大量的過程數(shù)據(jù)，他們都以文件或?qū)ο蟮姆绞奖４妫└鱾€(gè)平臺頻繁讀寫。

　　隨著自動駕駛等級由L1向L5不斷滲透，傳感器數(shù)量、采集到的數(shù)據(jù)量顯著提升，對存儲芯片的數(shù)量和容量需求也隨之增加。自動駕駛應(yīng)用中，每顆攝像頭、雷達(dá)均需要一顆儲存芯片與其配套使用，攝像頭和雷達(dá)會將所感知到的路面信息寫入儲存芯片中，并通過專有算法對寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、分析，快速做出緊急避讓、制動等操作。以L4級別為例，自動駕駛私家車各個(gè)傳感器一天數(shù)小時(shí)行駛中需要產(chǎn)生超過10GB的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，每2h需要存儲2TB場景記錄數(shù)據(jù)，營運(yùn)車行駛10h將產(chǎn)生20TB數(shù)據(jù)，目前百度等自動駕駛方案車每天路測所積累的場景數(shù)據(jù)已經(jīng)遠(yuǎn)超20TB。現(xiàn)有的流量成本和帶寬很難支持將全部數(shù)據(jù)上傳云端，大量數(shù)據(jù)需在車內(nèi)進(jìn)行存儲和計(jì)算。

　　各類車載傳感器中，ADAS攝像頭的數(shù)據(jù)生產(chǎn)量級最大，對更高效的處理和存儲方案提出要求。根據(jù)Yole，多作業(yè)目的的ADAS 攝像頭每小時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量達(dá)352GB，后續(xù)伴隨主機(jī)廠對立體或三攝相機(jī)的應(yīng)用，這一數(shù)據(jù)量將在此基礎(chǔ)上再增加1-2倍;激光雷達(dá)同樣產(chǎn)生了較大量級的數(shù)據(jù)。

　　驅(qū)動因素二：事件記錄器(EDR)產(chǎn)生GB級存儲需求

　　事件記錄器是各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求下的專門安全存儲器，具有GB級的數(shù)據(jù)存儲需求。法律法規(guī)保險(xiǎn)及機(jī)構(gòu)，需要事件記錄器記錄車輛事故前后數(shù)據(jù)，以判定自動駕駛車或外部的責(zé)任歸屬，目前歐盟中德國已經(jīng)要求配備行車記錄黑匣子，記錄汽車行駛的每個(gè)動作和環(huán)境細(xì)節(jié)，以備作為法律責(zé)任歸納參考。中國目前1.0版本標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)落地，即新能源車前端市場要配備行車記錄儀。

　　相比傳統(tǒng)的行車記錄儀，事件記錄器具有智能化感知功能、更全面的記錄需求和存儲空間需求。事件記錄器有智能性，能根據(jù)速度、轉(zhuǎn)彎、剎車等駕駛行為感知駕駛模式變化。其能夠在事故發(fā)生的前三十秒開始詳細(xì)記錄車身運(yùn)行變化，事故發(fā)生后5秒仍能對圖像場景和運(yùn)行情況做出詳細(xì)記錄，便于責(zé)任判定。傳統(tǒng)行車記錄儀數(shù)據(jù)記錄量級僅為KB級，而L0級自動駕駛車的事件記錄器就已達(dá)GB級。

　　驅(qū)動因素三：電動化下軟件定義汽車、集中式電子電氣架構(gòu)及端邊云協(xié)同進(jìn)一步提升存儲需求

　　軟件定義更高級的智能電動汽車架構(gòu)，進(jìn)一步提高汽車存儲需求。未來電動車將逐漸取代燃油車，有強(qiáng)大的算法和完善的周邊感知能力，并且沒有傳統(tǒng)機(jī)械傳動的負(fù)擔(dān)，是一個(gè)由電池和管理系統(tǒng)組成的“巨形智能手機(jī)”，并逐漸融合更多功能、更省電、有更強(qiáng)的人機(jī)交互能力，需要開發(fā)和安裝大量存儲密集型應(yīng)用以完善相關(guān)功能，對存儲空間提出更高要求。

　　2030年自動駕駛汽車代碼量約為當(dāng)前智能手機(jī)的12倍。根據(jù)西部數(shù)據(jù)，智能手機(jī)和F16戰(zhàn)斗機(jī)約為2500萬行代碼，WIN7和社交媒體軟件為5000萬行，目前自動駕駛汽車代碼量為1億行，據(jù)西部數(shù)據(jù)推算，到2030年常見型號的自動駕駛汽車將達(dá)到3億行，軟件對汽車工藝的推動作用較大。

　　軟件定義汽車趨勢推動科技公司、原始廠商跨領(lǐng)域合作和產(chǎn)業(yè)整合。電動化下每一項(xiàng)新技術(shù)和功能的實(shí)現(xiàn)都需要車企配合進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和訓(xùn)練，進(jìn)而促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈中不同商業(yè)模式的整合。2020年6月，汽車巨頭梅賽德斯-奔馳與芯片巨頭英偉達(dá)共同開啟研發(fā)車載計(jì)算系統(tǒng)和人工智能AI計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)。計(jì)劃于2024年在奔馳的下一代車型中推出。

　　電動化驅(qū)使下汽車的電子電氣架構(gòu)(E/E)從最初的分布式向域融合和中央控制單元過渡，未來車規(guī)級存儲趨勢同樣是以分布式為基礎(chǔ)的中央控制架構(gòu)。電車上很多模塊如TBOX、輔助泊車、中控娛樂系統(tǒng)和EDR是分布式存儲架構(gòu)，每個(gè)模塊都有自己的存儲器，但目前還是很無序的分布式存儲，每個(gè)模塊只有單一功能。

　　現(xiàn)代汽車的引擎蓋下是一個(gè)電子控制模塊(ECMs)網(wǎng)絡(luò)，具有許多不同功能。傳感器連接到這些ECM上，ECM之間又相互連接。控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)作為中心數(shù)據(jù)路徑，其上會運(yùn)行不同的應(yīng)用協(xié)議。高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)依靠安裝在車輛上的不同類型傳感器來收集做出決策所需數(shù)據(jù)。

　　未來對汽車的定義將向5大域融合發(fā)展，按定義做集中分布，存儲空間按定義共享。如信息終端和導(dǎo)航控制系統(tǒng)專門用來存儲GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)和上下游云端通訊數(shù)據(jù)，將行車記錄儀融合到自動駕駛功能中去，其存儲空間將和自動駕駛存儲空間合并，共享高速存儲模塊，這樣的分布系統(tǒng)定義更清晰，功能完備。

　　DRAM：單車價(jià)值量超130美金

　　千億市場規(guī)模漸行漸近

　　DRAM方面，我們引用Hynix對汽車DRAM需求量級判斷，可以看到一輛車預(yù)估需求可達(dá)150GB DRAM，價(jià)值量可超130美金，現(xiàn)在全球每年大概生產(chǎn)0.8～1億部車，如果乘以滲透率或者考慮用量進(jìn)一步提升，整體DRAM需求量還將提升，長期來看將形成千億級人民幣的市場規(guī)模。

　　美光科技市占率近半地位穩(wěn)固、技術(shù)領(lǐng)先，國內(nèi)存儲龍頭北京君正DRAM市占率第二，三星、南亞科、華邦電緊隨其后。從競爭格局來看，美光科技作為絕對龍頭市占率達(dá)45%，2021年度進(jìn)行了LPDDR5采樣測試，為行業(yè)領(lǐng)先。北京君正收購北京矽成后進(jìn)入車載存儲芯片領(lǐng)域，已與博世汽車、大陸集團(tuán)等下游車企達(dá)成緊密合作;汽車智能化程度的提高和相關(guān)技術(shù)的不斷升級，也將帶來除存儲芯片之外的其他各類車載芯片的需求增長，北京矽成專注在汽車及工業(yè)領(lǐng)域的多年芯片研發(fā)經(jīng)驗(yàn)將在智能駕駛時(shí)代迎來新的發(fā)展前景。

　　NAND：單車需求量提升至2TB

　　CAGR高達(dá)37%

　　新四化驅(qū)動NAND存儲向大容量高可靠性進(jìn)化，需求容量與價(jià)值同步提升。根據(jù)西部數(shù)據(jù)預(yù)測，2022年及2025年單車需要的NAND容量將從1TB上升至2TB。

　　中、美、日、韓競爭激烈，信息娛樂與ADAS系統(tǒng)推動了整個(gè)汽車行業(yè)對大容量、高性能NAND的需求。三星的256GB BGA SSD控制器和固件由三星自主研發(fā)，已完成客戶評估，目前已進(jìn)入量產(chǎn)階段，能夠?qū)崿F(xiàn)每秒2，100 MB/s的順序讀取速度和300MB/s的順序?qū)懭胨俣?，分別是當(dāng)前eMMC的七倍和兩倍。國內(nèi)龍頭西部數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了UFS存儲器在導(dǎo)航地圖、IVI系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通訊、ADAS和數(shù)據(jù)日志上的應(yīng)用。

　　NOR FLASH：車載各系統(tǒng)需求迭起

　　中國公司占據(jù)70%市場

　　結(jié)構(gòu)性增長驅(qū)動NOR Flash產(chǎn)品需求，其應(yīng)用在汽車電子中極為多元。當(dāng)前汽車存儲行業(yè)存在以下結(jié)構(gòu)性增長機(jī)會：一方面系統(tǒng)復(fù)雜性的提升提出更高的片外存儲需求，另一方面越來越多的應(yīng)用場景要基于高性能的處理單元，驅(qū)動了MCU、GPU、MPU、SoC對程序和參數(shù)的存儲需求和FPGA對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲需求。從應(yīng)用場景來看，汽車ADAS系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、巡航系統(tǒng)和SOTA的升級均需可靠的NOR Flash存儲。

　　相較于DRAM和NAND Flash，NOR Flash體量較小，從競爭格局來看，中國旺宏、華邦電和兆易創(chuàng)新占領(lǐng)了絕大多數(shù)的市場份額，2016、2017年美光科技、賽普拉斯相繼宣布退出部分NOR Flash市場競爭而漸漸淡出，NOR Flash芯片的市場份額逐漸把控在中國臺灣旺宏、華邦電和中國大陸兆易創(chuàng)新三家企業(yè)中，2020年，華邦電、旺宏和兆易創(chuàng)新市占率排名前三，占比分別為25.4%、22.5%、15.6%。

　　兆易創(chuàng)新GD25 SPI NOR Flash 全面滿足車規(guī)級AEC-Q100認(rèn)證，GD25車規(guī)級存儲全系列產(chǎn)品已在多家汽車企業(yè)批量采用，主要應(yīng)用于車載輔助駕駛系統(tǒng)、車載通訊系統(tǒng)、車載信息及娛樂系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等，為市場提供全國產(chǎn)化車規(guī)級閃存產(chǎn)品。

　　預(yù)計(jì)汽車存儲系統(tǒng)隨著智能化水平提升容量和性能將實(shí)現(xiàn)快速增長，汽車將成為存儲器步入千億美金市場的核心因素。20世紀(jì)70年代起，DRAM進(jìn)入商用市場，并以其極高的讀寫速度成為存儲領(lǐng)域最大分支市場;功能手機(jī)出現(xiàn)后，迎來NOR Flash市場的爆發(fā);進(jìn)入PC時(shí)代，人們對于存儲容量的需求越來越大，低成本、高容量的NAND Flash成為最佳選擇。

　　智能化時(shí)代里，萬物智聯(lián)，存儲行業(yè)市場空間將進(jìn)一步加大，對數(shù)據(jù)存儲在速度、功耗、容量、可靠性層面也將提出更高要求。而DRAM雖然速度快，但功耗大、容量低、成本高，且斷電無法保存數(shù)據(jù)，使用場景受限;NOR Flash和NAND Flash讀寫速度低，存儲密度受限于工藝制程。市場亟待能夠滿足汽車等新場景的存儲器產(chǎn)品，性能有著突破性進(jìn)展的新型存儲器即將迎來快速增長期。

　　存儲方面，我國北京君正、兆易創(chuàng)新產(chǎn)品均已導(dǎo)入車用市場。北京君正收購北京矽成后進(jìn)入車載存儲芯片領(lǐng)域，已于博世汽車、大陸集團(tuán)等下游車企達(dá)成緊密合作;汽車智能化程度的提高和相關(guān)技術(shù)的不斷升級，也將帶來除存儲芯片之外的其他各類車載芯片的需求增長，北京矽成專注在汽車及工業(yè)領(lǐng)域的多年芯片研發(fā)經(jīng)驗(yàn)將在智能駕駛時(shí)代迎來新的發(fā)展前景。

　　兆易創(chuàng)新GD25 SPI NOR Flash 全面滿足車規(guī)級AEC-Q100認(rèn)證，GD25車規(guī)級存儲全系列產(chǎn)品已在多家汽車企業(yè)批量采用，主要應(yīng)用于車載輔助駕駛系統(tǒng)、車載通訊系統(tǒng)、車載信息及娛樂系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等，為市場提供全國產(chǎn)化車規(guī)級閃存產(chǎn)品。