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麥肯錫重磅報告:汽車半導體的機遇與挑戰
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今年年初有參加2017年消費電子展的消費者可能會感覺自己參加了一次車展。這個一年一度的展會吸引了各行業頂尖的高科技公司,展出了500多件汽車的移動解決方案的展品。許多全球汽車製造商和汽車供應商都參與進來,引入了創新的感測器、地圖應用、連接平臺和其他新技術。這些改進與電動汽車(EV)的擴張相結合,將會改變汽車市場——包括公共和私人交通,以及貨物運輸的市場。在新的環境中,汽車的電子元件和功能部件(已經成為購買時考慮的一項重要因素)可能使之脫穎而出。

半導體技術使最近的汽車技術創新得以實現,其中包括基於視覺的增強型圖形處理單元(GPU)和應用處理器、感測器、DRAM和NAND flash。隨著汽車變得更加複雜,對汽車半導體的需求將繼續穩步上升,並提供一個重要的新的長期增長動力。

隨著許多半導體公司積極追求汽車市場的機遇,並在價值鏈上形成合作夥伴關係,那些動作緩慢的公司可能會被拋在後面。本文討論了所有半導體公司在為未來做準備時所必須考慮的三個問題:影響汽車前景的趨勢,影響汽車半導體需求的因素,以及在適應不斷變化的市場時必須應對的重大戰略問題。

不斷發展的汽車市場
汽車市場很少經歷如此多的同步“崩潰”。在過去的幾年裡,我們已經看到各種各樣的技術越來越多地融入到汽車的大規模生產中,包括矩陣LED燈,增強型雷射雷達感測器(使用鐳射來測量目標的距離),以及更好的基於攝像機的感測器。我們還看到了3D地圖應用、電動汽車電池、增強現實技術的提升,例如頭戴式顯示器。而5G網路——下一代的移動解決方案——可能很快就會出現。在消費者方面,我們看到了他們對汽車的新偏好和態度,例如,認為需要擁有汽車所有權的消費者在減少。

在2016年的麥肯錫報告“汽車革命——展望2030”中,我們回顧了塑造這個行業的主要力量,重點關注了我們認為特別重要的四個方面。

(1)汽車電氣化。
不包括全混合動力汽車,即僅使用電池動力的汽車,2016年,電動汽車的銷量還不到新車銷量的1%。然而,在接下來的十年裡,隨著技術進步解決了兩個主要的增長障礙:高昂的電池成本和有限的充電能力,它的銷售可能會激增。到2020年,電動汽車的銷量將占到汽車銷量的5%到10%,具體取決於它們在多大程度上符合排放法規,到2030年,這一比例將達到35%至50%。後一個估計很寬泛,因為很難預測影響增長的許多因素,包括技術進步的速度、政府法規,以及電力和石油價格的變化。

(2)增加的聯網。
如今,在大多數新車中,免提移動服務和線上導航已經成為標準,汽車廠商已經轉向了下一波創新浪潮——聯網汽車。新產品包括依賴人機介面的遠端資訊服務,包括語音輔助(例如轉彎音訊指令)和eCall(一種促使車輛在發生碰撞時自動呼叫緊急服務的程式)。汽車與基礎設施的連接和車與車之間的連接都在增加,並將在2020年左右得到5G網路的支援。例如,寶馬汽車可以連接到智慧家居服務,比如德國電信的SmartHome應用,該應用可以讓司機在行駛時調整家裡的供暖和照明。

聯網對購買汽車的決定有很大的影響,而且在未來可能會產生更大的影響。麥肯錫在2016年對3個國家的3000名消費者進行的調查顯示,41%的受訪者表示,他們將轉向一個新的汽車品牌,以獲得更好的聯網。調查還顯示,在某些國家,聯網尤其重要。例如,62%的中國買家表示,他們願意轉向一個新的品牌,以獲得最新的聯網功能。而美國的這一比例為37%,德國為25%。隨著聯網解決方案變得日益重要,它們為OEM廠商帶來的收入將從今天的300億美元增長到2020年的600多億美元。

(3)自動駕駛的增長。
雖然OEM廠商已經引入了許多新的高級駕駛員輔助系統功能,例如自動制動和自我調整巡航控制,但高度自主的車輛——換句話說,4級車——預計在2020年到2025年的某個時間上路。它們可以穩步增長,麥肯錫提出的2030年最具顛覆性的場景暗示,35%的汽車銷量將有條件自動化(3級),15%將有高度的自動化(4級)。確切的增長軌跡取決於多個因素,包括核心技術的改善、價格、消費者對於自動駕駛汽車的接受程度,以及OEM廠商和供應商解決安全和駭客攻擊等根本問題的能力。

(4)共用移動服務。
儘管發達市場的汽車擁有率一直在上升,但隨著共用移動服務的興起以及汽車共用和打車服務的快速增長,預計它們將會增速放緩或保持平穩。例如,北美地區在2008年至2015年期間,汽車共用服務的會員人數增加了400%。預計未來還會有更大的收益。麥肯錫的一份預測顯示,到2030年,電子商務或乘車分享服務將占到汽車購買總量的10%——這一轉變促使許多OEM廠商加大努力,以佔領這個市場。

不斷變化和多樣化的收入來源
如今,全球汽車收入每年總計約為3.5萬億美元,絕大多數來自新車銷售和售後市場(首次購買車輛後提供的維修和其他服務)(圖1)。 只有300億美元,不到總數的1%,可以歸結為常續性營收——包括通過e-hailing或汽車共用服務產生的廣泛類別的收益,以及來自資料連接服務(例如,應用程式, 導航工具,車載娛樂和軟體升級等)的收益。
 
然而,我們即將看到收入來源的規模和組成會發生重大變化。在一個極具破壞性的情況下,到2030年,它的總規模將超過6.7萬億美元,其中有5.2萬億美元——約78%,來自新車銷售和售後市場。常續性營收占剩餘的22%,超過1.5萬億美元,比2015年增長了50倍。

上述四種趨勢將在收入來源的多元化和增長中發揮重要作用。移動服務的興起和大規模聯網帶來的常續性營收的增加可能是最顯著的變化。但這四種趨勢也會影響到其他領域。例如,自動駕駛汽車(3級和4級)價格都很高,這將增加新車銷售收入。

在售後市場中,新的移動服務將增加收入,因為共用車輛的維護成本更高。不過,售後市場也會面臨下行壓力,因為電動汽車的維護成本比傳統汽車要低,自動駕駛汽車的維修成本可能會降低90%。所有這些變化都可能改變半導體和其他零部件的需求來源。

對汽車半導體市場的影響
儘管存在潛在的不確定性,但我們預計汽車半導體的需求將在中長期增加,因為汽車行業將努力提高汽車的安全性、舒適性和聯網性。自動駕駛技術的發展將尤為重要。長期來看,電動汽車市場的增長也將加速增長,因為混合動力電動汽車中含有的半導體價值約900美元,而標準電動汽車的價值則超過1000美元,遠遠高於傳統汽車的平均330美元的價值。

從1995年到2015年,對汽車廠商的半導體銷售從大約70億美元增加到300億美元(表2)。隨著這一增長,汽車半導體現在占整個行業銷售總額的近9%。目前的預測顯示,汽車半導體的銷量將繼續上升,2015年至2020年之間的年增長率約為6%,高於半導體行業預計的3%至4%的增幅。這將使汽車半導體的年銷售額在390億—420億美元之間。
 
雖然前景看好,但我們對汽車半導體行業的分析表明,它們在地理、汽車應用領域和設備領域將有顯著差異。我們探索了其中的一些變化,以指導半導體公司進行戰略規劃。

地理增長:汽車—半導體行業的新興力量
儘管歐美在汽車半導體市場佔有最大的需求,但是中國現在的全球銷售增長率領先,2010至2015年間平均漲幅為15%(圖3)。中國預計將繼續保持銷售增長的世界領先地位,但由於中國經濟放緩,汽車銷量到2020年平均漲幅將下降至10%。
 
設備和應用程式的需求:正在變化的風景
除了研究地理趨勢外,我們還探討了核心汽車應用領域和設備類別的半導體需求會如何變化。
(1)分析出不同汽車應用領域的增長點。

我們研究了核心應用領域的增長模式:安全、動力系統、車身、底盤和驅動資訊。趨勢表明,到2020年的最大增長將出現在安全領域(表4)。
 
每個核心應用的細分市場中,某些類別的產品增長將明顯高於其他產品。例如,在安全類應用中,預計在2015年至2020年期間,碰撞預警系統的複合年增長率(CAGR)將達到22%,屆時銷售額將高達41億美元。展望2020年以後的長期發展,我們預計發動機控制領域將繼續增長,包括電動機和電力電子設備。集成系統和解決方案領域的也將繼續發展,例如用於融合感測器的發動機控制單元(ECU)和能夠實現4級自主駕駛的集成控制系統。

(2)瞭解設備的增長。
我們還研究了器件領域的半導體需求:記憶體,微型元件,邏輯,類比,光學和感測器以及分立器件。雖然一些細分市場的增長將超過其他市場,但我們預計到2020年行業將不會發生重大變化。大約在那個時候,電動汽車會開始激增。除了包含比傳統汽車更多的半導體設備,電動車還需要不同類型的汽車半導體,這將改變需求模式。

除了包含比傳統車輛更多的半導體內容,電動車還需要不同類型的汽車半導體,這將改變需求模式。例如,在傳統汽車中高達10%的汽車半導體被集成到分立器件(電力電子)中。相比之下,混合動力電動汽車的汽車半導體中約有35%至40%是離散型的,這一比例在其他電動汽車中高達50%。儘管預計電動汽車可能直到2020年左右才能得到廣泛普及,但電動汽車的銷售已經呈現上升趨勢。這意味著行業對汽車半導體的需求已經開始轉變。

與核心汽車應用領域一樣,每個半導體器件領域也都會有機會獲得發展。例如,在微型元件領域,微處理器單元的年複合增長率(CAGR)最高,為14%,微控制器單元(MCU)的CAGR為9%,而數位訊號處理器的CAGR為3%(如圖表5所示)。

2020年後,我們仍然期望所有核心領域都將繼續增長。然而,自動駕駛和電動汽車的發展將有益於諸如GPU和感測器之類的應用,而對其他應用的發展並沒有太多促進。
 
戰略問題和後續步驟
我們已經與半導體行業領導人以及美洲、亞洲和歐洲的專家進行了多次討論,議題是關於汽車行業未來面臨的挑戰。他們的關鍵問題包括:

(1)如何區分我們的產品?(如何使我們的產品差異化?)
大多數領頭人都提到,在不斷發展的汽車行業中,對硬體的關注不會在獲得所期望的價值。他們都希望通過在其產品中增加軟體演算法來提供系統或解決方案,還有一些人選擇與夥伴合作,以其他方式使其產品差異化。

例如,NVIDIA最近宣佈計畫繼續與高清(HD)地圖玩家Here的合作。他們將共同開發HERE HD Live Map,這是一款用於自動駕駛車輛的即時測繪產品。英特爾還宣佈成立5G 自動駕駛平臺Intel GO。這是最早的5G平臺之一,它將允許汽車製造商和一級供應商證明他們的5G設計(是切實可行的)。

如果企業專注於整個系統,而不是增加單個晶片,它們就能避免巨大的價格壓力。 例如,NXP半導體公司剛剛推出了一個軟體定義的無線電(SDR)解決方案,用於車載資訊娛樂(IVI)系統,稱為SAF4000。該公司聲稱,這是世界上第一個覆蓋全球音訊廣播的標準單晶片系統,包括AM / FM,DAB +,DRM(+)和HD。

(2)我們能否看到車輛半導體生命週期的變化?
未來,只要有一輛車上市,我們就可能會看到OEM廠商更頻繁地購買晶片。並且這一趨勢將會獲得增長,這是因為可供選擇的功能,例如IVI,它的升級將於其他硬體的升級(如與動力總成相關的升級)分離開來。

(3)確保冗餘的同時,需要多少集成來減少材料成本?
行業中的一些領頭羊正在努力將系統構建為一個集成單元以確保冗餘,這個集成單元包括多個MEMS,MCU和其他感測器。在這種情況下,冗餘是指系統的關鍵元件或功能的重複,以提高系統的可靠性。
例如,冗餘可以提供備份或失效保護。OEM廠商還可能會發現,某些冗餘可以提高系統性能,例如包含額外的ECU。有些人還研究了線傳控制技術(線控技術x-by-wire)(電氣或機電系統執行傳統上由機械聯動控制的車輛功能)來刹車或轉向。

然而,問題仍然存在,比如需要多少冗餘?冗餘減少到什麼程度時,從業玩家才會覺得滿意?

(4)半導體公司如何與汽車OEM廠商和一級供應商合作?
半導體公司越來越多地與OEM廠商和一級汽車供應商直接合作。寶馬、英特爾和Mobileye宣佈,他們已經合作,並且將在2017年下半年之前建立約40輛自動測試車輛的車隊。

同樣,奧迪表示,與NVIDIA的持續合作將為其最新的A8豪華轎車引入創新功能,包括在複雜情況下進行自動駕駛的系統,比如涉及高速公路和交通堵塞的車輛。

人工智慧領域,奧迪和NVIDIA也形成了合作夥伴關係,以便創造他們所描述的“世界上最先進的AI [人工智慧智慧]車”,他們希望2020年之前,AI車就能上路行駛。

為了合作成功,半導體公司必須首先確定這些機會所帶來互補技能的領域,例如,一個企業,其硬體專業知識可以使軟體技能強大的公司受益。然後他們應該決定哪種形式的合作最適合他們的需求,比如並購交易、合資企業、獨家合作夥伴關係或戰略夥伴關係。

(5)自動駕駛前景如何?這將對半導體公司產生什麼影響?
競爭格局和價值鏈的一些變化可能會影響半導體廠商。
儘管全球領先的OEM廠商預計將在全球市場佔據主導地位,但是作為破壞者,專注於大眾市場的OEM廠商可能開始損失收益份額,建立或擴大業務,包括新的中國OEM廠商。

其他國家的資訊和通信技術(ICT)參與者也看到其產品(包括感測器和軟體)需求的增長,這可能使其在價值鏈中發揮更大的作用。

最後,一些一級汽車供應商可以獲得與相當於太占主導地位的OEM廠商的議價能力。
(6)我們應該向安全產品擴展多遠?

對於半導體公司來說,將安全特性整合到晶片中是至關重要的,但這並不能完全解決所有安全問題,包括與駭客有關的問題。因此,他們還應考慮開發其他安全解決方案,特別是在被忽視的汽車連接領域。少數半導體廠商,如NXP半導體公司,已經在與汽車合作夥伴合作開發端到端的安全解決方案,而其他半導體廠商也可能會以此為例。

半導體公司在從事安全行業時,可能會從其他生產創新產品的高新技術領域的公司獲得靈感。例如,博世(Bosch)最近發佈了一款無鑰匙進入及啟動產品,允許駕駛員僅僅使用完全加密的智慧手機安全地訪問他們的車輛。

(7)我們應該如何應對中國市場?
半導體企業應該從多個角度來看待中國市場。雖然中國將是重要的需求來源,但也可能成為自動汽車和電動汽車(EV)的主要測試地點,部分原因在於消費市場具有一定的獨特性。

2016年麥肯錫3個國家的3000多名汽車買家進行了調查,結果顯示,對於汽車與汽車之間的資料共用,中國車主比德國、美國的駕駛員更加開放——車輛交換位置、速度和其他方面的資訊。

我們還發現,中國消費者更願意在自己的車內升級IVI。這兩個因素可能會促使汽車OEM廠商在中國測試和推廣新的汽車技術,特別是在中國汽車擁有率迅速增長的情況下。

中國還為半導體公司提供了大量潛在的汽車企業合作夥伴。這一事實從2017年消費電子展覽可見一斑:中國公司在展會上展出了超過1300件展品,占了500件汽車技術展品的20%以上。

與美國和其他國家一樣,那些最有希望的合作夥伴也許是剛剛進入汽車行業的新成員。例如,中國互聯網巨頭百度正試圖通過與全球OEM廠商的合作,開發自動駕駛和電動汽車技術。

半導體公司也看好中國作為市場和合作夥伴的潛力,因為中國政府已經出臺了幾項支持中國製造業發展的舉措。

例如, “中國製造2025”政策為當地企業提供了補貼和其他激勵措施,對其設備進行升級,並將重點放在了創新上。

因此,半導體公司可能會發現,未來幾年,潛在合作夥伴的規模將會更大。中國政府也對促進自動汽車和EV的技術以及與物聯網相關的技術表現出濃厚的興趣,這些技術使得許多相關的汽車功能得以實現。中國政府的支持促進了更多汽車和ICT從業者建立更龐大的業務。

許多半導體公司的汽車創新正在迅速發展,有些公司打算成為自主車輛和EV的OEM廠商的主要供應商。然而,在與汽車廠商建立合作夥伴關係或者進一步投資滿足於他們需求的技術這些方面,其他公司進展緩慢,也許是因為他們不願承擔風險,尤其是該風險與不確定的快速發展的市場息息相關。

但是,那些在戰略問題上猶豫不決的公司,即使它後來採取了果斷的行動,現在還是可能會失去市場份額,輸給更具侵略性的競爭對手。如今汽車市場日漸成為半導體行業最大的增長動力之一,缺乏行動才是這些企業真正面臨的風險。
 

 

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