需求暴涨的汽车传感器

  随着智能化浪潮加速，汽车行业有望实现产业变革升级，加速步入万物互联＋万物智联的新时代。叠加政策端碳中和推动，电动化浪潮迭起，看好新能源汽车在智能化＋电动化驱动下加速起量。

  汽车芯片从应用环节可大致分为5类：主控芯片、存储芯片、功率芯片、模拟芯片、传感器芯片等。以传感器为例，汽车传感器是信息采集分析的前端系统，是将观察变量转换为可供测量信号的信号转换装备。

  从目前汽车传感器装备目的的不同，可分为提升单车信息化水平的传统微机电传感器（MEMS传感器）和为无人驾驶提供支持的智能传感器两大类。MEMS传感器用于获取车身信息，如胎压、油压、车速等，是维持汽车正常、稳定、安全行驶所必备的基础传感器。智能传感器大多数都用在探测和感知环境，可以搜集信息并把有价值的信息传输到终端。

  MEMS传感器主要使用在于动力总成系统、车身控制管理系统和底盘系统中，对汽车的速度、排放、动力总成、悬架、气候控制、环境控制等起着至关重要的作用。汽车MEMS传感器最重要的包含以下7个种类：

  汽车智能传感器最重要的包含车载摄像头、激光雷达、毫米波雷达、红外传感器、超声波传感器等。智能驾驶通过传感器获得大量数据，L2级别的汽车预计会携带6个传感器，L5级别的汽车预计会携带32个传感器（超声波雷达10个＋长距离雷达传感器2个＋短距离雷达传感器6个＋环视摄像头5个＋长距离摄像头4个＋立体摄像机2个＋Ubolo 1个＋激光雷达1个＋航位推算1个）。

  随着汽车智能化程度提升，汽车传感器的价值量也将快速提升。根据英飞凌预测，L2车需要的传感器价值量为160美元，到L4、L5级别的汽车需要则提升为970美元。传感器成本持续下降，预计L4、L5一行无人驾驶技术有望在2025年左右随着成本降低开始逐渐规模化推向市场。

  车载摄像头：识别、定位、追踪车辆四周物体 收集车辆四周数据 为汽车无人驾驶系统提供可识别的数字图像信息 。

  车载摄像头按照安装的地方不同分为前视、侧试和后视摄像头；按照镜头个数分为单目 、 双目和多目摄像头 。

  量增：随无人驾驶级别提升 单车摄像头数量明显提升 如前视摄像头从最初一个单目逐渐升级到双目 、 三目以及多目 。根据IHSMarkit数据，2020年平均单车传感器数量仅3．3个，预计2030年将超过11个。

  规格提升：随无人驾驶级别提升及芯片算力升级 摄像头像素从最初30 万升级到 800 万 参照智能手机升级趋势仍有较大提升空间 。

  在汽车智能化浪潮中，图像传感器扮演着重要的角色。汽车上摄像头的数量和像素级别随着无人驾驶等级的提升不断的提高，以实现更精准的路况判断、信号识别及紧急状况判断。汽车厂商对图像传感器的需求从传统的倒车雷达影像、行车记录仪扩展到电子后视镜、360度全景成像、高级驾驶辅助系统（ADAS）、驾驶员监控（DMS）等系统。随着无人驾驶技术和安全技术的发展，更多的摄像头方案成为汽车标配，车用图像传感器数量也将从传统的两颗左右提升至十余颗。同时，伴随着更复杂的应用场景对像素要求的提升，车用图像传感器的单颗价值量也将有一定幅度的上涨。

  车载摄像头类别渗透率：根据Yole的报告数据显示，2021年全球车载摄像头销货量预计为1．72亿颗，到2026年销量将达到3．64亿颗，在这5倍的增长中，增速最快的将是内视摄像头，CAGR达到22．4％。

  2．智能汽车渗透率：根据麦肯锡预测 2030 年 L0 、 L1 、 L2 、 L3 、 L4 无人驾驶渗透率分别为12％、21％、57％、10％。考虑到我国《中国智能汽车发展路线 无人驾驶功能的新车销量在 2030 年要达到 70％，L 4占比要达到 20％。我们预计 2030 年 L0 、L1 、L2 、L3 L4 ／L5 无人驾驶渗透率分别 0％、 10％、57％、13％、20％。

  3．单车摄像头数量：我们预计 L1 、 L2 、L3 、L4 ／L5 级无人驾驶汽车单车摄像头数量分别为 2 、4 、8 、12 个

  4．摄像头价格：我们预计前视其他摄像头ASP 分别为 500／200 元 。考虑到产业链日趋成熟后 ASP 将不可避免的下降 我们假设前视 其他摄像头分别按－5％至－2％ 的速度降价 。

  5．车载摄像头BOM拆解：摄像头模组（CCM）由三大核心部件组成：CIS、光学镜头和音圈马达。其中，CIS是摄像头产品价值量占比最大的关键零部件，据Yole统计，CIS在摄像模组中的价值占比已接近5成。我们以50％的成本占比进行计算。

  我们预计到2030年国内摄像头市场总规模有望达到380亿元。考虑到2016－2020年全球乘用车产量／国内乘用车产量均位于2．8－3．1之间，我们给予3倍乘数预计，2030年全球摄像头市场总规模达到1141亿元，2021－2030年CAGR为17．5％。

  市场研究机构Counterpoint 最新报告预测，受智能手机、汽车、工业和其他应用需求量开始上涨推动，2022 年全球图像传感器（CIS）市场营收将达到 219 亿美元，同比增长 7％，其中手机 CIS 市场将贡献 71．4％的营收，前三大 CIS 供应商索尼、三星和豪威合计营收比例达到 77％。根据Frost＆Sullivan统计，汽车市场将是增长最快的CMOS 图像传感器应用市场，至 2023 年将实现 29．7％的复合年增长率。

  车载CIS竞争格局：2021年，产能短缺逐步推动车载CIS行业市场集中度上升，龙头安森美（45％）及豪威科技（29％）市场占有率合计占比超74％。

  图像传感器在检测距离、距离精度、速度检测精度、坏天气对应、夜间弱光环境等场景下存在一定劣势。毫米波雷达与摄像头组合基本能覆盖绝大部分场景，但无任何冗余。图像传感器＋毫米波雷达＋激光雷达互为补偿和安全冗余，提升整体感知方案的精度及安全性，保障无人驾驶的安全。

  根据NXP预测，雷达行业具备极高成长动能，将从2020年的平均每车1颗雷达提升到2025年的2颗雷达，到未来的5颗及以上雷达。同时雷达的性能有重大提升，从标准简单的目标探测雷达向更高分辨率的成像雷达发展，推动了半导体技术进入到车辆的雷达系统当中。

  半导体技术促使雷达正在从目标探测雷达向更高分辨率的成像雷达发展。雷达从24GHz进入了77GHz，从高耗电变为极省电，从低分辨率到高分辨率系统，系统更小、更高效。雷达探测器可以捕获超高分辨率的环境情况，不但可以进行目标检测，可能还能够直接进行目标分类，在技术成长方面，这无疑是一个巨大的飞跃。

  传统的角雷达，含有收发器、雷达微处理器、线缆网络和电源管理装置，其中收发器负责雷达系统的发送和接收，全部装置须提供ASIL－D型系统，并保证电源管理功能安全。对于远程雷达而言，其拥有更大的天线群，不同的天线采用类似的半导体技术，不同的电路板上分布着网络、电源管理、微处理器和收发器。

  成像雷达有4－5个收发器，每个收发器都含有发射和接收天线，因此一个完整的天线阵列有多个通道，在成像雷达的反面有一个微处理器，负责处理所有数据，兼有网络和电源管理芯片。以上的雷达系统，一同推动了现今的汽车雷达系统发展。

  由于毫米波雷达具有准确测量目标距离和速度的能力，可以不受雾、雨、雪和强光等环境条件的影响，目前慢慢的变成了支持高级辅助驾驶和无人驾驶的主要传感方式，被大范围的应用于盲区检测（BSD）、变道辅助系统（LCA）、自动紧急制动（AEB）、自适应巡航控制（ACC）、两侧来车警告系统（CTA）、后碰撞预警（RCW）、自动泊车（APA）与代客泊车（AVP）等多个领域中。在一些新兴应用中，例如幼儿遗忘检测系统、车内感应、脚踢开门、车门障碍物规避和自动泊车，毫米波雷达也正日益受到青睐。

  Yole Développement多个方面数据显示，全球毫米波雷达市场规模预计将由2019年的205亿美元增长至2025年的280亿美元，年复合增长率为5％。其中，车载毫米波雷达市场规模预计将由2019年的55亿美元增长至2025年的105亿美元，年复合增长率达到11％。

  从应用场景来看，L1级别目前要实现ACC或者AEB功能，这样的系统通常搭载一颗前向长距离雷达与摄像头组合，后向功能中的BSD／LCA等功能则需要两颗后角雷达；到了L2级别，常常要再额外多加装两颗前角雷达，以实现前向横穿预警、带转向的AEB、自动泊车等功能，并与数颗摄像头一起实现360度车辆环视。

  由于能够以低于激光雷达6 － 1 0 倍的成本提供类似的性能，高分辨率毫米波雷达（“4D成像雷达”）得到了业界普遍关注。所谓“4D成像雷达”，通俗地讲，就是与现有的传统毫米波雷达相比，其在水平和俯仰方向上的分辨率得到了极大提高，可以在任何光照或天气条件下，将雷达的功能从测量距离、速度、水平方位角扩展到涵盖距离、方位、俯仰角和相对速度的测量，明显地增强了雷达的性能。

  通过多普勒效应，成像雷达可以直接进行高精度测速；4D成像雷达波长更长，穿云透雾甚至穿雨效果更好，也不受光线的影响，还能和其他传感器形成很好的互补；另外，4D雷达成本仅为激光雷达的1／10，具有普及推广的成本优势。据行业预测，至2023年，4D成像毫米波雷达的搭载量或突破100万颗。

  2．分辨率更高，在方位角和俯仰角上都能达到1度角分辨率（甚至在超分辨率算法下更低） ；

  3．可实现对静态障碍物进行分类，不过滤静态障碍物信息，可探测到路边的障碍物、较小的目标如矿泉水瓶、轮胎碎片。

  Yole Développement预测称，4D成像雷达将首先出现在豪华轿车和无人驾驶出租车上，这会带来5．5亿美元以上的投资，并在2020年至2025年间以124％的复合年增长率（CAGR）增长。在CES 2022展会上，恩智浦就展示了由多颗级联TEF82xx雷达射频芯片，并结合S32R45或S32R41雷达处理器芯片所构建的4D成像雷达方案，可实现360度环绕感知，从而满足L2 ＋级至L 5级的无人驾驶需求。

  该方案最大的亮点在于率先提供了短距、中距、长距三合一的并发多模雷达感测，可实现对汽车周围宽广视场的同时感测。为了达到这个目标，恩智浦利用创新架构，通过配置低复杂度传感器实现了192个虚拟天线通道，来提高原始传感器硬件的性能。

  目前雷达市场上，毫米波雷达技术从SiGe（锗硅）转型到RFCMOS（射频互补金属氧化半导体），并可将仿真模拟和数字功能集成到同一芯片上，体积更小、功耗更低、带宽更高、分辨率更好、探测距离更远，安放位置更灵活；而77 GHz毫米波雷达检测精度更高、体积更小巧、探测距离更远，正在慢慢地取代24GHz传感器。

  除了头部的NXP、TI等公司外，博世等Tier1厂商也开始切入汽车毫米波雷达市场。

  激光雷达与其他传感器互为补偿跟安全冗余，来提升整体感知方案的精度及安全性。激光雷达是一种光学设备，给光学和光子世界带来了巨大的推动力。激光雷达生成可进行物体分类的高清晰度点云图像，但是其缺陷在于其对雨水以及灰尘等极端天气会收到影响。

  我们认为要线级别的无人驾驶，激光雷达、毫米波雷达和车载摄像头的组合是必不可少的。

  随着无人驾驶技术向更深层次应用迈进，为了达到未来L4／L5车辆运行所需的10－9错误率，激光雷达正成为必不可少的工具。它可以生成数以千万计的数据点来形成点云，提供周围环境的3D地图。通过点云数据，激光雷达传感器能帮助自动驾驶车辆的应用程序以更高效、更准确、更私密和更安全的方式对周围环境，包括目标物体和人员的位置，进行监测导航，以确保安全并防止发生事故。

  改善道路安全和保护环境是最能体现激光雷达优势的两个方面。激光雷达可以捕捉高清三维信息，通过为车辆展现更详细的周围环境，最大限度地提高道路安全，并能够更有效地保护道路上的行人，帮助实现安全出行。另一方面，由激光雷达支持的高级驾驶辅助系统和互联无人驾驶汽车可以带来强大的环境效益。例如，激光雷达可用于构建汽车的自动化行人制动系统，帮助无人驾驶汽车确保道路安全，改善交通拥堵。同时，还可以节省燃油，延长车辆的使用寿命。

  Yole Développement预计，激光雷达应用是目前汽车行业增长最快的赛道之一。从出货量看，2025年全球激光雷达出货量约为470万个，2030年将达2390万个；从销售额看，2025年全球激光雷达销售额约61．9亿美元，2030年将达139．32亿美元。在2021年，小鹏P5、蔚来ET7、智己L7、WEY摩卡、极狐?阿尔法S、宝马iX等均宣布将在新车上搭载激光雷达。

  在市场份额统计中，5家国内公司位居前列。速腾聚创以10％的市场份额排名全球第二，仅次于法国老牌激光雷达厂商法雷奥；大疆旗下的Livox以7％份额与Luminar、电装、老牌Tier1大陆、Cepton等并列排名全球第3；innovusion和华为、禾赛都分别占有3％的市场份额。

  目前，华为、英伟达、禾赛科技、Ouster等激光雷达Tier1厂都在积极布局芯片业务，通过投资芯片厂商或自研芯片，打通激光雷达产业链。

  Ouster：自研激光雷达芯片，2021年10月推出L2X芯片，使得公司的激光雷达性能成功翻倍。此外Ouster还于2021年10月收购了Sense Photonics，扩充了激光雷达芯片产品线。

  华为：积极部署激光雷达产业链，通过旗下哈勃投资了纵慧芯光、南京芯视界等芯片企业，部署了VCSEL、SPAD等芯片技术。此外，华为分别于2012年、2013年收购了英国光子集成公司CIP、比利时硅光技术开发商Caliopa 两家公司，确保了其在光芯片领域的自研能力，提前进行了硅光芯片级FMCW技术布局。

  2．智能汽车渗透率：根据麦肯锡预测 2030 年 L0 、 L1 、 L2 、 L3 、 L4 无人驾驶渗透率分别为 12％、21％、57％、10％。考虑到我国《中国智能汽车发展路线 无人驾驶功能的新车销量在 2030 年要达到70％，L 4占比要达到20％ 。我们预计2030年 L0 、L1 、L2 、L3 L4 ／L5无人驾驶渗透率分别0％、10％、57％、13％、 20％。

  2．单车激光雷达搭载量：以ROBO－TAXI L4配置搭载4颗激光雷达为例，由于国内L4＋配置在2024年及以后才开始小规模起量（2024年预期渗透率为4％），我们合理假设2024年及以后平均单车激光雷达搭载数量为3颗，2021－2023E递减分别为1．5、2、2．5颗。

  3．乘用车激光雷达出货量： 激光雷达将是L3及以上无人驾驶汽车的必备硬件。根据高工智能汽车研究院数据预测，随着2022－2023年国内新车搭载L2级比例继续保持快速增长，高阶智能驾驶搭载激光雷达进入第一轮增长周期，预计到2023年国内乘用车前装激光雷达规模将超过150万颗。以2023年国内150万颗出货量为基准，按单车搭载数量及L2及以上智能汽车渗透率推算其余年份出货量。

  4．激光雷达ASP：我们预计2021年激光雷达ASP为350美元 。考虑到产业链日趋成熟后ASP将不可避免的下降 我们假设按 20％－ 10％ 的速度降价 。

  2．单车毫米波雷达搭载量：L1／L2级别车辆中，单车毫米波雷达的搭载量一般为1－3颗，而随着L3及以上级别车辆的普及，毫米波雷达的单车搭载量将达到5颗以上。

  3．乘用车毫米波雷达出货量：中国毫米波雷达行业出货量由2014年的56．8万颗增长至2018年的358．5万颗，年复合增长率为44．6％。

  4．毫米波雷达ASP：单个毫米波雷达的价格从2020年的平均91美元降到2025年的平均42美元。（拆分来看，2021年77GHz的毫米波雷达系统单价在1000元左右，24GHz 毫米波雷达单价500 元左右。）2025年及以后我们以7％的增速逐年下降。

  传感器厂商方面，韦尔股份等公司新产品均已导入车用市场。韦尔股份的CMOS图像传感器、LCOS、ASIC均可用于汽车领域；其中公司CMOS图像传感器为后视摄像头（RVC）、环景显示系统（SVS）和电子后视镜提供了更高性价比的高质量图像解决方案。

  激光雷达方面，禾赛、速腾、法雷奥等发布新产品。禾赛科技推出搭载新一代自研芯片的车规级半固态激光雷达AT128，并发布了全新近距超广角激光雷达QT128。禾赛AT128点频超过每秒153万个点，具备200米＠10％的超强测远能力，最远地面线米，能够为量产车实现稳定可靠的L3＋ADAS功能提供必要的感知能力。QT128则拥有105°超广垂直视场角，是一款为L4级robotaxi和robotruck等无人驾驶应用打造的补盲雷达。

  速腾聚创发布的新一代RS－LiDAR－M1是全球唯一实现前装车规级量产交付的固态式激光雷达。M1结构极致精简，体积尺寸极小，为量产车型前装嵌入提供了极大便利，并实现了从堆叠式一维扫描到芯片式二维扫描的进化，独有智能“凝视”功能，可以动态智能切换远近场感知形态，提供更智能、安全的驾乘体验。

  法雷奥发布的第三代SCALA 激光雷达将于2024年上市。凭借其所使用的激光系统，这款激光雷达可检测到200米开外肉眼、摄像头和雷达所看不到的物体，在高速上以高达130公里／小时的速度行驶，并使用算法来预测周围车辆的轨迹并相应地触发必要操作。

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