汽车半导体11月专题：自动驾驶稳步推进，激光雷达迎发展机遇

10 月新能源乘用车环比增速放缓，前三季度电控功率模块国产化率超 49%。 10 月新能源汽车销量 71.4 万辆(YoY+86.1%,MoM+0.8%)；其中，比亚迪销售21.78 万辆(YoY+142.2%,MoM+8.1%)，单月销量再次突破 20 万辆；埃安销售3.0 万辆(YoY+149%,MoM+0%)，持续领跑造车新势力。随着新能源汽车销量持续走强，汽车零部件均同比提升：9 月电机电控搭载量为 59.9 万台(YoY+69.3%)，OBC 装机量共 52.80 万套(YoY+131.63%)；1-9 月我国新能源上险乘用车 IGBT 功率模块国产化占比超 48.9%，其中比亚迪半导体搭载约72.4 万套(占 21.1%)，斯达半导约 54.3 万套(占 15.8%)，时代电气约 41.1万套(占 12.0%)。 激光雷达是实现自动驾驶的进阶传感器。激光雷达是一种以激光作为辐射源的探测技术和系统，通过激光探测及点云技术实现对被测物体的主动精确测量，获取其表面三维坐标及精确距离、速度信息，完成空间三维场景重建。 相较于传统车载传感器，具有测距远、精度高、角度分辨率高、受环境光照影响小等特点，能够显著提升自动驾驶系统的可靠性。 技术路径尚未收敛，固态 VCSEL+SiPM 成为发展趋势。长期来看，激光雷达将会朝着小型化、高性能、低成本的纯固态方案演进。固态式中，OPA 方案结合 FMCW 测距法具有可直接测量待测物体速度信息、抗干扰能力强、具备大规模生产潜力等优势，是未来重要的发展方向。发射模块中，VCSEL 激光器生长结构更易于集成为芯片级二维阵列，制造成本低，适合大规模生产。 VCSEL 与 SPAD/SiPM 等光电器件的成熟与配合将不断促进激光雷达收发模块向阵列化、集成化发展。SoC 芯片未来有望取代主控芯片。 2027 年全球汽车与工业领域激光雷达市场规模将增至 63 亿美元。据 Yole数据，21 年该领域激光雷达市场规模为 21 亿美元，同比增长 18%；预计到27 年增至 63 亿美元（CAGR22-27=22%）。其中汽车 ADAS 领域市场规模预计从 21 年的 0.38 亿美元增长至 27 年的 20 亿美元(CAGR22-27=73%)，成为增长的主要驱动力。国内目前已经装备或筹划装备激光雷达的车型超过 20 款，不同车型普遍搭载 1-4 颗激光雷达，随着国产自动驾驶新车型的陆续上市，激光雷达有望上车加速。 中国激光雷达产业动能强劲，国内厂商日益占据领先地位。据 Yole 数据，18-22 年全球 ADAS 前装量产定点数量中，中国激光雷达供应商占比达到 50%，居世界第一；其中禾赛科技获得了全球 27%的 ADAS 前装量产定点数量，居世界第一。在乘用车 ADAS 领域，22 年预计将有超过 20 万台激光雷达交付上车，禾赛科技预计以 20%出货量占比排名第二；在 L4 自动驾驶领域，21 年禾赛科技以 58%的市场份额排名第一。 汽车电子产业链相关公司：斯达半导、时代电气、闻泰科技、士兰微、BYD半导(未上市)、东微半导、新洁能、扬杰科技、华润微、北京君正、韦尔股份、兆易创新、峰岹科技、芯旺微(未上市)、云途半导体(未上市)、晶晨股份、芯擎科技(未上市)、芯驰科技(未上市)、华为(未上市)、地平线(未上市)、长光华芯、炬光科技、永新光学、舜宇光学科技、蓝特光学、奥比中光、阜时科技(未上市)、易德龙、禾赛科技(未上市)、速腾聚创(未上市)。 风险提示：自动驾驶推广不及预期；激光雷达需求不及预期。 行业动态 10月新能源汽车销量继续增长，比亚迪单月销量环比仍增长。根据中汽协数据，我国10月新能源汽车产销量继续保持环比增长， 单月销量71.4万辆(YoY+86.1%,MoM+0.8%)。其中，比亚迪销量21.78万辆(YoY+142.2%,MoM+8.1%)，埃安销售3.0万辆(YoY+149%,MoM+0%)，哪吒1.80万辆(YoY+122%,MoM+0%)，AITO 1.20万辆(MoM+18%)，理想1.01万辆(YoY+31%,MoM-13%)，蔚来1.01万辆(YoY+174%,MoM-8%)，极氪1.01万辆(YoY+4985%,MoM+22%)，零跑0.70万辆(YoY+92%,MoM-36%)，小鹏0.51万辆(YoY-50%,MoM-40%)。 图1：2019-2022年全国新能源汽车产销量情况（万辆） 图2：全国新能源汽车市场销量（按动力，万辆） 图3：全国乘用车新能源汽车零售市场情况（按车型，万辆） A级-轴距 :2.45-2.65m ，排量:1.6-2.0L;B级-轴距2.6-2.75米，排量1.8-2.4L;C级-轴距 :2.7-2.8m ，排量2-3L;D级-轴距大于2.8m ，排量3.0L以上。） 10月新能源乘用车市场环比增速放缓。据乘联会统计，9月纯电动批发销量67.6万辆，同比增长85.8%，环比增0.4%；插电混动销量17.3万辆，占比继续提升至24%。10月B级电动车销量13.2万辆，同比增长62%，环比下降8%，占纯电动26%。 纯电动A00+A0占比增加，其中A00级批发销量12.8万辆，占纯电动25%；A0级批发销量10万辆，占纯电动20%；A级电动车占纯电动份额27%；各级别电动车比例相对均衡。 9月新能源乘用车电机电控搭载量为59.9万台(YoY+69.3%)，OBC装机量共52.80万套(YoY+131.63%)。在电控系统方面，三合一电驱动系统搭载量为37.98万台(YoY+81.7%)，占比达63.4%，其中弗迪动力、特斯拉占比均超20%，中车时代电气增速最快，占比持续提升。OBC市场稳步增长，其中华为进入OBC市场从无到有，实现1202.6%的增幅，特斯拉供应量快速提升。 表1：2022年9月全国新能源汽车电驱动\OBC市场情况 2022年1-9月我国新能源上险乘用车IGBT功率模块中国产供应商斯达半导、比亚迪半导体、中车时代电气合计占比超48.9%。据NE时代统计，1-9月我国新能源上险乘用车功率模块搭载量约343.13万套，其中比亚迪半导体搭载约72.4万套（占21.1%），斯达半导约54.3万套（占15.8%），时代电气约41.1万套（占12.0%），预计国产化率将随各家产能释放环比提升。 表2：我国22年1-9月新能源上险乘用车功率模块市场份额情况 自动驾驶稳步推进，激光雷达迎发展机遇 激光雷达：实现自动驾驶的进阶传感器 激光雷达（LightDetectionandRanging,LiDAR）是一种以激光作为辐射源的探测技术和系统，能够通过激光器和探测器组成的收发阵列，发射激光光束并接收回波信号，对所处环境进行实时感知；结合测量周围物体的位置、距离、角度等相关数据，直接获取被测物体表面三维坐标及精确距离、速度信息，实现空间三维场景重建。此外，通过结合预先采集的高精地图，可实现高精度定位与导航。 图4：OusterFlash激光雷达示意图 激光雷达通过激光探测及点云技术实现对被测物体的主动精确测量。点云测绘技术是指通过大量离散点集合来表示空间内物体坐标和分布的一种技术，点云通常包含有位置、反射率、时间戳等信息。激光雷达发射端在激励源的作用下，向被测物体发射激光并在表面引起散射，其中一部分光反射回接收模块并被光电探测器接收，经由信号调理电路传输到信息处理系统进行处理计算，实现测距功能。 同时，激光雷达在较短时间内对被测物体不断扫描所获的三维坐标，以扫描点形式反映分布在三维空间中形成点云，进而通过数据建模和成像处理，能够得到精确的三维立体图像。 图5：激光雷达测距原理示意图 图6：激光雷达点云示意图 当前，应用于智能汽车周围环境感知的主流传感器包括摄像头、毫米波雷达、超声波雷达和激光雷达。 摄像头是一种画面传感器，主要功能是拍摄、识别目标物体，提供视觉信息。摄像头能够通过拍摄获取车辆周围的实景画面，提取出形状、颜色等信息，通过深度学习算法对车辆、行人、标识等进行识别。摄像头具有较高的角度分辨率，但受光照影响较大，目标识别与测距准确度方面对算法有较强依赖。 毫米波雷达采用发射毫米波段电磁波的方式，根据发射频率与接收频率之差，对相对距离、速度、方向等进行测量。毫米波雷达就有同时测距和测速的功能，有效探测距离可达200米，但是单颗角度分辨能力较弱，对非金属材料的探测灵敏度较弱，导致在人车混杂场景中对行人探测效果不佳。 超声波雷达采用发射声波脉冲的方式，根据发射波和回波之间的时间差，对距离进行测量。超声波经由障碍物反射，通过接收、放大、转换数字信号等步骤完成测距。超声波雷达成本相对较低，但其有效探测距离通常小于5米，无法对中远距离物体进行测量。 相较于其他传感器，激光雷达具有测距远、精度高、角度分辨率高、受环境光照影响小等特点，同时可直接获得被测物体的位置信息，无需依赖深度学习算法，能够显著提升自动驾驶系统的可靠性。 表3：不同传感器优缺点对比 技术路径尚未收敛，固态VCSEL+SiPM成为发展趋势 激光雷达核心模块包括发射模块、接收模块、扫描模块（机械式和半固态式）和主控模块。其中，发射模块包括激光器及驱动、发射光学系统，用于发射探测激光束；接收模块包括接收光学系统、探测器及模拟前端，用于探测反射信号并进行放大；扫描模块包括扫描器及驱动，主要用于机械式和半固态式激光雷达中，实现发射光束的偏转扫描；主控模块涉及时序控制、波形算法处理、其他功能模块控制、生成点云数据等功能。 图7：激光雷达核心模块示意图 发射模块中，激光光源是核心器件之一，半导体激光器是常用光源。半导体激光器使用半导体材料作为工作物质，采用半导体工艺实现激光输出。半导体激光器根据谐振腔制造工艺的不同，分为边发射激光器（EdgeEmittingLaser,EEL）和垂直腔面发射激光器（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL）。 EEL激光器的激光发射方向平行于晶圆表面，在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，激光平行于衬底表面发出。VCSEL激光器的激光发射方向垂直于晶圆表面，在芯片的上下两面镀光学膜形成谐振腔，激光垂直于衬底表面发出。 图8：EEL芯片示意图 图9：VCSEL芯片示意图 激光光源选择需综合考虑激光雷达的技术方案、实际应用环境、性能及成本需求等因素。EEL激光器具有高发光功率密度和高脉冲峰值功率，芯片输出功率及电光效率较高，适用于APD（雪崩式光电二极管）探测器。VCSEL激光器具有低阈值电流、稳定单波长工作、可调频调制、波长漂移小等优点，生长结构更易于集成为芯片级二维阵列，制造成本低，适合大规模生产，适用于SPAD（单光子雪崩二极管）探测器阵列。 表4：不同激光器性能及参数对比 常见的车载激光雷达波长为 905nm 或 1550nm ，以 905nm 较为主流。据Yole数据，在2021年汽车与工业领域激光雷达市场份额中， 905nm 占69%， 1550nm 占14%。 905nm 光源优势在于接收端可以使用硅基探测器，具有低成本、工艺成熟等优点； 但其在10%反射率下最大探测距离多为150-200米，已接近人眼安全限制功率下的极限探测距离。而 1550nm 光源相较于人眼更加安全，此波长下可以使用更大的光功率来实现更远的探测距离，但成本上相对更加昂贵。 图10：2021年汽车与工业领域不同波长激光雷达市场份额 短期内大多数激光雷达厂商选择使用 905nm 波长的EEL激光器结合ToF探测技术，因为其具有较为现成的可用性，可为车载激光雷达大规模商用提供较高性价比，同时也有部分厂商在近距离Flash激光雷达中使用VCSEL激光器。未来，FMCW探测技术不断成熟将带动 1550nm 光源、固态式激光雷达推进将带动VCSEL激光器成为实现高性能激光雷达量产解决方案的选择。 图11：采用不同激光光源的激光雷达厂商 根据