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中国北斗芯片领先世界两代。CMOS图像传感器芯片仍需努力工作
(2024年6月29日更新)

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汽车传感器是汽车电子信息采集分析的前端系统,将光、电、温度、压力、时间等信息转换为可测量信号,并传输到汽车ECU,将操作处理后的指令发送给执行单汽车获取实时驾驶状态信息的重要媒介。随着电气化和智能化浪潮的推进,汽车携带的传感器种类和数量越来越多,其作用也越来越重要。随着汽车智能化程度的提高,汽车传感器的价值也将迅速提高。根据英飞凌的预测,L2车所需的传感器价值为160美元L4、L5级汽车需求升至970美元。

(图 :随着汽车智能化程度的提高,汽车传感器的价值也将迅速提高)

随着智能汽车的发展,汽车传感器主要分为三类:第一类,传统传感器,主要用于车辆感知,存在于动力、底盘、车身、电子电力系统;第二类,智能传感器,包括更多的环境感知ADAS、车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达等无人驾驶系统。第三类是导航芯片。

01 传感器

传统传感器按功能分为加速度、压力、角速度、流量等8类。MEMS根据车联的研究,目前每辆车平均有24辆MEMS高档汽车有25-40个传感器,价值1-2万元。

汽车MEMS据报道,传感器市场的头部非常稳定,被少数欧美日巨头垄断。IHS数据显示,博世、森萨塔、NXP、Denso等等。主要原因是研发难度大,制造工艺复杂,进入门槛高。MEMS玩家陆续推出了汽车规级产品,但与国外是有很大差距的,比如明亮的传感, 深迪半导体, 美新半导体等。

智能传感器是汽车传感器的一个重要增长点。车载摄像头、雷达(毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达)主流产品。其中,车载摄像头是最成熟的类别。

车载摄像头是ADAS主要的视觉传感器,ADAS其普及带来了巨大的市场空间。据佐思汽车研究院介绍,主流车型自行车摄像头的装载量将从2018年的1.7个增加到2022年的3个以上,2020年底推出的零跑C11搭载了10颗。摄像头数量的增加也导致内部视觉传感器芯片供不应求。视觉传感器芯片主要包括两类:CMOS图像传感器(CIS)与图像信号处理芯片(ISP)。其中,CIS中的CMOS芯片供应紧张,主要是因为扩产壁垒高,但需求增长快。索尼、三星、安美森、德州仪器等视觉传感器芯片仍由国外企业主导。Mobileye等。大多数国内制造商通过并购取得突破。例如,韦尔股份于2019年收购CMOS美国豪威科技在芯片市场份额排名第三;2020年,汇顶科技收购德国ISP研发商DCT等。

导航定位芯片集32通道GPS定位、GSM话音、GPRS集合数据通信SOC芯片系统主要用于导航定位、卫星通信、遥感等领域。总的来说,图像传感器芯片、雷达芯片和导航芯片是汽车行业传感器芯片领域最突出的。

02 CMOS图像传感器芯片

CMOS图像传感器是一种固体成像传感器,主要用于机器视觉、安全监控、智能交通、生命科学、生物医学、电视广播、汽车等成像领域。

全球CMOS传感器芯片市场份额前七的企业均为国外厂商,占市场份额的89%,国内厂商通过并购取得突破。索尼是全球CMOS传感器芯片的龙头企业占据了全球近一半的市场份额,市场份额为三星(20%左右)、豪威科技(7%)、安森美(5%)、佳能(3%)、意大利半导体(3%)、海力士(2%),其中豪威已被国内企业韦尔收购。国内厂商格科微以2%的市场份额排名第十。

CMOS传感器芯片行业壁垒高,国外巨头主要通过横向或纵向拓展进入市场,应用广泛。外国巨头主要通过上下游联动和并购切入CMOS索尼、佳能等传感器芯片市场逐渐从相机、录像机等领域向上游扩张;三星从电子向上游扩展到半导体;安森美通过收购高性能CMOS图像传感器供应商Aptina Imaging出国CMOS传感器芯片应用广泛,涉及汽车、通信、计算机、消费电子、工业、医疗等领域。

国内厂商的产品大多处于中低端水平,很少在汽车等领域开发和大规模生产高端产品CMOS传感器芯片产品。国内CMOS芯片制造商的大部分产品用于中低端手机、平板电脑、通信、游戏机、监控器等领域,只有少数制造商如BYD可以开发高像素应用于汽车等领域CMOS传感器芯片产品,量产成功。近年来,国内制造商开始努力开发800万像素和1200万像素等中高端芯片产品,韦尔通过并购豪威技术切入中高端CMOS传感器芯片市场。

(图:CMOS 主要传感器制造商)

03 车载雷达芯片

车载雷达主要包括超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。其中,国内超声波雷达发展相对成熟,技术障碍不高;毫米波雷达技术障碍高,是智能汽车的重要传感器,处于快速发展阶段;激光雷达技术障碍高,是高级自动驾驶的重要传感器,但成本昂贵,交通规则。

(注:毫米波雷达技术发展趋势)

毫米波雷达芯片由单片微波集成电路组成(MMIC)及DSP/FPGA由两种芯片组成的芯片组合是一种容量大、传输速度快、信息处理效率高的专用芯片。随着 ADAS 随着系统的逐步升级,对毫米波雷达的要求将会更高。毫米波雷达技术的总体趋势是朝着成本低、体积小、功耗低、集成度高的方向发展。在雷达芯片技术方面,高集成单片微波集成电路(MMIC)成为主流;在芯片技术上,朝着使用CMOS工艺,将MMIC朝着更小的方向发展。

车载毫米波雷达由自动驾驶驱动,市场空间广阔。随着智能时代自动驾驶汽车的普及,自动驾驶相关配件将迎来重要的增长时刻。根据 DIGITIMES Research 数据可知,2017 自年以来,全球毫米波雷达市场已超过 20 预计将达到亿美元并保持快速增长的趋势 2022 年,全球毫米波雷达市场规模将达到 160 亿美元。根据 OFweek 预测,到 2025 年,中国毫米波雷达市场规模将超过 300亿元。

超声雷达是自动驾驶领域的重要辅助传感器。主要用于倒车雷达和自动停车系统。目前,市场上有两种超声雷达,用于测量汽车前后障碍物(UPA)用于测量侧面障碍物距离的超声波传感器和自动停车辅助(APA)超声传感器。

自动驾驶的普及和倒车雷达和自动停车系统装载率的提高促进了车载超声雷达市场的发展。P&S Intelligence 数据,预计到 2030 年,全球市场规模将达到 61 亿美元。

在这一领域,外国企业占据了超声波雷达的主要市场,国内企业技术成熟,博世、法雷奥等海外企业占据了超声波雷达的主要市场。市场份额之和超过两者 50%。与毫米波雷达和激光雷达相比,国内外制造商的超声波雷达技术差距较小,国内一系列企业独立生产的超声波雷达足以满足自动停车和倒车的功能。但目前ADAS 零部件供应领域,包括超声波雷达,主要被外国巨头垄断。为了保证汽车研发的顺利进行,主流汽车企业有固定的供应商。中国自主企业很难获得汽车企业的认证,市场空间也很小。另一方面,一些独立制造商的核心技术竞争力较弱,产品附加值较低,难以提供完整的自动驾驶辅助解决方案,往往局限于二级供应梯队,利润率有限。

汽车激光雷达:即激光探测和测距,主要通过测量激光发出和收到回波的时差来确定目标方向、距离和形状。广泛应用于机器人、无人驾驶、移动设备、军事、3D印刷等领域。

激光雷达是一种新型传感器(以下简称:LiDAR – Light Detecting and Ranging)它是激光主动探测传感器设备的总称,分为测量激光雷达和导航激光雷达。其主要工作原理是通过高频测距和扫描测角实现目标轮廓的三维扫描测量,即成像。激光雷达与常见的辅助驾驶传感器如摄像头和毫米波雷达相比,具有很强的空间三维分辨能力。

激光雷达适用于道路环境检测和行驶中的目标检测和跟踪,可获取环境深度信息,准确发现障碍物,构建行驶区域。基于丰富的点云数据,我们可以获得道路元素,包括车道和路边,以及其他丰富的信息,如非结构化道路障碍物和可行区域、行人和车辆、交通信号灯和交通标志。同时,激光雷达可以有效地检测、跟踪和预测驾驶环境中车辆周围的各种目标,也可以实现跟踪、换道和交叉口的交通Adesto代理安全自动驾驶等复杂场景。

地图构建和定位可采用激光雷达。通过激光雷达多次驾驶获取道路三维点云数据,手动标记,过滤点云图中的一些错误信息,对齐拼接多次收集的点云数据,最终形成高清地图。通过对局部点云匹配和全局点云匹配的位置估计,在给定的当前位置下观察点云信息的概率分布,结合当前位置预测的概率分布,可以提高无人驾驶汽车定位的准确性。

汽车激光雷达的产业链包括:上游激光发射器、激光接收器(光敏和光电转换器)、光学元件、驱动装置、信号处理芯片制造商、中间整机企业、一级供应商和下游汽车企业。国内企业在激光雷达领域的研究与国际基本同步,机械激光雷达产品的性能已达到世界先进水平。后装市场激光雷达年需求量粗略估计为2万左右,其中Velodyne占据绝对地位,其他市场由和赛、速腾聚创等企业划分。三家公司的激光雷达已经出现在美国、澳大利亚、法国、新加坡等国家的无人车上。

导航定位芯片集32通道GPS定位、GSM话音、GPRS集合数据通信SOC电影系统主要用于导航定位、卫星通信、遥感等领域。导航芯片是导航终端的核心,其定位精度、功耗和体积直接影响导航系统的运行性能。

国外导航芯片行业成熟,少数巨头占据大量市场。国外导航芯片产业发展较早,技术积累较深,已发展成为相对稳定成熟的产业。美国GPS博通、高通、德州仪器系统起步较早,SiRF美国公司积累了大量的技术和经验,如市场份额高SiRF公司的GPS芯片产量占全球GPS70%的芯片出货量和博通导航元件销量位居世界前三。同时,欧洲在导航芯片领域也有很强的实力。

北斗导航对国内导航市场的贡献率将超过60%,国内导航芯片已完全自主可控,领先世界平均水平两代。国内厂商建立了集芯片、模块、板卡、终端、运营服务于一体的北斗产业链,导航芯片100%本地化。22国产北斗3号导航nm芯片已进入量产阶段,目前国际上量产导航定位芯片仍只有40个nm至少在技术上,平均工艺领先全球平均水平两代。

国内导航芯片产业链逐步完善,相关厂家不断切入,应用领域迅速扩大。目前,基于传统导航芯片领域,国内主要导航芯片制造商逐步开发多模定位、模块、智能算法、高精度等相关产品,开始进入体育健康、安全监控、广播电视等相关领域,相关制造商数量也在增加。随着北斗导航系统的不断完善,国内导航芯片产业发展迅速。

(注:国内主要导航芯片厂家)

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