Halbleiter für die Automobilindustrie lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: Funktionschips (Mikrocontroller), Leistungshalbleiter (IGBTs, MOSFETs usw.) und Sensoren. Mikrocontroller spielen eine zentrale Rolle in den Bereichen Sicherheit und Fahrverhalten, Steuerung von Fahrassistenzsystemen, Anzeige und Berechnung von zentralen Steuerungssystemen sowie Motor-, Fahrwerks- und Karosseriesteuerung.

Mikrocontroller (MCUs) machen etwa 30 % aller in einem Auto verbauten Halbleiterbauelemente aus. Im Durchschnitt verwendet jedes Auto mehr als 70 MCU-Chips. Darüber hinaus haben sich Autos von rein funktionalen Maschinen zu intelligenten Maschinen und von reiner Fahrzeugelektronik zu autonomem Fahren weiterentwickelt, was den Markt für Automotive-MCUs weiter vergrößert hat. Laut Daten des Marktforschungsunternehmens Gartner sind Rechen- und Steuerungschips sowie Leistungshalbleiterchips derzeit die beiden größten Nachfragekategorien im Bereich Automotive-Chips. Sie machen jeweils 26.2 % bzw. 29.7 % der Gesamtnachfrage nach Automotive-Chips aus. Der kombinierte Marktwert dieser beiden Kategorien erreicht 22.9 Milliarden US-Dollar und entspricht damit mehr als 55 % des gesamten Automotive-Halbleitermarktes.

Legende: Produktstruktur und Marktanteil von Halbleiterprodukten für die Automobilindustrie

Beispielsweise nutzt Google Waymo eine Intel-CPU-Lösung mit Altera-FPGA und Infineon-Mikrocontroller als Kommunikationsschnittstelle; Baidu Apollo verwendet eine Lösung mit NXP/Infineon/Resas-Mikrocontroller, Xilinx-FPGA und NVIDIA-GPU; Audi setzt auf eine Multi-Chip-Integrationslösung mit Mobileye-ASIC, NVIDIA-GPU, Altera-FPGA und Infineon-Mikrocontroller usw. Anwendungen im Automobilbereich wie autonomes Fahren, intelligente Fahrzeugkommunikation und Infotainmentsysteme erfordern die hohe Rechenleistung von 32-Bit-Mikrocontrollern. Der zukünftige Trend geht hin zu multifunktionaler Integration und niedrigem Energieverbrauch, und die Anzahl der Anwendungsbereiche dürfte weiter steigen.

Darüber hinaus lässt sich anhand der 32-Bit-Automobil-MCU-Produktlinien großer Automobil-MCU-Hersteller wie Renesas, NXP, Texas Instruments, Infineon, Microchip, Cypress, STMicroelectronics und Toshiba erkennen, dass fast alle Hersteller MCU-Designs mit ARM Cortex-M oder ARM Cortex-R als CPU-Kern anbieten und bestrebt sind, die MCU-Produktlinie auf weitere Automobilanwendungen auszuweiten.

Es ist absehbar, dass die Übernahme von CPU-Kernen großer IP-Hersteller die Entwicklung von Automobil-MCUs beschleunigen wird.

Laut Daten von ICVTanK wird der globale Markt für funktionale Automobilchips voraussichtlich von 7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019 auf 7.5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 stetig ansteigen.

Der globale Markt für Halbleiter in der Automobilindustrie wird derzeit jedoch von riesigen Unternehmen aus Europa, den Vereinigten Staaten, Japan und anderen Ländern dominiert.

Wer sind die wichtigsten Akteure im Bereich der Kfz-Mikrocontroller?

Laut Daten des Marktforschungsunternehmens Gartner entfielen 2019 36.79 % des weltweiten Produktionswerts von 15.088 Milliarden US-Dollar auf europäische Automobil-Halbleiter. Damit belegte Europa den ersten Platz im weltweiten Marktanteil. Die USA folgten mit einem globalen Marktanteil von 32.64 %, gefolgt von Japan mit 26.03 %. Der Umsatz mit Automobil-Halbleitern in Festlandchina lag 2019 bei lediglich rund 1 Milliarde US-Dollar und damit unter 3 %. Im Vergleich zu Europa, den USA und Japan besteht hier eine erhebliche Lücke.

Legende: Datenquelle: Gartner, dargestellt von Nr. 1 Xinwen Road

Unter den 20 weltweit führenden Herstellern von Halbleitern für die Automobilindustrie befinden sich neun amerikanische, jeweils fünf europäische und japanische Unternehmen. Die europäischen Hersteller sind jedoch insgesamt wettbewerbsfähiger, und drei der fünf europäischen Unternehmen gehören zu den Top 5 weltweit. Nexperia, ein chinesisches Unternehmen, das aus der Übernahme des ursprünglichen NXP-Standardbauteilgeschäfts hervorgegangen ist, ist derzeit Chinas größter und führender Hersteller von Halbleitern für die Automobilindustrie.

Zu den führenden Herstellern von Automotive-Mikrocontrollern (MCUs) zählen Renesas, NXP, Infineon, Texas Instruments, Nvidia und andere. In den letzten Jahren hat sich auch China aktiv im Bereich der Automobilelektronik engagiert. So sind beispielsweise einheimische MCU-Hersteller wie Saiteng Micro in den Automobilsektor eingestiegen. Bis Mai 2020 wurden bereits Millionen von Automotive-Mikrocontrollern von Saiteng Micro ausgeliefert.

BYD Semiconductor stieg 2007 in den MCU-Markt ein und entwickelte zunächst industrietaugliche Mikrocontroller. Nach 13 Jahren Entwicklung bietet BYD heute industrietaugliche Allzweck-Mikrocontroller, 3-in-1-Mikrocontroller, Touch-Mikrocontroller für die Automobilindustrie sowie Mikrocontroller für das Batteriemanagement an. Dies ist neben Leistungselektronik ein weiterer Durchbruch für BYD.

Im März 2020 gab AutoChips, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von NavInfo, bekannt, dass ihre Produktlinie AC7801X, ein Mikrocontroller in Automobilqualität, der erste in China hergestellte 32-Bit-Cortex-M0+-Mikrocontroller in Automobilqualität ist. Der AC7801X ist hauptsächlich für die Fahrzeugelektronik konzipiert und findet breite Anwendung in Schiebedächern, Fenstern, Sitzen, LED-Leuchten, elektronischen Transportsystemen (ETC), Rückfahrradar, Regensensoren und weiteren Produktbereichen. Jiefa Technology nutzt seine Stärken im Aftermarket und ergänzt NavInfo, den Branchenführer im Frontlader-Markt, um die Wettbewerbsfähigkeit beider Unternehmen sowohl im Frontlader- als auch im Afterloading-Markt zu stärken.

Im September 2020 erhielt Shanghai Xinwang Microelectronics Technology Co., Ltd. in einer von Silicon Harbor Capital angeführten Serie-A-Finanzierungsrunde 100 Millionen Yuan. Weitere Investoren waren SAIC Hengxu, SMIC Juyuan, Beyond Moore, Fed Securities und Jucheng Investment. Xinwang Micro hat auf Basis seiner unabhängigen IP-KungFu-Kernarchitektur hochzuverlässige und qualitativ hochwertige 8-Bit-Mikrocontroller (MCUs) und 32-Bit-Mikrocontroller mit digitalem Signalprozessor (DSPs) entwickelt. Neben dem unabhängigen Mikrocontroller-Kern und der Architektur bietet Xinwang Micro auch eine Reihe von Entwicklungswerkzeugen für unabhängige Forschung und Entwicklung an, darunter integrierte Entwicklungsumgebungen, C-Compiler und Emulatoren. Dadurch erreicht das Unternehmen vollständige Autonomie von Chips bis hin zu Toolchains.

Die chinesische Fertigungsindustrie hinkt weiterhin hinterher, vor allem aufgrund der langen Entwicklungszyklen von Mikrocontrollern für die Automobilindustrie, der hohen Designanforderungen und des hohen Kapitalbedarfs. Derzeit werden inländische Mikrocontroller hauptsächlich in verschiedenen Fahrzeugscheinwerfern, Rücklichtsteuerungen und Komfortsteuerungen wie Fensterhebern und kabellosem Laden eingesetzt.

Von der vorgelagerten Produktionskapazität bis zur Endbeschaffung: Die Gründe für den Mangel an Kfz-Mikrocontrollern im Jahr 2021

Der gravierende Mangel an Automobilchips betrifft diesmal MCUs, die in ESP- (elektronischen Stabilitätssystemen) und ECU-Systemen (elektronischen Steuergeräten) verwendet werden.

Analysieren Sie die Gründe für den Mangel an Automobilchips von der vorgelagerten Produktionskapazität bis zur Endbeschaffung zu Lern- und Referenzzwecken:

Auf der Angebotsseite hat die pessimistische Prognose für das erste Halbjahr 2020 die Planung der Produktionskapazitäten für Automobilchips im zweiten Halbjahr teilweise beeinträchtigt. Fehlende oder sogar negative Lagerbestände tragen ebenfalls maßgeblich zu dieser Verknappung bei. Unternehmen, die der Chip-Lagerhaltung bisher keine Beachtung geschenkt haben, messen ihr nun große Bedeutung bei.

Andererseits hat die Ausbreitung der globalen Epidemie auch Auswirkungen auf die Chipindustrie und deren vorgelagerte Bereiche. Die Produktionskapazitäten für 8-Zoll-Wafer bei Mikrocontrollern (MCUs) sind knapp, Chipmontagewerke in Südostasien haben die Produktion eingestellt, und der italienische Chipriese ST (STMicroelectronics) musste einen großflächigen Streik hinnehmen, was den Mangel an MCU-Chips weiter verschärfte. Laut Daten von SUMCO wird die Produktionskapazität für 8-Zoll-Wafer im Automobilbereich im Jahr 2020 voraussichtlich bei etwa 33 % liegen, die für 12-Zoll-Wafer bei etwa 5 %. Angesichts der angespannten Produktionslage in der gesamten Halbleiterindustrie beansprucht die Unterhaltungselektronik zusätzlich große Mengen an Chip-Produktionskapazitäten.

Legende: Anwendungsanteil der Produktionskapazität für 8-Zoll-Wafer im Jahr 2020. Diagramm: Internationale Daten aus der Elektronikbranche. Quelle: SUMCO

Legende: Anwendungsanteil der Produktionskapazität für 12-Zoll-Wafer im Jahr 2020. Diagramm: Internationale Lage der Elektronikindustrie. Datenquelle: SUMCO

Auf der Nachfrageseite erholt sich Chinas Automobilindustrie weiter und übertrifft die Markterwartungen. Die Entwicklung von Fahrzeugelektronik und intelligenter Fahrzeugtechnik hat die Nachfrage nach Automobilchips zusätzlich erhöht. Aufgrund des Chipmangels verlängern sich die Lieferzeiten der Teilehersteller. Die Lieferzeit für Infineons 32-Bit-Mikrocontroller beträgt nun 15–24 Wochen, die für STs Mikrocontroller 24–35 Wochen.

In dieser Runde der Automobilelektronik mangelt es vor allem an Chips großer internationaler Hersteller, darunter etablierte Automobilchip-Unternehmen wie NXP, Infineon, ST und Bosch. Die Preise für Automobil-Mikrocontroller einiger Hersteller sind um 20–30 % gestiegen. Der Selbstversorgungsgrad mit Automobilchips in China liegt unter 10 %, sodass wir diesem Chipmangel im Grunde nur zusehen können. Schließlich stellen strenge Anforderungen wie die Zertifizierung nach Fahrzeugstandard, Zuverlässigkeit und Langzeitzertifizierung für chinesische Chiphersteller große Hürden beim Einstieg in die Automobilzulieferkette dar.

Der Mangel an Automobilchips könnte ein halbes Jahr andauern, und es wird erwartet, dass die Versorgungslage auch im ersten Halbjahr 2021 angespannt bleiben wird. Dieser Mangel hat die heimische Automobilzulieferkette zusätzlich alarmiert. Es ist ein allgemeiner Trend, dass heimische Mikrocontroller (MCUs) in die Automobilzulieferkette Einzug halten. So hat beispielsweise Great Wall Motors kürzlich eine strategische Investition in Beijing Horizon Robotics Technology R&D Co., Ltd. getätigt und ist damit offiziell in die Chipindustrie eingestiegen. Auch Geely hat in Xinqing Technology und Xinjuneng investiert. Der Aufstieg heimischer Fahrzeuge mit alternativen Antrieben wird das Wachstum heimischer Zulieferketten beflügeln. Dieser Prozess ähnelt dem Aufstieg heimischer Mobiltelefonmarken, der das Wachstum der Mobiltelefonzulieferketten vorangetrieben hat.

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