当前位置: 能电机 >> 能电机介绍 >> 智能控制器行业研究报告下游景气度高昂,控
(报告出品方/作者:东吴证券,侯宾)
1.智能控制器:电子设备的“中枢控制”核心
智能控制器通常指数字式控制器,是在仪器、设备、装置、系统中为完成特定用途而设计实现的计算机控制单元,它一般是以微控制器(MCU)芯片或数字信号处理器(DSP)芯片为核心,依据不同功能要求辅以外围模拟及数字电子线路,并置入相应的计算机软件程序,经电子加工工艺制造而形成的电子部件。
1.1.中国智能控制器行业正处于智能化升级关键期
20世纪20年代,电子智能控制技术在经典控制理论的基础上发展起来,并最先应用于工业生产领域,随着控制理论、微电子技术和传感技术的发展,智能控制器的操作复杂度、可控对象、稳定性和经济性等方面均得到完善。目前智能控制器已广泛应用于家用电器、电动工具及工业设备装置、汽车电子、智能建筑与家居等领域。回顾中国的智能控制器行业发展历程,可将其分为三个阶段:
1.尚未规模化的成长初期(-年)
中国智能控制器行业起步相对较晚,90年代大家电厂商主要通过自产或进口的方式获取智能控制器,智能控制器专业制造商的数量和规模较小,大部分以小家电厂商作为主要客户,业务体量相对较小,行业处于成长的初期。
2.随家电运行模式转变而来的高速发展期(-年)
这一时期中国家电产品由传统的机械运行模式转变为单体智能控制模式,下游产品性能需求不断提升带动了智能控制器行业的高速增长,智能控制器厂商的研发水平不断提升,产品的种类更加丰富,产品质量得到提升,智能控制器行业进入高速发展期,行业规模持续扩大。
3.“万物互联”背景下的产业升级期(-至今)
家电制造行业自年进入由单体智能家电向互联智能家电的转变阶段,下游应用场景的扩展和升级带动了智能控制器行业进一步发展,目前智能控制器正处于智能化升级的关键时期,逐步实现由传统机械操作向电子化和智能化操作升级转变。随着家电、工业控制智能化网联化进一步发展,智能控制器的结构和功能也必将更加复杂化,单价有望继续提升,5G+物联网兴起带来的下游细分场景需求增加也会带动智能控制器需求量继续加大。
1.2.上游原材料分散,下游应用场景丰富
智能控制器位于整个产业链的中游,上游原材料主要是集成电路IC、分立半导体器件、PCB、电阻、电容器等元器件,下游行业为家用电器、电动工具、智能电源、健康与护理产品、汽车电子、智能建筑与家居以及其他各类工业设备产品,应用场景丰富。
智能控制器生产所需的原材料较为分散,行业上游原材料供应商分散,智能控制器厂商对单一供应商的依赖程度较低,有较大的选择空间。国内电子元器件的发展迅速,技术日趋成熟,目前上游原材料除高端IC芯片仍依赖进口外,其他大部分电子元器件已经实现国产替代。
智能控制器是下游产品的核心配套部件,行业的发展与下游制造业的发展息息相关,下游行业的发展状况和市场空间直接影响到智能控制器行业的市场前景。根据前瞻产业研究院数据,年中国智能控制器下游主要细分市场按销售额统计,汽车电子占比24.0%,家电占比约为16.0%,电动工具及工业设备占比13.0%。
2.控制器产业链中上游详情分析
2.1.控制器“大脑”的构成情况
智能控制器的上游端主要由芯片、单片机及一些电子元器件所构成。控制器厂商从上游端采购各种原材料,经过自身的加工制造后,形成控制器,然后供应给下游的终端制造厂商。
MCU作为整个智能控制的大脑,被称为单片机的微型计算机。MCU也被叫做单片机,是把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。同时,在微型计算机内部写入相应的程序。MCU有8位、16位、32位、64位等四种主要的位数,位数越多,代表MCU的运算能力越强,处理数据的量更大,处理速度也更快。目前应用最广的是32位单片机,也是如今主流的微处理器。
量的维度1:32位MCU会是MCU产业产量上提升的主要产品。
8位MCU和32位MCU占据中国MCU市场的主要市场份额,随着产品的更新换代以及应用领域的智能化发展,市场对于MCU的运算性能提出了更高的要求,32位MCU渐成市场主流,其市场份额将会持续扩大。目前全球32位MCU的出货量已经超过4位、8位、16位MCU的综合出货量。
量的维度2:智能家居、汽车电子及计算机与网络将会是MCU需求量最多的点。
智能化已成为家电业发展的一大趋势,智能家居市场前景广阔,成为MCU未来应用新蓝海。汽车智能化、电动化、网联化、共享化进程加速,新能源汽车的快速发展和高端汽车在汽车电子和智能驾驶领域加大投入都将大力拉动汽车电子MCU芯片的市场需求。随着物联网、大数据、云计算等技术的深入发展,工业制造迎来数字化转型浪潮,MCU作为物联网的核心部件,将受益于工业制造的数字化转型升级。物联网在其他领域的智能应用也扩大着MCU的需求,例如医疗电子用品、个人健康监测产品这些需要低功耗、长时间使用、无线通信的产品,必须倚赖MCU来实现。此外,MCU应用在工业控制中可以降低能耗、改善系统性能,在全球节约能源的大背景下,MCU在工业控制领域有望得到更广泛的应用。
我国4位、8位以及16位MCU的开发及应用已经十分完善,并且本土厂商利用成本低、服务强的优势实现了中低端电子产品的国产替代,但高端电子产品市场仍掌握在在国外企业手中。短期内,本土厂商依靠自主研发短期在32位MCU产品上很难实现国产替代,所以目前国内大多数企业采取的策略是使用国外芯片架构及IP、与国外成熟产品保持管脚兼容,利用国外的先进技术与本土化的低成本优势抢占市场份额。
DSP芯片是能够实现数字信号处理技术的芯片,具有强大的数据处理能力和高运行速度。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。DSP被广泛应用于网络设备、电力电子、工业控制、智能家居等行业,已成为通信、计算机、消费电子等领域的基础器件。
DSP芯片市场也被国外厂商占据,德州仪器、摩托罗拉、模拟器件公司和高通等外资厂商占据绝大部分的国际市场份额。目前中国电科、高云半导体、复旦微电子、同方国芯、上海安路等企业都在尝试DSP的国产化,但是性能差距与国外企业相比仍非常大。随着以大数据、云计算、物联网、人工智能为代表的信息技术产业规模不断增大,集成电路的需求量在上升,我国每年从国外进口的DSP总额也在不断攀升。
PCB、电容电阻等元器件虽实现了不同程度的国产替代,但高端领域在一定程度上仍需进口。PCB又称印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体。PCB具有导电线路和绝缘底板的双重作用,几乎每种电子设备,小到电子手表、计算器,大到计算机、通信电子设备、军用武器系统,只要有集成电路等电子元件,为了使各个元件之间的电气互连,都要使用PCB。我国目前是全球最大的PCB生产地,但在高端PCB产品的研发和制造上依然长时间处于起步和发展阶段,高端市场的竞争力不足。
电容和电阻,是电子工业的黄金配角。该领域市场头号“玩家”是日本,以村田、TDK等企业为代表,中国台湾地区位居次席,而中国大陆的产品则多属于中低端。为了保证电容电阻的质量,我国的电子产品生产大厂,尽量避免使用国内小厂的电阻电容产品,而是进口三星、TDK等名牌厂家的产品。汽车(尤其是电动汽车)行业使用的电容和电阻更多,并且元件质量要求十分苛刻。由于冲击、温度、粉尘和腐蚀等条件更恶劣,而且不能有安全上的隐患,汽车电子元件技术门槛非常高,未来市场或继续被日本巨头公司控制。
2.2.产业链中控制器的位置
智能控制器行业位于产业链中游,以硬件调试和软件算法为核心,融合了电力电子、通信、显示屏、声光磁、数模转换等多个领域的技术,属于技术密集型产业。
智能控制器行业生产制造主要分为两种模式,OEM(原设备生产商)和ODM(原始设计制造商)。OEM只是代工生产,毛利率相对较低,行业更加看重规模效应。ODM由于有了设计的环节,毛利率普遍高于OEM,这种模式对于公司的研发设计提出了更高的要求。
依据下游客户行业不同,智能控制行业在各个细分领域诞生了不少龙头企业。汽车控制器的代表有博世和电装,汽车电子由于行业壁垒高,长期被欧美日企业把控,我国起步较晚、涉足企业较少。在家电、电工工具等领域,全球第一梯队为英国英维斯、德国代傲控制和香港金宝通,国内第一梯队为拓邦股份、和而泰,朗科智能和贝仕达克紧随其后。
智能控制器市场的三大趋势是产业链向中国转移、下游客户外包和行业集中度逐步提高。
(1)智能控制器产业向中国转移。海外巨头在高昂人力成本下优势逐渐减弱,而中国智能控制器企业凭借产业集群优势和人口红利拥有较低的制造成本,加之工程师红利和行业龙头多年的技术积累驱动国内龙头逐步实现技术赶超,智能控制器产业由国际市场向中国转移的趋势明显。
(2)智能控制器产业链分工深化,终端客户将研发和生产外包给第三方智能控制器厂商趋势显著。随着上游芯片技术逐步升级、功能逐步复杂,智能控制器研发成本逐步提升,出于降低成本的考虑,很多下游终端企业开始选择将智能控制器的研发和生产外包。在家用电器领域,家电巨头伊莱克斯、惠而浦、西门子已经全面外包控制器,电动工具领域的TTI也已全面外包控制器,且中国供应商占据了主要份额。目前,国内尚有大量的智能控制器由终端企业自行生产,随着专业化分工的深化,国内智能控制器龙头企业有望占据这部分份额。
(3)智能控制器行业集中度不断提升,国内智能控制器龙头企业有望进一步提升市场份额。由于上游芯片技术升级和下游客户需求升级,智能控制器的技术含量及复杂度随之提升,产品日趋智能化、物联化、复杂化和模组化。低端控制器厂商难以满足技术迭代需求,具有核心技术的智能控制器龙头企业获取信息的速度快,能够对产品及时优化和更新换代,下游大客户订单主要集中在龙头企业,并且有望持续提升市场份额。龙头企业的优势还在于更强的供应链韧性,更容易获得上游供应支持和下游客户的增量订单。在原材料涨价、缺货的情况下,国内龙头企业积极采用备货战略以缓解供货压力,保证订单及时交付及成本优势,降低原材料涨价对利润端的影响,表现出强大的供应链管理能力和盈利保障能力。
3.控制器产业链下游:家电保有量与汽车电子所带来的量价提升
3.1.家用电器控制器市场稳定,互联智能家电开启新需求
3.1.1.大家电转型升级,小家电品类扩张
家电行业的发展与国民经济、居民收支水平、房地产销售等因素息息相关。目前,中国家电行业已进入成熟期,传统增长动能在逐步减弱。受到房地产投资增速和商品房销售增速放缓的影响,消费者对传统大家电的新增需求增速渐趋放缓。在大家电中,冰箱、洗衣机的保有量相对饱和,品类渗透基本完成,而空调作为一户多机属性的必需品,品类保有量仍有较大的增长空间。
随着传统家电产品保有量的逐步提升,更新需求占总需求中的比重已经大幅提高,是现阶段市场增长的主要动力。年1月28日,国家发改委等十部委联合发布《进一步优化供给推动消费平稳增长促进形成强大国内市场的实施方案(年)》,明确提出有条件的地方可对新型绿色、智能化家电产品销售给予消费者适当补贴,并对消费者交售冰箱、洗衣机、空调、电视机等旧家电的同时购买新家电产品给予适当补贴。新一轮家电节能补贴政策的实施将有望刺激大家电更新换代的需求,促进高质量新产品的销售。在低线城市和乡镇地区,国美、苏宁电器等家电经销商纷纷推出大补贴力度的“以旧换新”计划,刮起家电再下乡的热潮,拉动了农村大家电转型升级的需求。此外,房地产市场回暖,一二线城市二手房交易活跃度较高,也带来了较大的家电更新需求。
与传统大家电销量增速放缓、市场趋近饱和相比,小家电受益于用户生活方式和消费习惯的改变,品类不断丰富,增长态势稳健,增量市场广阔。当下年轻人追求个性化、多样化、差异化的品牌消费,提升生活品质的意愿强,小家电较好契合了年轻人的喜好,在提升消费品质、解决消费者的痛点、满足个性化需求方面可圈可点。例如便携式干衣机、迷你热水壶、多功能电火锅等各种生活小家电解决了生活中的痛点,错题打印机、触屏小音箱则满足了工作学习娱乐所需。
年,受新冠疫情的影响,“宅经济”崛起,小家电需求旺盛。在绝大多数电器品类都陷入“量额齐跌”的境遇时,国产小家电异军突起,成为唯一没有下降的品类。烹饪类小家电如空气炸锅、煎烤机等,清洁类小家电如吸尘器、电拖把等,个护类小家电如理发器、个人按摩设备等与上年同期相比甚至实现了逆势增长。根据中商产业研究院数据,年我国小家电市场规模达亿元,年我国小家电市场规模将达亿元。
3.1.2.家电智能化升级开启千亿市场,拉动智能控制器需求高增长
智能化已成为家电业发展的一大趋势,智能家居市场已突破千亿大关。随着5G商用进程加快、人工智能大面积应用、物联网逐步建设落地,家电产业的智能化与数字化转型成效显著,智能家居出货量迎来较大增长。IDC数据显示,年中国智能家居市场出货量突破2亿大关,达到2.08亿台,较上年增长33.5%。年第一季度中国智能家居设备市场出货量为万台,同比增长27.7%。据IDC预测,中国智能家居设备市场出货量到年出货量将增长到近5亿台,年复合增长率高达23%。
家电智能化渗透率快速提升。在智能小家电领域,根据中怡康数据,年1-9月,在线上市场中,空气净化器、扫地机器人的智能化渗透率已超过45%,分别达47.3%、50.1%;抽烟机、净水器智能化渗透率也在8%左右。智能大家电的市场份额也增长迅速,中国家电网数据显示,按销售额统计,-年智能电视市场份额从90.6%增长为97.1%,智能冰箱市场份额从9.7%增长为31.7%,智能空调市场份额从23.9%增长为43.6%,智能洗衣机从15.4%增长为40.1%。
在家电产品普及率接近饱和,改善型需求潜力增大的背景下,家电龙头企业的技术优势和资金优势愈发明显。高端产品占比提高,家电市场品牌度提升,市场份额向头部企业集中。整体来看,美的、格力、海尔作为家电行业排名前三的巨头,其市值占家电行业总市值的比重由年的38%提升到了年的68%,说明家电行业结构化严重。
智能控制器在传统家电向智能家居转型的过程中获得高速增长。智能控制器是智能家居的核心基础,随着智能家居产品类别不断丰富,下游智能家居领域内细分市场规模急速扩张,智能控制器应用领域迅速扩大,市场需求旺盛。家电智能控制器的高增长带动了智能控制器厂商业绩增长。拓邦股份年智能控制器营收达到43.56亿元,同比增长36.2%,其中家电控制器占营收比重达到44%;和而泰年智能控制器营收29.81亿,同比增长16.7%,家电控制器占比高达63.9%。
3.2.汽车电子系统种类繁多,短期ECU为主,DCU是未来发展方向
汽车电子是车体电子控制系统与车载电子电器系统的总称,其中车体电子控制系统包括发动机电子系统、底盘电子系统、驾驶辅助系统、车身电子系统,车载电子电器系统包括安全舒适系统及信息娱乐与网联系统,每个系统中又包含数量众多的电子器件,一辆乘用车的汽车电子部件可达上百种。按用途,汽车电子又可分为传感器、控制器、执行器三种,汽车电子最重要的作用是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。
电子控制单元(ECU)是汽车电子控制系统的“大脑”,可在大量传感器、总线数据流以及执行器等零部件的配合下实现对汽车状态的操控。传统汽车一般采用分布式电子电气架构,每个控制系统采用单独的ECU,不同的电控系统功能保持独立性,彼此之间的交互很少。在这种架构下,汽车智能功能的升级主要依赖于ECU和传感器数量的快速增加。
ECU数量不断增加,汽车性能、成本面临挑战。随着车辆电子化程度的提高,ECU的数量和复杂程度都在迅速提升,车身域的电动车窗、电动后视镜、空调、大灯、转向灯、防盗锁止系统、中控锁、除霜装置等功能都需要配备自己的ECU。根据头豹研究院发布的《年中国自动驾驶域控制器行业概览》,年中国汽车ECU单车平均装载数量达25个,商用车平均ECU装载数量为35个,个别高端车型如奥迪A8,其装配的ECU数量于年就已超过个。这带来了布线复杂度、功耗及成本大幅提升的问题,且众多ECU之间难以实现快速协同升级与信息高效流转,给汽车轻量化与电动化都带来了挑战,原有的分布式架构不再适用。
电气架构集中化有望突破分布式架构ECU的瓶颈,DCU成为大势所趋。未来,汽车电气架构将朝着集中式、轻量精简、可拓展(软硬件解耦)的方向转变。集中式架构下,分散的ECU将被部分集中到算力强大、功能范围广的域控制器DCU中,避免了ECU数量膨胀。以域集中式架构为例,它依据汽车电子部件功能将整车划分为动力总成、车辆安全、车身电子、智能座舱和智能驾驶等几个域,用域控单元DCU较为集中的控制每个域,从而为更复杂的功能提供支撑。目前,特斯拉、大众、宝马等主机厂和新兴造车势力对于电气架构的设计都开始由分布式向集中式升级转变。
目前,信息娱乐域、辅助/自动驾驶域采用DCU趋势已非常明确,原因在于二者对高性能定制硬件(性能性DCU)有刚性需求:前者用于驱动显示,后者用于图像处理和深度学习,相同功能情况下集中式架构比分布式架构成本更低。部分领先车企也开始推动动力总成、底盘和车身的跨域融合,例如特斯拉Model3、大众MEB平台E3架构。特斯拉作为软硬件开发能力雄厚的行业先驱,率先在其Model3车型采用区域集中式架构,其前车身控制器、左车身控制器、右车身控制器相当于集成了传统车的14个ECU。
3.2.1.汽车智能化加速,“软件定义汽车”打破传统汽车供应格局
电器化架构的变革驱动汽车供应格局的改变,传统供应链模式被重塑。芯片、软件是域控制器的灵魂。域控制器作为未来汽车架构中的“指挥者”,需要靠芯片、软件、算法等结合实现功能。随着汽车智能化加速,尤其是迈入高级别自动驾驶时代,汽车软件和芯片的重要性不断提升,汽车芯片厂商和软件系统提供商的重要性日益凸显。汽车传统供应链为Tier2→Tier1→OEM的塔状模式,Tier2向Tier1提供专业性较强的总成系统及模块拆分零部件,Tier1(系统集成商)向整车厂提供一体化产品和方案。随着电气化架构变革的持续推进,整车厂不再满足于Tier1的“黑盒”供应模式,而是希望直接与核心底层零部件企业进行合作,甚至完成从底层芯片到电控系统的自主开发和垂直整合,汽车供应格局发生改变。
面对汽车供应格局的改变,Tier1或将重心放在芯片与软件的布局,而选择将部分电子控制器外包。对于Tier1而言,在架构集中化的趋势下,单一功能的ECU的重要性会有所降低,未来或将把重心放在多功能DCU的研发和升级上。以博世为例,博世于年1月开始运营拥有1.7万名员工的跨域计算解决方案新部门,进行车载计算平台的研发,从而在未来提供从车载计算机、传感器到控制单元的软硬件相结合的一站式方案。与此同时,Tier1近年来开始将部分非核心ECU由自研转向外包,且外包比例不断扩大,原因在于相比于Tier1厂商,独立控制器企业具备更低的采购成本优势,外包控制器有望为Tier1降本提效。
电子控制器外包将为国内优质智能控制器厂商带来较大的业务增长空间。在家用电器领域,家电巨头伊莱克斯、惠而浦、西门子已经全面外包控制器,电动工具领域的TTI也已全面外包控制器,且中国供应商占据了主要份额。汽车行业有望复制家电和电动工具发展模式,整车厂和Tier1将控制器外包给专业的控制器厂商或将成为主流。国内优质厂商凭借自身的技术实力和成本优势,有望获得接盘机会,抢占市场份额。目前,以和而泰为代表的国内控制器龙头企业已经开始承接控制器外包需求:大众已将车灯控制器外包给科博达,博格华纳将加热控制器外包给和而泰。
3.2.2.汽车电子控制市场天花板高,国内优质厂商业务增长空间大
随着汽车智能化、电动化程度不断提升,自动驾驶系统、信息娱乐与网联系统部件在车型上不断渗透,汽车电子成本占总整车成本比例提升。根据前瞻产业研究院数据,汽车电子在整车制造成本中的占比预计年将接近50%。分车型看,新能源汽车电子成本比例高于传统燃油车,豪华车高于中低端车。
汽车控制器作为汽车电子的重要组成部分,不断实现“量价双升”。一方面,车灯控制器、底盘控制器、电子水泵、油泵微电机控制器等分布式控制器的数量和价值量在汽车智能化、电动化的趋势下增多。以底盘控制器为例,随着底盘电子从简单的防抱死功能逐渐升级到承担辅助驾驶的自动跟踪功能,控制器的性能和算法持续提升,产品单车价值从提升。
另一方面,电气架构的升级和智能座舱、自动驾驶、车联网的发展引入新的域控制器,带来新的DCU增量需求。单车的控制器数量约50个,均价按元计算,单车价值量约元,未来在DCU的拉动下单车价值量有望提升到美元左右,单车价值量超一万元人民币。
从下游应用领域来看,在环保需求日益提升以及消费升级的牵引下,市场需求逐渐转向汽车电子占比更高的中高档车型、混合动力车型以及纯电动车型,进一步打开汽车电子控制器的需求空间。随着全球生态环境意识进一步加强,各国在交通领域陆续出台一系列新能源车扶持政策和燃油车禁售计划,配合新能源汽车配套基础设施不断完善,混合动力车型和纯电动车型的需求持续增长。据EVTank预测,年全球新能源乘用车销量将增长到年的万辆,-年CAGR32.6%。新能源汽车作为电动化、智能化、网联化的代表,实现了以三电系统为主的动力系统变革,对于电子技术依赖强,新能源车的蓬勃发展为电子控制器带来较大发展空间。另一方面,在消费升级的大背景下,高端汽车品牌相继降低购车门槛,推出入门级车型,叠加减税政策逐步发力,中高档车型的销量和市场份额也增长喜人。
在价量双升的驱动下,汽车电子控制器的市场天花板非常高。据麦肯锡预计,年全球DCU市场规模20亿美元,ECU市场规模亿美元,到年ECU+DCU总体市场规模有望达到亿美元,年达亿美元。
4.风险提示
(1)原材料价格波动剧烈。智能控制器厂商上游原材料种类众多,若电子元器件供应短缺、价格大幅上涨,控制器厂商可能面临供货短缺压力
(2)下游需求不及预期。智能控制器行业受下游需求影响大,若家电、汽车、电动工具市场发展不及预期,则将对智控行业产生不利影响
(3)海外疫情恢复不及预期及汇率波动风险。拓邦和和而泰海外业务占比高,产能全球布局,若海外疫情反复,工厂生产不及预期,以及汇率波动剧烈,将对公司产生不利影响
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
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