2023, mașina nebună MCU

01 Istoria de creștere a MCU

MCU, microcontroler, are un nume binecunoscut: microcomputer cu un singur cip.

Este un loc foarte plăcut este să mutați un set de sistem de calculator de bază pe un cip, inclusiv versiunea internă a portului serial al contorului CPU RAM ROM IO, deși performanța nu este cu siguranță la fel de largă ca un computer, dar este programabilă și cu putere redusă. flexibil, astfel încât în ​​electronica de consum, comunicarea industriei medicale Mașinile au o gamă foarte largă de aplicații.

S-a născut în 1971, Intel a proiectat primul microprocesor din lume – cip cu numărul 4004 pe 4 biți, acest cip integrează peste 2.000 de tranzistori, iar Intel a proiectat și cipuri 4001, 4002, 4003, RAM, ROM și registre.

Când aceste patru produse au ieșit pe piață, Intel a scris în reclamă „Anunțați o nouă eră a circuitelor integrate: microcalculatoare condensate pe un singur cip”.La acea vreme, minicalculatoarele și mainframe-urile erau în principal procesoare pe 8 și 16 biți, așa că Intel a lansat curând microprocesorul 8008 pe 8 biți în 1972 pentru a câștiga rapid piața, deschizând era microcalculatoarelor cu un singur cip.

În 1976, Intel a lansat primul controler programabil de microcomputer 8748 din lume, care integrează CPU de 8 biți, I/O paralele de 8 biți, contor de 8 biți, RAM, ROM etc., care poate satisface nevoile de control industrial general și instrumentație, reprezentată de 8748, deschizând explorarea microcalculatoarelor cu un singur cip în domeniul industrial.

În anii 1980, microcalculatoarele cu un singur cip pe 8 biți au început să devină mai mature, capacitatea RAM și ROM a crescut, în general cu interfețe seriale, sisteme de procesare a întreruperilor pe mai multe niveluri, contoare multiple pe 16 biți etc. În 1983, Intel a lansat MCS -Seria 96 de microcontrolere de înaltă performanță pe 16 biți, cu 120.000 de tranzistori integrati.

Din anii 1990, microcomputerul cu un singur cip a intrat în stadiul a o sută de școli de gândire, în performanță, viteză, fiabilitate, integrare în plină floare, în funcție de numărul de biți ai magistralei sau a registrelor de date, din cei 4 biți inițiali. dezvoltat treptat, cu microcalculatoare cu un singur cip pe 8 biți, 16 biți, 32 biți și 64 biți.

În prezent, setul de instrucțiuni al MCU-urilor este împărțit în principal în CISC și RISC, iar arhitectura de bază este în principal ARM Cortex, Intel 8051 și RISC-V.

Potrivit China General Microcontroller (MCU) Market Brief din 2020, produsele MCU pe 32 de biți reprezintă până la 55% din piață, urmate de produsele pe 8 biți, reprezentând 43%, produsele pe 4 biți reprezentând 2%, 16 Produsele -biți reprezentând 1%, se poate observa că produsele principale de pe piață sunt MCU-uri pe 32 de biți și 8 biți, iar spațiul de piață al produselor MCU pe 16 biți a fost puternic stors.

Produsele setului de instrucțiuni CISC au reprezentat 24% din piață, produsele setului de instrucțiuni RISC au reprezentat 76% din produsele principale ale pieței;Produsele de bază Intel 8051 au reprezentat 22% din piață, urmate de produsele ARM Cortex-M0, reprezentând 20%, produsele ARM Cortex-M3 au reprezentat 14%, produsele ARM Cortex-M4 au reprezentat 12%, produsele ARM Cortex-M0+ au reprezentat 5%, produsele ARM Cortex-M23 au reprezentat 1%, produsele de bază RISC-V au reprezentat 1%, iar altele au reprezentat 24%.Produsele ARM Cortex-M0+ au reprezentat 5%, produsele ARM Cortex-M23 au reprezentat 1%, produsele de bază RISC-V au reprezentat 1%, iar altele au reprezentat 24%.În ansamblu, nucleele din seria ARM Cortex reprezintă 52% din curentul principal al pieței.

Piața MCU s-a confruntat cu scăderi semnificative ale prețurilor în ultimii 20 de ani, dar scăderea prețului său mediu de vânzare (ASP) a încetinit în ultimii cinci ani.După ce s-a confruntat cu scăderea industriei auto, slăbiciunea economică globală și criza epidemică, piața MCU a început să se redreseze în 2020. Potrivit IC Insights, livrările MCU au crescut cu 8% în 2020, iar totalul livrărilor MCU în 2021 a crescut la 12%, un record de 30,9 miliarde, în timp ce ASP-urile au crescut și ele cu 10%, cea mai mare creștere din 25 de ani.

IC Insights se așteaptă ca livrările MCU să atingă 35,8 miliarde de unități în următorii cinci ani, cu vânzări totale de 27,2 miliarde USD.Dintre acestea, vânzările de MCU pe 32 de biți sunt de așteptat să atingă 20 de miliarde de dolari, cu o rată de creștere anuală compusă de 9,4%, MCU-urile pe 16 biți vor ajunge la 4,7 miliarde de dolari, iar MCU-urile pe 4 biți nu vor avea o creștere.

02 Mașină MCU depășire nebună

Electronica auto este cel mai mare scenariu de aplicare al MCU-urilor.IC Insights se așteaptă ca vânzările de MCU la nivel mondial să crească cu 10%, până la un record de 21,5 miliarde de dolari în 2022, MCU-urile pentru automobile crescând mai mult decât majoritatea celorlalte piețe finale.

Peste 40% din vânzările de MCU provin din electronice pentru automobile, iar vânzările de MCU pentru automobile sunt de așteptat să crească la un CAGR de 7,7% în următorii cinci ani, depășind MCU-urile de uz general (7,3%).

În prezent, MCU-urile auto sunt în principal pe 8 biți, 16 biți și 32 de biți, iar diferiți biți de MCU-uri joacă diferite locuri de muncă.

Specific:

MCU pe 8 biți este utilizat în principal pentru funcții de control relativ de bază, cum ar fi controlul scaunelor, aparatelor de aer condiționat, ventilatoarelor, ferestrelor și modulelor de control al ușilor.

MCU pe 16 biți este utilizat în principal pentru corpul inferior, cum ar fi motorul, frâna electronică, sistemul de suspensie și alte sisteme de putere și transmisie.

MCU pe 32 de biți se potrivește cu inteligența auto și este utilizat în principal pentru scenarii de aplicații inteligente și sigure de ultimă generație, cum ar fi divertismentul în cabină, ADAS și controlul corpului.

În această etapă, MCU-urile pe 8 biți cresc în performanță și capacitatea de memorie și, cu propria lor eficiență a costurilor, pot înlocui unele MCU-uri pe 16 biți în aplicații și sunt, de asemenea, compatibile înapoi cu MCU-urile pe 4 biți.MCU-ul pe 32 de biți va juca un rol de control principal din ce în ce mai important în întreaga arhitectură E/E auto, care poate gestiona patru unități ECU dispersate de gama joasă și medie, iar numărul de utilizări va continua să crească.

Situația de mai sus face ca MCU pe 16 biți să fie într-o poziție relativ incomodă, nu ridicată, ci scăzută, dar în unele scenarii de aplicație, este încă util, cum ar fi unele aplicații cheie ale sistemelor de propulsie.

Inteligența auto a stimulat în mod semnificativ cererea pentru MCU-uri pe 32 de biți, cu mai mult de trei sferturi din vânzările de MCU-uri pentru automobile provenind de la MCU-uri pe 32 de biți în 2021, estimate să ajungă la aproximativ 5,83 miliarde USD;MCU-urile pe 16 biți vor genera venituri de aproximativ 1,34 miliarde USD;și MCU-urile pe 8 biți vor genera venituri de aproximativ 441 de milioane de dolari, potrivit raportului McClean.

La nivel de aplicație, infotainmentul este scenariul de aplicație cu cea mai mare creștere de la an la an a vânzărilor de MCU auto, cu o creștere de 59% în 2021 față de 2020 și o creștere de 20% a veniturilor pentru scenariile rămase.

Acum, tot controlul electronic al mașinii pentru a utiliza ECU (unitate de control electronică), iar MCU este ECU cipul de control de bază, fiecare ECU are cel puțin un MCU, astfel încât stadiul actual al transformării și îmbunătățirii electrificării inteligente a determinat cererea de Utilizarea unui singur vehicul MCU va crește.

Potrivit datelor de la Departamentul de cercetare al Comitetului de experți în marketing auto al Institutului de marketing din China, numărul mediu de ECU transportate de mașinile obișnuite cu combustibil tradițional este de 70;numărul de ECU transportate de mașinile tradiționale de lux cu combustibil poate ajunge la 150 din cauza cerințelor de performanță mai ridicate pentru scaune, control central și divertisment, stabilitate și siguranță a caroseriei;iar numărul mediu de ECU transportate de mașinile inteligente poate ajunge la 300 din cauza noilor cerințe software și hardware pentru conducerea autonomă și conducerea asistată, ceea ce corespunde cu cantitatea de MCU utilizată de mașinile individuale va ajunge, de asemenea, la peste 300.

Cererea puternică de MCU de la producătorii de automobile este deosebit de evidentă în 2021, când există o lipsă de nuclee din cauza epidemiei.În acel an, multe companii auto au fost nevoite să închidă pentru scurt timp unele linii de producție din cauza lipsei de nuclee, dar vânzările de MCU-uri auto au crescut cu 23%, până la 7,6 miliarde de dolari, un nivel record.

Majoritatea cipurilor pentru automobile sunt produse folosind wafer-uri de 8 inchi, unii producători, cum ar fi TI la transfer de linie de 12 inchi, IDM va face, de asemenea, parte din turnatoria de externalizare a capacității, care este dominată de MCU, aproximativ 70% din capacitatea de TSMC .Cu toate acestea, afacerea auto în sine reprezintă o mică parte din TSMC, iar TSMC se concentrează pe domeniul tehnologiei avansate de proces al electronicelor de larg consum, astfel încât piața MCU pentru automobile este deosebit de limitată.

Lipsa de cipuri auto condusă de întreaga industrie a semiconductoarelor a dus, de asemenea, la un val de expansiune, principalele turnătorii și fabricile IDM pentru a extinde în mod activ producția, dar accentul este diferit.

Uzina TSMC Kumamoto este de așteptat să fie pusă în funcțiune până la sfârșitul anului 2024, pe lângă procesul de 22/28 nm, va furniza în continuare procese de 12 și 16 nm, iar uzina din Nanjing va extinde producția la 28 nm, cu o capacitate de producție lunară de 40.000 bucăți;

SMIC intenționează să extindă producția cu cel puțin 45.000 de napolitane de 8 inchi și cel puțin 10.000 de napolitane de 12 inchi în 2021 și să construiască o linie de producție de 12 inchi cu o capacitate lunară de 120.000 de napolitane în Lingang, concentrându-se pe nodurile de 28 nm și mai sus.

Huahong se așteaptă să accelereze extinderea capacității de producție de 12 inchi la 94.500 de bucăți în 2022;

Renesas și-a anunțat participația în fabrica TSMC din Kumamoto cu intenția de a extinde externalizarea și își propune să crească oferta de MCU pentru automobile cu 50% până în 2023, cu capacitatea MCU de ultimă generație estimată să crească cu 50% și capacitatea MCU de ultimă generație cu aproximativ 70% comparativ cu sfârșitul anului 2021.

STMicroelectronics va investi 1,4 miliarde de dolari în 2022 pentru extindere și intenționează să dubleze capacitatea fabricilor sale europene până în 2025, în principal pentru a crește capacitatea de 12 inchi, iar pentru capacitatea de 8 inchi, STMicroelectronics va face upgrade selectiv pentru produse care nu necesită 12 inchi. tehnologie inch.

Texas Instruments va adăuga patru noi fabrici, prima fabrică este de așteptat să fie pusă în funcțiune în 2025, iar a treia și a patra uzină vor fi construite între 2026 și 2030;

ON Semiconductor și-a majorat investiția de capital la 12%, în principal pentru extinderea capacității de wafer de 12 inchi.

IC Insights are date interesante că ASP-ul tuturor MCU-urilor pe 32 de biți scade la un CAGR de -4,4% de la an la an între 2015 și 2020, dar crește cu aproximativ 13% la aproximativ 0,72 USD în 2021. Reflectat în piața spot , fluctuația prețului MCU-ului auto este mai evidentă: MCU-ul NXP pe 32 de biți FS32K144HAT0MLH cu un preț constant de 22 USD a crescut la 550 USD, o gamă de peste 20 de ori, care era unul dintre cele mai rare cipuri auto la acea vreme.

MCU auto Infineon pe 32 de biți SAK-TC277TP-64F200N DC a crescut la 4.500 de yuani, o creștere de aproape 100 de ori, aceeași serie de SAK-TC275T-64F200N DC a crescut la peste 2.000 de yuani.

Pe de altă parte, electronicele de consum inițial fierbinți au început să se răcească, cererea slabă, precum și accelerarea înlocuirii interne, făcând să scadă prețurile MCU de uz general pentru consumatori, unele modele de cip ST, cum ar fi F0/F1/F3 prețurile seriei s-au apropiat de prețul normal și chiar zvonurile pieței că prețul unor MCU-uri au scăzut prin prețul agenției.

Cu toate acestea, MCU-urile auto precum Renesas, NXP, Infineon și ST sunt încă într-o stare relativă de deficit.De exemplu, prețul MCU de înaltă performanță pe 32 de biți de la ST STM32H743VIT6 a urcat la 600 de yuani la sfârșitul anului trecut, în timp ce prețul său era de doar 48 de yuani în urmă cu doi ani.Creșterea este de peste 10 ori;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC prețul de piață în octombrie anul trecut la aproximativ 1200 USD, decembrie oferă până la 3800 USD și chiar și pe site-uri web terțe oferă mai mult de 5000 USD.

03 Piața este mare, iar producția internă este mică

Peisajul competitiv MCU este la fel de dominat de giganți de peste mări precum întregul mediu competitiv al semiconductorilor.În 2021, primii cinci furnizori de MCU au fost NXP, Microchip, Renesas, ST și Infineon.Acești cinci furnizori de MCU au reprezentat 82,1% din totalul vânzărilor globale, comparativ cu 72,2% în 2016, dimensiunea companiilor principale crescând în anii intermediari.

În comparație cu MCU de consum și industrial, pragul de certificare a MCU auto este ridicat și perioada de certificare este lungă, sistemul de certificare include certificare standard ISO26262, certificare standard AEC-Q001~004 și IATF16949, certificare standard AEC-Q100/Q104, dintre care ISO26262 pe siguranța funcțională auto este împărțită în patru niveluri de la ASIL-A la D. De exemplu, șasiul și alte scenarii au cele mai înalte cerințe de siguranță și necesită certificare la nivel ASIL-D, puțini producători de cipuri pot îndeplini condițiile.

Conform datelor Strategy Analysis, piața globală și internă a MCU auto este ocupată în principal de NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, cu o cotă de piață de 85%.Deși MCU-urile pe 32 de biți sunt încă monopolizate de giganți de peste mări, unele companii interne au luat amploare.

04 Concluzie

Dezvoltarea rapidă a vehiculelor electrice inteligente, astfel încât o serie de producători de cipuri de consum s-au alăturat, cum ar fi Nvidia, Qualcomm, Intel au fost în cockpitul inteligent, descoperiri cip de conducere autonomă, comprimând spațiul de supraviețuire al vechilor producători de cipuri auto.Dezvoltarea MCU-urilor auto a trecut de la concentrarea pe auto-dezvoltare și îmbunătățirea performanței la o competiție generală pentru reducerea costurilor, păstrând în același timp avantajele tehnologice.

Odată cu arhitectura E/E auto de la controlul distribuit la controlul domeniului și, în cele din urmă, către integrarea centrală, vor fi din ce în ce mai multe multifuncționale și vor fi înlocuite cipuri simple low-end, de înaltă performanță, putere de calcul ridicată și alte high-end. cipurile vor deveni punctul central al viitoarei competiții de cipuri de automobile, deoarece rolul principal de control al MCU de către viitoarea reducere a numărului ECU este relativ mic, cum ar fi ECU de control al șasiului Tesla, unul singur conține 3-4 MCU, dar o funcție simplă de va fi integrat MCU de bază.În ansamblu, piața pentru MCU-uri auto și spațiul pentru înlocuirea internă în următorii ani este, fără îndoială, vastă.