2023, šialené auto MCU

01 História rastu MCU

MCU, mikrokontrolér, má známy názov: jednočipový mikropočítač.

Skutočne sladkým miestom je presunúť sadu základného počítačového systému na čip, vrátane internej verzie CPU RAM ROM IO počítadla sériového portu, aj keď výkon určite nie je taký široký ako počítač, ale je programovateľný s nízkou spotrebou a flexibilné, takže v spotrebnej elektronike, medicínskom priemysle komunikácie Autá majú veľmi široké uplatnenie.

Zrodil sa v roku 1971, Intel navrhol prvý mikroprocesor na svete – 4-bitový čip číslo 4004, tento čip integruje viac ako 2000 tranzistorov a Intel navrhol aj čipy 4001, 4002, 4003, RAM, ROM a registre.

Keď sa tieto štyri produkty dostali na trh, Intel v reklame napísal: „Oznámte novú éru integrovaných obvodov: mikropočítače kondenzované na jedinom čipe.V tom čase boli minipočítače a sálové počítače hlavne 8-bitové a 16-bitové procesory, takže Intel čoskoro v roku 1972 uviedol na trh 8-bitový mikroprocesor 8008, aby rýchlo získal trh a otvoril éru jednočipových mikropočítačov.

V roku 1976 spoločnosť Intel uviedla na trh prvý programovateľný mikropočítačový radič 8748 na svete, ktorý integruje 8-bitový CPU, 8-bitové paralelné I/O, 8-bitové počítadlo, RAM, ROM atď., ktoré môžu spĺňať potreby všeobecného priemyselného riadenia a prístrojové vybavenie, zastúpené 8748, otvárajúce prieskum jednočipových mikropočítačov v priemyselnej oblasti.

V osemdesiatych rokoch sa 8-bitové jednočipové mikropočítače začali stávať vyspelejšími, kapacita RAM a ROM sa zvýšila, vo všeobecnosti so sériovými rozhraniami, viacúrovňovými systémami spracovania prerušenia, viacerými 16-bitovými čítačmi atď. V roku 1983 spoločnosť Intel uviedla na trh MCS -96 séria 16-bitových vysokovýkonných mikrokontrolérov so 120 000 integrovanými tranzistormi.

Od 90. rokov vstúpil jednočipový mikropočítač do štádia stovky myšlienkových prúdov, čo sa týka výkonu, rýchlosti, spoľahlivosti, integrácie v plnom kvete, podľa počtu bitov zbernice alebo dátových registrov, od počiatočných 4 bitov. postupne sa vyvíjali, s 8-bitovými, 16-bitovými, 32-bitovými a 64-bitovými jednočipovými mikropočítačmi.

V súčasnosti sa inštrukčná sada MCU delí hlavne na CISC a RISC a jadrom architektúry je hlavne ARM Cortex, Intel 8051 a RISC-V.

Podľa 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief tvoria 32-bitové produkty MCU až 55 % trhu, nasledujú 8-bitové produkty, ktoré predstavujú 43 %, 4-bitové produkty predstavujú 2 %, 16 -bitové produkty, ktoré predstavujú 1 %, je možné vidieť, že hlavnými produktmi na trhu sú 32-bitové a 8-bitové MCU a trhový priestor 16-bitových produktov MCU bol vážne stlačený.

Produkty s inštrukčnými sadami CISC predstavovali 24 % trhu, produkty s inštrukčnými sadami RISC tvorili 76 % bežných produktov na trhu;Základné produkty Intel 8051 tvorili 22 % trhu, za nimi nasledovali produkty ARM Cortex-M0 s podielom 20 %, produkty ARM Cortex-M3 tvorili 14 %, produkty ARM Cortex-M4 tvorili 12 %, produkty ARM Cortex-M0+ tvorili 5 %, produkty ARM Cortex-M23 tvorili 1 %, jadrové produkty RISC-V tvorili 1 % a ostatné tvorili 24 %.Produkty ARM Cortex-M0+ tvorili 5 %, produkty ARM Cortex-M23 1 %, produkty jadra RISC-V 1 % a ostatné 24 %.Celkovo tvoria jadrá série ARM Cortex 52 % hlavného prúdu trhu.

Trh s MCU čelil za posledných 20 rokov výraznému poklesu cien, ale jeho priemerný pokles predajnej ceny (ASP) sa za posledných päť rokov spomalil.Po poklese v automobilovom priemysle, globálnej ekonomickej slabosti a epidemickej kríze sa trh s MCU začal v roku 2020 zotavovať. Podľa IC Insights sa dodávky MCU v roku 2020 zvýšili o 8 % a celkové dodávky MCU v roku 2021 vzrástli na 12 %, čo je rekordné maximum 30,9 miliardy, zatiaľ čo ASP tiež vzrástli o 10 %, čo je najvyšší nárast za 25 rokov.

IC Insights očakáva, že dodávky MCU dosiahnu v priebehu nasledujúcich piatich rokov 35,8 miliardy jednotiek s celkovým obratom 27,2 miliardy USD.Z toho sa očakáva, že predaj 32-bitových MCU dosiahne 20 miliárd USD so zloženou ročnou mierou rastu 9,4 %, 16-bitové MCU by mali dosiahnuť 4,7 miliardy USD a 4-bitové MCU by nemali vykazovať rast.

02 Auto MCU šialené predbiehanie

Automobilová elektronika je najväčším aplikačným scenárom MCU.IC Insights očakáva, že celosvetový predaj MCU vzrastie v roku 2022 o 10 % na rekordných 21,5 miliardy USD, pričom automobilové MCU porastú viac ako väčšina ostatných koncových trhov.

Viac ako 40 % predajov MCU pochádza z automobilovej elektroniky a očakáva sa, že predaj automobilových MCU počas nasledujúcich piatich rokov porastie s CAGR 7,7 %, čím prekoná univerzálne MCU (7,3 %).

V súčasnosti sú automobilové MCU hlavne 8-bitové, 16-bitové a 32-bitové a rôzne bity MCU hrajú rôzne úlohy.

Konkrétne:

8-bitový MCU sa používa hlavne na relatívne základné ovládacie funkcie, ako je ovládanie sedadiel, klimatizácií, ventilátorov, okien a modulov ovládania dverí.

16-bitový MCU sa používa hlavne pre spodnú časť tela, ako je motor, elektronická brzda, systém odpruženia a iné systémy výkonu a prevodovky.

32-bitový MCU vyhovuje automobilovej inteligencii a používa sa hlavne pre špičkové inteligentné a bezpečné scenáre aplikácií, ako je zábava v kokpite, ADAS a ovládanie karosérie.

V tejto fáze 8-bitové MCU rastú vo výkone a kapacite pamäte a s vlastnou nákladovou efektívnosťou môžu nahradiť niektoré 16-bitové MCU v aplikáciách a sú tiež spätne kompatibilné so 4-bitovými MCU.32-bitový MCU bude hrať čoraz dôležitejšiu hlavnú riadiacu úlohu v celej automobilovej E/E architektúre, ktorá dokáže spravovať štyri rozptýlené ECU jednotky nižšej a strednej triedy a počet použití bude stále narastať.

Vyššie uvedená situácia spôsobuje, že 16-bitový MCU je v pomerne nepríjemnej pozícii, nie vysoko, ale nízko, ale v niektorých aplikačných scenároch je stále užitočný, ako sú niektoré kľúčové aplikácie systémov pohonu.

Automobilová inteligencia výrazne zvýšila dopyt po 32-bitových MCU, pričom viac ako tri štvrtiny predajov automobilových MCU pochádzajú z 32-bitových MCU v roku 2021, pričom sa očakáva, že dosiahnu približne 5,83 miliardy USD;16-bitové MCU budú generovať príjmy približne 1,34 miliardy USD;a 8-bitové MCU budú podľa správy McClean generovať príjmy vo výške približne 441 miliónov dolárov.

Na aplikačnej úrovni je infotainment aplikačným scenárom s najvyšším medziročným nárastom predaja automobilových MCU, s 59 % rastom v roku 2021 v porovnaní s rokom 2020 a 20 % rastom výnosov pre zostávajúce scenáre.

Teraz všetko elektronické ovládanie vozidla používa ECU (elektronická riadiaca jednotka) a MCU je základný riadiaci čip ECU, každá ECU má aspoň jednu MCU, takže súčasná fáza transformácie a modernizácie inteligentnej elektrifikácie vyvolala dopyt po Zvýšenie používania jedného vozidla MCU.

Podľa údajov z výskumného oddelenia Odborného výboru pre automobilový marketing Čínskeho marketingového inštitútu je priemerný počet ECU prepravovaných bežnými automobilmi na tradičné palivo 70;počet ECU prepravovaných luxusnými automobilmi na tradičné palivá môže dosiahnuť 150 z dôvodu vyšších výkonnostných požiadaviek na sedadlá, centrálne ovládanie a zábavu, stabilitu a bezpečnosť tela;a priemerný počet ECU prenášaných inteligentnými autami môže dosiahnuť 300 z dôvodu nových softvérových a hardvérových požiadaviek na autonómne riadenie a asistované riadenie, čo zodpovedá množstvu MCU, ktoré používajú jednotlivé autá, tiež viac ako 300.

Silný dopyt po MCU zo strany výrobcov automobilov je zrejmý najmä v roku 2021, keď je v dôsledku epidémie nedostatok jadier.V tom roku museli mnohé automobilky nakrátko odstaviť niektoré výrobné linky kvôli nedostatku jadier, ale predaj automobilových MCU vzrástol o 23 % na 7,6 miliardy dolárov, čo je rekordné maximum.

Väčšina automobilových čipov sa vyrába pomocou 8-palcových waferov, niektorí výrobcovia ako TI na 12-palcový prenos linky, IDM bude tiež súčasťou zlievarne outsourcingu kapacít, v ktorej dominuje MCU, asi 70 % kapacity TSMC .Avšak samotný automobilový priemysel predstavuje malú časť TSMC a TSMC sa zameriava na oblasť pokročilých procesných technológií spotrebnej elektroniky, takže trh s MCU pre automobily je obzvlášť vzácny.

Nedostatok automobilových čipov na čele s celým polovodičovým priemyslom tiež vyvolal vlnu expanzie, veľké zlievarne a závody IDM aktívne rozširovali výrobu, no zameranie je iné.

Očakáva sa, že závod TSMC Kumamoto bude uvedený do prevádzky do konca roka 2024, okrem 22/28nm procesu bude ďalej poskytovať 12 a 16nm procesy a závod v Nanjingu rozšíri výrobu na 28nm s mesačnou výrobnou kapacitou 40 000 kusov;

SMIC plánuje v roku 2021 rozšíriť výrobu o najmenej 45 000 8-palcových doštičiek a najmenej 10 000 12-palcových doštičiek a postaviť 12-palcovú výrobnú linku s mesačnou kapacitou 120 000 doštičiek v Lingangu so zameraním na nodes8nm a vyššie

Huahong očakáva zrýchlenie rozšírenia 12-palcovej výrobnej kapacity na 94 500 kusov v roku 2022;

Spoločnosť Renesas oznámila svoj podiel v závode TSMC v Kumamoto so zámerom rozšíriť outsourcing a jej cieľom je do roku 2023 zvýšiť dodávky automobilových MCU o 50 %, pričom sa očakáva zvýšenie kapacity MCU vyššej kategórie o 50 % a kapacity MCU nižšej kategórie približne o 70 %. v porovnaní s koncom roka 2021.

STMicroelectronics v roku 2022 investuje 1,4 miliardy dolárov do rozšírenia a do roku 2025 plánuje zdvojnásobiť kapacitu svojich európskych závodov, najmä na zvýšenie 12-palcovej kapacity, a pre 8-palcovú kapacitu bude STMicroelectronics selektívne aktualizovať produkty, ktoré nevyžadujú 12-palcovú kapacitu. palcová technológia.

Texas Instruments pridá štyri nové závody, prvý závod by mal byť uvedený do prevádzky v roku 2025 a tretí a štvrtý závod budú postavené v rokoch 2026 až 2030;

ON Semiconductor zvýšil svoju kapitálovú investíciu na 12 %, hlavne pre rozšírenie kapacity 12-palcových plátkov.

IC insights má zaujímavé údaje, že ASP všetkých 32-bitových MCU medziročne klesá s CAGR -4,4 % medzi rokmi 2015 a 2020, ale v roku 2021 vzrastie o približne 13 % na približne 0,72 USD. Odráža sa na spotovom trhu , cenové kolísanie automobilového MCU je očividnejšie: 32-bitový MCU NXP FS32K144HAT0MLH so stálou cenou 22 USD vzrástol až na 550 USD, čo je rozsah viac ako 20-krát, čo bol v tom čase jeden z najvzácnejších automobilových čipov.

32-bitový automobilový MCU Infineon SAK-TC277TP-64F200N DC vzrástol na 4 500 juanov, čo je takmer 100-násobný nárast, rovnaká séria SAK-TC275T-64F200N DC tiež vzrástla na viac ako 2 000 juanov.

Na druhej strane, pôvodne horúca spotrebná elektronika sa začala ochladzovať, slabý dopyt, ako aj zrýchlenie domácej substitúcie, čo spôsobilo pokles všeobecných spotrebiteľských cien MCU, niektoré modely čipov ST ako F0/F1/F3 ceny sérií sa priblížili k bežnej cene a dokonca aj trhové zvesti, že cena niektorých MCU klesla cez cenu agentúry.

Automobilové MCU ako Renesas, NXP, Infineon a ST sú však stále v stave relatívneho nedostatku.Napríklad cena vysokovýkonného 32-bitového MCU STM32H743VIT6 od ST sa koncom minulého roka vyšplhala na 600 juanov, pričom pred dvoma rokmi bola jeho cena len 48 juanov.Nárast je viac ako 10-násobný;Trhová cena Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC v októbri minulého roka bola približne 1 200 USD, v decembri až 3 800 USD a dokonca aj na webových stránkach tretích strán ponúkajú viac ako 5 000 USD.

03 Trh je veľký a domáca produkcia malá

Konkurenčnému prostrediu MCU dominujú zámorskí giganti ako celému konkurenčnému prostrediu v oblasti polovodičov.V roku 2021 boli piatimi najlepšími dodávateľmi MCU NXP, Microchip, Renesas, ST a Infineon.Týchto päť predajcov MCU predstavovalo 82,1 % celkových globálnych tržieb v porovnaní so 72,2 % v roku 2016, pričom veľkosť hlavných spoločností v medziobdobí rástla.

V porovnaní so spotrebiteľskými a priemyselnými MCU je prah certifikácie automobilového MCU vysoký a certifikačné obdobie je dlhé, certifikačný systém zahŕňa štandardnú certifikáciu ISO26262, štandardnú certifikáciu AEC-Q001~004 a IATF16949, štandardnú certifikáciu AEC-Q100/Q104, z toho ISO26262 na automobilová funkčná bezpečnosť je rozdelená do štyroch úrovní ASIL-A až D. Napríklad podvozok a ďalšie scenáre majú najvyššie bezpečnostné požiadavky a vyžadujú certifikáciu úrovne ASIL-D, len málo výrobcov čipov dokáže splniť podmienky.

Podľa údajov strategickej analýzy je globálny a domáci automobilový trh MCU obsadený hlavne spoločnosťami NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip s podielom na trhu 85 %.Hoci sú 32-bitové MCU stále monopolizované zámorskými gigantmi, niektoré domáce spoločnosti sa rozbehli.

04 Záver

Rýchly vývoj inteligentných elektrických vozidiel, takže sa pridalo množstvo výrobcov spotrebiteľských čipov, ako napríklad Nvidia, Qualcomm, Intel boli v inteligentnom kokpite, prelomové čipy autonómneho riadenia, čím sa zmenšil priestor na prežitie starých výrobcov automobilových čipov.Vývoj automobilových MCU prešiel od zamerania sa na vlastný vývoj a zlepšovanie výkonu k všestrannej súťaži o zníženie nákladov pri zachovaní technologických výhod.

S automobilovou architektúrou E/E od distribuovanej k doménovému riadeniu a prípadne k centrálnej integrácii sa bude nahrádzať stále viac multifunkčných a jednoduchých čipov nižšej triedy, vysokovýkonných, vysoko výpočtových a iných špičkových čipy sa stanú stredobodom budúcej automobilovej čipovej súťaže, pretože hlavná riadiaca úloha MCU pri budúcom znížení počtu ECU je relatívne malá, ako napríklad ECU riadenia podvozku Tesla, jeden obsahuje 3-4 MCU, ale niektoré jednoduché funkcie bude integrovaný základný MCU.Celkovo je trh s automobilovými MCU a priestor pre domácu substitúciu v najbližších rokoch nepochybne obrovský.