2023 година, лудиот автомобил MCU

01 Историјата на раст на MCU

MCU, микроконтролер, има добро познато име: микрокомпјутер со еден чип.

Навистина слатко место е да се премести сет од основен компјутерски систем на чип, вклучувајќи ја и внатрешната верзија на CPU RAM ROM IO контра сериската порта, иако перформансите секако не се толку широки како компјутер, но се програмираат со мала моќност и флексибилни, така што во потрошувачката електроника, комуникацијата во медицинската индустрија Автомобилите имаат многу широк опсег на апликации.

Роден е во 1971 година, Интел го дизајнираше првиот микропроцесор во светот – 4-битен чип број 4004, овој чип интегрира повеќе од 2.000 транзистори, а Интел дизајнираше и 4001, 4002, 4003 чипови, RAM, ROM и регистри.

Кога овие четири производи излегоа на пазарот, Интел напиша во рекламата „Најавете нова ера на интегрирани кола: микрокомпјутери кондензирани на еден чип“.Во тоа време, миникомпјутерите и главните компјутери беа главно 8-битни и 16-битни процесори, па Интел наскоро го лансираше 8-битниот микропроцесор 8008 во 1972 година за брзо освојување на пазарот, отворајќи ја ерата на микрокомпјутери со еден чип.

Во 1976 година, Интел го лансираше првиот светски програмабилен контролер за микрокомпјутер 8748, кој интегрира 8-битен процесор, 8-битен паралелен влез/излез, 8-битен бројач, RAM, ROM, итн., кој може да ги задоволи потребите на општата индустриска контрола и инструментација, претставена со 8748, отворајќи го истражувањето на микрокомпјутери со еден чип во индустриското поле.

Во 1980-тите, 8-битните микрокомпјутери со еден чип почнаа да стануваат позрели, капацитетот на RAM и ROM се зголеми, генерално со сериски интерфејси, системи за обработка на повеќе нивоа на прекини, повеќе 16-битни бројачи итн. Во 1983 година, Intel го лансираше MCS -96 серија на 16-битни микроконтролери со високи перформанси, со 120.000 интегрирани транзистори.

Од 1990-тите, микрокомпјутерот со еден чип влезе во фаза на сто школи на мислата, во перформанси, брзина, доверливост, интеграција во полн цут, според бројот на битови од магистралата или регистрите на податоци, од почетните 4 бита постепено се развиваше, со 8-битни, 16-битни, 32-битни и 64-битни микрокомпјутери со еден чип.

Во моментов, инструкцискиот сет на MCU е главно поделен на CISC и RISC, а основната архитектура е главно ARM Cortex, Intel 8051 и RISC-V.

Според пазарниот брифинг за генерален микроконтролер во Кина (MCU) за 2020 година, 32-битните MCU производи сочинуваат до 55% од пазарот, проследени со 8-битни производи, кои сочинуваат 43%, 4-битни производи со 2%, 16 -битните производи сочинуваат 1%, може да се види дека главните производи на пазарот се 32-битни и 8-битни MCU, а пазарниот простор на 16-битни MCU производи е сериозно притиснат.

Производите на CISC сет на инструкции сочинуваа 24% од пазарот, RISC инструкциските производи сочинуваат 76% од главните производи на пазарот;Основните производи на Intel 8051 учествуваа со 22% од пазарот, потоа производите ARM Cortex-M0 со 20%, производите на ARM Cortex-M3 со 14%, производите ARM Cortex-M4 со 12%, производите ARM Cortex-M0+ учествуваа со 5%, производите на ARM Cortex-M23 со 1%, основните производи RISC-V со 1%, а другите 24%.Производите на ARM Cortex-M0+ учествуваа со 5%, производите на ARM Cortex-M23 со 1%, основните производи RISC-V со 1%, а другите со 24%.Во целина, јадрата на серијата ARM Cortex сочинуваат 52% од мејнстримот на пазарот.

Пазарот MCU се соочува со значителни падови на цените во текот на изминатите 20 години, но неговиот просечен пад на продажната цена (ASP) забавува во последните пет години.Откако го доживеа падот во автомобилската индустрија, глобалната економска слабост и епидемиската криза, пазарот на MCU почна да закрепнува во 2020 година. Според IC Insights, пратките на MCU се зголемија за 8% во 2020 година, а вкупните испораки на MCU во 2021 година се зголемија на 12%, рекордно високо ниво од 30,9 милијарди, додека ASP исто така се зголемија за 10%, највисок пораст во последните 25 години.

IC Insights очекува испораките на MCU да достигнат 35,8 милијарди единици во следните пет години, со вкупна продажба од 27,2 милијарди долари.Од нив, продажбата на 32-битни MCU се очекува да достигне 20 милијарди долари со сложена годишна стапка на раст од 9,4%, 16-битните MCU се очекува да достигнат 4,7 милијарди долари, а 4-битните MCU не се очекува да покажат раст.

02 Автомобил MCU лудо претекнување

Автомобилската електроника е најголемото апликативно сценарио на MCU.IC Insights очекува продажбата на MCU ширум светот да порасне за 10% до рекордни 21,5 милијарди долари во 2022 година, при што автомобилските MCU ќе растат повеќе од повеќето други крајни пазари.

Повеќе од 40% од продажбата на MCU доаѓаат од автомобилска електроника, а продажбата на автомобилски MCU се очекува да порасне со CAGR од 7,7% во текот на следните пет години, надминувајќи ги MCU за општа намена (7,3%).

Во моментов, автомобилските MCU се главно 8-битни, 16-битни и 32-битни, а различните делови на MCU играат различни работни места.

Поточно:

8-битниот MCU главно се користи за релативно основни контролни функции, како што се контрола на седишта, климатизери, вентилатори, прозорци и контролни модули за врати.

16-битниот MCU главно се користи за долниот дел од телото, како што се моторот, електронската сопирачка, системот за суспензија и други системи за напојување и пренос.

32-битниот MCU одговара на автомобилската интелигенција и главно се користи за висококвалитетни интелигентни и безбедни сценарија за примена, како што се забава во кокпитот, ADAS и контрола на телото.

Во оваа фаза, 8-битните MCU растат во перформансите и капацитетот на меморијата, а со сопствената економичност, тие можат да заменат некои 16-битни MCU во апликациите, а исто така се компатибилни наназад со 4-битни MCU.32-битниот MCU ќе игра сè поважна главната контролна улога во целата автомобилска E/E архитектура, која може да управува со четири расфрлани ECU единици од ниска и средна класа, а бројот на употреби ќе продолжи да се зголемува.

Горенаведената ситуација го прави 16-битниот MCU во релативно непријатна положба, не висока, но ниска, но во некои сценарија на апликацијата, тој е сè уште корисен, како што се некои клучни апликации на системите за погонска група.

Автомобилската интелигенција значително ја зголеми побарувачката за 32-битни MCU, при што повеќе од три четвртини од продажбата на автомобилски MCU доаѓа од 32-битни MCU во 2021 година, што се очекува да достигне околу 5,83 милијарди долари;16-битни MCU ќе генерираат околу 1,34 милијарди долари приход;и 8-битни MCU ќе генерираат околу 441 милиони долари приход, според извештајот на McClean.

На ниво на апликации, инфозабавата е апликативното сценарио со најголем пораст од година во година во продажбата на автомобилски MCU, со 59% раст во 2021 година во споредба со 2020 година и 20% раст на приходите за останатите сценарија.

Сега целата електронска контрола на автомобилот е да се користи ECU (електронска контролна единица), а MCU е главниот контролен чип ECU, секоја ECU има најмалку една MCU, така што сегашната фаза на трансформација и надградба на интелигентната електрификација ја поттикна побарувачката за MCU употребата на едно возило да се зголеми.

Според податоците од Одделот за истражување на експертскиот комитет за автомобилски маркетинг на Кинескиот институт за маркетинг, просечниот број на ECU што ги носат обичните автомобили со традиционални гориво е 70;бројот на ECU што ги носат луксузните автомобили со традиционални гориво може да достигне 150 поради повисоките барања за перформанси за седиштата, централната контрола и забава, стабилноста на каросеријата и безбедноста;а просечниот број на ECU што ги носат паметните автомобили може да достигне 300 поради новите софтверски и хардверски барања за автономно возење и асистирано возење, што одговара на количината на MCU што ја користат единечните автомобили, исто така, ќе достигне повеќе од 300.

Силната побарувачка за MCU од производителите на автомобили е особено очигледна во 2021 година, кога има недостиг на јадра поради епидемијата.Таа година, многу автомобилски компании мораа накратко да затворат некои производствени линии поради недостаток на јадра, но продажбата на автомобилски MCU се зголеми за 23% на 7,6 милијарди долари, што е рекордно високо ниво.

Поголемиот дел од автомобилските чипови се произведуваат со помош на наполитанки од 8 инчи, некои производители како TI на 12-инчен пренос на линија, IDM, исто така, ќе биде дел од леарницата за аутсорсинг на капацитети, во која доминира MCU, околу 70% од капацитетот на TSMC .Сепак, самиот автомобилски бизнис зафаќа мал дел од TSMC, а TSMC се фокусира на полето на напредната процесна технологија на потрошувачка електроника, така што пазарот на автомобилски MCU е особено оскуден.

Недостигот на автомобилски чипови предводени од целата полупроводничка индустрија, исто така, воведе бран на експанзија, големите леарници и фабриките на ИДМ активно да го прошират производството, но фокусот е различен.

Се очекува фабриката TSMC Кумамото да биде ставена во функција до крајот на 2024 година, покрај процесот 22/28 nm, дополнително ќе обезбеди процеси од 12 и 16 nm, а фабриката во Нанџинг ќе го прошири производството на 28 nm, со месечен производствен капацитет од 40.000 парчиња;

SMIC планира да го прошири производството за најмалку 45.000 8-инчни обланди и најмалку 10.000 12-инчни наполитанки во 2021 година и да изгради производствена линија од 12 инчи со месечен капацитет од 120.000 наполитанки во Линганг, фокусирајќи се на јазлите од 28 nm и погоре.

Huahong очекува да го забрза проширувањето на производствениот капацитет од 12 инчи до 94.500 парчиња во 2022 година;

Ренесас го објави својот удел во фабриката на TSMC во Кумамото со намера да го прошири аутсорсингот и има за цел да го зголеми снабдувањето со автомобилски MCU за 50% до 2023 година, со високиот капацитет на MCU кој се очекува да се зголеми за 50% и капацитетот на нискиот MCU за околу 70%. во споредба со крајот на 2021 година.

STMicroelectronics ќе инвестира 1,4 милијарди долари во 2022 година за проширување и планира да го удвои капацитетот на своите европски погони до 2025 година, главно за да го зголеми капацитетот од 12 инчи, а за капацитет од 8 инчи, STMicroelectronics селективно ќе се надградува за производи за кои не е потребен 12- инчи технологија.

Тексас Инструментс ќе додаде четири нови погони, првата фабрика се очекува да биде ставена во функција во 2025 година, а третата и четвртата фабрика ќе бидат изградени помеѓу 2026 и 2030 година;

ON Semiconductor ја зголеми својата капитална инвестиција на 12%, главно за проширување на капацитетот на нафора од 12 инчи.

IC увидите имаат интересни податоци дека ASP на сите 32-битни MCU опаѓа со CAGR од -4,4% на годишно ниво помеѓу 2015 и 2020 година, но се зголемува за околу 13% на околу 0,72 долари во 2021 година. Одраз на пазарот на самото место , флуктуацијата на цената на автомобилската MCU е поочигледна: NXP 32-битниот MCU FS32K144HAT0MLH со постојана цена од 22 долари се искачи до 550 долари, опсег од повеќе од 20 пати, што беше еден од најретките автомобилски чипови во тоа време.

Infineon 32-битен автомобилски MCU SAK-TC277TP-64F200N DC се искачи на 4.500 јуани, што претставува зголемување од речиси 100 пати, истата серија на SAK-TC275T-64F200N DC исто така се искачи на повеќе од 2.000 јуани.

Од друга страна, првично топлата потрошувачка електроника почна да се лади, слабата побарувачка, како и забрзувањето на домашната замена, со што се намалуваат цените за општа намена, потрошувачки MCU, некои модели на ST чипови како F0/F1/F3 сериските цени се приближија до нормалната цена, па дури и пазарните гласини дека цената на некои MCU паднаа преку цената на агенцијата.

Сепак, автомобилските MCU како Renesas, NXP, Infineon и ST сè уште се во состојба на релативен недостиг.На пример, цената на 32-битниот MCU STM32H743VIT6 со високи перформанси на ST се искачи на 600 јуани на крајот на минатата година, додека неговата цена беше само 48 јуани пред две години.Зголемувањето е повеќе од 10 пати;Пазарната цена на Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC во октомври минатата година беше околу 1200 долари, декемвриската понуда до 3800 долари, па дури и на веб-локациите на трети страни нудат повеќе од 5000 долари.

03 Пазарот е голем, а домашното производство мало

Конкурентниот пејзаж на MCU е подеднакво доминиран од прекуокеанските гиганти како и целата конкурентна средина за полупроводници.Во 2021 година, првите пет продавачи на MCU беа NXP, Microchip, Renesas, ST и Infineon.Овие пет продавачи на MCU учествуваа со 82,1% од вкупната глобална продажба, во споредба со 72,2% во 2016 година, при што големината на главните компании растеше во изминатите години.

Во споредба со потрошувачките и индустриските MCU, прагот за сертификација на MCU за автомобили е висок, а периодот на сертификација е долг, системот за сертификација вклучува ISO26262 стандардна сертификација, AEC-Q001~004 и IATF16949 стандардна сертификација, AEC-Q100/Q106 на стандардна сертификација, ISO26 функционалната безбедност на автомобилот е поделена на четири нивоа на ASIL-A до D. На пример, шасијата и другите сценарија имаат највисоки безбедносни барања и бараат сертификација на ниво ASIL-D, неколку производители на чипови можат да ги исполнат условите.

Според податоците од Strategy Analysis, глобалниот и домашниот автомобилски пазар MCU главно го заземаат NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, со пазарен удел од 85%.Иако 32-битните MCU сè уште се монополизирани од прекуокеанските гиганти, некои домашни компании тргнаа.

04 Заклучок

Брзиот развој на интелигентни електрични возила, така што се приклучија голем број производители на потрошувачки чипови, како што се Nvidia, Qualcomm, Intel беа во интелигентен кокпит, автономно возење чип откритија, компресирање на просторот за опстанок на старите производители на автомобилски чипови.Развојот на автомобилските MCU премина од фокусирање на само-развој и подобрување на перформансите до сеопфатна конкуренција за намалување на трошоците, а истовремено одржувајќи ги технолошките предности.

Со автомобилската E/E архитектура од дистрибуирана до контрола на доменот и на крајот кон централна интеграција, ќе има се повеќе и повеќе мултифункционални и едноставни чипови од ниска класа, со високи перформанси, висока компјутерска моќ и други врвни чиповите ќе станат фокус на идната конкуренција на автомобилски чипови, бидејќи главната контролна улога на MCU со идното намалување на бројот на ECU е релативно мала, како што е ECU за контрола на шасијата Tesla, еден сингл содржи 3-4 MCU, но некои едноставни функции на ќе се интегрира основната MCU.Генерално, пазарот за автомобилски MCU и просторот за домашна замена во наредните години е несомнено огромен.