2023, ludi auto MCU

01 Povijest rasta MCU-a

MCU, mikrokontroler, ima dobro poznato ime: mikroračunalo s jednim čipom.

Zaista je lijepo mjesto premjestiti skup osnovnog računalnog sustava na čip, uključujući internu verziju CPU RAM ROM IO brojača serijskog priključka, iako izvedba sigurno nije tako široka kao računalo, ali se može programirati s niskom potrošnjom energije i fleksibilan, tako da u potrošačkoj elektronici, medicinskoj industriji komunikacija Automobili imaju vrlo širok raspon primjena.

Rođen je 1971. godine, Intel je dizajnirao prvi mikroprocesor na svijetu – broj 4004 4-bitni čip, ovaj čip integrira više od 2000 tranzistora, a Intel je također dizajnirao 4001, 4002, 4003 čipove, RAM, ROM i registre.

Kada su ova četiri proizvoda izašla na tržište, Intel je u oglasu napisao "Najavljuju novu eru integriranih sklopova: mikroračunala sažeta na jednom čipu."U to su vrijeme miniračunala i velika računala uglavnom bili 8-bitni i 16-bitni procesori, pa je Intel ubrzo lansirao 8-bitni mikroprocesor 8008 1972. kako bi brzo osvojio tržište, otvarajući eru mikroračunala s jednim čipom.

Godine 1976. Intel je lansirao prvi programabilni mikroračunalni kontroler 8748 na svijetu, koji integrira 8-bitni CPU, 8-bitni paralelni I/O, 8-bitni brojač, RAM, ROM, itd., koji može zadovoljiti potrebe opće industrijske kontrole i instrumentacija, koju predstavlja 8748, otvarajući istraživanje mikroračunala s jednim čipom u industrijskom području.

U 1980-ima, 8-bitna mikroračunala s jednim čipom počela su postajati zrelija, kapacitet RAM-a i ROM-a se povećao, općenito sa serijskim sučeljima, sustavima za obradu prekida s više razina, višestrukim 16-bitnim brojačima itd. 1983. Intel je lansirao MCS -96 serija 16-bitnih mikrokontrolera visokih performansi, sa 120 000 integriranih tranzistora.

Od 1990-ih, mikroračunalo s jednim čipom ušlo je na pozornicu stotinu škola mišljenja, u pogledu performansi, brzine, pouzdanosti, integracije u punom cvatu, prema broju bitova sabirnice ili registara podataka, od početna 4 bita postupno se razvijao, s 8-bitnim, 16-bitnim, 32-bitnim i 64-bitnim mikroračunalima s jednim čipom.

Trenutačno je skup instrukcija MCU-a uglavnom podijeljen na CISC i RISC, a osnovna arhitektura je uglavnom ARM Cortex, Intel 8051 i RISC-V.

Prema 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief, 32-bitni MCU proizvodi čine do 55% tržišta, slijede 8-bitni proizvodi, koji čine 43%, 4-bitni proizvodi čine 2%, 16 -bitni proizvodi koji čine 1%, može se vidjeti da su glavni proizvodi na tržištu 32-bitni i 8-bitni MCU-ovi, a tržišni prostor 16-bitnih MCU proizvoda ozbiljno je stisnut.

CISC proizvodi sa skupom instrukcija činili su 24% tržišta, RISC proizvodi sa skupom instrukcija činili su 76% tržišnih mainstream proizvoda;Proizvodi s jezgrom Intel 8051 činili su 22% tržišta, a slijede ARM Cortex-M0 proizvodi s 20%, ARM Cortex-M3 proizvodi s 14%, ARM Cortex-M4 proizvodi s 12%, ARM Cortex-M0+ proizvodi činili su 5%, proizvodi ARM Cortex-M23 1%, osnovni proizvodi RISC-V 1%, a ostali 24%.Proizvodi ARM Cortex-M0+ činili su 5%, proizvodi ARM Cortex-M23 činili su 1%, osnovni proizvodi RISC-V 1%, a ostali 24%.U cjelini, jezgre serije ARM Cortex čine 52% glavnog tržišta.

MCU tržište suočava se sa značajnim padom cijena u posljednjih 20 godina, ali pad njegove prosječne prodajne cijene (ASP) usporava se u posljednjih pet godina.Nakon pada u automobilskoj industriji, globalne gospodarske slabosti i epidemijske krize, tržište MCU-a počelo se oporavljati 2020. Prema IC Insightsu, isporuke MCU-a porasle su za 8% u 2020., a ukupne isporuke MCU-a u 2021. porasle su na 12%, rekordnih 30,9 milijardi, dok su ASP također porasli za 10%, što je najveći porast u 25 godina.

IC Insights očekuje da će isporuka MCU-a doseći 35,8 milijardi jedinica tijekom sljedećih pet godina, s ukupnom prodajom od 27,2 milijarde dolara.Od toga, očekuje se da će prodaja 32-bitnih MCU-a dosegnuti 20 milijardi dolara sa ukupnom godišnjom stopom rasta od 9,4%, očekuje se da će 16-bitni MCU-ovi dosegnuti 4,7 milijardi dolara, a da se ne očekuje rast 4-bitnih MCU-ova.

02 Auto MCU luda pretjecanja

Automobilska elektronika najveći je scenarij primjene MCU-ova.IC Insights očekuje da će svjetska prodaja MCU-a porasti 10% na rekordnih 21,5 milijardi dolara u 2022., pri čemu će MCU-ovi za automobile rasti više od većine drugih krajnjih tržišta.

Više od 40% prodaje MCU dolazi iz automobilske elektronike, a očekuje se da će prodaja automobilskih MCU rasti po CAGR od 7,7% u sljedećih pet godina, nadmašujući MCU opće namjene (7,3%).

Trenutačno su automobilski MCU-ovi uglavnom 8-bitni, 16-bitni i 32-bitni, a različiti dijelovi MCU-a igraju različite poslove.

Posebno:

8-bitni MCU se uglavnom koristi za relativno osnovne kontrolne funkcije, kao što su kontrola sjedala, klima uređaja, ventilatora, prozora i kontrolnih modula vrata.

16-bitni MCU se uglavnom koristi za donji dio tijela, kao što su motor, elektronička kočnica, sustav ovjesa i drugi sustavi snage i prijenosa.

32-bitni MCU odgovara automobilskoj inteligenciji i uglavnom se koristi za vrhunske inteligentne i sigurne scenarije primjene kao što su zabava u kokpitu, ADAS i kontrola tijela.

U ovoj fazi, 8-bitni MCU-ovi rastu u performansama i kapacitetu memorije, a uz vlastitu isplativost mogu zamijeniti neke 16-bitne MCU-ove u aplikacijama, a također su kompatibilni s 4-bitnim MCU-ovima.32-bitni MCU igrat će sve važniju glavnu kontrolnu ulogu u cijeloj automobilskoj E/E arhitekturi, koja može upravljati s četiri raštrkane ECU jedinice nižeg i srednjeg dometa, a broj upotreba nastavit će se povećavati.

Gornja situacija čini 16-bitni MCU u relativno nezgodnom položaju, ne visokom nego niskom, ali u nekim scenarijima primjene je još uvijek koristan, kao što su neke ključne primjene sustava pogonskog sklopa.

Automobilska inteligencija značajno je potaknula potražnju za 32-bitnim MCU-ovima, s više od tri četvrtine prodaje automobilskih MCU-ova dolazi od 32-bitnih MCU-a u 2021., a očekuje se da će dosegnuti oko 5,83 milijarde dolara;16-bitni MCU-ovi će generirati oko 1,34 milijarde dolara prihoda;i 8-bitni MCU-ovi će generirati oko 441 milijun dolara prihoda, prema izvješću McCleana.

Na razini aplikacije, infotainment je scenarij primjene s najvećim godišnjim povećanjem prodaje automobilskih MCU-a, s rastom od 59% u 2021. u usporedbi s 2020. i rastom prihoda od 20% za preostale scenarije.

Sada sva elektronička kontrola automobila koristi ECU (elektronička upravljačka jedinica), a MCU je glavni upravljački čip ECU, svaki ECU ima barem jedan MCU, tako da je trenutna faza transformacije i nadogradnje inteligentne elektrifikacije potaknula potražnju za MCU korištenje jednog vozila će se povećati.

Prema podacima Odjela za istraživanje Stručnog odbora za automobilski marketing Kineskog instituta za marketing, prosječan broj ECU-a u običnim automobilima na tradicionalno gorivo je 70;broj ECU-ova koje nose luksuzni automobili s tradicionalnim gorivom može doseći 150 zbog većih zahtjeva za performansama za sjedala, središnju kontrolu i zabavu, stabilnost karoserije i sigurnost;a prosječan broj ECU-ova koje nose pametni automobili može doseći 300 zbog novih softverskih i hardverskih zahtjeva za autonomnu vožnju i potpomognutu vožnju, što odgovara količini MCU-a koju koriste pojedinačni automobili također će doseći više od 300.

Snažna potražnja za MCU-ovima od strane proizvođača automobila posebno je vidljiva 2021. godine, kada zbog epidemije postoji manjak jezgri.Te su godine mnoge automobilske tvrtke morale nakratko zatvoriti neke proizvodne linije zbog nedostatka jezgri, ali je prodaja automobilskih MCU-ova porasla 23% na 7,6 milijardi dolara, što je rekordna vrijednost.

Većina automobilskih čipova proizvodi se korištenjem 8-inčnih pločica, neki proizvođači kao što je TI do 12-inčnog prijenosa linija, IDM će također biti dio ljevaonice za outsourcing kapaciteta, kojom dominira MCU, oko 70% kapaciteta TSMC .Međutim, sam automobilski posao čini mali udio u TSMC-u, a TSMC se fokusira na naprednu procesnu tehnologiju potrošačke elektronike, tako da je automobilsko tržište MCU-a posebno oskudno.

Nedostatak automobilskih čipova predvođen cijelom poluvodičkom industrijom također je doveo do vala ekspanzije, velike ljevaonice i IDM tvornice aktivno šire proizvodnju, ali fokus je drugačiji.

Očekuje se da će tvornica TSMC Kumamoto biti puštena u rad do kraja 2024., uz 22/28nm proces, dalje će pružati 12 i 16nm procese, a tvornica u Nanjingu će proširiti proizvodnju na 28nm, s mjesečnim kapacitetom proizvodnje od 40.000 komada;

SMIC planira proširiti proizvodnju za najmanje 45.000 8-inčnih pločica i najmanje 10.000 12-inčnih pločica u 2021. te izgraditi proizvodnu liniju za 12 inča s mjesečnim kapacitetom od 120.000 pločica u Lingangu, fokusirajući se na 28nm i više čvorova.

Huahong očekuje da će ubrzati proširenje proizvodnog kapaciteta 12 inča na 94 500 komada u 2022.;

Renesas je najavio svoj udio u TSMC-ovoj tvornici u Kumamotu s namjerom proširenja outsourcinga i ima za cilj povećati opskrbu automobilskih MCU-a za 50% do 2023., pri čemu se očekuje povećanje kapaciteta vrhunskih MCU-a za 50%, a kapaciteta niskih MCU-a za oko 70%. u odnosu na kraj 2021.

STMicroelectronics će u 2022. uložiti 1,4 milijarde dolara za proširenje i planira udvostručiti kapacitet svojih europskih tvornica do 2025., uglavnom za povećanje kapaciteta od 12 inča, a za kapacitet od 8 inča STMicroelectronics će selektivno nadograditi za proizvode koji ne zahtijevaju 12-inčni inčna tehnologija.

Texas Instruments će dodati četiri nove tvornice, očekuje se da će prva tvornica biti puštena u rad 2025., a treća i četvrta tvornica bit će izgrađene između 2026. i 2030.;

ON Semiconductor povećao je svoje kapitalno ulaganje na 12%, uglavnom za proširenje kapaciteta pločica od 12 inča.

IC insights ima zanimljive podatke da ASP svih 32-bitnih MCU-ova opada na CAGR od -4,4% na godišnjoj razini između 2015. i 2020., ali raste za oko 13% na oko 0,72 USD u 2021. Odraženo na spot tržištu , fluktuacija cijena automobilskog MCU-a je očitija: NXP 32-bitni MCU FS32K144HAT0MLH sa stalnom cijenom od 22 USD porastao je na 550 USD, u rasponu više od 20 puta, što je bio jedan od najoskudnijih automobilskih čipova u to vrijeme.

Infineon 32-bitni automobilski MCU SAK-TC277TP-64F200N DC porastao je na 4500 juana, povećanje od gotovo 100 puta, ista serija SAK-TC275T-64F200N DC također je skočila na više od 2000 juana.

S druge strane, izvorno vruća potrošačka elektronika počela se hladiti, slaba potražnja, kao i ubrzanje domaće supstitucije, što je dovelo do pada cijena potrošačkih MCU-ova opće namjene, nekih modela ST čipova kao što su F0/F1/F3 cijene serija su se približile normalnim cijenama, pa čak i tržišne glasine da su cijene nekih MCU-a pale zbog agencijske cijene.

Međutim, automobilski MCU-ovi kao što su Renesas, NXP, Infineon i ST još uvijek su u stanju relativnog nedostatka.Primjerice, cijena ST-ovog 32-bitnog MCU-a STM32H743VIT6 visokih performansi popela se na 600 juana krajem prošle godine, dok je prije dvije godine njegova cijena bila samo 48 juana.Povećanje je više od 10 puta;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC tržišna cijena u listopadu prošle godine bila je oko 1200 USD, prosinačka ponuda do 3800 USD, a čak i na web stranicama trećih strana nudi više od 5000 USD.

03 Tržište je veliko, a domaća proizvodnja mala

MCU konkurentskim krajolikom dominiraju prekomorski divovi jednako kao i cijelim konkurentskim okruženjem poluvodiča.U 2021. pet najboljih MCU dobavljača bili su NXP, Microchip, Renesas, ST i Infineon.Ovih pet dobavljača MCU-a činilo je 82,1% ukupne globalne prodaje, u usporedbi sa 72,2% u 2016., pri čemu je veličina glavnih tvrtki rasla u godinama koje su uslijedile.

U usporedbi s potrošačkim i industrijskim MCU-om, automobilski MCU certifikacijski prag je visok, a razdoblje certifikacije dugo, sustav certificiranja uključuje ISO26262 standardnu ​​certifikaciju, AEC-Q001~004 i IATF16949 standardnu ​​certifikaciju, AEC-Q100/Q104 standardnu ​​certifikaciju, od čega ISO26262 na automobilska funkcionalna sigurnost podijeljena je u četiri razine od ASIL-A do D. Na primjer, šasija i drugi scenariji imaju najviše sigurnosne zahtjeve i zahtijevaju certifikaciju razine ASIL-D, nekoliko proizvođača čipova može ispuniti uvjete.

Prema podacima Strategy Analysisa, globalno i domaće tržište automobilskih MCU uglavnom zauzimaju NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, s tržišnim udjelom od 85%.Iako su 32-bitni MCU-ovi još uvijek pod monopolom prekomorskih divova, neke domaće tvrtke su krenule.

04 Zaključak

Brzi razvoj inteligentnih električnih vozila, tako da su se pridružili brojni proizvođači potrošačkih čipova, kao što su Nvidia, Qualcomm, Intel, bili su u inteligentnom kokpitu, autonomna vožnja čipova, sažimajući prostor za preživljavanje starih proizvođača automobilskih čipova.Razvoj automobilskih MCU-ova prešao je put od fokusiranja na vlastiti razvoj i poboljšanje performansi do svestranog natjecanja za smanjenje troškova uz zadržavanje tehnoloških prednosti.

S automobilskom E/E arhitekturom od distribuirane do kontrole domene, i na kraju prema središnjoj integraciji, bit će sve više i više višenamjenskih i jednostavnih niskobudžetnih čipova koji će se zamijeniti, visokih performansi, visoke računalne snage i drugih vrhunskih čipovi će postati fokus buduće konkurencije automobilskih čipova, budući da je glavna kontrolna uloga MCU-a budućim smanjenjem broja ECU-a relativno mala, kao što je Tesla ECU za upravljanje šasijom, jedan sadrži 3-4 MCU-a, ali neke jednostavne funkcije bit će integriran osnovni MCU.Općenito, tržište za automobilske MCU i prostor za domaću zamjenu u nadolazećim godinama nedvojbeno je golem.