2023, nori avto MCU

01 Zgodovina rasti MCU

MCU, mikrokrmilnik, ima dobro znano ime: mikroračunalnik z enim čipom.

Resnično prijeten kraj je prestaviti nabor osnovnega računalniškega sistema na čip, vključno z notranjo različico serijskih vrat števca CPU RAM ROM IO, čeprav zmogljivost zagotovo ni tako široka kot računalnik, vendar je programljiva z nizko porabo energije in prilagodljiv, torej v potrošniški elektroniki, komunikaciji v medicinski industriji. Avtomobili imajo zelo širok spekter uporabe.

Rodil se je leta 1971, Intel je zasnoval prvi mikroprocesor na svetu – številka 4004 4-bitni čip, ta čip združuje več kot 2000 tranzistorjev, Intel pa je zasnoval tudi 4001, 4002, 4003 čipe, RAM, ROM in registre.

Ko so šli ti štirje izdelki na trg, je Intel v oglasu zapisal "Napovedujte novo dobo integriranih vezij: mikroračunalniki, zgoščeni na enem samem čipu."Takrat so bili miniračunalniki in veliki računalniki večinoma 8-bitni in 16-bitni procesorji, zato je Intel leta 1972 kmalu lansiral 8-bitni mikroprocesor 8008, da bi hitro osvojil trg in začel dobo mikroračunalnikov z enim čipom.

Leta 1976 je Intel lansiral prvi programabilni mikroračunalniški krmilnik 8748 na svetu, ki združuje 8-bitni CPU, 8-bitni vzporedni V/I, 8-bitni števec, RAM, ROM itd., ki lahko zadovolji potrebe splošnega industrijskega krmiljenja in instrumentacije, ki jih predstavlja 8748, odpira raziskovanje mikroračunalnikov z enim čipom na industrijskem področju.

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so 8-bitni mikroračunalniki z enim čipom začeli postajati bolj zreli, povečala se je zmogljivost RAM-a in ROM-a, na splošno s serijskimi vmesniki, sistemi za večnivojsko obdelavo prekinitev, več 16-bitnimi števci itd. Leta 1983 je Intel predstavil MCS -96 serija 16-bitnih visoko zmogljivih mikrokontrolerjev s 120.000 integriranimi tranzistorji.

Od devetdesetih let 20. stoletja je mikroračunalnik z enim čipom stopil na oder stotih šol mišljenja, glede na zmogljivost, hitrost, zanesljivost, integracijo v polnem razcvetu, glede na število bitov vodila ali podatkovnih registrov, od začetnih 4 bitov postopoma razvijala z 8-bitnimi, 16-bitnimi, 32-bitnimi in 64-bitnimi mikroračunalniki z enim čipom.

Trenutno je nabor navodil MCU-jev v glavnem razdeljen na CISC in RISC, osnovna arhitektura pa je predvsem ARM Cortex, Intel 8051 in RISC-V.

Glede na poročilo o trgu kitajskih splošnih mikrokrmilnikov (MCU) za leto 2020 32-bitni izdelki MCU predstavljajo do 55 % trga, sledijo 8-bitni izdelki, ki predstavljajo 43 %, 4-bitni izdelki predstavljajo 2 %, 16 -bitni izdelki, ki predstavljajo 1 %, je razvidno, da so glavni izdelki na trgu 32-bitni in 8-bitni MCU-ji, tržni prostor 16-bitnih MCU-jev pa je močno stisnjen.

Izdelki z nizi navodil CISC so predstavljali 24 % trga, izdelki z nizi navodil RISC so predstavljali 76 % izdelkov na trgu;Izdelki jedra Intel 8051 predstavljajo 22 % trga, sledijo izdelki ARM Cortex-M0 z 20 %, izdelki ARM Cortex-M3 predstavljajo 14 %, izdelki ARM Cortex-M4 predstavljajo 12 %, izdelki ARM Cortex-M0+ je predstavljal 5 %, izdelki ARM Cortex-M23 so predstavljali 1 %, osnovni izdelki RISC-V so predstavljali 1 %, drugi pa 24 %.Izdelki ARM Cortex-M0+ so predstavljali 5 %, izdelki ARM Cortex-M23 1 %, osnovni izdelki RISC-V 1 % in drugi 24 %.Na splošno jedra serije ARM Cortex predstavljajo 52 % glavnega trga.

Trg MCU se je v zadnjih 20 letih soočal z znatnim padcem cen, vendar se je padec njegove povprečne prodajne cene (ASP) v zadnjih petih letih upočasnil.Po recesiji v avtomobilski industriji, svetovni gospodarski šibkosti in epidemični krizi je trg MCU leta 2020 začel okrevati. Po podatkih IC Insights so se pošiljke MCU leta 2020 povečale za 8 %, skupne pošiljke MCU leta 2021 pa so se povečale na 12 %, rekordnih 30,9 milijarde, medtem ko so se ASP prav tako povečali za 10 %, kar je največje povečanje v 25 letih.

IC Insights pričakuje, da bodo pošiljke MCU v naslednjih petih letih dosegle 35,8 milijarde enot, s skupno prodajo 27,2 milijarde USD.Od tega naj bi prodaja 32-bitnih MCU dosegla 20 milijard USD s skupno letno stopnjo rasti 9,4 %, 16-bitni MCU naj bi dosegli 4,7 milijarde USD, 4-bitni MCU pa naj ne bi pokazali rasti.

02 Car MCU noro prehitevanje

Avtomobilska elektronika je največji scenarij uporabe mikrokontrolerjev.IC Insights pričakuje, da bo svetovna prodaja MCU leta 2022 narasla za 10 % na rekordnih 21,5 milijarde USD, pri čemer bodo avtomobilske MCU rasle bolj kot večina drugih končnih trgov.

Več kot 40 % prodaje MCU izvira iz avtomobilske elektronike, prodaja avtomobilskih MCU pa naj bi v naslednjih petih letih rasla s CAGR 7,7 %, kar bo preseglo MCU za splošne namene (7,3 %).

Trenutno so avtomobilski MCU-ji večinoma 8-bitni, 16-bitni in 32-bitni, različni deli MCU-jev pa opravljajo različna dela.

Natančneje:

8-bitni MCU se v glavnem uporablja za razmeroma osnovne nadzorne funkcije, kot so krmiljenje sedežev, klimatskih naprav, ventilatorjev, oken in krmilnih modulov vrat.

16-bitni MCU se uporablja predvsem za spodnji del telesa, kot so motor, elektronske zavore, sistem vzmetenja in drugi sistemi moči in prenosa.

32-bitni MCU ustreza avtomobilski inteligenci in se v glavnem uporablja za vrhunske inteligentne in varne scenarije uporabe, kot so zabava v pilotski kabini, ADAS in nadzor telesa.

Na tej stopnji 8-bitni MCU-ji rastejo v zmogljivosti in pomnilniški zmogljivosti ter z lastno stroškovno učinkovitostjo lahko nadomestijo nekatere 16-bitne MCU-je v aplikacijah in so tudi nazaj združljivi s 4-bitnimi MCU-ji.32-bitni MCU bo imel vedno pomembnejšo glavno nadzorno vlogo v celotni avtomobilski E/E arhitekturi, ki lahko upravlja štiri razpršene enote ECU nižjega in srednjega razreda, število uporab pa se bo še povečevalo.

Zaradi zgornje situacije je 16-bitni MCU v razmeroma nerodnem položaju, ne visoko, ampak nizko, vendar je v nekaterih scenarijih uporabe še vedno uporaben, kot so nekatere ključne aplikacije sistemov pogonskega sklopa.

Avtomobilska inteligenca je občutno povečala povpraševanje po 32-bitnih MCU-jih, pri čemer je več kot tri četrtine prodaje avtomobilskih MCU-jev leta 2021 prihajalo iz 32-bitnih MCU-jev, kar naj bi doseglo približno 5,83 milijarde USD;16-bitni mikrokontrolerji bodo ustvarili približno 1,34 milijarde dolarjev prihodkov;in 8-bitni MCU-ji bodo glede na poročilo McCleana ustvarili približno 441 milijonov dolarjev prihodkov.

Na ravni aplikacije je infotainment scenarij aplikacije z največjim medletnim povečanjem prodaje avtomobilskih MCU, s 59-odstotno rastjo leta 2021 v primerjavi z letom 2020 in 20-odstotno rastjo prihodkov za preostale scenarije.

Zdaj ves elektronski nadzor avtomobila uporablja ECU (elektronska krmilna enota), MCU pa je glavni krmilni čip ECU, vsak ECU ima vsaj en MCU, zato je trenutna stopnja preobrazbe in nadgradnje inteligentne elektrifikacije spodbudila povpraševanje po Povečanje uporabe enega vozila MCU.

Po podatkih oddelka za raziskave strokovnega odbora za avtomobilsko trženje kitajskega inštituta za trženje je povprečno število ECU-jev, ki jih prevažajo navadni avtomobili na tradicionalno gorivo, 70;število ECU-jev, ki jih prevažajo luksuzni avtomobili s tradicionalnim gorivom, lahko doseže 150 zaradi višjih zahtev glede zmogljivosti za sedeže, centralni nadzor in razvedrilo, stabilnost karoserije in varnost;in povprečno število ECU-jev, ki jih imajo pametni avtomobili, lahko doseže 300 zaradi novih programskih in strojnih zahtev za avtonomno vožnjo in vožnjo s pomočjo, kar ustreza količini MCU-jev, ki jih uporabljajo posamezni avtomobili, prav tako bo dosegla več kot 300.

Močno povpraševanje proizvajalcev avtomobilov po MCU je še posebej očitno leta 2021, ko zaradi epidemije primanjkuje jeder.Tistega leta so morala številna avtomobilska podjetja za kratek čas zapreti nekatere proizvodne linije zaradi pomanjkanja jeder, vendar je prodaja avtomobilskih MCU-jev narasla za 23 % na 7,6 milijarde USD, kar je rekordna vrednost.

Večina avtomobilskih čipov se proizvaja z 8-palčnimi rezinami, nekateri proizvajalci, kot je TI, na 12-palčni linijski prenos, IDM bo tudi del livarne za zunanje izvajanje zmogljivosti, v kateri prevladuje MCU, približno 70 % zmogljivosti pa TSMC .Vendar samo avtomobilsko podjetje predstavlja majhen delež TSMC, TSMC pa se osredotoča na področje napredne procesne tehnologije zabavne elektronike, zato je trg avtomobilskih MCU še posebej redek.

Pomanjkanje avtomobilskih čipov, ki ga vodi celotna industrija polprevodnikov, je prav tako sprožilo val širitve, glavne livarne in obrate IDM so začele aktivno širiti proizvodnjo, vendar je fokus drugačen.

Tovarna TSMC Kumamoto bo predvidoma začela obratovati do konca leta 2024, poleg 22/28nm procesa bo zagotavljala še 12 in 16nm procese, tovarna Nanjing pa bo razširila proizvodnjo na 28nm, z mesečno proizvodno zmogljivostjo 40.000 kosov;

SMIC načrtuje razširitev proizvodnje za vsaj 45.000 8-palčnih rezin in vsaj 10.000 12-palčnih rezin v letu 2021 ter izgradnjo 12-palčne proizvodne linije z mesečno zmogljivostjo 120.000 rezin v Lingangu, s poudarkom na 28nm in višjih vozliščih.

Huahong pričakuje, da bo leta 2022 pospešil širitev proizvodne zmogljivosti 12-palčnih na 94.500 kosov;

Renesas je objavil svoj delež v tovarni TSMC v Kumamotu z namenom razširitve zunanjega izvajanja in želi povečati ponudbo avtomobilskih MCU za 50 % do leta 2023, pri čemer naj bi se zmogljivost MCU višjega razreda povečala za 50 %, zmogljivost MCU nižjega razreda pa za približno 70 %. v primerjavi s koncem leta 2021.

STMicroelectronics bo leta 2022 vložil 1,4 milijarde dolarjev za širitev in načrtuje podvojitev zmogljivosti svojih evropskih tovarn do leta 2025, predvsem za povečanje 12-palčne zmogljivosti, za 8-palčno zmogljivost pa bo STMicroelectronics selektivno nadgradil za izdelke, ki ne potrebujejo 12-palčnih. palčna tehnologija.

Texas Instruments bo dodal štiri nove tovarne, prva tovarna naj bi začela obratovati leta 2025, tretja in četrta tovarna pa bosta zgrajeni med letoma 2026 in 2030;

ON Semiconductor je povečal svoje kapitalske naložbe na 12 %, predvsem za razširitev zmogljivosti 12-palčnih rezin.

IC insights ima zanimiv podatek, da ASP vseh 32-bitnih MCU med letoma 2015 in 2020 upada s CAGR -4,4 % medletno, vendar se leta 2021 dvigne za približno 13 % na približno 0,72 $. To se odraža na promptnem trgu. , je nihanje cen avtomobilskega MCU bolj očitno: 32-bitni MCU NXP FS32K144HAT0MLH s stalno ceno 22 USD je narasel na 550 USD, razpon več kot 20-krat, kar je bil eden najbolj redkih avtomobilskih čipov v tistem času.

Infineon 32-bitni avtomobilski MCU SAK-TC277TP-64F200N DC se je dvignil na 4500 juanov, kar je skoraj 100-kratno povečanje, ista serija SAK-TC275T-64F200N DC je prav tako narasla na več kot 2000 juanov.

Po drugi strani pa se je prvotno vroča potrošniška elektronika začela ohlajati, šibko povpraševanje, pa tudi pospeševanje domače zamenjave, zaradi česar so se cene mikrokontrolerjev za splošno uporabo znižale, nekateri modeli čipov ST, kot so F0/F1/F3 cene serije so se približale normalni ceni in celo tržne govorice, da so cene nekaterih MCU padle zaradi agencijske cene.

Vendar pa so avtomobilski mikrokontrolerji, kot so Renesas, NXP, Infineon in ST, še vedno v stanju relativnega pomanjkanja.Na primer, cena ST-jevega visoko zmogljivega 32-bitnega MCU STM32H743VIT6 se je konec lanskega leta povzpela na 600 juanov, medtem ko je bila njegova cena pred dvema letoma le 48 juanov.Povečanje je več kot 10-krat;Tržna cena Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC oktobra lani je bila približno 1200 $, decembrska ponudba do 3800 $ in celo na spletnih mestih tretjih oseb ponujajo več kot 5000 $.

03 Trg je velik, domača proizvodnja pa majhna

V konkurenčnem okolju MCU prevladujejo čezmorski velikani tako kot v celotnem konkurenčnem okolju polprevodnikov.Leta 2021 je bilo pet najboljših prodajalcev MCU NXP, Microchip, Renesas, ST in Infineon.Teh pet prodajalcev MCU je predstavljalo 82,1 % celotne svetovne prodaje v primerjavi z 72,2 % leta 2016, pri čemer je velikost glavnih podjetij v vmesnih letih rasla.

V primerjavi s potrošniškimi in industrijskimi MCU je certifikacijski prag za avtomobilske MCU visok in certifikacijsko obdobje dolgo, certifikacijski sistem vključuje standardno certificiranje ISO26262, standardno certificiranje AEC-Q001~004 in IATF16949, standardno certificiranje AEC-Q100/Q104, od tega ISO26262 na avtomobilska funkcionalna varnost je razdeljena na štiri stopnje od ASIL-A do D. Na primer, šasija in drugi scenariji imajo najvišje varnostne zahteve in zahtevajo certificiranje ravni ASIL-D, le malo proizvajalcev čipov lahko izpolni pogoje.

Po podatkih Strategy Analysis globalni in domači trg avtomobilskih MCU zasedajo predvsem NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, s tržnim deležem 85 %.Čeprav so 32-bitni mikrokontrolerji še vedno v monopolu čezmorskih velikanov, so nekatera domača podjetja vzletela.

04 Zaključek

Hiter razvoj inteligentnih električnih vozil, zato so se pridružili številni proizvajalci potrošniških čipov, kot so Nvidia, Qualcomm, Intel, ki so bili v inteligentnem kokpitu, preboji čipov za avtonomno vožnjo, stiskanje prostora za preživetje starih proizvajalcev avtomobilskih čipov.Razvoj avtomobilskih MCU je prešel od osredotočanja na lastni razvoj in izboljšanje zmogljivosti do vsestranske konkurence za zmanjšanje stroškov ob ohranjanju tehnoloških prednosti.

Z avtomobilsko E/E arhitekturo od porazdeljenega do domenskega nadzora in sčasoma proti centralni integraciji bo vse več večnamenskih in enostavnih nizkocenovnih čipov zamenjanih z visoko zmogljivimi, visoko računalniško močjo in drugimi vrhunskimi čipi bodo postali središče prihodnje konkurence avtomobilskih čipov, saj je glavna nadzorna vloga MCU s prihodnjim zmanjšanjem števila ECU razmeroma majhna, kot je ECU za nadzor šasije Tesla, en sam vsebuje 3-4 MCU, vendar nekaj preprostih funkcij osnovni MCU bo integriran.Na splošno sta trg za avtomobilske MCU in prostor za domačo zamenjavo v prihodnjih letih nedvomno velika.