01 Istorija rasta MCU
MCU, mikrokontroler, ima dobro poznato ime: mikroračunar sa jednim čipom.
Zaista je slatko mjesto je premjestiti set osnovnog računarskog sistema na čip, uključujući internu verziju CPU RAM ROM IO brojača serijskog porta, iako performanse sigurno nisu tako široke kao računar, ali se programiraju male snage i fleksibilan, tako da u potrošačkoj elektronici, medicinskoj industriji komunikacija Automobili imaju vrlo širok spektar primjena.
Rođen je 1971. godine, Intel je dizajnirao prvi mikroprocesor na svetu – broj 4004 4-bitni čip, ovaj čip integriše više od 2.000 tranzistora, a Intel je takođe dizajnirao 4001, 4002, 4003 čipa, RAM, ROM i registre.
Kada su ova četiri proizvoda izašla na tržište, Intel je u reklami napisao „Najaviti novu eru integrisanih kola: mikroračunari kondenzovani na jednom čipu“.U to vrijeme, mini računari i mainframe su uglavnom bili 8-bitni i 16-bitni procesori, tako da je Intel uskoro lansirao 8-bitni mikroprocesor 8008 1972. godine kako bi brzo osvojio tržište, otvarajući eru mikroračunara sa jednim čipom.
Intel je 1976. godine lansirao prvi na svijetu programabilni mikroračunarski kontroler 8748, koji integriše 8-bitni CPU, 8-bitni paralelni I/O, 8-bitni brojač, RAM, ROM, itd., koji može zadovoljiti potrebe opšte industrijske kontrole i instrumentacija, koju predstavlja 8748, otvara istraživanje mikroračunara sa jednim čipom u industrijskom polju.
Tokom 1980-ih, 8-bitni mikroračunari sa jednim čipom počeli su da postaju zreliji, kapacitet RAM-a i ROM-a se povećavao, uglavnom sa serijskim interfejsima, sistemima za obradu prekida na više nivoa, višestrukim 16-bitnim brojačima, itd. Intel je 1983. lansirao MCS -96 serija 16-bitnih mikrokontrolera visokih performansi, sa 120.000 integrisanih tranzistora.
Od 1990-ih, mikroračunar s jednim čipom je ušao u fazu stotinu škola mišljenja, u performansama, brzini, pouzdanosti, integraciji u punom cvatu, prema broju bitova magistrale ili registara podataka, od početna 4 bita postepeno se razvijao, sa 8-bitnim, 16-bitnim, 32-bitnim i 64-bitnim mikroračunarima sa jednim čipom.
Trenutno je skup instrukcija MCU-a uglavnom podijeljen na CISC i RISC, a arhitektura jezgra 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, a slijede 8-bitni proizvodi, koji čine 43%, 4-bitni proizvodi koji čine 2%, 16 -bitni proizvodi koji čine 1%, može se vidjeti da su mainstream proizvodi na tržištu 32-bitni i 8-bitni MCU-ovi, a tržišni prostor 16-bitnih MCU proizvoda je ozbiljno stisnut.
CISC proizvodi skupa instrukcija činili su 24% tržišta, RISC proizvodi skupa instrukcija činili su 76% tržišnih mainstream proizvoda;Intel 8051 core proizvodi su činili 22% tržišta, zatim ARM Cortex-M0 proizvodi, koji čine 20%, ARM Cortex-M3 proizvodi čine 14%, ARM Cortex-M4 proizvodi čine 12%, ARM Cortex-M0+ proizvodi činili su 5%, ARM Cortex-M23 proizvodi su činili 1%, RISC-V jezgro proizvodi su činili 1%, a ostali su činili 24%.ARM Cortex-M0+ proizvodi čine 5%, ARM Cortex-M23 proizvodi čine 1%, RISC-V core proizvodi čine 1%, a ostali 24%.U cjelini, jezgre ARM Cortex serije čine 52% mainstream tržišta.
Tržište MCU se suočava sa značajnim padom cijena u posljednjih 20 godina, ali pad prosječne prodajne cijene (ASP) usporava se u posljednjih pet godina.Nakon pada u automobilskoj industriji, globalne ekonomske slabosti i epidemijske krize, tržište MCU-a je počelo da se oporavlja 2020. Prema IC Insights-u, isporuke MCU-a su porasle za 8% u 2020. godini, a ukupne isporuke MCU-a u 2021. godini porasle su na 12%, što je rekordnih 30,9 milijardi, dok su ASP-ovi također porasli za 10%, što je najveći porast u 25 godina.
IC Insights očekuje da će isporuke MCU-a dostići 35,8 milijardi jedinica u narednih pet godina, uz ukupnu prodaju od 27,2 milijarde dolara.Od toga, očekuje se da će prodaja 32-bitnih MCU-a dostići 20 milijardi dolara sa složenom godišnjom stopom rasta od 9,4%, 16-bitni MCU-ovi će dostići 4,7 milijardi dolara, a 4-bitni MCU-ovi ne pokazuju rast.
02 Auto MCU ludo pretjecanje
Automobilska elektronika je najveći scenarij primjene MCU-a.IC Insights očekuje da će prodaja MCU-a širom svijeta porasti za 10% na rekordnih 21,5 milijardi dolara u 2022., uz rast automobilskih MCU-ova više od većine drugih krajnjih tržišta.
Više od 40% prodaje MCU dolazi od automobilske elektronike, a očekuje se da će prodaja automobilskih MCU-a rasti po CAGR od 7,7% u narednih pet godina, nadmašujući MCU-ove opće namjene (7,3%).
Trenutno su automobilski MCU-ovi uglavnom 8-bitni, 16-bitni i 32-bitni, a različiti bitovi MCU-a igraju različite poslove.
konkretno:
8-bitni MCU se uglavnom koristi za relativno osnovne kontrolne funkcije, kao što je kontrola sjedišta, klima uređaja, ventilatora, prozora i kontrolnih modula vrata.
16-bitni MCU se uglavnom koristi za donji dio tijela, kao što su motor, elektronska kočnica, sistem ovjesa i drugi sistemi napajanja i prijenosa.
32-bitni MCU odgovara automobilskoj inteligenciji i uglavnom se koristi za vrhunske inteligentne i sigurne scenarije aplikacija kao što su zabava u kokpitu, ADAS i kontrola karoserije.
U ovoj fazi, 8-bitni MCU-ovi rastu u performansama i kapacitetu memorije, i sa svojom vlastitom isplativom, mogu zamijeniti neke 16-bitne MCU-ove u aplikacijama, a također su kompatibilni s 4-bitnim MCU-ima.32-bitni MCU će igrati sve važniju glavnu kontrolnu ulogu u cjelokupnoj automobilskoj E/E arhitekturi, koja može upravljati četirima raštrkanim niskim i srednjim ECU jedinicama, a broj upotreba će se nastaviti povećavati.
Gornja situacija čini 16-bitni MCU u relativno nezgodnom položaju, ne visokom nego niskom, ali je u nekim scenarijima primjene i dalje koristan, kao što su neke ključne aplikacije pogonskih sistema.
Automobilska inteligencija značajno je povećala potražnju za 32-bitnim MCU-ovima, pri čemu više od tri četvrtine prodaje automobilskih MCU-ova dolazi od 32-bitnih MCU-a u 2021. godini, a očekuje se da će dostići oko 5,83 milijarde dolara;16-bitni MCU će generisati oko 1,34 milijarde dolara prihoda;i 8-bitni MCU će generisati oko 441 milion dolara prihoda, prema McClean izveštaju.
Na nivou aplikacije, infotainment je scenarij aplikacije s najvećim povećanjem prodaje automobilskih MCU-a u odnosu na prethodnu godinu, s rastom od 59% u 2021. u odnosu na 2020., i rastom prihoda od 20% za preostale scenarije.
Sada svu elektronsku kontrolu automobila koristi ECU (elektronska upravljačka jedinica), a MCU je jezgro upravljačkog čipa ECU, svaka ECU ima najmanje jedan MCU, tako da je trenutna faza transformacije i nadogradnje inteligentne elektrifikacije potaknula potražnju za Povećanje upotrebe jednog vozila MCU.
Prema podacima istraživačkog odjela Stručnog komiteta za marketing automobila Kineskog instituta za marketing, prosječan broj ECU-a koje nose obični automobili na tradicionalno gorivo je 70;broj ECU-a koje nose luksuzni automobili na tradicionalno gorivo može dostići 150 zbog viših zahtjeva performansi za sjedišta, centralnu kontrolu i zabavu, stabilnost karoserije i sigurnost;a prosječan broj ECU-a 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 dostići više od 300.
Snažna potražnja proizvođača automobila za MCU-ima posebno je evidentna 2021. godine, kada zbog epidemije vlada nedostatak jezgara.Te godine su mnoge automobilske kompanije morale nakratko da ugase neke proizvodne linije zbog nedostatka jezgri, ali je prodaja automobilskih MCU-a porasla za 23% na 7,6 milijardi dolara, što je rekordno visok nivo.
Većina automobilskih čipova se proizvodi pomoću 8-inčnih pločica, neki proizvođači kao što su TI na 12-inčni linijski prijenos, IDM će također biti dio ljevaonice kapaciteta vanjskih izvora, kojom dominira MCU, oko 70% kapaciteta TSMC .Međutim, sam automobilski biznis čini mali udio TSMC-a, a TSMC se fokusira na polje napredne procesne tehnologije potrošačke elektronike, tako da je tržište automobilskih MCU-a posebno oskudno.
Nedostatak automobilskih čipova predvođen cjelokupnom industrijom poluvodiča također je pokrenuo val ekspanzije, velike ljevaonice i IDM postrojenja za aktivno širenje proizvodnje, ali fokus je drugačiji.
Očekuje se da će TSMC Kumamoto fabrika biti puštena u rad do kraja 2024. godine, uz 22/28nm proces, dalje će obezbijediti 12 i 16nm procese, a tvornica u Nanjingu će proširiti proizvodnju na 28nm, sa mjesečnim proizvodnim kapacitetom od 40.000 komada;
SMIC planira proširiti proizvodnju za najmanje 45.000 vafla od 8 inča i najmanje 10.000 wafera od 12 inča u 2021. godini, te izgraditi proizvodnu liniju od 12 inča s mjesečnim kapacitetom od 120.000 vafla u Lingangu, fokusirajući se na nodesm iznad 28n.
Huahong očekuje da će 2022. ubrzati proširenje proizvodnog kapaciteta od 12 inča na 94.500 komada;
Renesas je najavio svoj udio u TSMC-ovoj tvornici u Kumamotu s namjerom proširenja eksternalizacije i ima za cilj povećati opskrbu automobilskih MCU-a za 50% do 2023. godine, pri čemu se očekuje da će se kapacitet MCU-a visoke klase povećati za 50%, a kapacitet MCU-a niske klase za oko 70% u odnosu na kraj 2021.
STMicroelectronics će uložiti 1,4 milijarde dolara u 2022. za proširenje i planira udvostručiti kapacitet svojih evropskih tvornica do 2025., uglavnom radi povećanja kapaciteta od 12 inča, a za kapacitet od 8 inča, STMicroelectronics će selektivno nadograditi za proizvode koji ne zahtijevaju 12-inčni kapacitet. inch tehnologija.
Texas Instruments će dodati četiri nove fabrike, očekuje se da će prva fabrika biti puštena u rad 2025. godine, a treća i četvrta će biti izgrađene između 2026. i 2030. godine;
ON Semiconductor je povećao svoje kapitalne investicije na 12%, uglavnom za proširenje kapaciteta 12-inčne pločice.
IC insights ima zanimljive podatke da ASP svih 32-bitnih MCU-ova opada na CAGR od -4,4% u odnosu na prethodnu godinu 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 očiglednija: NXP 32-bitni MCU FS32K144HAT0MLH sa trenutnom cijenom od 22 dolara porastao je na 550 dolara, rasponom od više od 20 puta, što je bio jedan od najređih automobilskih čipova u to vrijeme.
Infineon 32-bitni automobilski MCU SAK-TC277TP-64F200N DC porastao je na 4.500 juana, što je povećanje od skoro 100 puta, a ista serija SAK-TC275T-64F200N DC također je porasla na više od 2.000 juana.
S druge strane, prvobitno vruća potrošačka elektronika počela je da se hladi, slaba potražnja, kao i ubrzanje domaće supstitucije, čineći opće namjene, potrošačke MCU cijene se vraćaju, neki modeli ST čipova kao što su F0/F1/F3 serijske cijene su se približile normalnim cijenama, pa čak i tržišne glasine da je cijena nekih MCU-a pala kroz agencijsku cijenu.
Međutim, automobilski MCU-ovi kao što su Renesas, NXP, Infineon i ST su još uvijek u stanju relativnog nedostatka.Na primjer, cijena ST-ovog 32-bitnog MCU-a visokih performansi STM32H743VIT6 popela se na 600 juana krajem prošle godine, dok je prije dvije godine cijena bila samo 48 juana.Povećanje je više od 10 puta;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC tržišna cijena u oktobru prošle godine na oko 1200 USD, decembarska ponuda do 3800 USD, a čak i na web stranicama trećih strana nude više od 5000 USD.
03 Tržište je veliko, a domaća proizvodnja mala
Konkurentnim okruženjem MCU-a dominiraju prekomorski giganti kao i cjelokupno konkurentsko okruženje za poluvodiče.U 2021., prvih pet MCU dobavljača bili su NXP, Microchip, Renesas, ST i Infineon.Ovih pet MCU dobavljača činilo je 82,1% ukupne globalne prodaje, u poređenju sa 72,2% u 2016. godini, s tim da je veličina glavnih kompanija rasla u godinama koje su se pojavile.
U poređenju sa potrošačkim i industrijskim MCU, prag sertifikacije za automobilske MCU je visok, a period sertifikacije je dug, sistem sertifikacije uključuje ISO26262 standard certifikaciju, AEC-Q001~004 i IATF16949 standard certifikaciju, AEC-Q100/Q104 standard certifikaciju, od kojih ISO262 certifikat standarda funkcionalna sigurnost automobila podijeljena je na četiri nivoa od ASIL-A do D. Na primjer, šasija i drugi scenariji imaju najviše sigurnosne zahtjeve i zahtijevaju ASIL-D nivo certifikata, mali broj proizvođača čipova može ispuniti uslove.
Prema podacima Strategy Analysis, globalno i domaće automobilsko MCU tržište uglavnom zauzimaju NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, sa tržišnim udjelom od 85%.Iako su 32-bitni MCU-i još uvijek monopolizirani od strane prekomorskih giganta, neke domaće kompanije 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 čip proboja, komprimirajući prostor preživljavanja starih proizvođača automobilskih čipova.Razvoj automobilskih MCU-a je otišao od fokusiranja na samorazvoj i poboljšanje performansi do svestrane konkurencije za smanjenje troškova uz zadržavanje tehnoloških prednosti.
Sa automobilskom E/E arhitekturom od distribuirane do kontrole domene, i na kraju ka centralnoj integraciji, bit će sve više i više multifunkcionalnih i jednostavnih čipova niske klase koji će biti zamijenjeni, visokih performansi, velike računarske 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 osnovni MCU će biti integrisan.Sve u svemu, tržište za automobilske MCU i prostor za domaću zamjenu u narednim godinama je nesumnjivo ogroman.
Vrijeme objave: Feb-01-2023