2023, το τρελό αυτοκίνητο MCU

01 Η ιστορία ανάπτυξης του MCU

MCU, μικροελεγκτής, έχει ένα γνωστό όνομα: μικροϋπολογιστής μονού τσιπ.

Είναι πολύ ωραίο να μετακινήσετε ένα σύνολο βασικών συστημάτων υπολογιστή σε ένα τσιπ, συμπεριλαμβανομένης της εσωτερικής έκδοσης της σειριακής θύρας μετρητή RAM CPU ROM IO, αν και η απόδοση σίγουρα δεν είναι τόσο ευρεία όσο ένας υπολογιστής, αλλά είναι προγραμματιζόμενη χαμηλής ισχύος και ευέλικτο, έτσι στην επικοινωνία των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, της ιατρικής βιομηχανίας Τα αυτοκίνητα έχουν ένα πολύ ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Γεννήθηκε το 1971, η Intel σχεδίασε τον πρώτο μικροεπεξεργαστή στον κόσμο – τον ​​αριθμό 4004 τσιπ 4-bit, αυτό το τσιπ ενσωματώνει περισσότερα από 2.000 τρανζίστορ και η Intel σχεδίασε επίσης 4001, 4002, 4003 τσιπ, RAM, ROM και καταχωρητές.

Όταν αυτά τα τέσσερα προϊόντα βγήκαν στην αγορά, η Intel έγραψε στη διαφήμιση «Ανακοινώστε μια νέα εποχή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων: μικροϋπολογιστές συμπυκνωμένοι σε ένα μόνο τσιπ».Εκείνη την εποχή, οι μικροϋπολογιστές και οι μεγάλοι υπολογιστές ήταν κυρίως επεξεργαστές 8-bit και 16-bit, οπότε η Intel κυκλοφόρησε σύντομα τον μικροεπεξεργαστή 8-bit 8008 το 1972 για να κερδίσει γρήγορα την αγορά, ανοίγοντας την εποχή των μικροϋπολογιστών με ένα chip.

Το 1976, η Intel κυκλοφόρησε τον πρώτο προγραμματιζόμενο ελεγκτή μικροϋπολογιστή στον κόσμο 8748, ο οποίος ενσωματώνει CPU 8-bit, παράλληλη είσοδο/έξοδο 8-bit, μετρητή 8-bit, RAM, ROM κ.λπ., που μπορεί να καλύψει τις ανάγκες γενικού βιομηχανικού ελέγχου και οργάνων, που αντιπροσωπεύεται από το 8748, ανοίγοντας την εξερεύνηση μικροϋπολογιστών ενός τσιπ στον βιομηχανικό τομέα.

Στη δεκαετία του 1980, οι μικροϋπολογιστές ενός τσιπ 8-bit άρχισαν να γίνονται πιο ώριμοι, η χωρητικότητα RAM και ROM αυξήθηκε, γενικά με σειριακές διεπαφές, συστήματα επεξεργασίας διακοπών πολλαπλών επιπέδων, πολλαπλούς μετρητές 16-bit κ.λπ. Το 1983, η Intel κυκλοφόρησε το MCS -Σειρά 96 μικροελεγκτών υψηλής απόδοσης 16 bit, με 120.000 ενσωματωμένα τρανζίστορ.

Από τη δεκαετία του 1990, ο μικροϋπολογιστής ενός τσιπ έχει εισέλθει στο στάδιο εκατοντάδων σχολών σκέψης, σε απόδοση, ταχύτητα, αξιοπιστία, ενοποίηση σε πλήρη άνθηση, σύμφωνα με τον αριθμό των bit του διαύλου ή των καταχωρητών δεδομένων, από τα αρχικά 4 bit αναπτύχθηκε σταδιακά, με μικροϋπολογιστές 8-bit, 16-bit, 32-bit και 64-bit ενός chip.

Προς το παρόν, το σύνολο εντολών των MCU χωρίζεται κυρίως σε CISC και RISC και η βασική αρχιτεκτονική είναι κυρίως ARM Cortex, Intel 8051 και RISC-V.

Σύμφωνα με το 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief, τα προϊόντα MCU 32-bit αντιπροσωπεύουν έως και το 55% της αγοράς, ακολουθούμενα από τα προϊόντα 8-bit, που αντιπροσωπεύουν το 43%, τα προϊόντα 4-bit που αντιπροσωπεύουν το 2%, 16 -προϊόντα bit που αντιστοιχούν στο 1%, μπορεί να φανεί ότι τα κύρια προϊόντα στην αγορά είναι MCU 32-bit και 8-bit και ο χώρος της αγοράς των προϊόντων MCU 16-bit έχει συμπιεστεί σοβαρά.

Τα προϊόντα σετ εντολών CISC αντιπροσώπευαν το 24% της αγοράς, τα προϊόντα σετ εντολών RISC αντιπροσώπευαν το 76% των βασικών προϊόντων της αγοράς.Τα βασικά προϊόντα Intel 8051 αντιπροσώπευαν το 22% της αγοράς, ακολουθούμενα από τα προϊόντα ARM Cortex-M0 με 20%, τα προϊόντα ARM Cortex-M3 αντιπροσώπευαν το 14%, τα προϊόντα ARM Cortex-M4 αντιπροσώπευαν το 12%, τα προϊόντα ARM Cortex-M0+ αντιπροσώπευαν το 5%, τα προϊόντα ARM Cortex-M23 αντιπροσώπευαν το 1%, τα βασικά προϊόντα RISC-V αντιπροσώπευαν το 1% και άλλα το 24%.Τα προϊόντα ARM Cortex-M0+ αντιπροσώπευαν το 5%, τα προϊόντα ARM Cortex-M23 αντιπροσώπευαν το 1%, τα βασικά προϊόντα RISC-V αντιπροσώπευαν το 1% και άλλα το 24%.Συνολικά, οι πυρήνες της σειράς ARM Cortex αντιπροσωπεύουν το 52% του mainstream της αγοράς.

Η αγορά MCU αντιμετωπίζει σημαντικές μειώσεις τιμών τα τελευταία 20 χρόνια, αλλά η μέση πτώση της τιμής πώλησης (ASP) επιβραδύνεται τα τελευταία πέντε χρόνια.Αφού γνώρισε την ύφεση στην αυτοκινητοβιομηχανία, την παγκόσμια οικονομική αδυναμία και την επιδημική κρίση, η αγορά MCU άρχισε να ανακάμπτει το 2020. Σύμφωνα με την IC Insights, οι αποστολές MCU αυξήθηκαν κατά 8% το 2020 και οι συνολικές αποστολές MCU το 2021 αυξήθηκαν σε 12%, υψηλό ρεκόρ 30,9 δισεκατομμυρίων, ενώ οι ASP αυξήθηκαν επίσης κατά 10%, η υψηλότερη αύξηση των τελευταίων 25 ετών.

Η IC Insights αναμένει ότι οι αποστολές MCU θα φτάσουν τα 35,8 δισεκατομμύρια μονάδες τα επόμενα πέντε χρόνια, με συνολικές πωλήσεις 27,2 δισεκατομμυρίων δολαρίων.Από αυτά, οι πωλήσεις MCU 32 bit αναμένεται να φτάσουν τα 20 δισεκατομμύρια δολάρια με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 9,4%, οι MCU 16 bit αναμένεται να φτάσουν τα 4,7 δισεκατομμύρια δολάρια και οι MCU 4 bit δεν αναμένεται να παρουσιάσουν ανάπτυξη.

02 Τρελό προσπέρασμα αυτοκινήτου MCU

Τα ηλεκτρονικά αυτοκινήτων είναι το μεγαλύτερο σενάριο εφαρμογής των MCU.Η IC Insights αναμένει ότι οι παγκόσμιες πωλήσεις MCU θα αυξηθούν κατά 10% στα 21,5 δισεκατομμύρια δολάρια το 2022, με τα MCU αυτοκινήτων να αυξάνονται περισσότερο από τις περισσότερες άλλες τελικές αγορές.

Πάνω από το 40% των πωλήσεων MCU προέρχεται από ηλεκτρονικά είδη αυτοκινήτου και οι πωλήσεις MCU αυτοκινήτου αναμένεται να αυξηθούν με CAGR 7,7% τα επόμενα πέντε χρόνια, ξεπερνώντας τα MCU γενικής χρήσης (7,3%).

Προς το παρόν, τα MCU αυτοκινήτου είναι κυρίως 8-bit, 16-bit και 32-bit, και διαφορετικά bit MCU παίζουν διαφορετικές εργασίες.

ΕΙΔΙΚΑ:

Το 8-bit MCU χρησιμοποιείται κυρίως για σχετικά βασικές λειτουργίες ελέγχου, όπως ο έλεγχος καθισμάτων, κλιματιστικών, ανεμιστήρων, παραθύρων και μονάδων ελέγχου θυρών.

Το 16-bit MCU χρησιμοποιείται κυρίως για το κάτω μέρος του σώματος, όπως κινητήρα, ηλεκτρονικό φρένο, σύστημα ανάρτησης και άλλα συστήματα ισχύος και μετάδοσης.

Το MCU 32-bit ταιριάζει στη νοημοσύνη του αυτοκινήτου και χρησιμοποιείται κυρίως για έξυπνα και ασφαλή σενάρια εφαρμογών υψηλής ποιότητας, όπως η ψυχαγωγία στο πιλοτήριο, το ADAS και ο έλεγχος αμαξώματος.

Σε αυτό το στάδιο, οι MCU 8-bit αυξάνονται σε απόδοση και χωρητικότητα μνήμης, και με τη δική τους οικονομική αποδοτικότητα, μπορούν να αντικαταστήσουν ορισμένες MCU 16-bit σε εφαρμογές και είναι επίσης συμβατές προς τα πίσω με MCU 4-bit.Το MCU 32-bit θα παίζει έναν ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο κύριου ελέγχου σε ολόκληρη την αρχιτεκτονική E/E του αυτοκινήτου, η οποία μπορεί να διαχειριστεί τέσσερις διάσπαρτες μονάδες ECU χαμηλού και μεσαίου εύρους και ο αριθμός των χρήσεων θα συνεχίσει να αυξάνεται.

Η παραπάνω κατάσταση κάνει το 16-bit MCU σε σχετικά άβολη θέση, όχι υψηλή αλλά χαμηλή, αλλά σε ορισμένα σενάρια εφαρμογών, εξακολουθεί να είναι χρήσιμο, όπως ορισμένες βασικές εφαρμογές συστημάτων μετάδοσης κίνησης.

Η αυτοκινητιστική ευφυΐα έχει ενισχύσει σημαντικά τη ζήτηση για MCU 32-bit, με περισσότερα από τα τρία τέταρτα των πωλήσεων MCU αυτοκινήτου να προέρχονται από MCU 32-bit το 2021, και αναμένεται να φτάσουν περίπου τα 5,83 δισεκατομμύρια δολάρια.Τα MCU 16-bit θα αποφέρουν έσοδα περίπου 1,34 δισεκατομμυρίων δολαρίων.και τα MCU 8-bit θα αποφέρουν περίπου 441 εκατομμύρια δολάρια σε έσοδα, σύμφωνα με την έκθεση McClean.

Σε επίπεδο εφαρμογών, το infotainment είναι το σενάριο εφαρμογής με τη μεγαλύτερη ετήσια αύξηση στις πωλήσεις MCU αυτοκινήτων, με 59% αύξηση το 2021 σε σύγκριση με το 2020 και 20% αύξηση εσόδων για τα υπόλοιπα σενάρια.

Τώρα όλος ο ηλεκτρονικός έλεγχος του αυτοκινήτου για χρήση ECU (ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου), και το MCU είναι το τσιπ πυρήνα ελέγχου ECU, κάθε ECU έχει τουλάχιστον ένα MCU, επομένως το τρέχον στάδιο του μετασχηματισμού και της αναβάθμισης της έξυπνης ηλεκτροδότησης προκάλεσε τη ζήτηση για Αύξηση της χρήσης ενός οχήματος MCU.

Σύμφωνα με τα στοιχεία από το Τμήμα Ερευνών της Επιτροπής Εμπειρογνωμόνων Μάρκετινγκ Αυτοκινήτων του Ινστιτούτου Μάρκετινγκ της Κίνας, ο μέσος αριθμός ECU που μεταφέρονται από συνηθισμένα παραδοσιακά αυτοκίνητα καυσίμων είναι 70.ο αριθμός των ECU που μεταφέρονται από πολυτελή αυτοκίνητα παραδοσιακών καυσίμων μπορεί να φτάσει τα 150 λόγω υψηλότερων απαιτήσεων απόδοσης για καθίσματα, κεντρικό έλεγχο και ψυχαγωγία, σταθερότητα αμαξώματος και ασφάλεια.και ο μέσος αριθμός ECU που μεταφέρουν τα έξυπνα αυτοκίνητα μπορεί να φτάσει τα 300 λόγω των νέων απαιτήσεων λογισμικού και υλικού για αυτόνομη οδήγηση και υποβοηθούμενη οδήγηση, που αντιστοιχεί στην ποσότητα MCU που χρησιμοποιείται από μεμονωμένα αυτοκίνητα θα φτάσει επίσης τα 300.

Η ισχυρή ζήτηση για MCU από τις αυτοκινητοβιομηχανίες είναι ιδιαίτερα εμφανής το 2021, όταν υπάρχει έλλειψη πυρήνων λόγω της επιδημίας.Εκείνο το έτος, πολλές εταιρείες αυτοκινήτων χρειάστηκε να κλείσουν για λίγο ορισμένες γραμμές παραγωγής λόγω έλλειψης πυρήνων, αλλά οι πωλήσεις των MCU αυτοκινήτων αυξήθηκαν κατά 23% στα 7,6 δισεκατομμύρια δολάρια, ένα υψηλό ρεκόρ.

Τα περισσότερα από τα τσιπ αυτοκινήτου παράγονται χρησιμοποιώντας γκοφρέτες 8 ιντσών, ορισμένοι κατασκευαστές όπως η μεταφορά γραμμής TI σε 12 ιντσών, η IDM θα είναι επίσης μέρος του χυτηρίου χωρητικότητας, στο οποίο κυριαρχεί η MCU, περίπου το 70% της χωρητικότητας από την TSMC .Ωστόσο, η ίδια η αυτοκινητοβιομηχανία αντιπροσωπεύει ένα μικρό ποσοστό της TSMC και η TSMC εστιάζει στον τομέα της προηγμένης τεχνολογίας διεργασιών των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, επομένως η αγορά MCU αυτοκινήτου είναι ιδιαίτερα σπάνια.

Η έλλειψη τσιπ αυτοκινήτων που οδήγησε ολόκληρη η βιομηχανία ημιαγωγών οδήγησε επίσης σε ένα κύμα επέκτασης, τα μεγάλα χυτήρια και τα εργοστάσια της IDM να επεκτείνουν ενεργά την παραγωγή, αλλά η εστίαση είναι διαφορετική.

Το εργοστάσιο TSMC Kumamoto αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία μέχρι το τέλος του 2024, εκτός από τη διαδικασία 22/28nm, θα παρέχει περαιτέρω διαδικασίες 12 και 16nm και το εργοστάσιο του Nanjing θα επεκτείνει την παραγωγή στα 28nm, με μηνιαία παραγωγική ικανότητα 40.000 τεμάχια?

Η SMIC σχεδιάζει να επεκτείνει την παραγωγή κατά τουλάχιστον 45.000 γκοφρέτες 8 ιντσών και τουλάχιστον 10.000 γκοφρέτες 12 ιντσών το 2021 και να δημιουργήσει μια γραμμή παραγωγής 12 ιντσών με μηνιαία χωρητικότητα 120.000 γκοφρέτες στο Lingang, εστιάζοντας στα nodes 28nm και άνω.

Η Huahong αναμένει να επιταχύνει την επέκταση της παραγωγικής ικανότητας 12 ιντσών σε 94.500 κομμάτια το 2022.

Η Renesas ανακοίνωσε το μερίδιό της στο εργοστάσιο της TSMC στο Κουμαμότο με την πρόθεση να επεκτείνει την εξωτερική ανάθεση και στοχεύει να αυξήσει την προσφορά MCU αυτοκινήτων κατά 50% έως το 2023, με την υψηλών προδιαγραφών χωρητικότητα MCU να αναμένεται να αυξηθεί κατά 50% και τη χαμηλή χωρητικότητα MCU κατά περίπου 70%. σε σύγκριση με το τέλος του 2021.

Η STMicroelectronics θα επενδύσει 1,4 δισεκατομμύρια δολάρια το 2022 για επέκταση και σχεδιάζει να διπλασιάσει τη χωρητικότητα των ευρωπαϊκών εργοστασίων της έως το 2025, κυρίως για να αυξήσει τη χωρητικότητα 12 ιντσών και για χωρητικότητα 8 ιντσών, η STMicroelectronics θα αναβαθμίσει επιλεκτικά για προϊόντα που δεν απαιτούν 12- τεχνολογία ιντσών.

Η Texas Instruments θα προσθέσει τέσσερις νέες μονάδες, η πρώτη μονάδα αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία το 2025 και η τρίτη και η τέταρτη μονάδα θα κατασκευαστούν μεταξύ 2026 και 2030.

Η ON Semiconductor αύξησε τις επενδύσεις κεφαλαίου της στο 12%, κυρίως για επέκταση χωρητικότητας γκοφρέτας 12 ιντσών.

Το IC insights έχει ενδιαφέροντα δεδομένα ότι το ASP όλων των MCU 32-bit μειώνεται με CAGR -4,4% σε ετήσια βάση μεταξύ 2015 και 2020, αλλά αυξάνεται περίπου 13% σε περίπου 0,72 $ το 2021. Αντικατοπτρίζεται στην αγορά spot , η διακύμανση της τιμής του MCU αυτοκινήτου είναι πιο εμφανής: το NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH με πάγια τιμή 22 $ αυξήθηκε στα 550 $, ένα εύρος πάνω από 20 φορές, το οποίο ήταν ένα από τα πιο σπάνια τσιπ αυτοκινήτου εκείνη την εποχή.

Η Infineon 32-bit αυτοκινήτου MCU SAK-TC277TP-64F200N DC είχε αυξηθεί στα 4.500 γιουάν, μια αύξηση σχεδόν 100 φορές, η ίδια σειρά SAK-TC275T-64F200N DC εκτινάχθηκε επίσης σε περισσότερα από 2.000 γιουάν.

Από την άλλη πλευρά, τα αρχικά καυτά ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης άρχισαν να κρυώνουν, η αδύναμη ζήτηση, καθώς και η επιτάχυνση της εγχώριας υποκατάστασης, με αποτέλεσμα να υποχωρούν οι γενικής χρήσης, καταναλωτικές τιμές MCU, ορισμένα μοντέλα τσιπ ST όπως τα F0/F1/F3 Οι τιμές της σειράς πλησίασαν την κανονική τιμή και ακόμη και οι φήμες της αγοράς ότι η τιμή ορισμένων MCU έχει μειωθεί μέσω της τιμής της αντιπροσωπείας.

Ωστόσο, οι MCU αυτοκινήτων όπως οι Renesas, NXP, Infineon και ST εξακολουθούν να βρίσκονται σε κατάσταση σχετικής έλλειψης.Για παράδειγμα, η τιμή του υψηλής απόδοσης 32-bit MCU STM32H743VIT6 της ST ανέβηκε στα 600 γιουάν στα τέλη του περασμένου έτους, ενώ η τιμή του ήταν μόλις 48 γιουάν πριν από δύο χρόνια.Η αύξηση είναι πάνω από 10 φορές.Η τιμή αγοράς της Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC τον περασμένο Οκτώβριο ήταν περίπου 1200 $, η προσφορά Δεκεμβρίου έως και 3800 $ και ακόμη και σε ιστότοπους τρίτων προσφέρουν περισσότερα από 5000 $.

03 Η αγορά είναι μεγάλη και η εγχώρια παραγωγή μικρή

Το ανταγωνιστικό τοπίο της MCU κυριαρχείται από υπερπόντιους γίγαντες όσο και ολόκληρο το ανταγωνιστικό περιβάλλον ημιαγωγών.Το 2021, οι πέντε κορυφαίοι προμηθευτές MCU ήταν οι NXP, Microchip, Renesas, ST και Infineon.Αυτοί οι πέντε πωλητές MCU αντιπροσώπευαν το 82,1% των συνολικών παγκόσμιων πωλήσεων, σε σύγκριση με 72,2% το 2016, με το μέγεθος των κορυφαίων εταιρειών να αυξάνεται στα ενδιάμεσα έτη.

Σε σύγκριση με την καταναλωτική και βιομηχανική MCU, το όριο πιστοποίησης MCU αυτοκινήτου είναι υψηλό και η περίοδος πιστοποίησης είναι μεγάλη, το σύστημα πιστοποίησης περιλαμβάνει πιστοποίηση προτύπου ISO26262, πιστοποίηση προτύπων AEC-Q001~004 και IATF16949, AEC-Q100/Q104 με πιστοποίηση προτύπου ISO26 Η λειτουργική ασφάλεια του αυτοκινήτου χωρίζεται σε τέσσερα επίπεδα ASIL-A έως D. Για παράδειγμα, το πλαίσιο και άλλα σενάρια έχουν τις υψηλότερες απαιτήσεις ασφάλειας και απαιτούν πιστοποίηση επιπέδου ASIL-D, λίγοι κατασκευαστές τσιπ μπορούν να πληρούν τις προϋποθέσεις.

Σύμφωνα με τα στοιχεία της Strategy Analysis, η παγκόσμια και εγχώρια αγορά MCU αυτοκινήτου καταλαμβάνεται κυρίως από τις NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, με μερίδιο αγοράς 85%.Αν και οι MCU 32-bit εξακολουθούν να μονοπωλούνται από υπερπόντιους κολοσσούς, ορισμένες εγχώριες εταιρείες έχουν απογειωθεί.

04 Συμπέρασμα

Η ταχεία ανάπτυξη των ευφυών ηλεκτρικών οχημάτων, έτσι ένας αριθμός καταναλωτών κατασκευαστών τσιπ έχουν ενταχθεί, όπως η Nvidia, η Qualcomm, η Intel έχουν βρεθεί στο έξυπνο πιλοτήριο, καινοτομίες τσιπ αυτόνομης οδήγησης, συμπιέζοντας το χώρο επιβίωσης των παλαιών κατασκευαστών τσιπ αυτοκινήτων.Η ανάπτυξη των MCU αυτοκινήτων έχει περάσει από την εστίαση στην αυτο-ανάπτυξη και τη βελτίωση της απόδοσης σε ολόπλευρο ανταγωνισμό για τη μείωση του κόστους, διατηρώντας παράλληλα τα τεχνολογικά πλεονεκτήματα.

Με την αρχιτεκτονική E/E του αυτοκινήτου να κατανέμεται στον έλεγχο τομέα και τελικά προς την κεντρική ενοποίηση, θα αντικαθίστανται όλο και περισσότερα πολυλειτουργικά και απλά τσιπ χαμηλού επιπέδου, υψηλής απόδοσης, υψηλής υπολογιστικής ισχύος και άλλα υψηλής τεχνολογίας τα τσιπ θα γίνουν το επίκεντρο του μελλοντικού ανταγωνισμού τσιπ αυτοκινήτου, καθώς ο κύριος ρόλος ελέγχου του MCU από τη μελλοντική μείωση αριθμού ECU είναι σχετικά μικρός, όπως η ECU ελέγχου πλαισίου Tesla, ένα single περιέχει 3-4 MCU, αλλά κάποια απλή λειτουργία το βασικό MCU θα ενσωματωθεί.Συνολικά, η αγορά για MCU αυτοκινήτου και ο χώρος για εγχώρια υποκατάσταση τα επόμενα χρόνια είναι αναμφίβολα τεράστιος.