2023, лудата кола MCU

01 Историята на растежа на MCU

MCU, микроконтролер, има добре известно име: едночипов микрокомпютър.

Наистина приятно място е да преместите набор от основна компютърна система на чип, включително вътрешната версия на CPU RAM ROM IO брояч сериен порт, въпреки че производителността със сигурност не е толкова широка, колкото на компютър, но е програмируема с ниска мощност и гъвкави, така че в потребителската електроника, медицинската индустрия комуникация Автомобилите имат много широк спектър от приложения.

Той е роден през 1971 г., Intel проектира първия микропроцесор в света – номер 4004 4-битов чип, този чип интегрира повече от 2000 транзистора, а Intel също така проектира 4001, 4002, 4003 чипове, RAM, ROM и регистри.

Когато тези четири продукта излязоха на пазара, Intel написа в рекламата „Обявете нова ера на интегралните схеми: микрокомпютри, събрани в един чип“.По това време миникомпютрите и мейнфреймите бяха предимно 8-битови и 16-битови процесори, така че Intel скоро пусна 8-битов микропроцесор 8008 през 1972 г., за да спечели бързо пазара, отваряйки ерата на едночиповите микрокомпютри.

През 1976 г. Intel пусна първия в света програмируем микрокомпютърен контролер 8748, който интегрира 8-битов процесор, 8-битов паралелен I/O, 8-битов брояч, RAM, ROM и т.н., който може да отговори на нуждите на общото индустриално управление и инструментариум, представен от 8748, откриващ изследването на едночипови микрокомпютри в индустриалната област.

През 80-те години 8-битовите едночипови микрокомпютри започнаха да стават по-зрели, капацитетът на RAM и ROM се увеличи, обикновено със серийни интерфейси, многостепенни системи за обработка на прекъсвания, множество 16-битови броячи и т.н. През 1983 г. Intel пусна MCS -96 серия от 16-битови микроконтролери с висока производителност, със 120 000 интегрирани транзистора.

От 90-те години на миналия век едночиповият микрокомпютър навлезе на сцената на стотици школи на мисълта, по отношение на производителност, скорост, надеждност, интеграция в пълен разцвет, според броя на битовете на шината или регистрите за данни, от първоначалните 4 бита постепенно се развива с 8-битови, 16-битови, 32-битови и 64-битови едночипови микрокомпютри.

Понастоящем наборът от инструкции на MCU е разделен главно на CISC и RISC, а основната архитектура е главно ARM Cortex, Intel 8051 и RISC-V.

Според 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief, 32-битовите MCU продукти представляват до 55% от пазара, следвани от 8-битовите продукти, които представляват 43%, 4-битовите продукти, които представляват 2%, 16 -битови продукти, представляващи 1%, може да се види, че основните продукти на пазара са 32-битови и 8-битови MCU, а пазарното пространство на 16-битовите MCU продукти е силно притиснато.

Продуктите с набор от инструкции на CISC представляват 24% от пазара, продуктите с набор от инструкции на RISC представляват 76% от масовите продукти на пазара;Основните продукти на Intel 8051 представляват 22% от пазара, следвани от продуктите ARM Cortex-M0, които представляват 20%, продуктите ARM Cortex-M3 представляват 14%, продуктите ARM Cortex-M4 представляват 12%, продуктите ARM Cortex-M0+ представляват 5%, продуктите ARM Cortex-M23 представляват 1%, основните продукти на RISC-V представляват 1%, а други представляват 24%.Продуктите ARM Cortex-M0+ представляват 5%, продуктите ARM Cortex-M23 представляват 1%, основните продукти RISC-V представляват 1%, а други представляват 24%.Като цяло ядрата от серията ARM Cortex представляват 52% от масовия пазар.

Пазарът на MCU е изправен пред значителни спадове на цените през последните 20 години, но спадът на средната продажна цена (ASP) се забавя през последните пет години.След като преживя спада в автомобилната индустрия, глобалната икономическа слабост и епидемичната криза, пазарът на MCU започна да се възстановява през 2020 г. Според IC Insights доставките на MCU се увеличиха с 8% през 2020 г., а общите доставки на MCU през 2021 г. се увеличиха до 12%, рекорден връх от 30,9 милиарда, докато ASP също се повишиха с 10%, най-високото увеличение от 25 години.

IC Insights очаква доставките на MCU да достигнат 35,8 милиарда единици през следващите пет години, с общи продажби от 27,2 милиарда долара.От тях продажбите на 32-битови MCU се очаква да достигнат 20 милиарда долара с общ годишен темп на растеж от 9,4%, 16-битовите MCU се очаква да достигнат 4,7 милиарда долара, а 4-битовите MCU не се очаква да покажат растеж.

02 Кола MCU лудо изпреварване

Автомобилната електроника е най-големият сценарий за приложение на MCU.IC Insights очаква световните продажби на MCU да нараснат с 10% до рекордните $21,5 милиарда през 2022 г., като автомобилните MCU ще нараснат повече от повечето други крайни пазари.

Повече от 40% от продажбите на MCU идват от автомобилна електроника, а продажбите на автомобилни MCU се очаква да нараснат с CAGR от 7,7% през следващите пет години, изпреварвайки MCU с общо предназначение (7,3%).

Понастоящем автомобилните MCU са основно 8-битови, 16-битови и 32-битови, а различните битове на MCU играят различни задачи.

По-конкретно:

8-битовият MCU се използва главно за сравнително основни функции за управление, като управление на седалки, климатици, вентилатори, прозорци и модули за управление на вратите.

16-битовият MCU се използва главно за долната част на тялото, като двигател, електронна спирачка, система за окачване и други силови и трансмисионни системи.

32-битовият MCU пасва на автомобилния интелект и се използва главно за интелигентни и безопасни сценарии на приложение от висок клас, като забавление в пилотската кабина, ADAS и управление на тялото.

На този етап 8-битовите MCU нарастват в производителността и капацитета на паметта и със собствената си ефективност на разходите те могат да заменят някои 16-битови MCU в приложенията и също така са обратно съвместими с 4-битовите MCU.32-битовият MCU ще играе все по-важна роля за главен контрол в цялата автомобилна E/E архитектура, която може да управлява четири разпръснати ECU единици от нисък и среден клас, а броят на употребите ще продължи да нараства.

Горната ситуация поставя 16-битовия MCU в сравнително неудобно положение, не високо, а ниско, но в някои сценарии на приложение той все още е полезен, като някои ключови приложения на системите за задвижване.

Автомобилната интелигентност значително повиши търсенето на 32-битови MCU, като повече от три четвърти от продажбите на автомобилни MCU идват от 32-битови MCU през 2021 г., като се очаква да достигнат около $5,83 милиарда;16-битовите MCU ще генерират около $1,34 милиарда приходи;и 8-битовите MCU ще генерират около $441 милиона приходи, според доклада на McClean.

На ниво приложение, инфоразвлекателният е сценарият на приложение с най-голямо годишно увеличение на продажбите на MCU за автомобили, с 59% ръст през 2021 г. в сравнение с 2020 г. и 20% ръст на приходите за останалите сценарии.

Сега цялото електронно управление на автомобила да използва ECU (електронен блок за управление), а MCU е основният контролен чип ECU, всяко ECU има поне едно MCU, така че настоящият етап на трансформация и надграждане на интелигентната електрификация предизвика търсенето на Увеличаване на използването на едно превозно средство на MCU.

Според данните от Изследователския отдел на Експертния комитет за автомобилен маркетинг на Китайския маркетингов институт, средният брой ECU, превозвани от обикновени автомобили с традиционно гориво, е 70;броят на ECU, превозвани от луксозни автомобили с традиционно гориво, може да достигне 150 поради по-високите изисквания за ефективност за седалки, централно управление и развлечения, стабилност и безопасност на каросерията;и средният брой ECU, носени от интелигентни автомобили, може да достигне 300 поради новите софтуерни и хардуерни изисквания за автономно шофиране и асистирано шофиране, което съответства на количеството MCU, използвано от единични автомобили, също ще достигне повече от 300.

Силното търсене на MCU от автомобилните производители е особено очевидно през 2021 г., когато има недостиг на ядра поради епидемията.През тази година много автомобилни компании трябваше за кратко да затворят някои производствени линии поради липса на ядра, но продажбите на автомобилни MCU скочиха с 23% до 7,6 милиарда долара, рекордно високо.

Повечето от автомобилните чипове се произвеждат с помощта на 8-инчови пластини, някои производители като TI към 12-инчов линейни трансфер, IDM също ще бъдат част от леярната за аутсорсинг на капацитет, която е доминирана от MCU, около 70% от капацитета от TSMC .Въпреки това, самият автомобилен бизнес представлява малка част от TSMC, а TSMC се фокусира върху областта на усъвършенстваната технология на потребителската електроника, така че пазарът на автомобилни MCU е особено оскъден.

Недостигът на автомобилни чипове, воден от цялата полупроводникова индустрия, също постави началото на вълна от експанзия, големите леярни и заводите за IDM активно разширяват производството, но фокусът е различен.

Заводът на TSMC Kumamoto се очаква да бъде пуснат в експлоатация до края на 2024 г., в допълнение към 22/28nm процеса, той допълнително ще осигури 12 и 16nm процеси, а заводът в Нанкин ще разшири производството до 28nm, с месечен производствен капацитет от 40 000 броя;

SMIC планира да разшири производството с най-малко 45 000 8-инчови вафли и поне 10 000 12-инчови вафли през 2021 г. и да изгради 12-инчова производствена линия с месечен капацитет от 120 000 вафли в Линганг, като се фокусира върху 28nm и по-високи възли.

Huahong очаква да ускори разширяването на 12-инчовия производствен капацитет до 94 500 броя през 2022 г.;

Renesas обяви своя дял в завода на TSMC в Кумамото с намерението да разшири аутсорсинга и има за цел да увеличи доставките на автомобилни MCU с 50% до 2023 г., като капацитетът на MCU от висок клас се очаква да се увеличи с 50%, а капацитетът на MCU от нисък клас с около 70% в сравнение с края на 2021 г.

STMicroelectronics ще инвестира 1,4 милиарда долара през 2022 г. за разширяване и планира да удвои капацитета на своите европейски заводи до 2025 г., главно за увеличаване на 12-инчовия капацитет, а за 8-инчов капацитет STMicroelectronics ще надгражда избирателно за продукти, които не изискват 12-инчов инчова технология.

Texas Instruments ще добави четири нови завода, като първият завод се очаква да бъде пуснат в експлоатация през 2025 г., а третият и четвъртият завод ще бъдат построени между 2026 и 2030 г.;

ON Semiconductor увеличи своите капиталови инвестиции до 12%, главно за разширяване на капацитета на 12-инчови пластини.

IC insights има интересни данни, че ASP на всички 32-битови MCU намалява с CAGR от -4,4% на годишна база между 2015 г. и 2020 г., но се повишава с около 13% до около $0,72 през 2021 г. Отразено на спот пазара , колебанията в цените на автомобилните MCU са по-очевидни: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH с постоянна цена от $22 скочи до $550, диапазон от повече от 20 пъти, което беше един от най-дефицитните автомобилни чипове по това време.

Infineon 32-битов автомобилен MCU SAK-TC277TP-64F200N DC се повиши до 4500 юана, увеличение от почти 100 пъти, същата серия от SAK-TC275T-64F200N DC също скочи до над 2000 юана.

От друга страна, първоначално горещата потребителска електроника започна да се охлажда, слабото търсене, както и ускоряването на местното заместване, което доведе до спад на цените на потребителските MCU с общо предназначение, някои модели ST чипове като F0/F1/F3 цените на сериите се доближиха до нормалната цена и дори пазарните слухове, че цената на някои MCU е паднала поради цената на агенцията.

Въпреки това автомобилните MCU като Renesas, NXP, Infineon и ST все още са в състояние на относителен недостиг.Например, цената на високопроизводителния 32-битов MCU STM32H743VIT6 на ST се покачи до 600 юана в края на миналата година, докато цената му беше само 48 юана преди две години.Увеличението е повече от 10 пъти;Пазарната цена на Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC през октомври миналата година беше около $1200, декемврийска оферта до $3800 и дори на уебсайтове на трети страни предлагат повече от $5000.

03 Пазарът е голям, а местното производство е малко

Конкурентният пейзаж на MCU е толкова доминиран от задгранични гиганти, колкото и цялата конкурентна среда на полупроводниците.През 2021 г. първите пет доставчици на MCU бяха NXP, Microchip, Renesas, ST и Infineon.Тези пет доставчици на MCU представляват 82,1% от общите глобални продажби, в сравнение със 72,2% през 2016 г., като размерът на водещите компании нараства през следващите години.

В сравнение с потребителските и индустриалните MCU, прагът за сертифициране на MCU за автомобили е висок и периодът на сертифициране е дълъг, системата за сертифициране включва стандартна сертификация ISO26262, AEC-Q001~004 и стандартна сертификация IATF16949, стандартна сертификация AEC-Q100/Q104, от които ISO26262 на автомобилната функционална безопасност е разделена на четири нива от ASIL-A до D. Например, шасито и други сценарии имат най-високи изисквания за безопасност и изискват сертифициране на ниво ASIL-D, малко производители на чипове могат да изпълнят условията.

Според данните на Strategy Analysis глобалният и местният пазар на автомобилни MCU е зает основно от NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, с пазарен дял от 85%.Въпреки че 32-битовите MCU все още са монополизирани от задгранични гиганти, някои местни компании излязоха.

04 Заключение

Бързото развитие на интелигентни електрически превозни средства, така че редица производители на потребителски чипове се присъединиха, като Nvidia, Qualcomm, Intel бяха в интелигентния кокпит, пробивите на чипове за автономно шофиране, компресирайки пространството за оцеляване на старите производители на автомобилни чипове.Развитието на автомобилните MCU премина от съсредоточаване върху самостоятелното развитие и подобряване на производителността до всестранна конкуренция за намаляване на разходите, като същевременно се поддържат технологични предимства.

С автомобилната E/E архитектура от разпределено към домейн контрол и в крайна сметка към централна интеграция, ще има все повече и повече многофункционални и прости чипове от нисък клас, които ще бъдат заменени с висока производителност, висока изчислителна мощност и други от висок клас чиповете ще се превърнат във фокуса на бъдещата конкуренция за автомобилни чипове, тъй като основната контролна роля на MCU чрез бъдещото намаляване на броя на ECU е сравнително малка, като ECU за управление на шасито на Tesla, един съдържа 3-4 MCU, но някои прости функции на основният MCU ще бъде интегриран.Като цяло, пазарът за автомобилни MCU и пространството за местно заместване през следващите години несъмнено е огромно.