01 MCU izaugsmes vēsture
MCU, mikrokontrolleris, tam ir labi zināms nosaukums: vienas mikroshēmas mikrodators.
Tā patiešām ir lieliska vieta, kur pārvietot pamata datorsistēmu uz mikroshēmu, ieskaitot CPU RAM ROM IO skaitītāja seriālo portu iekšējo versiju, lai gan veiktspēja noteikti nav tik plaša kā datoram, taču tā ir programmējama ar zemu jaudu un elastīgs, tāpēc plaša patēriņa elektronikā, medicīnas nozares komunikācijā Automašīnām ir ļoti plašs pielietojums.
Tas dzimis 1971. gadā, Intel izstrādāja pasaulē pirmo mikroprocesoru – ar numuru 4004 4 bitu mikroshēmu, šajā mikroshēmā ir integrēti vairāk nekā 2000 tranzistoru, un Intel izstrādāja arī 4001, 4002, 4003 mikroshēmas, RAM, ROM un reģistrus.
Kad šie četri produkti nonāca tirgū, Intel reklāmā rakstīja: "Paziņojiet par jaunu integrālo shēmu ēru: mikrodatori, kas kondensēti vienā mikroshēmā."Tolaik minidatori un lieldatori galvenokārt bija 8 bitu un 16 bitu procesori, tāpēc Intel drīz vien 1972. gadā laida klajā 8 bitu mikroprocesoru 8008, lai ātri uzvarētu tirgū, atklājot vienas mikroshēmas mikrodatoru ēru.
1976. gadā Intel laida klajā pasaulē pirmo programmējamo mikrodatora kontrolleri 8748, kas integrē 8 bitu centrālo procesoru, 8 bitu paralēlo I/O, 8 bitu skaitītāju, RAM, ROM utt., kas spēj apmierināt vispārējās rūpnieciskās vadības un instrumenti, ko pārstāv 8748, atklājot vienas mikroshēmas mikrodatoru izpēti rūpniecības jomā.
Astoņdesmitajos gados 8 bitu vienas mikroshēmas mikrodatori sāka kļūt nobriedušāki, RAM un ROM ietilpība palielinājās, parasti izmantojot seriālās saskarnes, daudzlīmeņu pārtraukumu apstrādes sistēmas, vairākus 16 bitu skaitītājus utt. 1983. gadā Intel uzsāka MCS. -96 sērijas 16 bitu augstas veiktspējas mikrokontrolleri ar 120 000 integrētiem tranzistoriem.
Kopš deviņdesmitajiem gadiem vienas mikroshēmas mikrodators ir nonācis simts skolu līmenī, veicot veiktspēju, ātrumu, uzticamību, integrāciju pilnā plaukumā atbilstoši kopnes vai datu reģistru bitu skaitam, sākot no sākotnējiem 4 bitiem. pakāpeniski izstrādāta ar 8 bitu, 16 bitu, 32 bitu un 64 bitu vienas mikroshēmas mikrodatoriem.
Pašlaik MCU instrukciju kopa galvenokārt ir sadalīta CISC un RISC, un galvenā arhitektūra galvenokārt ir ARM Cortex, Intel 8051 un RISC-V.
Saskaņā ar 2020. gada Ķīnas vispārējā mikrokontrollera (MCU) tirgus īsu pārskatu 32 bitu MCU produkti veido līdz 55% no tirgus, kam seko 8 bitu produkti, kas veido 43%, 4 bitu produkti veido 2%, 16. -bitu produkti, kas veido 1%, var redzēt, ka galvenie tirgū esošie produkti ir 32 bitu un 8 bitu MCU, un 16 bitu MCU produktu tirgus telpa ir stipri saspiesta.
CISC instrukciju komplektu produkti veidoja 24% no tirgus, RISC instrukciju komplektu produkti veidoja 76% no tirgus galvenajiem produktiem;Intel 8051 pamatprodukti aizņēma 22% no tirgus, kam sekoja ARM Cortex-M0 produkti, kas veido 20%, ARM Cortex-M3 produkti veidoja 14%, ARM Cortex-M4 produkti veidoja 12%, ARM Cortex-M0+ produkti. veidoja 5%, ARM Cortex-M23 produkti veidoja 1%, RISC-V pamata produkti veidoja 1%, bet citi veidoja 24%.ARM Cortex-M0+ produkti veidoja 5%, ARM Cortex-M23 produkti veidoja 1%, RISC-V pamata produkti veidoja 1%, bet citi veidoja 24%.Kopumā ARM Cortex sērijas serdeņi veido 52% no kopējā tirgus.
MCU tirgus pēdējo 20 gadu laikā ir saskāries ar ievērojamu cenu kritumu, taču tā vidējās pārdošanas cenas (ASP) kritums pēdējo piecu gadu laikā ir palēninājies.Pēc lejupslīdes automobiļu rūpniecībā, globālās ekonomikas vājuma un epidēmijas krīzes MCU tirgus sāka atgūties 2020. gadā. Saskaņā ar IC Insights datiem MCU sūtījumi 2020. gadā palielinājās par 8%, un kopējais MCU sūtījumu apjoms 2021. gadā pieauga līdz 12%, kas ir rekordaugsts līmenis 30,9 miljardu apmērā, savukārt ASP arī pieauga par 10%, kas ir lielākais pieaugums pēdējo 25 gadu laikā.
IC Insights sagaida, ka nākamajos piecos gados MCU sūtījumi sasniegs 35,8 miljardus vienību ar kopējo pārdošanas apjomu 27,2 miljardu dolāru apmērā.Paredzams, ka no tiem 32 bitu MCU pārdošanas apjomi sasniegs 20 miljardus ASV dolāru ar salikto gada pieauguma tempu 9,4%, sagaidāms, ka 16 bitu MCU sasniegs 4,7 miljardus ASV dolāru, un 4 bitu MCU pieaugums nav gaidāms.
02 Auto MCU traka apdzīšana
Automobiļu elektronika ir lielākais MCU pielietojuma scenārijs.IC Insights prognozē, ka 2022. gadā MCU pārdošanas apjoms pasaulē pieaugs par 10% līdz rekordlielam 21,5 miljardu dolāru līmenim, un automobiļu MCU pieaugs vairāk nekā vairumā citu gala tirgu.
Vairāk nekā 40% no MCU pārdošanas apjoma nāk no automobiļu elektronikas, un paredzams, ka automobiļu MCU pārdošanas apjomi nākamajos piecos gados pieaugs par CAGR par 7,7%, apsteidzot vispārējas nozīmes MCU (7,3%).
Pašlaik automobiļu MCU galvenokārt ir 8 bitu, 16 bitu un 32 bitu, un dažādi MCU biti veic dažādus darbus.
Konkrēti:
8 bitu MCU galvenokārt izmanto salīdzinoši pamata vadības funkcijām, piemēram, sēdekļu, gaisa kondicionieru, ventilatoru, logu un durvju vadības moduļu vadībai.
16 bitu MCU galvenokārt izmanto ķermeņa apakšdaļām, piemēram, dzinējam, elektroniskajām bremzēm, piekares sistēmai un citām jaudas un transmisijas sistēmām.
32 bitu MCU atbilst automobiļu inteliģenci un galvenokārt tiek izmantots augstākās klases inteliģentiem un drošiem lietojumu scenārijiem, piemēram, kabīnes izklaidei, ADAS un ķermeņa kontrolei.
Šajā posmā 8 bitu MCU palielinās veiktspēja un atmiņas ietilpība, un ar savu izmaksu efektivitāti tie var aizstāt dažus 16 bitu MCU lietojumprogrammās, kā arī ir saderīgi ar 4 bitu MCU.32 bitu MCU spēlēs arvien nozīmīgāku galvenās vadības lomu visā automobiļu E/E arhitektūrā, kas var pārvaldīt četras izkliedētas zemas un vidējas klases ECU vienības, un lietojumu skaits turpinās pieaugt.
Iepriekš minētā situācija padara 16 bitu MCU salīdzinoši neērtā stāvoklī, nevis augstu, bet zemu, taču dažos lietojumprogrammu scenārijos tas joprojām ir noderīgs, piemēram, dažos galvenajos spēka piedziņas sistēmu lietojumos.
Automobiļu inteliģence ir ievērojami palielinājusi pieprasījumu pēc 32 bitu MCU, un vairāk nekā trīs ceturtdaļas no automobiļu MCU pārdošanas apjomiem nāk no 32 bitu MCU 2021. gadā, sagaidāms, ka tas sasniegs aptuveni 5,83 miljardus ASV dolāru;16 bitu MCU radīs aptuveni 1,34 miljardus ASV dolāru ieņēmumus;un 8 bitu MCU radīs aptuveni 441 miljonu ASV dolāru ieņēmumus saskaņā ar McClean ziņojumu.
Lietojumprogrammu līmenī informācijas un izklaides sistēma ir lietojumprogrammu scenārijs ar lielāko automobiļu MCU pārdošanas pieaugumu salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu, ar 59% pieaugumu 2021. gadā salīdzinājumā ar 2020. gadu un par 20% ieņēmumu pieaugumu pārējos scenārijos.
Tagad visa automašīnas elektroniskā vadība, lai izmantotu ECU (elektronisko vadības bloku), un MCU ir galvenais vadības mikroshēmas ECU, katram ECU ir vismaz viens MCU, tāpēc pašreizējais viedās elektrifikācijas pārveidošanas un modernizācijas posms izraisīja pieprasījumu pēc MCU viena transportlīdzekļa izmantošanas pieaugums.
Saskaņā ar Ķīnas Mārketinga institūta Automobiļu mārketinga ekspertu komitejas izpētes nodaļas datiem vidējais ECU skaits, ko pārvadā parastās tradicionālās degvielas automašīnas, ir 70;luksusa tradicionālās degvielas automašīnās pārvadāto ECU skaits var sasniegt 150, jo ir augstākas veiktspējas prasības sēdekļiem, centrālajai vadībai un izklaidei, virsbūves stabilitātei un drošībai;un vidējais viedo automobiļu pārvadāto ECU skaits var sasniegt 300, jo jaunās programmatūras un aparatūras prasības autonomai braukšanai un braukšanai ar palīgierīcēm, kas atbilst atsevišķu automašīnu izmantotajam MCU apjomam, arī sasniegs vairāk nekā 300.
Lielais autoražotāju pieprasījums pēc MCU ir īpaši redzams 2021. gadā, kad epidēmijas dēļ trūkst kodolu.Tajā gadā daudziem automašīnu uzņēmumiem nācās īslaicīgi slēgt dažas ražošanas līnijas kodolu trūkuma dēļ, taču automobiļu MCU pārdošanas apjomi pieauga par 23% līdz 7,6 miljardiem USD, kas ir rekordaugsts rādītājs.
Lielākā daļa automobiļu mikroshēmu tiek ražotas, izmantojot 8 collu vafeles, daži ražotāji, piemēram, TI pārsūtīšana uz 12 collu līniju, IDM būs arī daļa no jaudas ārpakalpojumu lietuves, kurā dominē MCU, aptuveni 70% no jaudas TSMC. .Tomēr pats automobiļu bizness veido nelielu TSMC daļu, un TSMC koncentrējas uz plaša patēriņa elektronikas progresīvo procesu tehnoloģiju jomu, tāpēc automobiļu MCU tirgus ir īpaši ierobežots.
Automobiļu mikroshēmu trūkums, ko vadīja visa pusvadītāju nozare, arī izraisīja paplašināšanās vilni, lielākās lietuves un IDM rūpnīcas aktīvi paplašināja ražošanu, taču uzsvars ir atšķirīgs.
Paredzams, ka TSMC Kumamoto rūpnīca tiks nodota ekspluatācijā līdz 2024. gada beigām, papildus 22/28 nm procesam, tā turpmāk nodrošinās 12 un 16 nm procesus, un Nanjing rūpnīca paplašinās ražošanu līdz 28 nm ar ikmēneša ražošanas jaudu 40 000 gab.;
SMIC plāno 2021. gadā paplašināt ražošanu par vismaz 45 000 8 collu vafeļu un vismaz 10 000 12 collu vafeļu, kā arī uzbūvēs 12 collu ražošanas līniju ar 120 000 vafeļu ikmēneša jaudu Lingangā, koncentrējoties uz 28 nm un augstākiem mezgliem.
Huahong plāno paātrināt 12 collu ražošanas jaudas paplašināšanu līdz 94 500 vienībām 2022. gadā;
Renesas paziņoja par savu līdzdalību TSMC Kumamoto rūpnīcā ar nolūku paplašināt ārpakalpojumus, un tā mērķis ir līdz 2023. gadam palielināt automobiļu MCU piegādi par 50%, paredzot augstākās klases MCU jaudas pieaugumu par 50% un zemas klases MCU jaudu par aptuveni 70%. salīdzinot ar 2021. gada beigām.
STMicroelectronics 2022. gadā ieguldīs 1,4 miljardus ASV dolāru paplašināšanai un plāno līdz 2025. gadam dubultot savu Eiropas rūpnīcu jaudu, galvenokārt, lai palielinātu 12 collu jaudu, un 8 collu ietilpībai STMicroelectronics selektīvi jauninās produktus, kuriem nav nepieciešama 12 collu jaudu. collu tehnoloģija.
Texas Instruments pievienos četras jaunas rūpnīcas, paredzams, ka pirmā rūpnīca tiks nodota ekspluatācijā 2025. gadā, bet trešā un ceturtā rūpnīca tiks uzbūvēta no 2026. līdz 2030. gadam;
ON Semiconductor palielināja savu kapitālieguldījumu līdz 12%, galvenokārt 12 collu vafeļu jaudas paplašināšanai.
IC ieskatiem ir interesanti dati, ka visu 32 bitu MCU ASP samazinās par -4,4% gadā, salīdzinot ar 2015. gada gadu, no 2020. gada, bet pieaug par aptuveni 13% līdz aptuveni 0,72 $ 2021. gadā. , automobiļu MCU cenu svārstības ir acīmredzamākas: NXP 32 bitu MCU FS32K144HAT0MLH ar pastāvīgo cenu 22 USD pieauga līdz USD 550, kas ir vairāk nekā 20 reižu diapazons, kas tajā laikā bija viens no retākajiem automobiļu mikroshēmām.
Infineon 32 bitu automobiļu MCU SAK-TC277TP-64F200N DC bija pieaudzis līdz 4500 juaņām, pieaugot gandrīz 100 reizes, tās pašas sērijas SAK-TC275T-64F200N DC arī pieauga līdz vairāk nekā 2000 juaņām.
No otras puses, sākotnēji karstā plaša patēriņa elektronika sāka atdzist, vājais pieprasījums, kā arī vietējās aizstāšanas paātrināšanās, tādējādi samazinot vispārējas nozīmes MCU cenas, daži ST mikroshēmu modeļi, piemēram, F0/F1/F3. sēriju cenas tuvojās parastajai cenai, un pat tirgū klīda baumas, ka dažu MCU cena ir samazinājusies aģentūras cenas dēļ.
Tomēr automobiļu MCU, piemēram, Renesas, NXP, Infineon un ST, joprojām ir relatīvā deficīta stāvoklī.Piemēram, ST augstas veiktspējas 32 bitu MCU STM32H743VIT6 cena pagājušā gada beigās pieauga līdz 600 juaņām, savukārt pirms diviem gadiem tā cena bija tikai 48 juaņas.Pieaugums ir vairāk nekā 10 reizes;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N maiņstrāvas tirgus cena pagājušā gada oktobrī bija aptuveni 1200 USD, decembra piedāvājums līdz 3800 USD, un pat trešo pušu vietnēs tiek piedāvāta vairāk nekā 5000 USD.
03 Tirgus ir liels, un vietējā ražošana ir maza
MCU konkurences vidē dominē aizjūras giganti tāpat kā visā pusvadītāju konkurences vidē.2021. gadā pieci labākie MCU pārdevēji bija NXP, Microchip, Renesas, ST un Infineon.Šie pieci MCU pārdevēji veidoja 82,1% no kopējā globālā pārdošanas apjoma, salīdzinot ar 72,2% 2016. gadā, un galveno uzņēmumu lielums pēdējos gados pieauga.
Salīdzinot ar patērētāju un rūpniecības MCU, automobiļu MCU sertifikācijas slieksnis ir augsts un sertifikācijas periods ir garš, sertifikācijas sistēma ietver ISO26262 standarta sertifikāciju, AEC-Q001 ~ 004 un IATF16949 standarta sertifikāciju, AEC-Q100/Q104 standarta sertifikāciju, no kuriem ISO2626. automobiļu funkcionālā drošība ir sadalīta četros līmeņos no ASIL-A līdz D. Piemēram, šasijai un citiem scenārijiem ir visaugstākās drošības prasības un nepieciešama ASIL-D līmeņa sertifikācija, daži mikroshēmu ražotāji var izpildīt nosacījumus.
Saskaņā ar Strategy Analysis datiem globālo un vietējo automobiļu MCU tirgu galvenokārt aizņem NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip ar tirgus daļu 85%.Lai gan 32 bitu MCU joprojām monopolizē aizjūras giganti, daži vietējie uzņēmumi ir sākuši savu darbību.
04 Secinājums
Viedo elektrisko transportlīdzekļu straujā attīstība, tāpēc vairāki patērētāju mikroshēmu ražotāji ir pievienojušies, piemēram, Nvidia, Qualcomm, Intel ir bijuši viedajā kabīnē, autonomās braukšanas mikroshēmu sasniegumi, saspiežot veco automobiļu mikroshēmu ražotāju izdzīvošanas telpu.Automobiļu MCU izstrāde ir pārgājusi no koncentrēšanās uz pašattīstību un veiktspējas uzlabošanu uz visaptverošu konkurenci par izmaksu samazināšanu, vienlaikus saglabājot tehnoloģiskās priekšrocības.
Automobiļu E/E arhitektūrai sākot no izplatītās uz domēna vadību un beidzot ar centrālo integrāciju, tiks aizstāts arvien vairāk daudzfunkcionālu un vienkāršu zemas klases mikroshēmu, augstas veiktspējas, augstas skaitļošanas jaudas un citas augstas klases mikroshēmas. mikroshēmas kļūs par nākotnes automobiļu mikroshēmu konkurences uzmanības centrā, jo MCU galvenā kontroles loma, nākotnē samazinot ECU skaitu, ir salīdzinoši neliela, piemēram, Tesla šasijas vadības ECU, viens satur 3-4 MCU, bet dažas vienkāršas funkcijas tiks integrēts pamata MCU.Kopumā automobiļu MCU tirgus un vietējās aizstāšanas iespējas turpmākajos gados neapšaubāmi ir plašs.
Ievietošanas laiks: 01.02.2023