01 Væksthistorien for MCU
MCU, mikrocontroller, den har et velkendt navn: single-chip mikrocomputer.
Det er virkelig sødt sted er at flytte et sæt grundlæggende computersystem til en chip, inklusive den interne version af CPU RAM ROM IO counter seriel port, selvom ydeevnen bestemt ikke er så bred som en computer, men den er laveffekt programmerbar og fleksible, så inden for forbrugerelektronik, medicinsk industri kommunikation Biler har en meget bred vifte af anvendelser.
Den blev født i 1971, Intel designede verdens første mikroprocessor – nummeret 4004 4-bit chip, denne chip integrerer mere end 2.000 transistorer, og Intel designet også 4001, 4002, 4003 chips, RAM, ROM og registre.
Da disse fire produkter kom på markedet, skrev Intel i annoncen "Annoncér en ny æra af integrerede kredsløb: mikrocomputere kondenseret på en enkelt chip."På det tidspunkt var minicomputere og mainframes hovedsageligt 8-bit og 16-bit processorer, så Intel lancerede snart 8-bit mikroprocessoren 8008 i 1972 for hurtigt at vinde markedet, hvilket åbnede æraen med single-chip mikrocomputere.
I 1976 lancerede Intel verdens første programmerbare mikrocomputercontroller 8748, som integrerer 8-bit CPU, 8-bit parallel I/O, 8-bit tæller, RAM, ROM osv., som kan opfylde behovene for generel industriel kontrol og instrumentering, repræsenteret ved 8748, åbner udforskningen af single-chip mikrocomputere i det industrielle område.
I 1980'erne begyndte 8-bit single-chip mikrocomputere at blive mere modne, RAM og ROM kapacitet steg, generelt med serielle interfaces, multi-level interrupt processing systemer, flere 16-bit tællere osv. I 1983 lancerede Intel MCS -96 serier af 16-bit højtydende mikrocontrollere med 120.000 integrerede transistorer.
Siden 1990'erne er single-chip-mikrocomputeren gået ind i stadiet af hundrede tankegange i ydeevne, hastighed, pålidelighed, integration i fuldt flor, i henhold til antallet af bits i bussen eller dataregistrene, fra de første 4 bits gradvist udviklet med 8-bit, 16-bit, 32-bit og 64-bit single-chip mikrocomputere.
På nuværende tidspunkt er instruktionssættet af MCU'er hovedsageligt opdelt i CISC og RISC, og kernearkitekturen er hovedsageligt ARM Cortex, Intel 8051 og RISC-V.
Ifølge 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief tegner 32-bit MCU-produkter sig for op til 55% af markedet, efterfulgt af 8-bit-produkter, der tegner sig for 43%, 4-bit-produkter tegner sig for 2%, 16 -bit-produkter, der tegner sig for 1%, kan det ses, at de almindelige produkter på markedet er 32-bit og 8-bit MCU'er, og markedspladsen for 16-bit MCU-produkter er blevet hårdt presset.
CISC instruktionssæt produkter tegnede sig for 24% af markedet, RISC instruktionssæt produkter tegnede sig for 76% af markedets almindelige produkter;Intel 8051-kerneprodukter tegnede sig for 22% af markedet, efterfulgt af ARM Cortex-M0-produkter, der tegnede sig for 20%, ARM Cortex-M3-produkter tegnede sig for 14%, ARM Cortex-M4-produkter tegnede sig for 12%, ARM Cortex-M0+-produkter tegnede sig for 5%, ARM Cortex-M23-produkter tegnede sig for 1%, RISC-V-kerneprodukter tegnede sig for 1%, og andre tegnede sig for 24%.ARM Cortex-M0+-produkter tegnede sig for 5%, ARM Cortex-M23-produkter tegnede sig for 1%, RISC-V-kerneprodukter tegnede sig for 1%, og andre tegnede sig for 24%.I det hele taget tegner kerner i ARM Cortex-serien sig for 52% af markedets mainstream.
MCU-markedet har stået over for betydelige prisfald i løbet af de sidste 20 år, men faldet i den gennemsnitlige salgspris (ASP) har været aftagende i løbet af de sidste fem år.Efter at have oplevet nedturen i bilindustrien, den globale økonomiske svaghed og den epidemiske krise, begyndte MCU-markedet at komme sig i 2020. Ifølge IC Insights steg MCU-forsendelserne med 8 % i 2020, og de samlede MCU-forsendelser i 2021 steg til 12%, en rekordhøj på 30,9 milliarder, mens ASP'er også steg 10%, den højeste stigning i 25 år.
IC Insights forventer, at MCU-forsendelser vil nå op på 35,8 milliarder enheder i løbet af de næste fem år med et samlet salg på 27,2 milliarder USD.Af disse forventes 32-bit MCU-salget at nå $20 milliarder med en sammensat årlig vækstrate på 9,4%, 16-bit MCU'er forventes at nå $4,7 milliarder, og 4-bit MCU'er forventes ikke at vise vækst.
02 Bil MCU vanvittig overhaling
Bilelektronik er det største anvendelsesscenarie for MCU'er.IC Insights forventer, at det verdensomspændende MCU-salg vil vokse med 10 % til rekordhøje 21,5 milliarder USD i 2022, hvor MCU'er til biler vokser mere end de fleste andre slutmarkeder.
Mere end 40 % af MCU-salget kommer fra bilelektronik, og MCU-salget til biler forventes at vokse med en CAGR på 7,7 % i løbet af de næste fem år, hvilket overgår MCU'er til generelle formål (7,3 %).
På nuværende tidspunkt er MCU'er til biler hovedsageligt 8-bit, 16-bit og 32-bit, og forskellige bits af MCU'er spiller forskellige job.
Specifikt:
8-bit MCU'en bruges hovedsageligt til relativt basale kontrolfunktioner, såsom styring af sæder, klimaanlæg, ventilatorer, vinduer og dørkontrolmoduler.
16-bit MCU bruges hovedsageligt til underkroppen, såsom motor, elektronisk bremse, affjedringssystem og andre kraft- og transmissionssystemer.
32-bit MCU'en passer til bilintelligensen og bruges hovedsageligt til avancerede intelligente og sikre applikationsscenarier såsom cockpitunderholdning, ADAS og kropskontrol.
På dette stadium vokser 8-bit MCU'er i ydeevne og hukommelseskapacitet, og med deres egen omkostningseffektivitet kan de erstatte nogle 16-bit MCU'er i applikationer og er også bagudkompatible med 4-bit MCU'er.32-bit MCU'en vil spille en stadig vigtigere hovedkontrolrolle i hele bilindustriens E/E-arkitektur, som kan håndtere fire spredte low-end og mid-range ECU-enheder, og antallet af anvendelser vil fortsætte med at stige.
Ovenstående situation gør 16-bit MCU'en i en relativt akavet position, ikke høj, men lav, men i nogle applikationsscenarier er den stadig nyttig, såsom nogle vigtige applikationer af drivaggregatsystemer.
Automotive intelligence har øget efterspørgslen efter 32-bit MCU'er markant, med mere end tre fjerdedele af salget af automotive MCU'er fra 32-bit MCU'er i 2021, der forventes at nå op på omkring $5,83 milliarder;16-bit MCU'er vil generere omkring $1,34 milliarder i omsætning;og 8-bit MCU'er vil generere omkring $441 millioner i omsætning, ifølge McClean-rapporten.
På applikationsniveau er infotainment applikationsscenariet med den højeste år-til-år stigning i salg af MCU til biler med 59 % vækst i 2021 sammenlignet med 2020 og 20 % omsætningsvækst for de resterende scenarier.
Nu er al den elektroniske kontrol af bilen til at bruge ECU (elektronisk kontrolenhed), og MCU er den centrale kontrolchip ECU, hver ECU har mindst en MCU, så den nuværende fase af transformationen og opgraderingen af intelligent elektrificering fik efterspørgslen efter MCU-brug af enkeltbiler øges.
Ifølge data fra forskningsafdelingen for Automotive Marketing Expert Committee i China Marketing Institute er det gennemsnitlige antal ECU'er, som almindelige traditionelle brændstofbiler bærer, 70;antallet af ECU'er fra traditionelle luksusbiler med brændstof kan nå op på 150 på grund af højere ydeevnekrav til sæder, central kontrol og underholdning, kropsstabilitet og sikkerhed;og det gennemsnitlige antal ECU'er, der transporteres af smarte biler, kan nå op på 300 på grund af de nye software- og hardwarekrav til autonom kørsel og assisteret kørsel, hvilket svarer til, at mængden af MCU, der bruges af enkeltbiler, også vil nå op på mere end 300.
Den stærke efterspørgsel efter MCU'er fra bilproducenter er især tydelig i 2021, hvor der er mangel på kerner på grund af epidemien.Det år måtte mange bilfirmaer kortvarigt lukke nogle produktionslinjer ned på grund af mangel på kerner, men salget af MCU'er til biler steg med 23 % til 7,6 milliarder dollar, hvilket er rekordhøjt.
De fleste bilchips er produceret ved hjælp af 8-tommer wafers, nogle producenter såsom TI til 12-tommer linjeoverførsel, IDM vil også være en del af kapacitetsoutsourcingstøberiet, som er domineret af MCU, omkring 70% af kapaciteten af TSMC .Imidlertid tegner bilindustrien sig selv for en lille del af TSMC, og TSMC fokuserer på det avancerede procesteknologiske område inden for forbrugerelektronik, så markedet for MCU til biler er særligt knapt.
Manglen på bilchips ledet af hele halvlederindustrien indledte også en ekspansionsbølge, de store støberier og IDM-fabrikker til aktivt at udvide produktionen, men fokus er anderledes.
TSMC Kumamoto-anlægget forventes at blive sat i drift ved udgangen af 2024, udover 22/28nm-processen vil det yderligere levere 12- og 16nm-processer, og Nanjing-anlægget vil udvide produktionen til 28nm med en månedlig produktionskapacitet på 40.000 stykker;
SMIC planlægger at udvide produktionen med mindst 45.000 8-tommer wafers og mindst 10.000 12-tommer wafers i 2021 og bygge en 12-tommer produktionslinje med en månedlig kapacitet på 120.000 wafers i Lingang, med fokus på 28nm og over noderne.
Huahong forventer at accelerere udvidelsen af 12-tommers produktionskapacitet til 94.500 styk i 2022;
Renesas annoncerede sin andel i TSMC's Kumamoto-fabrik med den hensigt at udvide outsourcing og sigter mod at øge MCU-udbuddet til biler med 50% inden 2023, hvor high-end MCU-kapacitet forventes at stige med 50% og low-end MCU-kapacitet med omkring 70% i forhold til udgangen af 2021.
STMicroelectronics vil investere 1,4 milliarder dollars i 2022 til udvidelse og planlægger at fordoble kapaciteten af sine europæiske fabrikker inden 2025, primært for at øge 12-tommers kapacitet, og for 8-tommers kapacitet vil STMicroelectronics selektivt opgradere til produkter, der ikke kræver 12-tommers kapacitet. tommer teknologi.
Texas Instruments vil tilføje fire nye anlæg, det første anlæg forventes sat i drift i 2025, og det tredje og fjerde anlæg vil blive bygget mellem 2026 og 2030;
ON Semiconductor øgede sin kapitalinvestering til 12 %, primært til udvidelse af 12-tommer waferkapacitet.
IC insights har interessante data om, at ASP'en for alle 32-bit MCU'er falder med en CAGR på -4,4% år-til-år mellem 2015 og 2020, men stiger omkring 13% til omkring $0,72 i 2021. Afspejles i spotmarkedet , er prisudsvinget på automotive MCU mere indlysende: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH med en stående pris på $22 steg op til $550, en rækkevidde på mere end 20 gange, hvilket var en af de mest knappe bilchips på det tidspunkt.
Infineon 32-bit automotive MCU SAK-TC277TP-64F200N DC var steget til 4.500 yuan, en stigning på næsten 100 gange, den samme serie af SAK-TC275T-64F200N DC steg også til mere end 2.000 yuan.
På den anden side begyndte den oprindeligt hotte forbrugerelektronik at køle af, den svage efterspørgsel samt accelerationen af indenlandsk substitution, hvilket gjorde, at MCU-priserne til almindelige formål faldt igen, nogle ST-chipmodeller såsom F0/F1/F3 seriepriserne kom tæt på den normale pris, og endda rygter markedet om, at prisen på nogle MCU'er er faldet gennem agenturprisen.
Imidlertid er MCU'er til biler som Renesas, NXP, Infineon og ST stadig i en tilstand af relativ mangel.For eksempel steg prisen på STs højtydende 32-bit MCU STM32H743VIT6 til 600 yuan i slutningen af sidste år, mens prisen kun var 48 yuan for to år siden.Stigningen er mere end 10 gange;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC markedspris i oktober sidste år på omkring $1200, December tilbud op til $3800, og selv på tredjeparts websteder tilbyde mere end $5000.
03 Markedet er stort, og den indenlandske produktion er lille
MCU-konkurrencelandskabet er lige så domineret af oversøiske giganter som hele halvlederkonkurrencemiljøet.I 2021 var de fem største MCU-leverandører NXP, Microchip, Renesas, ST og Infineon.Disse fem MCU-leverandører tegnede sig for 82,1 % af det samlede globale salg sammenlignet med 72,2 % i 2016, hvor størrelsen af hovedvirksomhederne voksede i de mellemliggende år.
Sammenlignet med forbruger- og industri-MCU er tærskelværdien for MCU-certificering for biler høj, og certificeringsperioden er lang, certificeringssystemet inkluderer ISO26262 standardcertificering, AEC-Q001~004 og IATF16949 standardcertificering, AEC-Q100/Q104 standardcertificering, heraf ISO26262 Automotive funktionel sikkerhed er opdelt i fire niveauer af ASIL-A til D. For eksempel, chassis og andre scenarier har de højeste sikkerhedskrav og kræver ASIL-D niveau certificering, kun få chip fabrikanter kan opfylde betingelserne.
Ifølge data fra strategianalyse er det globale og indenlandske MCU-marked for biler hovedsageligt besat af NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, med en markedsandel på 85%.Selvom 32-bit MCU'er stadig er monopoliseret af oversøiske giganter, har nogle indenlandske virksomheder taget fart.
04 Konklusion
Den hurtige udvikling af intelligente elektriske køretøjer, så en række forbruger-chip-producenter har tilsluttet sig, såsom Nvidia, Qualcomm, Intel har været i det intelligente cockpit, autonome kørsel chip gennembrud, komprimere overlevelsesrum af de gamle bilindustrien chip fabrikanter.Udviklingen af MCU'er til biler er gået fra at fokusere på selvudvikling og ydeevneforbedring til en alsidig konkurrence om omkostningsreduktion og samtidig bevare de teknologiske fordele.
Med den automotive E / E-arkitektur fra distribueret til domænekontrol, og i sidste ende mod central integration, vil der være flere og flere multifunktionelle og simple low-end chip vil blive udskiftet, høj ydeevne, høj computerkraft og andre high-end chips vil blive fokus for fremtidig bilchipkonkurrence, da MCU'ens vigtigste kontrolrolle ved den fremtidige ECU-nummerreduktion er relativt lille, såsom Tesla chassiskontrol-ECU, en enkelt indeholder 3-4 MCU, men en simpel funktion af den grundlæggende MCU vil blive integreret.Generelt er markedet for MCU'er til biler og pladsen til hjemmesubstitution i de kommende år utvivlsomt enormt.
Indlægstid: 01-02-2023