2023, MCU kereta gila

01 Sejarah pertumbuhan MCU

MCU, mikropengawal, ia mempunyai nama yang terkenal: mikrokomputer cip tunggal.

Tempat yang benar-benar manis adalah untuk memindahkan satu set sistem komputer asas ke cip, termasuk versi dalaman CPU RAM ROM IO counter siri port, walaupun prestasi sudah tentu tidak seluas komputer, tetapi ia adalah kuasa rendah boleh diprogramkan dan fleksibel, jadi dalam elektronik pengguna, komunikasi industri perubatan Kereta mempunyai pelbagai aplikasi yang sangat luas.

Ia dilahirkan pada tahun 1971, Intel mereka bentuk mikropemproses pertama di dunia – nombor 4004 cip 4-bit, cip ini menyepadukan lebih daripada 2,000 transistor, dan Intel juga mereka bentuk cip 4001, 4002, 4003, RAM, ROM dan daftar.

Apabila keempat-empat produk ini pergi ke pasaran, Intel menulis dalam iklan "Umumkan era baharu litar bersepadu: mikrokomputer yang dipekatkan pada satu cip."Pada masa itu, komputer mini dan kerangka utama adalah terutamanya pemproses 8-bit dan 16-bit, jadi Intel tidak lama lagi melancarkan mikropemproses 8-bit 8008 pada tahun 1972 untuk memenangi pasaran dengan cepat, membuka era mikrokomputer cip tunggal.

Pada tahun 1976, Intel melancarkan pengawal mikrokomputer boleh atur cara pertama di dunia 8748, yang mengintegrasikan CPU 8-bit, I/O selari 8-bit, pembilang 8-bit, RAM, ROM, dll., yang boleh memenuhi keperluan kawalan industri am dan instrumentasi, diwakili oleh 8748, membuka penerokaan mikrokomputer cip tunggal dalam bidang perindustrian.

Pada tahun 1980-an, mikrokomputer cip tunggal 8-bit mula menjadi lebih matang, kapasiti RAM dan ROM meningkat, secara amnya dengan antara muka bersiri, sistem pemprosesan gangguan pelbagai peringkat, pembilang 16-bit berbilang, dll. Pada tahun 1983, Intel melancarkan MCS -96 siri mikropengawal berprestasi tinggi 16-bit, dengan 120,000 transistor bersepadu.

Sejak tahun 1990-an, mikrokomputer cip tunggal telah memasuki peringkat seratus sekolah pemikiran, dalam prestasi, kelajuan, kebolehpercayaan, integrasi berkembang sepenuhnya, mengikut bilangan bit bas atau daftar data, dari 4 bit awal dibangunkan secara beransur-ansur, dengan mikrokomputer cip tunggal 8-bit, 16-bit, 32-bit dan 64-bit.

Pada masa ini, set arahan MCU terutamanya dibahagikan kepada CISC dan RISC, dan seni bina teras terutamanya ARM Cortex, Intel 8051 dan RISC-V.

Menurut Ringkas Pasaran Pengawal Mikro Am China (MCU) 2020, produk MCU 32-bit menyumbang sehingga 55% daripada pasaran, diikuti oleh produk 8-bit, menyumbang 43%, produk 4-bit menyumbang 2%, 16 -produk bit menyumbang 1%, dapat dilihat bahawa produk arus perdana di pasaran adalah MCU 32-bit dan 8-bit, dan ruang pasaran produk MCU 16-bit telah dihimpit dengan teruk.

Produk set arahan CISC menyumbang 24% daripada pasaran, produk set arahan RISC menyumbang 76% daripada produk arus perdana pasaran;Produk teras Intel 8051 menyumbang 22% daripada pasaran, diikuti oleh produk ARM Cortex-M0, menyumbang 20%, produk ARM Cortex-M3 menyumbang 14%, produk ARM Cortex-M4 menyumbang 12%, produk ARM Cortex-M0+ menyumbang 5%, produk ARM Cortex-M23 menyumbang 1%, produk teras RISC-V menyumbang 1%, dan yang lain menyumbang 24%.Produk ARM Cortex-M0+ menyumbang 5%, produk ARM Cortex-M23 menyumbang 1%, produk teras RISC-V menyumbang 1%, dan yang lain menyumbang 24%.Pada keseluruhannya, teras siri ARM Cortex menyumbang 52% daripada arus perdana pasaran.

Pasaran MCU telah menghadapi penurunan harga yang ketara sejak 20 tahun lalu, tetapi penurunan harga jualan purata (ASP)nya semakin perlahan sejak lima tahun lalu.Selepas mengalami kemelesetan dalam industri automotif, kelemahan ekonomi global dan krisis wabak, pasaran MCU mula pulih pada tahun 2020. Menurut IC Insights, penghantaran MCU meningkat sebanyak 8% pada tahun 2020, dan jumlah penghantaran MCU pada tahun 2021 meningkat kepada 12%, rekod tertinggi sebanyak 30.9 bilion, manakala ASP juga meningkat 10%, peningkatan tertinggi dalam 25 tahun.

IC Insights menjangkakan penghantaran MCU akan mencecah 35.8 bilion unit dalam tempoh lima tahun akan datang, dengan jumlah jualan $27.2 bilion.Daripada jumlah ini, jualan MCU 32-bit dijangka mencecah $20 bilion dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 9.4%, MCU 16-bit dijangka mencecah $4.7 bilion, dan MCU 4-bit dijangka tidak menunjukkan pertumbuhan.

02 Kereta MCU memotong gila

Elektronik automotif ialah senario aplikasi terbesar MCU.IC Insights menjangkakan jualan MCU di seluruh dunia meningkat 10% kepada rekod $21.5 bilion pada 2022, dengan MCU automotif berkembang lebih daripada kebanyakan pasaran akhir lain.

Lebih daripada 40% jualan MCU datang daripada elektronik automotif, dan jualan MCU automotif dijangka berkembang pada CAGR sebanyak 7.7% dalam tempoh lima tahun akan datang, mengatasi MCU tujuan umum (7.3%).

Pada masa ini, MCU automotif terutamanya 8-bit, 16-bit dan 32-bit, dan bit MCU yang berbeza memainkan tugas yang berbeza.

Secara khusus:

MCU 8-bit digunakan terutamanya untuk fungsi kawalan yang agak asas, seperti kawalan tempat duduk, penghawa dingin, kipas, tingkap dan modul kawalan pintu.

MCU 16-bit digunakan terutamanya untuk bahagian bawah badan, seperti enjin, brek elektronik, sistem suspensi dan sistem kuasa dan transmisi yang lain.

MCU 32-bit sesuai dengan kecerdasan automotif dan digunakan terutamanya untuk senario aplikasi pintar dan selamat mewah seperti hiburan kokpit, ADAS dan kawalan badan.

Pada peringkat ini, MCU 8-bit berkembang dalam prestasi dan kapasiti memori, dan dengan keberkesanan kosnya sendiri, ia boleh menggantikan beberapa MCU 16-bit dalam aplikasi dan juga serasi ke belakang dengan MCU 4-bit.MCU 32-bit akan memainkan peranan kawalan induk yang semakin penting dalam keseluruhan seni bina E/E automotif, yang boleh menguruskan empat unit ECU peringkat rendah dan pertengahan yang bertaburan, dan bilangan penggunaan akan terus meningkat.

Situasi di atas menjadikan MCU 16-bit dalam kedudukan yang agak janggal, tidak tinggi tetapi rendah, tetapi dalam beberapa senario aplikasi, ia masih berguna, seperti beberapa aplikasi utama sistem powertrain.

Perisikan automotif telah meningkatkan permintaan untuk MCU 32-bit dengan ketara, dengan lebih daripada tiga perempat jualan MCU automotif datang daripada MCU 32-bit pada 2021, dijangka mencecah kira-kira $5.83 bilion;MCU 16-bit akan menjana pendapatan kira-kira $1.34 bilion;dan MCU 8-bit akan menjana pendapatan kira-kira $441 juta, menurut laporan McClean.

Di peringkat aplikasi, infotainmen ialah senario aplikasi dengan peningkatan tertinggi tahun ke tahun dalam jualan MCU automotif, dengan pertumbuhan 59% pada 2021 berbanding 2020, dan pertumbuhan hasil 20% untuk senario yang selebihnya.

Kini semua kawalan elektronik kereta menggunakan ECU (unit kawalan elektronik), dan MCU adalah cip kawalan teras ECU, setiap ECU mempunyai sekurang-kurangnya satu MCU, jadi peringkat semasa transformasi dan menaik taraf elektrifikasi pintar mendorong permintaan untuk Penggunaan kenderaan tunggal MCU meningkat.

Menurut data daripada Jabatan Penyelidikan Jawatankuasa Pakar Pemasaran Automotif Institut Pemasaran China, purata bilangan ECU yang dibawa oleh kereta bahan api tradisional biasa ialah 70;bilangan ECU yang dibawa oleh kereta bahan api tradisional mewah boleh mencecah 150 kerana keperluan prestasi yang lebih tinggi untuk tempat duduk, kawalan pusat dan hiburan, kestabilan badan dan keselamatan;dan purata bilangan ECU yang dibawa oleh kereta pintar boleh mencecah 300 kerana keperluan perisian dan perkakasan baharu untuk pemanduan autonomi dan pemanduan berbantu, yang sepadan dengan jumlah MCU yang digunakan oleh kereta tunggal juga akan mencapai lebih daripada 300.

Permintaan kukuh untuk MCU daripada pembuat kereta amat ketara pada tahun 2021, apabila terdapat kekurangan teras akibat wabak itu.Pada tahun itu, banyak syarikat kereta terpaksa menutup seketika beberapa barisan pengeluaran kerana kekurangan teras, tetapi jualan MCU automotif melonjak 23% kepada $7.6 bilion, rekod tertinggi.

Kebanyakan cip automotif dihasilkan menggunakan wafer 8 inci, beberapa pengeluar seperti pemindahan talian TI ke 12 inci, IDM juga akan menjadi sebahagian daripada faundri penyumberan luar kapasiti, yang dikuasai oleh MCU, kira-kira 70% daripada kapasiti oleh TSMC .Walau bagaimanapun, perniagaan automotif itu sendiri menyumbang sebahagian kecil TSMC, dan TSMC memberi tumpuan kepada bidang teknologi proses lanjutan bagi elektronik pengguna, jadi pasaran MCU automotif amat terhad.

Kekurangan cip automotif yang diterajui oleh keseluruhan industri semikonduktor juga membawa gelombang pengembangan, faundri utama dan kilang IDM untuk mengembangkan pengeluaran secara aktif, tetapi tumpuannya berbeza.

Loji TSMC Kumamoto dijangka akan mula beroperasi pada penghujung tahun 2024, sebagai tambahan kepada proses 22/28nm, ia akan menyediakan lagi proses 12 dan 16nm, dan loji Nanjing akan mengembangkan pengeluaran kepada 28nm, dengan kapasiti pengeluaran bulanan sebanyak 40,000 keping;

SMIC merancang untuk mengembangkan pengeluaran sekurang-kurangnya 45,000 wafer 8 inci dan sekurang-kurangnya 10,000 wafer 12 inci pada 2021, dan membina barisan pengeluaran 12 inci dengan kapasiti bulanan 120,000 wafer di Lingang, memfokuskan pada nod 28nm dan ke atas.

Huahong menjangka untuk mempercepatkan pengembangan kapasiti pengeluaran 12 inci kepada 94,500 keping pada 2022;

Renesas mengumumkan pegangannya dalam kilang Kumamoto TSMC dengan hasrat untuk mengembangkan penyumberan luar, dan menyasarkan untuk meningkatkan bekalan MCU automotif sebanyak 50% menjelang 2023, dengan kapasiti MCU mewah dijangka meningkat sebanyak 50% dan kapasiti MCU kelas rendah sebanyak kira-kira 70% berbanding penghujung 2021.

STMicroelectronics akan melabur $1.4 bilion pada 2022 untuk pengembangan, dan merancang untuk menggandakan kapasiti loji Eropahnya menjelang 2025, terutamanya untuk meningkatkan kapasiti 12 inci, dan untuk kapasiti 8 inci, STMicroelectronics akan menaik taraf secara terpilih untuk produk yang tidak memerlukan 12- teknologi inci.

Texas Instruments akan menambah empat loji baharu, loji pertama dijangka mula beroperasi pada 2025, dan loji ketiga dan keempat akan dibina antara 2026 dan 2030;

ON Semiconductor meningkatkan pelaburan modalnya kepada 12%, terutamanya untuk pengembangan kapasiti wafer 12 inci.

Cerapan IC mempunyai data menarik bahawa ASP bagi semua MCU 32-bit menurun pada CAGR sebanyak -4.4% tahun ke tahun antara 2015 dan 2020, tetapi meningkat kira-kira 13% kepada kira-kira $0.72 pada 2021. Dicerminkan dalam pasaran spot , turun naik harga MCU automotif adalah lebih jelas: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH dengan harga tetap $22 melonjak sehingga $550, julat lebih daripada 20 kali ganda, yang merupakan salah satu cip automotif yang paling terhad pada masa itu.

Infineon 32-bit automotif MCU SAK-TC277TP-64F200N DC telah meningkat kepada 4,500 yuan, peningkatan hampir 100 kali ganda, siri yang sama SAK-TC275T-64F200N DC juga melonjak kepada lebih daripada 2,000 yuan.

Di sisi lain, elektronik pengguna yang asalnya panas mula menjadi sejuk, permintaan yang lemah, serta pecutan penggantian domestik, menjadikan harga MCU pengguna untuk tujuan umum turun, beberapa model cip ST seperti F0/F1/F3 harga siri menghampiri harga biasa, malah khabar angin pasaran bahawa harga beberapa MCU telah jatuh mengikut harga agensi.

Walau bagaimanapun, MCU automotif seperti Renesas, NXP, Infineon dan ST masih dalam keadaan kekurangan relatif.Sebagai contoh, harga MCU 32-bit ST berprestasi tinggi STM32H743VIT6 meningkat kepada 600 yuan pada akhir tahun lepas, manakala harganya hanya 48 yuan dua tahun lalu.Peningkatan adalah lebih daripada 10 kali ganda;Harga pasaran Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC pada Oktober tahun lepas pada kira-kira $1200, tawaran Disember sehingga $3800, malah pada tapak web pihak ketiga menawarkan lebih daripada $5000.

03 Pasaran adalah besar, dan pengeluaran domestik adalah kecil

Landskap kompetitif MCU didominasi oleh gergasi luar negara seperti keseluruhan persekitaran persaingan semikonduktor.Pada 2021, lima vendor MCU teratas ialah NXP, Microchip, Renesas, ST dan Infineon.Lima vendor MCU ini menyumbang 82.1% daripada jumlah jualan global, berbanding 72.2% pada 2016, dengan saiz syarikat utama berkembang pada tahun-tahun berikutnya.

Berbanding dengan MCU pengguna dan industri, ambang pensijilan MCU automotif adalah tinggi dan tempoh pensijilan adalah panjang, sistem pensijilan termasuk pensijilan standard ISO26262, pensijilan standard AEC-Q001~004 dan IATF16949, pensijilan standard AEC-Q100/Q104, yang mana pensijilan standard ISO26262. keselamatan fungsi automotif dibahagikan kepada empat tahap ASIL-A hingga D. Sebagai contoh, casis dan senario lain mempunyai keperluan keselamatan tertinggi dan memerlukan pensijilan tahap ASIL-D, beberapa pengeluar cip boleh memenuhi syarat.

Menurut data Analisis Strategi, pasaran MCU automotif global dan domestik kebanyakannya diduduki oleh NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, dengan bahagian pasaran sebanyak 85%.Walaupun MCU 32-bit masih dimonopoli oleh gergasi luar negara, beberapa syarikat domestik telah berlepas.

04 Kesimpulan

Perkembangan pesat kenderaan elektrik pintar, jadi beberapa pembuat cip pengguna telah menyertai, seperti Nvidia, Qualcomm, Intel telah berada di kokpit pintar, penemuan cip pemanduan autonomi, memampatkan ruang kelangsungan hidup pengeluar cip automotif lama.Pembangunan MCU automotif telah beralih daripada memfokuskan pada pembangunan diri dan peningkatan prestasi kepada persaingan menyeluruh untuk pengurangan kos sambil mengekalkan kelebihan teknologi.

Dengan seni bina E/E automotif daripada diedarkan kepada kawalan domain, dan akhirnya ke arah integrasi pusat, akan terdapat lebih banyak cip pelbagai fungsi dan mudah bawah yang akan diganti, berprestasi tinggi, kuasa pengkomputeran tinggi dan lain-lain high-end cip akan menjadi tumpuan persaingan cip automotif masa depan, kerana peranan kawalan utama MCU oleh pengurangan nombor ECU masa depan adalah agak kecil, seperti ECU kawalan casis Tesla, satu mengandungi 3-4 MCU, tetapi beberapa fungsi mudah MCU asas akan disepadukan.Secara keseluruhannya, pasaran untuk MCU automotif dan ruang untuk penggantian domestik pada tahun-tahun akan datang sudah pasti luas.