01 Veksthistorien til MCU
MCU, mikrokontroller, den har et velkjent navn: single-chip mikrodatamaskin.
Det er virkelig søtt sted er å flytte et sett med grunnleggende datasystem til en brikke, inkludert den interne versjonen av CPU RAM ROM IO teller seriell port, selv om ytelsen er absolutt ikke så bred som en datamaskin, men det er lavt strøm programmerbar og fleksibel, så i forbrukerelektronikk, medisinsk industri kommunikasjon Biler har et veldig bredt spekter av bruksområder.
Den ble født i 1971, Intel designet verdens første mikroprosessor – nummeret 4004 4-bits brikke, denne brikken integrerer mer enn 2000 transistorer, og Intel designet også 4001, 4002, 4003 brikker, RAM, ROM og registre.
Da disse fire produktene kom på markedet, skrev Intel i annonsen "Kunngjør en ny æra av integrerte kretser: mikrodatamaskiner kondensert på en enkelt brikke."På den tiden var minidatamaskiner og stormaskiner hovedsakelig 8-bits og 16-bits prosessorer, så Intel lanserte snart 8-bits mikroprosessoren 8008 i 1972 for raskt å vinne markedet, og åpnet æraen med enkeltbrikke mikrodatamaskiner.
I 1976 lanserte Intel verdens første programmerbare mikrodatamaskinkontroller 8748, som integrerer 8-bit CPU, 8-bit parallell I/O, 8-bit teller, RAM, ROM, etc., som kan møte behovene til generell industriell kontroll og instrumentering, representert ved 8748, åpner utforskningen av enkeltbrikke mikrodatamaskiner i industrifeltet.
På 1980-tallet begynte 8-bits enkeltbrikke-mikrodatamaskiner å bli mer modne, RAM- og ROM-kapasiteten økte, vanligvis med serielle grensesnitt, multi-level interrupt processing systems, flere 16-bits tellere osv. I 1983 lanserte Intel MCS -96 serier med 16-bits høyytelses mikrokontrollere, med 120 000 integrerte transistorer.
Siden 1990-tallet har mikrodatamaskinen med én brikke gått inn i scenen til hundre skoler med tanke på ytelse, hastighet, pålitelighet, integrasjon i full blomst, i henhold til antall biter i bussen eller dataregistrene, fra de første 4 bitene gradvis utviklet, med 8-bit, 16-bit, 32-bit og 64-bit enkeltbrikke mikrodatamaskiner.
For tiden er instruksjonssettet med MCU-er hovedsakelig delt inn i CISC og RISC, og kjernearkitekturen er hovedsakelig ARM Cortex, Intel 8051 og RISC-V.
I følge 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief, utgjør 32-bits MCU-produkter opptil 55 % av markedet, etterfulgt av 8-bits produkter, som står for 43 %, 4-bits produkter står for 2 %, 16 -bit-produkter som står for 1%, kan det sees at de vanlige produktene i markedet er 32-biters og 8-biters MCU-er, og markedsplassen til 16-bits MCU-produkter har blitt hardt presset.
CISC instruksjonssett-produkter sto for 24% av markedet, RISC-instruksjonssett-produkter sto for 76% av markedets ordinære produkter;Intel 8051 kjerneprodukter sto for 22 % av markedet, etterfulgt av ARM Cortex-M0-produkter, som sto for 20 %, ARM Cortex-M3-produkter sto for 14 %, ARM Cortex-M4-produkter sto for 12 %, ARM Cortex-M0+-produkter utgjorde 5 %, ARM Cortex-M23-produkter sto for 1 %, RISC-V kjerneprodukter sto for 1 %, og andre sto for 24 %.ARM Cortex-M0+-produkter sto for 5 %, ARM Cortex-M23-produkter sto for 1 %, RISC-V-kjerneprodukter sto for 1 %, og andre sto for 24 %.I det hele tatt står kjerner i ARM Cortex-serien for 52 % av markedets mainstream.
MCU-markedet har stått overfor betydelige prisfall de siste 20 årene, men nedgangen i gjennomsnittlig salgspris (ASP) har avtatt de siste fem årene.Etter å ha opplevd nedgangen i bilindustrien, den globale økonomiske svakheten og den epidemiske krisen, begynte MCU-markedet å komme seg i 2020. I følge IC Insights økte MCU-forsendelsene med 8 % i 2020, og de totale MCU-forsendelsene i 2021 økte til 12 %, en rekordhøy på 30,9 milliarder, mens ASP-er også steg 10 %, den høyeste økningen på 25 år.
IC Insights forventer at MCU-forsendelser vil nå 35,8 milliarder enheter i løpet av de neste fem årene, med et samlet salg på 27,2 milliarder dollar.Av disse forventes 32-bit MCU-salget å nå 20 milliarder dollar med en sammensatt årlig vekst på 9,4 %, 16-bits MCU-er forventes å nå 4,7 milliarder dollar, og 4-bits MCU-er forventes ikke å vise vekst.
02 Bil MCU gal forbikjøring
Bilelektronikk er det største applikasjonsscenarioet for MCU-er.IC Insights forventer at verdensomspennende MCU-salg vil vokse 10 % til rekordhøye 21,5 milliarder dollar i 2022, med MCU-er for biler som vokser mer enn de fleste andre sluttmarkeder.
Mer enn 40 % av MCU-salget kommer fra bilelektronikk, og MCU-salget for biler forventes å vokse med en CAGR på 7,7 % i løpet av de neste fem årene, og overgå generelle MCU-er (7,3 %).
For øyeblikket er MCU-er for biler hovedsakelig 8-bit, 16-bit og 32-bit, og forskjellige biter av MCUer spiller forskjellige jobber.
Nærmere bestemt:
8-bits MCU brukes hovedsakelig til relativt grunnleggende kontrollfunksjoner, for eksempel kontroll av seter, klimaanlegg, vifter, vinduer og dørkontrollmoduler.
16-bit MCU brukes hovedsakelig til underkroppen, som motor, elektronisk brems, fjæringssystem og andre kraft- og girsystemer.
32-biters MCU passer til bilintelligens og brukes hovedsakelig til avanserte intelligente og sikre applikasjonsscenarier som cockpitunderholdning, ADAS og kroppskontroll.
På dette stadiet vokser 8-bits MCU-er i ytelse og minnekapasitet, og med sin egen kostnadseffektivitet kan de erstatte noen 16-bits MCU-er i applikasjoner og er også bakoverkompatible med 4-bits MCU-er.32-biters MCU vil spille en stadig viktigere hovedkontrollrolle i hele E/E-arkitekturen for biler, som kan håndtere fire spredte ECU-enheter i lav- og mellomklasse, og antallet bruk vil fortsette å øke.
Situasjonen ovenfor gjør 16-biters MCU i en relativt vanskelig posisjon, ikke høy, men lav, men i noen applikasjonsscenarier er den fortsatt nyttig, for eksempel noen nøkkelapplikasjoner for drivverkssystemer.
Bilintelligens har økt etterspørselen etter 32-biters MCUer betydelig, med mer enn tre fjerdedeler av MCU-salget for biler som kommer fra 32-biters MCUer i 2021, som forventes å nå rundt 5,83 milliarder dollar;16-bits MCUer vil generere rundt 1,34 milliarder dollar i inntekter;og 8-bits MCUer vil generere rundt 441 millioner dollar i inntekter, ifølge McClean-rapporten.
På applikasjonsnivå er infotainment applikasjonsscenarioet med den høyeste økningen fra år til år i MCU-salg for biler, med 59 % vekst i 2021 sammenlignet med 2020, og 20 % inntektsvekst for de resterende scenariene.
Nå er all elektronisk kontroll av bilen for å bruke ECU (elektronisk kontrollenhet), og MCU er kjernekontrollbrikken ECU, hver ECU har minst en MCU, så det nåværende stadiet av transformasjonen og oppgraderingen av intelligent elektrifisering førte til etterspørselen etter MCU-bruk av enkeltbiler øker.
I følge dataene fra forskningsavdelingen til Automotive Marketing Expert Committee ved China Marketing Institute, er gjennomsnittlig antall ECUer som bæres av vanlige tradisjonelle drivstoffbiler 70;antall ECU-er som bæres av tradisjonelle luksusbiler med drivstoff kan nå 150 på grunn av høyere ytelseskrav til seter, sentralkontroll og underholdning, kroppsstabilitet og sikkerhet;og gjennomsnittlig antall ECUer som bæres av smartbiler kan nå 300 på grunn av de nye programvare- og maskinvarekravene for autonom kjøring og assistert kjøring, som tilsvarer mengden MCU som brukes av enkeltbiler, vil også nå mer enn 300.
Den sterke etterspørselen etter MCU-er fra bilprodusenter er spesielt tydelig i 2021, når det er mangel på kjerner på grunn av epidemien.Det året måtte mange bilselskaper stenge noen produksjonslinjer kort på grunn av mangel på kjerner, men salget av MCU-er for biler steg med 23 % til 7,6 milliarder dollar, en rekordhøy.
De fleste bilbrikkene produseres ved hjelp av 8-tommers wafere, noen produsenter som TI til 12-tommers linjeoverføring, IDM vil også være en del av kapasitetsoutsourcingstøperiet, som er dominert av MCU, omtrent 70% av kapasiteten av TSMC .Imidlertid står selve bilbransjen for en liten andel av TSMC, og TSMC fokuserer på det avanserte prosessteknologifeltet innen forbrukerelektronikk, så MCU-markedet for biler er spesielt lite.
Mangelen på bilbrikker ledet av hele halvlederindustrien førte også til en ekspansjonsbølge, de store støperiene og IDM-anleggene til aktivt å utvide produksjonen, men fokuset er annerledes.
TSMC Kumamoto-anlegget forventes å være satt i drift innen utgangen av 2024, i tillegg til 22/28nm-prosessen vil det videre gi 12- og 16nm-prosesser, og Nanjing-anlegget vil utvide produksjonen til 28nm, med en månedlig produksjonskapasitet på 40 000 stykker;
SMIC planlegger å utvide produksjonen med minst 45 000 8-tommers wafere og minst 10 000 12-tommers wafere i 2021, og bygge en 12-tommers produksjonslinje med en månedlig kapasitet på 120 000 wafere i Lingang, med fokus på 28nm og over nodene.
Huahong forventer å akselerere utvidelsen av 12-tommers produksjonskapasitet til 94 500 stykker i 2022;
Renesas kunngjorde sin eierandel i TSMCs Kumamoto-anlegg med den hensikt å utvide outsourcing, og har som mål å øke MCU-forsyningen til biler med 50 % innen 2023, med avansert MCU-kapasitet forventet å øke med 50 % og low-end MCU-kapasitet med omtrent 70 % sammenlignet med utgangen av 2021.
STMicroelectronics vil investere 1,4 milliarder dollar i 2022 for utvidelse, og planlegger å doble kapasiteten til sine europeiske fabrikker innen 2025, hovedsakelig for å øke 12-tommers kapasitet, og for 8-tommers kapasitet vil STMicroelectronics selektivt oppgradere for produkter som ikke krever 12-tommers kapasitet. tommers teknologi.
Texas Instruments vil legge til fire nye anlegg, det første anlegget forventes satt i drift i 2025, og det tredje og fjerde anlegget skal bygges mellom 2026 og 2030;
ON Semiconductor økte sin kapitalinvestering til 12 %, hovedsakelig for 12-tommers waferkapasitetsutvidelse.
IC-innsikt har interessante data om at ASP-en til alle 32-bits MCU-er synker med en CAGR på -4,4 % år-til-år mellom 2015 og 2020, men stiger rundt 13 % til rundt 0,72 dollar i 2021. Gjenspeiles i spotmarkedet , er prissvingningene på bil-MCU mer åpenbar: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH med en stående pris på $22 steg opp til $550, en rekkevidde på mer enn 20 ganger, som var en av de mest knappe bilbrikkene på den tiden.
Infineon 32-biters MCU SAK-TC277TP-64F200N DC hadde steget til 4500 yuan, en økning på nesten 100 ganger, den samme serien med SAK-TC275T-64F200N DC steg også til mer enn 2000 yuan.
På den andre siden begynte den opprinnelige varme forbrukerelektronikken å kjøle seg ned, den svake etterspørselen, så vel som akselerasjonen av innenlandsk substitusjon, noe som førte til at MCU-prisene for generelle forbrukere gikk ned, noen ST-brikkemodeller som F0/F1/F3 serieprisene kom nær normalprisen, og til og med markedet rykter om at prisen på noen MCU-er har falt gjennom byråprisen.
Imidlertid er MCU-er for biler som Renesas, NXP, Infineon og ST fortsatt i en tilstand av relativ mangel.For eksempel klatret prisen på STs høyytelses 32-bit MCU STM32H743VIT6 til 600 yuan på slutten av fjoråret, mens prisen var bare 48 yuan for to år siden.Økningen er mer enn 10 ganger;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC markedspris i oktober i fjor på rundt $1200, desember tilbud opptil $3800, og selv på tredjeparts nettsteder tilby mer enn $5000.
03 Markedet er stort, og innenlandsk produksjon er liten
MCU-konkurranselandskapet er like dominert av utenlandske giganter som hele konkurransemiljøet for halvledere.I 2021 var de fem beste MCU-leverandørene NXP, Microchip, Renesas, ST og Infineon.Disse fem MCU-leverandørene sto for 82,1 % av det totale globale salget, sammenlignet med 72,2 % i 2016, med størrelsen på hovedselskapene som vokste i de mellomliggende årene.
Sammenlignet med forbruker- og industri-MCU, er MCU-sertifiseringsterskelen for biler høy og sertifiseringsperioden er lang, sertifiseringssystemet inkluderer ISO26262 standardsertifisering, AEC-Q001~004 og IATF16949 standardsertifisering, AEC-Q100/Q104 standardsertifisering, hvorav ISO26262 funksjonell sikkerhet for biler er delt inn i fire nivåer av ASIL-A til D. For eksempel har chassiset og andre scenarier de høyeste sikkerhetskravene og krever ASIL-D nivåsertifisering, få brikkeprodusenter kan oppfylle vilkårene.
I følge data fra strategianalyse er det globale og innenlandske MCU-markedet for biler hovedsakelig okkupert av NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, med en markedsandel på 85%.Selv om 32-bits MCU-er fortsatt er monopolisert av utenlandske giganter, har noen innenlandske selskaper tatt av.
04 Konklusjon
Den raske utviklingen av intelligente elektriske kjøretøy, så en rekke forbrukerbrikkeprodusenter har sluttet seg til, som Nvidia, Qualcomm, Intel har vært i den intelligente cockpiten, gjennombrudd for autonom kjøring, og komprimert overlevelsesrommet til de gamle bilbrikkeprodusentene.Utviklingen av MCU-er for biler har gått fra å fokusere på selvutvikling og ytelsesforbedring til allsidig konkurranse for kostnadsreduksjon samtidig som teknologiske fordeler opprettholdes.
Med automotive E / E-arkitekturen fra distribuert til domenekontroll, og til slutt mot sentral integrasjon, vil det bli mer og mer multifunksjonell og enkel low-end chip vil bli erstattet, høy ytelse, høy datakraft og annen high-end brikker vil bli fokus for fremtidig bilbrikkekonkurranse, ettersom hovedkontrollrollen til MCU ved fremtidig ECU-nummerreduksjon er relativt liten, for eksempel Tesla-chassiskontroll-ECU, en enkelt inneholder 3-4 MCU, men noen enkel funksjon av den grunnleggende MCU vil bli integrert.Totalt sett er markedet for MCU-er for biler og plass for innenlandsk substitusjon i de kommende årene utvilsomt stort.
Innleggstid: Feb-01-2023