2023, šílené auto MCU

01 Historie růstu MCU

MCU, mikrokontrolér, má známé jméno: jednočipový mikropočítač.

Opravdu sladké místo je přesunout sadu základního počítačového systému na čip, včetně interní verze CPU RAM ROM IO čítače sériového portu, i když výkon rozhodně není tak široký jako počítač, ale je programovatelný s nízkou spotřebou a flexibilní, takže ve spotřební elektronice, lékařském průmyslu komunikace Automobily mají velmi širokou škálu aplikací.

Zrodil se v roce 1971, Intel navrhl první mikroprocesor na světě – 4bitový čip číslo 4004, tento čip v sobě integruje více než 2000 tranzistorů a Intel navrhl také čipy 4001, 4002, 4003, RAM, ROM a registry.

Když byly tyto čtyři produkty uvedeny na trh, Intel v reklamě napsal: „Oznamte novou éru integrovaných obvodů: mikropočítače zhuštěné na jediném čipu.Minipočítače a sálové počítače byly v té době hlavně 8bitové a 16bitové procesory, takže Intel brzy v roce 1972 uvedl na trh 8bitový mikroprocesor 8008, aby rychle získal trh a otevřel éru jednočipových mikropočítačů.

V roce 1976 společnost Intel uvedla na trh první programovatelný mikropočítačový řadič 8748 na světě, který integruje 8bitový CPU, 8bitový paralelní I/O, 8bitový čítač, RAM, ROM atd., což může splňovat potřeby obecného průmyslového řízení a instrumentace, reprezentovaná 8748, otevírá průzkum jednočipových mikropočítačů v průmyslové oblasti.

V 80. letech 20. století začaly být 8bitové jednočipové mikropočítače vyspělejší, kapacita RAM a ROM se zvýšila, obecně se sériovými rozhraními, víceúrovňovými systémy pro zpracování přerušení, více 16bitovými čítači atd. V roce 1983 Intel spustil MCS -96 série 16bitových vysoce výkonných mikrokontrolérů se 120 000 integrovanými tranzistory.

Od 90. let vstoupil jednočipový mikropočítač do stadia myšlenkových škol, ve výkonu, rychlosti, spolehlivosti, integraci v plném květu, podle počtu bitů sběrnice nebo datových registrů, od počátečních 4 bitů. postupně vyvíjel, s 8bitovými, 16bitovými, 32bitovými a 64bitovými jednočipovými mikropočítači.

V současné době se instrukční sada MCU dělí především na CISC a RISC a jádro architektury tvoří především ARM Cortex, Intel 8051 a RISC-V.

Podle přehledu China General Microcontroller (MCU) Market Brief z roku 2020 tvoří 32bitové produkty MCU až 55 % trhu, následují 8bitové produkty, které představují 43 %, 4bitové produkty představují 2 %, 16 -bitové produkty představující 1 %, je vidět, že hlavními produkty na trhu jsou 32bitové a 8bitové MCU a tržní prostor 16bitových MCU produktů byl vážně stlačen.

Produkty instrukční sady CISC představovaly 24 % trhu, produkty RISC instrukční sady představovaly 76 % běžných produktů na trhu;Základní produkty Intel 8051 představovaly 22 % trhu, následovaly produkty ARM Cortex-M0 s 20 %, produkty ARM Cortex-M3 představovaly 14 %, produkty ARM Cortex-M4 představovaly 12 %, produkty ARM Cortex-M0+ tvořily 5 %, produkty ARM Cortex-M23 tvořily 1 %, jádrové produkty RISC-V 1 % a ostatní 24 %.Produkty ARM Cortex-M0+ tvořily 5 %, produkty ARM Cortex-M23 1 %, produkty jádra RISC-V 1 % a ostatní 24 %.Celkově jádra řady ARM Cortex představují 52 % hlavního proudu trhu.

Trh s MCU čelil v posledních 20 letech výraznému poklesu cen, ale jeho pokles průměrné prodejní ceny (ASP) se za posledních pět let zpomaloval.Po propadu v automobilovém průmyslu, celosvětové ekonomické slabosti a epidemické krizi se trh s MCU v roce 2020 začal zotavovat. Podle IC Insights se dodávky MCU v roce 2020 zvýšily o 8 % a celkové dodávky MCU v roce 2021 vzrostly na 12 %, rekordních 30,9 miliard, zatímco ASP také vzrostly o 10 %, což je nejvyšší nárůst za 25 let.

IC Insights očekává, že dodávky MCU během příštích pěti let dosáhnou 35,8 miliardy jednotek s celkovými tržbami 27,2 miliardy USD.Z toho se očekává, že prodeje 32bitových MCU dosáhnou 20 miliard USD se složenou roční mírou růstu 9,4 %, 16bitové MCU by měly dosáhnout 4,7 miliardy USD a 4bitové MCU by neměly vykazovat růst.

02 Auto MCU šílené předjíždění

Automobilová elektronika je největším aplikačním scénářem MCU.IC Insights očekává, že celosvětové prodeje MCU vzrostou v roce 2022 o 10 % na rekordních 21,5 miliardy USD, přičemž automobilové MCU porostou více než většina ostatních koncových trhů.

Více než 40 % prodejů MCU pochází z automobilové elektroniky a očekává se, že prodeje automobilových MCU v příštích pěti letech porostou o 7,7 % CAGR, čímž předčí MCU pro všeobecné použití (7,3 %).

V současnosti jsou automobilové MCU převážně 8bitové, 16bitové a 32bitové a různé bity MCU hrají různé úlohy.

konkrétně:

8bitový MCU se používá hlavně pro relativně základní řídicí funkce, jako je ovládání sedadel, klimatizací, ventilátorů, oken a modulů ovládání dveří.

16bitový MCU se používá hlavně pro spodní část těla, jako je motor, elektronická brzda, systém odpružení a další pohonné a převodové systémy.

32bitový MCU vyhovuje automobilové inteligenci a používá se hlavně pro špičkové inteligentní a bezpečné scénáře aplikací, jako je zábava v kokpitu, ADAS a ovládání karoserie.

V této fázi 8bitové MCU rostou ve výkonu a kapacitě paměti a díky své vlastní nákladové efektivitě mohou v aplikacích nahradit některé 16bitové MCU a jsou také zpětně kompatibilní se 4bitovými MCU.32bitový MCU bude hrát stále důležitější hlavní řídicí roli v celé automobilové E/E architektuře, která dokáže spravovat čtyři rozptýlené jednotky ECU nižší a střední třídy a počet použití se bude nadále zvyšovat.

Výše uvedená situace činí 16bitový MCU v poměrně nepříjemné pozici, ne vysoké, ale nízké, ale v některých aplikačních scénářích je stále užitečný, jako jsou některé klíčové aplikace systémů hnacího ústrojí.

Automobilová inteligence výrazně zvýšila poptávku po 32bitových MCU, přičemž více než tři čtvrtiny prodejů automobilových MCU pocházely v roce 2021 z 32bitových MCU, přičemž se očekává, že dosáhnou zhruba 5,83 miliardy USD;16bitové MCU vygenerují příjmy ve výši přibližně 1,34 miliardy USD;a 8bitové MCU podle McCleanovy zprávy vygenerují příjmy ve výši přibližně 441 milionů dolarů.

Na aplikační úrovni je infotainment aplikačním scénářem s nejvyšším meziročním nárůstem prodejů automobilových MCU s 59% růstem v roce 2021 ve srovnání s rokem 2020 a 20% růstem tržeb u zbývajících scénářů.

Nyní veškeré elektronické ovládání vozu využívá ECU (elektronická řídicí jednotka) a MCU je základní řídicí čip ECU, každá ECU má alespoň jeden MCU, takže současná fáze transformace a modernizace inteligentní elektrifikace vyvolala poptávku po Zvýší se využití jednoho vozidla MCU.

Podle údajů z výzkumného oddělení Odborného výboru pro automobilový marketing Čínského marketingového institutu je průměrný počet ECU přepravovaných běžnými vozy s tradičním palivem 70;počet ECU přepravovaných luxusními vozy na tradiční paliva může dosáhnout 150 kvůli vyšším požadavkům na výkon sedadel, centrálního ovládání a zábavy, stability a bezpečnosti karoserie;a průměrný počet ECU přenášených chytrými vozy může dosáhnout 300 kvůli novým softwarovým a hardwarovým požadavkům na autonomní řízení a asistované řízení, což odpovídá množství MCU, které používají jednotlivá auta, také dosáhne více než 300.

Silná poptávka po MCU ze strany automobilek je patrná zejména v roce 2021, kdy je kvůli epidemii nedostatek jader.Ten rok muselo mnoho automobilek kvůli nedostatku jader nakrátko odstavit některé výrobní linky, ale prodeje automobilových MCU vzrostly o 23 % na 7,6 miliardy dolarů, což je rekordní maximum.

Většina automobilových čipů se vyrábí pomocí 8palcových waferů, někteří výrobci jako TI na 12palcový linkový přenos, IDM bude také součástí kapacitního outsourcingového slévárny, které dominuje MCU, cca 70 % kapacity TSMC .Automobilový průmysl sám o sobě však tvoří malou část TSMC a TSMC se zaměřuje na oblast pokročilých procesních technologií spotřební elektroniky, takže trh s automobilovými MCU je obzvláště vzácný.

Nedostatek automobilových čipů v čele s celým polovodičovým průmyslem také vyvolal vlnu expanze, velké slévárny a závody IDM aktivně rozšiřovaly výrobu, ale zaměření je jiné.

Očekává se, že závod TSMC Kumamoto bude uveden do provozu do konce roku 2024, kromě 22/28nm procesu bude dále poskytovat 12 a 16nm procesy a závod v Nanjingu rozšíří výrobu na 28nm s měsíční výrobní kapacitou 40 000 kusů;

SMIC plánuje v roce 2021 rozšířit výrobu o nejméně 45 000 8palcových waferů a nejméně 10 000 12palcových waferů a postavit 12palcovou výrobní linku s měsíční kapacitou 120 000 waferů v Lingangu se zaměřením na nodes8nm a vyšší.

Huahong očekává urychlení rozšíření 12palcové výrobní kapacity na 94 500 kusů v roce 2022;

Společnost Renesas oznámila svůj podíl v závodě TSMC v Kumamoto se záměrem rozšířit outsourcing a do roku 2023 si klade za cíl zvýšit nabídku automobilových MCU o 50 %, přičemž se očekává, že kapacita MCU vyšší třídy vzroste o 50 % a kapacita MCU nižší třídy přibližně o 70 %. oproti konci roku 2021.

STMicroelectronics v roce 2022 investuje 1,4 miliardy dolarů do rozšíření a do roku 2025 plánuje zdvojnásobit kapacitu svých evropských závodů, zejména na zvýšení 12palcové kapacity, a pro 8palcovou kapacitu bude STMicroelectronics selektivně upgradovat na produkty, které nevyžadují 12palcové palcová technologie.

Texas Instruments přidá čtyři nové závody, první závod by měl být uveden do provozu v roce 2025 a třetí a čtvrtý závod budou postaveny v letech 2026 až 2030;

ON Semiconductor navýšila svou kapitálovou investici na 12 %, zejména pro rozšíření kapacity 12palcových waferů.

IC insights má zajímavá data, že ASP všech 32bitových MCU mezi lety 2015 a 2020 klesá s CAGR -4,4 % meziročně, ale v roce 2021 vzroste asi o 13 % na asi 0,72 USD. Odráží se na spotovém trhu , cenové kolísání automobilového MCU je patrnější: 32bitový MCU NXP FS32K144HAT0MLH se stálou cenou 22 USD vyskočil až na 550 USD, což je rozsah více než 20krát, což byl v té době jeden z nejvzácnějších automobilových čipů.

32bitový automobilový MCU Infineon SAK-TC277TP-64F200N DC vzrostl na 4 500 juanů, což je téměř 100násobný nárůst, stejná řada SAK-TC275T-64F200N DC také vyletěla na více než 2 000 juanů.

Na druhé straně se původně horká spotřební elektronika začala ochlazovat, slabá poptávka a také zrychlení domácí substituce, což způsobilo zpětný pokles spotřebitelských cen MCU pro všeobecné použití, některé modely čipů ST jako F0/F1/F3 ceny série se přiblížily normální ceně a dokonce se na trhu objevily zvěsti, že cena některých MCU klesla přes cenu agentury.

Automobilové MCU jako Renesas, NXP, Infineon a ST jsou však stále ve stavu relativního nedostatku.Například cena vysoce výkonného 32bitového MCU STM32H743VIT6 od ST se na konci loňského roku vyšplhala na 600 juanů, zatímco před dvěma lety byla jeho cena jen 48 juanů.Nárůst je více než 10násobný;Tržní cena Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC v říjnu loňského roku přibližně 1200 USD, prosinec nabízí až 3800 USD a dokonce i na webových stránkách třetích stran nabízí více než 5000 USD.

03 Trh je velký a domácí produkce malá

Konkurenčnímu prostředí MCU dominují zámořští giganti stejně jako celému konkurenčnímu prostředí v oblasti polovodičů.V roce 2021 bylo pět nejlepších prodejců MCU NXP, Microchip, Renesas, ST a Infineon.Těchto pět prodejců MCU představovalo 82,1 % celkových globálních tržeb ve srovnání se 72,2 % v roce 2016, přičemž velikost hlavních společností v mezidobí rostla.

Ve srovnání se spotřebitelskými a průmyslovými MCU je práh certifikace automobilového MCU vysoký a certifikační období je dlouhé, certifikační systém zahrnuje standardní certifikaci ISO26262, standardní certifikaci AEC-Q001~004 a IATF16949, standardní certifikaci AEC-Q100/Q104, z toho ISO26262 na automobilová funkční bezpečnost je rozdělena do čtyř úrovní ASIL-A až D. Například šasi a další scénáře mají nejvyšší bezpečnostní požadavky a vyžadují certifikaci úrovně ASIL-D, podmínky dokáže splnit jen málo výrobců čipů.

Podle údajů strategické analýzy je globální a domácí automobilový trh MCU obsazen především společnostmi NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip s podílem na trhu 85 %.Přestože jsou 32bitové MCU stále monopolizovány zámořskými giganty, některé tuzemské společnosti se prosadily.

04 Závěr

Rychlý vývoj inteligentních elektrických vozidel, takže se přidala řada výrobců spotřebitelských čipů, jako jsou Nvidia, Qualcomm, Intel byly v inteligentním kokpitu, průlomové čipy pro autonomní řízení, zmenšující prostor pro přežití starých výrobců automobilových čipů.Vývoj automobilových MCU přešel od zaměření na vlastní vývoj a zlepšování výkonu k všestranné soutěži o snížení nákladů při zachování technologických výhod.

S automobilovou architekturou E/E od distribuovaného řízení po doménové řízení a nakonec směrem k centrální integraci bude stále více multifunkčních a jednoduchých low-end čipů nahrazovaných, vysoce výkonných, s vysokým výpočetním výkonem a dalších špičkových čipy se stanou středem zájmu budoucí automobilové soutěže čipů, protože hlavní řídicí role MCU při budoucím snížení počtu ECU je relativně malá, jako například řídicí ECU podvozku Tesla, jeden obsahuje 3-4 MCU, ale některé jednoduché funkce bude integrován základní MCU.Celkově je trh s automobilovými MCU a prostor pro domácí substituci v příštích letech nepochybně obrovský.