2023, el cotxe boig MCU

01 La història del creixement de l'MCU

MCU, microcontrolador, té un nom conegut: microordinador d'un sol xip.

El lloc realment dolç és moure un conjunt de sistemes informàtics bàsics a un xip, inclosa la versió interna del port sèrie del comptador de la CPU RAM ROM IO, tot i que el rendiment certament no és tan ampli com un ordinador, però és programable i de baixa potència. flexible, de manera que en l'electrònica de consum, la comunicació de la indústria mèdica Els cotxes tenen una àmplia gamma d'aplicacions.

Va néixer l'any 1971, Intel va dissenyar el primer microprocessador del món: el xip número 4004 de 4 bits, aquest xip integra més de 2.000 transistors, i Intel també va dissenyar xips 4001, 4002, 4003, RAM, ROM i registres.

Quan aquests quatre productes van sortir al mercat, Intel va escriure a l'anunci "Anunciar una nova era de circuits integrats: microordinadors condensats en un sol xip".En aquell moment, els miniordinadors i els mainframes eren principalment processadors de 8 i 16 bits, de manera que Intel va llançar aviat el microprocessador de 8 bits 8008 el 1972 per guanyar ràpidament el mercat, obrint l'era dels microordinadors d'un sol xip.

El 1976, Intel va llançar el primer controlador de microordinador programable del món 8748, que integra CPU de 8 bits, E/S paral·lel de 8 bits, comptador de 8 bits, RAM, ROM, etc., que pot satisfer les necessitats de control industrial general i instrumentació, representada per 8748, obrint l'exploració dels microordinadors d'un sol xip en l'àmbit industrial.

A la dècada de 1980, els microordinadors d'un sol xip de 8 bits van començar a ser més madurs, la capacitat de RAM i ROM va augmentar, generalment amb interfícies en sèrie, sistemes de processament d'interrupcions de diversos nivells, comptadors múltiples de 16 bits, etc. El 1983, Intel va llançar l'MCS. -Sèrie 96 de microcontroladors d'alt rendiment de 16 bits, amb 120.000 transistors integrats.

Des dels anys 90, el microordinador monoxip ha entrat a l'escenari d'un centenar d'escoles de pensament, en rendiment, velocitat, fiabilitat, integració en plena floració, segons el nombre de bits del bus o registres de dades, a partir dels 4 bits inicials. desenvolupat gradualment, amb microordinadors d'un sol xip de 8 bits, 16 bits, 32 bits i 64 bits.

Actualment, el conjunt d'instruccions dels MCU es divideix principalment en CISC i RISC, i l'arquitectura bàsica és principalment ARM Cortex, Intel 8051 i RISC-V.

Segons el resum del mercat del microcontrolador general de la Xina (MCU) de 2020, els productes MCU de 32 bits representen fins al 55% del mercat, seguits dels productes de 8 bits, que representen el 43%, els productes de 4 bits representen el 2%, 16 Els productes -bit representen l'1%, es pot veure que els productes principals del mercat són MCU de 32 bits i 8 bits, i l'espai de mercat dels productes MCU de 16 bits s'ha vist molt reduït.

Els productes del conjunt d'instruccions CISC representaven el 24% del mercat, els productes del conjunt d'instruccions RISC representaven el 76% dels productes principals del mercat;Els productes bàsics d'Intel 8051 representaven el 22% del mercat, seguits dels productes ARM Cortex-M0, el 20%, els productes ARM Cortex-M3 el 14%, els productes ARM Cortex-M4 el 12%, els productes ARM Cortex-M0+ van representar el 5%, els productes ARM Cortex-M23 van representar l'1%, els productes bàsics RISC-V van representar l'1% i els altres van representar el 24%.Els productes ARM Cortex-M0+ van representar el 5%, els productes ARM Cortex-M23 van representar l'1%, els productes bàsics RISC-V van representar l'1% i els altres van representar el 24%.En general, els nuclis de la sèrie ARM Cortex representen el 52% del corrent principal del mercat.

El mercat de l'MCU s'ha enfrontat a importants caigudes de preus durant els darrers 20 anys, però la seva disminució del preu de venda mitjà (ASP) s'ha desaccelerat durant els últims cinc anys.Després d'experimentar la caiguda de la indústria de l'automòbil, la debilitat econòmica mundial i la crisi epidèmica, el mercat de MCU va començar a recuperar-se el 2020. Segons IC Insights, els enviaments de MCU van augmentar un 8% el 2020 i els enviaments totals de MCU el 2021 van augmentar fins a 12%, un màxim històric de 30.900 milions, mentre que els ASP també van augmentar un 10%, l'augment més alt en 25 anys.

IC Insights espera que els enviaments de MCU arribin als 35.800 milions d'unitats durant els propers cinc anys, amb unes vendes totals de 27.200 milions de dòlars.D'aquests, s'espera que les vendes de MCU de 32 bits arribin als 20.000 milions de dòlars amb una taxa de creixement anual composta del 9,4%, s'espera que els MCU de 16 bits arribin als 4.700 milions de dòlars i no s'espera que els MCU de 4 bits mostrin creixement.

02 Car MCU avançament boig

L'electrònica de l'automòbil és l'escenari d'aplicació més gran dels MCU.IC Insights espera que les vendes de MCU a tot el món creixin un 10% fins a un rècord de 21.500 milions de dòlars el 2022, i les MCU d'automoció creixen més que la majoria dels altres mercats finals.

Més del 40% de les vendes de MCU provenen d'electrònica per a automòbils, i s'espera que les vendes de MCU d'automòbil creixin a un CAGR del 7,7% durant els propers cinc anys, superant les MCU de propòsit general (7,3%).

Actualment, els MCU d'automoció són principalment de 8 bits, 16 bits i 32 bits, i diferents bits de MCU tenen diferents feines.

Concretament:

El MCU de 8 bits s'utilitza principalment per a funcions de control relativament bàsiques, com ara el control de seients, aparells d'aire condicionat, ventiladors, finestres i mòduls de control de portes.

El MCU de 16 bits s'utilitza principalment per a la part inferior del cos, com ara el motor, el fre electrònic, el sistema de suspensió i altres sistemes de potència i transmissió.

L'MCU de 32 bits s'adapta a la intel·ligència de l'automòbil i s'utilitza principalment per a escenaris d'aplicacions intel·ligents i segures de gamma alta, com ara entreteniment a la cabina, ADAS i control corporal.

En aquesta etapa, les MCU de 8 bits estan creixent en rendiment i capacitat de memòria, i amb la seva pròpia rendibilitat, poden substituir algunes MCU de 16 bits a les aplicacions i també són compatibles amb les MCU de 4 bits.L'MCU de 32 bits tindrà un paper de control mestre cada cop més important en tota l'arquitectura E/E d'automoció, que pot gestionar quatre unitats ECU de gamma baixa i mitjana disperses, i el nombre d'usos continuarà augmentant.

La situació anterior fa que l'MCU de 16 bits estigui en una posició relativament incòmode, no alta sinó baixa, però en alguns escenaris d'aplicació, encara és útil, com ara algunes aplicacions clau dels sistemes de propulsió.

La intel·ligència automotriu ha augmentat significativament la demanda de MCU de 32 bits, amb més de tres quartes parts de les vendes de MCU d'automòbils procedents de MCU de 32 bits el 2021, que s'espera que arribin a uns 5.830 milions de dòlars;Els MCU de 16 bits generaran uns ingressos d'uns 1.340 milions de dòlars;i els MCU de 8 bits generaran uns 441 milions de dòlars en ingressos, segons l'informe McClean.

A nivell d'aplicació, l'infotainment és l'escenari d'aplicació amb el major augment interanual de les vendes de MCU d'automòbils, amb un creixement del 59% el 2021 en comparació amb el 2020 i un creixement dels ingressos del 20% per a la resta d'escenaris.

Ara tot el control electrònic del cotxe per utilitzar ECU (unitat de control electrònic) i MCU és l'ECU del xip de control central, cada ECU té almenys un MCU, de manera que l'etapa actual de transformació i actualització de l'electrificació intel·ligent va provocar la demanda de Augmenta l'ús de vehicles únics de l'MCU.

Segons les dades del Departament d'Investigació del Comitè d'Experts en Màrqueting d'Automoció de l'Institut de Màrqueting de la Xina, el nombre mitjà d'ECU que transporten els cotxes de combustible tradicionals és de 70;el nombre d'ECU que transporten els cotxes de combustible tradicionals de luxe pot arribar als 150 a causa dels requisits de rendiment més elevats dels seients, el control central i l'entreteniment, l'estabilitat corporal i la seguretat;i el nombre mitjà d'ECU que transporten els cotxes intel·ligents pot arribar a les 300 a causa dels nous requisits de programari i maquinari per a la conducció autònoma i la conducció assistida, que correspon a que la quantitat de MCU utilitzada pels cotxes individuals també arribarà a més de 300.

La forta demanda de MCU dels fabricants d'automòbils és especialment evident el 2021, quan hi ha una escassetat de nuclis a causa de l'epidèmia.Aquell any, moltes companyies d'automòbils van haver de tancar breument algunes línies de producció a causa de la manca de nuclis, però les vendes de MCU d'automòbils es van disparar un 23% fins als 7.600 milions de dòlars, un màxim històric.

La majoria dels xips d'automoció es produeixen amb hòsties de 8 polzades, alguns fabricants com ara la transferència de línia de TI a 12 polzades, IDM també formarà part de la foneria d'externalització de capacitat, que està dominada per MCU, al voltant del 70% de la capacitat de TSMC .Tanmateix, el propi negoci de l'automoció representa una petita proporció de TSMC, i TSMC se centra en el camp de la tecnologia de processos avançats de l'electrònica de consum, de manera que el mercat de MCU d'automoció és especialment escàs.

L'escassetat de xips d'automoció liderada per tota la indústria dels semiconductors també va donar lloc a una onada d'expansió, les principals fundicions i plantes d'IDM per ampliar activament la producció, però l'enfocament és diferent.

S'espera que la planta de TSMC Kumamoto entri en funcionament a finals de 2024, a més del procés de 22/28 nm, proporcionarà encara més processos de 12 i 16 nm, i la planta de Nanjing ampliarà la producció a 28 nm, amb una capacitat de producció mensual de 40.000 peces;

SMIC té previst ampliar la producció en almenys 45.000 hòsties de 8 polzades i almenys 10.000 hòsties de 12 polzades el 2021 i construir una línia de producció de 12 polzades amb una capacitat mensual de 120.000 hòsties a Lingang, centrant-se en els nodes de 28 nm i superiors.

Huahong espera accelerar l'expansió de la capacitat de producció de 12 polzades fins a 94.500 peces el 2022;

Renesas va anunciar la seva participació a la planta de Kumamoto de TSMC amb la intenció d'expandir l'externalització i té com a objectiu augmentar el subministrament de MCU d'automòbils en un 50% el 2023, amb una capacitat de MCU de gamma alta que s'espera que augmenti un 50% i la capacitat de MCU de gamma baixa al voltant d'un 70% respecte a finals de 2021.

STMicroelectronics invertirà 1.400 milions de dòlars el 2022 per a l'expansió i té previst duplicar la capacitat de les seves plantes europees el 2025, principalment per augmentar la capacitat de 12 polzades, i per a la capacitat de 8 polzades, STMicroelectronics actualitzarà selectivament per als productes que no requereixin 12 polzades. tecnologia de polzades.

Texas Instruments afegirà quatre noves plantes, es preveu que la primera entri en funcionament el 2025 i la tercera i quarta es construiran entre el 2026 i el 2030;

ON Semiconductor va augmentar la seva inversió de capital fins al 12%, principalment per a l'expansió de la capacitat d'hòsties de 12 polzades.

IC insights té una dada interessant que l'ASP de tots els MCU de 32 bits està disminuint a un CAGR del -4,4% interanual entre el 2015 i el 2020, però augmenta al voltant del 13% fins a uns 0,72 dòlars el 2021. Es reflecteix al mercat spot. , la fluctuació del preu de l'MCU d'automòbil és més òbvia: l'MCU NXP de 32 bits FS32K144HAT0MLH amb un preu permanent de 22 dòlars va augmentar fins a 550 dòlars, un rang de més de 20 vegades, que era un dels xips d'automoció més escassos en aquell moment.

Infineon de 32 bits d'automòbil MCU SAK-TC277TP-64F200N DC havia augmentat a 4.500 iuans, un augment de gairebé 100 vegades, la mateixa sèrie de SAK-TC275T-64F200N DC també es va disparar a més de 2.000 iuans.

D'altra banda, l'electrònica de consum originalment calenta va començar a refredar-se, la feble demanda, així com l'acceleració de la substitució domèstica, la qual cosa va fer que els preus de l'MCU de consum de propòsit general retrocedeixin, alguns models de xip ST com F0/F1/F3. Els preus de les sèries es van apropar al preu normal, i fins i tot els rumors del mercat que el preu d'alguns MCU han baixat pel preu de l'agència.

Tanmateix, els MCU d'automoció com Renesas, NXP, Infineon i ST encara es troben en un estat d'escassetat relativa.Per exemple, el preu de l'MCU de 32 bits d'alt rendiment de ST STM32H743VIT6 va pujar a 600 iuans a finals de l'any passat, mentre que el seu preu era només de 48 iuans fa dos anys.L'augment és de més de 10 vegades;El preu de mercat d'Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC a l'octubre de l'any passat va ser d'uns 1200 dòlars, el desembre ofereix fins a 3800 dòlars i fins i tot en llocs web de tercers ofereixen més de 5000 dòlars.

03 El mercat és gran i la producció nacional és petita

El panorama competitiu de l'MCU està tan dominat per gegants estrangers com tot l'entorn competitiu dels semiconductors.El 2021, els cinc principals proveïdors de MCU eren NXP, Microchip, Renesas, ST i Infineon.Aquests cinc venedors de MCU van representar el 82,1% de les vendes globals totals, en comparació amb el 72,2% del 2016, i la mida de les empreses principals va créixer en els anys intermedis.

En comparació amb la MCU de consum i industrial, el llindar de certificació de la MCU d'automòbil és alt i el període de certificació és llarg, el sistema de certificació inclou la certificació estàndard ISO26262, la certificació estàndard AEC-Q001 ~ 004 i la certificació estàndard IATF16949, la certificació estàndard AEC-Q100/Q104, de la qual ISO26262 a La seguretat funcional de l'automòbil es divideix en quatre nivells d'ASIL-A a D. Per exemple, el xassís i altres escenaris tenen els requisits de seguretat més alts i requereixen la certificació de nivell ASIL-D, pocs fabricants de xips poden complir les condicions.

Segons les dades de l'anàlisi estratègica, el mercat mundial i nacional de MCU d'automòbils està ocupat principalment per NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, amb una quota de mercat del 85%.Tot i que els MCU de 32 bits encara estan monopolitzats per gegants estrangers, algunes empreses nacionals han enlairat.

04 Conclusió

El ràpid desenvolupament de vehicles elèctrics intel·ligents, de manera que s'han unit diversos fabricants de xips de consum, com Nvidia, Qualcomm, Intel, han estat a la cabina intel·ligent, avenços en xips de conducció autònoma, comprimint l'espai de supervivència dels antics fabricants de xips d'automòbils.El desenvolupament de les MCU d'automoció ha passat de centrar-se en l'autodesenvolupament i la millora del rendiment a una competència global per a la reducció de costos mantenint els avantatges tecnològics.

Amb l'arquitectura E / E de l'automoció des de la distribució al control del domini i, finalment, cap a la integració central, hi haurà cada cop més xip multifuncional i simple de gamma baixa que es substituirà, d'alt rendiment, d'alta potència de càlcul i altres de gamma alta. els xips es convertiran en el focus de la futura competició de xips d'automòbils, ja que el paper principal de control de l'MCU per la futura reducció del nombre d'ECU és relativament petit, com ara l'ECU de control del xassís Tesla, un sol conté 3-4 MCU, però alguna funció senzilla de s'integrarà la MCU bàsica.En general, el mercat de les MCU d'automoció i l'espai per a la substitució domèstica en els propers anys és sens dubte ampli.