01 A historia de crecemento do MCU
MCU, microcontrolador, ten un nome coñecido: microordenador dun só chip.
O lugar realmente doce é mover un conxunto de sistemas informáticos básicos a un chip, incluíndo a versión interna do porto serie do contador de CPU RAM ROM IO, aínda que o rendemento certamente non é tan amplo como un ordenador, pero é programable e de baixa potencia. flexible, polo que na electrónica de consumo, a comunicación da industria médica Os coches teñen unha ampla gama de aplicacións.
Naceu en 1971, Intel deseñou o primeiro microprocesador do mundo: o chip número 4004 de 4 bits, este chip integra máis de 2.000 transistores e Intel tamén deseñou chips 4001, 4002, 4003, RAM, ROM e rexistros.
Cando estes catro produtos saíron ao mercado, Intel escribiu no anuncio "Anunciar unha nova era de circuítos integrados: microordenadores condensados nun só chip".Nese momento, os minicomputadores e mainframes eran principalmente procesadores de 8 e 16 bits, polo que Intel pronto lanzou o microprocesador de 8 bits 8008 en 1972 para gañar rapidamente o mercado, abrindo a era dos microcomputadores de chip único.
En 1976, Intel lanzou o primeiro controlador de microordenador programable do mundo 8748, que integra CPU de 8 bits, E/S paralela de 8 bits, contador de 8 bits, RAM, ROM, etc., que pode satisfacer as necesidades de control industrial xeral e instrumentación, representada por 8748, abrindo a exploración dos microcomputadores dun só chip no ámbito industrial.
Na década de 1980, os microordenadores dun só chip de 8 bits comezaron a ser máis maduros, aumentou a capacidade de RAM e ROM, xeralmente con interfaces en serie, sistemas de procesamento de interrupcións de varios niveis, contadores múltiples de 16 bits, etc. En 1983, Intel lanzou o MCS. -96 serie de microcontroladores de 16 bits de alto rendemento, con 120.000 transistores integrados.
Desde a década de 1990, o microordenador dun só chip entrou no escenario de cen escolas de pensamento, en rendemento, velocidade, fiabilidade, integración en plena floración, segundo o número de bits do bus ou rexistros de datos, desde os 4 bits iniciais. desenvolvido paulatinamente, con microcomputadoras dun só chip de 8, 16, 32 e 64 bits.
Na actualidade, o conxunto de instrucións dos MCU divídese principalmente en CISC e RISC, e a arquitectura principal é principalmente ARM Cortex, Intel 8051 e RISC-V.
Segundo o informe do mercado de microcontroladores xerais de China (MCU) de 2020, os produtos MCU de 32 bits representan ata o 55% do mercado, seguidos dos produtos de 8 bits, que representan o 43%, os produtos de 4 bits representan o 2%, 16. Os produtos -bit representan o 1%, pódese ver que os produtos principais do mercado son MCU de 32 bits e 8 bits, e o espazo de mercado dos produtos MCU de 16 bits foi moi reducido.
Os produtos do conxunto de instrucións CISC representaron o 24% do mercado, os produtos do conxunto de instrucións RISC representaron o 76% dos produtos principais do mercado;Os produtos básicos de Intel 8051 representaron o 22% do mercado, seguidos dos produtos ARM Cortex-M0, o 20%, os produtos ARM Cortex-M3 o 14%, os produtos ARM Cortex-M4 o 12%, os produtos ARM Cortex-M0+. representaron o 5%, os produtos ARM Cortex-M23 representaron o 1%, os produtos principais RISC-V representaron o 1% e outros representaron o 24%.Os produtos ARM Cortex-M0+ representaron o 5%, os produtos ARM Cortex-M23 o 1%, os produtos básicos RISC-V o 1% e outros o 24%.En xeral, os núcleos da serie ARM Cortex representan o 52% da corrente principal do mercado.
O mercado de MCU enfrontouse a importantes descensos de prezos nos últimos 20 anos, pero o seu descenso do prezo medio de venda (ASP) foise desacelerando nos últimos cinco anos.Despois de experimentar a desaceleración da industria automotriz, a debilidade económica global e a crise epidémica, o mercado de MCU comezou a recuperarse en 2020. Segundo IC Insights, os envíos de MCU aumentaron un 8% en 2020 e os envíos totais de MCU en 2021 aumentaron ata 12%, un máximo histórico de 30.900 millóns, mentres que as ASP tamén aumentaron un 10%, o aumento máis alto en 25 anos.
IC Insights espera que os envíos de MCU alcancen os 35.800 millóns de unidades nos próximos cinco anos, cunhas vendas totais de 27.200 millóns de dólares.Destes, espérase que as vendas de MCU de 32 bits alcancen os 20.000 millóns de dólares cunha taxa de crecemento anual composta do 9,4%, os MCU de 16 bits acaden os 4.700 millóns de dólares e non se espera que os MCU de 4 bits mostren un crecemento.
02 Car MCU adiantamento tolo
A electrónica do automóbil é o escenario de aplicación máis grande dos MCU.IC Insights espera que as vendas mundiais de MCU crezan un 10 % ata alcanzar un récord de 21.500 millóns de dólares en 2022, e os MCU para automóbiles crecen máis que a maioría dos outros mercados finais.
Máis do 40% das vendas de MCU proveñen de produtos electrónicos para automóbiles, e espérase que as vendas de MCU de automóbiles crezan nun CAGR do 7,7% nos próximos cinco anos, superando os MCU de propósito xeral (7,3%).
Na actualidade, os MCU de automóbiles son principalmente de 8 bits, 16 bits e 32 bits, e diferentes bits de MCU desempeñan diferentes traballos.
En concreto:
O MCU de 8 bits úsase principalmente para funcións de control relativamente básicas, como o control de asentos, aire acondicionado, ventiladores, ventás e módulos de control de portas.
O MCU de 16 bits úsase principalmente para a parte inferior do corpo, como o motor, o freo electrónico, o sistema de suspensión e outros sistemas de potencia e transmisión.
O MCU de 32 bits encaixa na intelixencia automotriz e úsase principalmente para escenarios de aplicacións intelixentes e seguras de gama alta, como entretemento en cabina, ADAS e control corporal.
Nesta fase, os MCU de 8 bits están a medrar en rendemento e capacidade de memoria e, coa súa propia rendibilidade, poden substituír algúns MCU de 16 bits en aplicacións e tamén son compatibles con MCU de 4 bits.O MCU de 32 bits desempeñará un papel de control mestre cada vez máis importante en toda a arquitectura E/E automotriz, que pode xestionar catro unidades de ECU de gama baixa e media dispersas, e o número de usos seguirá aumentando.
A situación anterior fai que o MCU de 16 bits se atope nunha posición relativamente incómoda, non alta senón baixa, pero nalgúns escenarios de aplicación aínda é útil, como algunhas aplicacións clave dos sistemas de propulsión.
A intelixencia automotriz aumentou significativamente a demanda de MCU de 32 bits, con máis das tres cuartas partes das vendas de MCU para automóbiles procedentes de MCU de 32 bits en 2021, que se espera que alcancen uns 5.830 millóns de dólares;Os MCU de 16 bits xerarán preto de 1.340 millóns de dólares en ingresos;e os MCU de 8 bits xerarán uns 441 millóns de dólares en ingresos, segundo o informe de McClean.
A nivel de aplicación, o infoentretemento é o escenario de aplicación co maior aumento interanual das vendas de MCU de automóbiles, cun crecemento do 59 % en 2021 en comparación con 2020 e un crecemento dos ingresos do 20 % para o resto dos escenarios.
Agora todo o control electrónico do coche para usar ECU (unidade de control electrónico), e MCU é o chip de control central ECU, cada ECU ten polo menos un MCU, polo que a fase actual da transformación e actualización da electrificación intelixente provocou a demanda de O uso dun único vehículo MCU aumenta.
Segundo os datos do Departamento de Investigación do Comité de Expertos en Mercadotecnia de Automóbiles do Instituto de Mercadotecnia de China, o número medio de ECU que transportan os coches de combustible tradicionais ordinarios é de 70;o número de ECU que transportan os coches tradicionais de luxo con combustible pode chegar aos 150 debido aos requisitos de rendemento máis elevados para asentos, control central e entretemento, estabilidade corporal e seguridade;e o número medio de ECU que levan os coches intelixentes pode chegar aos 300 debido aos novos requisitos de software e hardware para a condución autónoma e a condución asistida, o que se corresponde coa cantidade de MCU que usan os coches individuais tamén chegará a máis de 300.
A forte demanda de MCU dos fabricantes de automóbiles é particularmente evidente en 2021, cando hai unha escaseza de núcleos debido á epidemia.Ese ano, moitas compañías de automóbiles tiveron que pechar brevemente algunhas liñas de produción debido á falta de núcleos, pero as vendas de MCU para automóbiles disparáronse un 23% ata alcanzar os 7.600 millóns de dólares, un máximo histórico.
A maioría dos chips automotivos prodúcense usando obleas de 8 polgadas, algúns fabricantes como TI a transferencia de liña de 12 polgadas, IDM tamén formará parte da fundición de subcontratación de capacidade, que está dominada por MCU, preto do 70% da capacidade de TSMC .Non obstante, o propio negocio da automoción representa unha pequena proporción de TSMC, e TSMC céntrase no campo da tecnoloxía de procesos avanzados da electrónica de consumo, polo que o mercado de MCU para automóbiles é particularmente escaso.
A escaseza de chips para automóbiles liderada por toda a industria de semicondutores tamén provocou unha onda de expansión, as principais fundicións e plantas de IDM para expandir activamente a produción, pero o foco é diferente.
Espérase que a planta de TSMC Kumamoto entre en funcionamento a finais de 2024, ademais do proceso de 22/28 nm, proporcionará aínda máis procesos de 12 e 16 nm, e a planta de Nanjing ampliará a produción a 28 nm, cunha capacidade de produción mensual de 28 nm. 40.000 pezas;
SMIC planea ampliar a produción de polo menos 45.000 obleas de 8 polgadas e polo menos 10.000 obleas de 12 polgadas en 2021, e construír unha liña de produción de 12 polgadas cunha capacidade mensual de 120.000 obleas en Lingang, centrándose nos nodos de 28 nm e superiores.
Huahong espera acelerar a expansión da capacidade de produción de 12 polgadas ata as 94.500 pezas en 2022;
Renesas anunciou a súa participación na planta de Kumamoto de TSMC coa intención de expandir a subcontratación e ten como obxectivo aumentar a subministración de MCU para automóbiles nun 50% para 2023, coa capacidade de MCU de gama alta que se espera que aumente nun 50% e a capacidade de MCU de gama baixa nun 70% aproximadamente. en comparación con finais de 2021.
STMicroelectronics investirá 1.400 millóns de dólares en 2022 para a súa expansión e planea duplicar a capacidade das súas plantas europeas para 2025, principalmente para aumentar a capacidade de 12 polgadas, e para a capacidade de 8 polgadas, STMicroelectronics actualizará selectivamente os produtos que non requiren 12 polgadas. tecnoloxía de polgadas.
Texas Instruments engadirá catro novas plantas, a primeira planta está previsto que entre en funcionamento en 2025 e a terceira e cuarta plantas construiranse entre 2026 e 2030;
ON Semiconductor aumentou o seu investimento de capital ata o 12%, principalmente para a expansión da capacidade de obleas de 12 polgadas.
Os coñecementos de IC teñen datos interesantes de que o ASP de todos os MCU de 32 bits está a diminuír a un CAGR do -4,4% interanual entre 2015 e 2020, pero aumenta un 13% ata uns 0,72 dólares en 2021. Reflicte no mercado spot. , a fluctuación do prezo do MCU automotriz é máis obvia: o MCU NXP de 32 bits FS32K144HAT0MLH cun prezo permanente de 22 dólares subiu ata os 550 dólares, un rango de máis de 20 veces, que era un dos chips de automóbiles máis escasos naquel momento.
Infineon 32-bit automotive MCU SAK-TC277TP-64F200N DC ascendeu a 4.500 yuan, un aumento de case 100 veces, a mesma serie de SAK-TC275T-64F200N DC tamén se disparou a máis de 2.000 yuan.
Por outro lado, a electrónica de consumo orixinalmente quente comezou a arrefriarse, a escasa demanda, así como a aceleración da substitución doméstica, facendo que os prezos dos MCU de uso xeral para o consumidor retrocedan, algúns modelos de chip ST como F0/F1/F3. Os prezos das series chegaron a preto do prezo normal, e mesmo os rumores do mercado de que o prezo dalgúns MCU caeu polo prezo da axencia.
Non obstante, os MCU de automóbiles como Renesas, NXP, Infineon e ST aínda están nun estado de escaseza relativa.Por exemplo, o prezo do MCU de 32 bits de alto rendemento de ST STM32H743VIT6 subiu a 600 yuan a finais do ano pasado, mentres que o seu prezo era de só 48 yuan hai dous anos.O aumento é máis de 10 veces;O prezo de mercado de Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC en outubro do ano pasado en aproximadamente $ 1200, decembro ofrece ata $ 3800 e incluso en sitios web de terceiros ofrecen máis de $ 5000.
03 O mercado é grande e a produción nacional é pequena
O panorama competitivo do MCU está tan dominado por xigantes estranxeiros como todo o ambiente competitivo de semicondutores.En 2021, os cinco principais provedores de MCU foron NXP, Microchip, Renesas, ST e Infineon.Estes cinco provedores de MCU representaron o 82,1% das vendas globais totais, fronte ao 72,2% de 2016, co que o tamaño das empresas principais creceu nos anos intermedios.
En comparación co MCU de consumo e industrial, o limiar de certificación de MCU automotriz é alto e o período de certificación é longo, o sistema de certificación inclúe certificación estándar ISO26262, certificación estándar AEC-Q001 ~ 004 e IATF16949, certificación estándar AEC-Q100/Q104, das cales ISO26262 en A seguridade funcional do automóbil divídese en catro niveis de ASIL-A a D. Por exemplo, o chasis e outros escenarios teñen os requisitos de seguridade máis altos e requiren a certificación de nivel ASIL-D, poucos fabricantes de chips poden cumprir as condicións.
Segundo os datos da análise de estratexia, o mercado global e doméstico de MCU automoción está ocupado principalmente por NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, cunha cota de mercado do 85%.Aínda que os MCU de 32 bits aínda están monopolizados por xigantes estranxeiros, algunhas empresas nacionais despegaron.
04 Conclusión
O rápido desenvolvemento de vehículos eléctricos intelixentes, polo que un número de fabricantes de chips de consumo uníronse, como Nvidia, Qualcomm, Intel estiveron na cabina intelixente, avances de chip de condución autónoma, comprimindo o espazo de supervivencia dos antigos fabricantes de chips automotivos.O desenvolvemento de MCUs automotrices pasou de centrarse no autodesenvolvemento e na mellora do rendemento a unha competencia total para a redución de custos mantendo as vantaxes tecnolóxicas.
Coa arquitectura E/E automotriz de distribuída ao control de dominio e, eventualmente, cara á integración central, haberá cada vez máis chip multifuncional e simple de gama baixa substituíndose, alto rendemento, alto poder de computación e outros de gama alta. chips converteranse no foco da futura competencia de chips automotivos, xa que o papel principal de control do MCU pola futura redución do número de ECU é relativamente pequeno, como o ECU de control do chasis Tesla, un único contén 3-4 MCU, pero algunhas funcións simples de o MCU básico estará integrado.En xeral, o mercado dos MCU automotivos e o espazo para a substitución doméstica nos próximos anos é, sen dúbida, amplo.
Hora de publicación: 01-feb-2023