01 MCU kasvu ajalugu
MCU, mikrokontroller, sellel on tuntud nimi: ühe kiibiga mikroarvuti.
See on tõesti armas koht, kus liigutada põhiarvutisüsteem kiibile, sealhulgas CPU RAM-i sisemine versioon ROM IO loenduri jadaport, kuigi jõudlus pole kindlasti nii lai kui arvutil, kuid see on väikese võimsusega programmeeritav ja paindlik, nii olmeelektroonikas, meditsiinitööstuses suhtlemises Autodel on väga lai kasutusala.
See sündis 1971. aastal, Intel konstrueeris maailma esimese mikroprotsessori – numbriga 4004 4-bitise kiibi, see kiip integreerib üle 2000 transistori ning Intel disainis ka 4001, 4002, 4003 kiipi, RAM-i, ROM-i ja registreid.
Kui need neli toodet turule tulid, kirjutas Intel reklaamis "Kuulutage integraallülituste uuest ajastust: ühele kiibile koondatud mikroarvutid."Tol ajal olid mini- ja suurarvutid peamiselt 8- ja 16-bitised protsessorid, nii et Intel tõi peagi 1972. aastal turule 8-bitise mikroprotsessori 8008, et kiiresti turgu võita, avades ühekiibiliste mikroarvutite ajastu.
1976. aastal tõi Intel turule maailma esimese programmeeritava mikroarvuti kontrolleri 8748, mis integreerib 8-bitise protsessori, 8-bitise paralleelse I/O, 8-bitise loenduri, RAM-i, ROM-i jne, mis suudab rahuldada üldise tööstusliku juhtimise ja mõõteriistad, mida esindab 8748, avades ühe kiibiga mikroarvutite uurimise tööstusvaldkonnas.
1980. aastatel hakkasid 8-bitised ühekiibilised mikroarvutid muutuma küpsemaks, RAM-i ja ROM-i maht suurenes, üldiselt koos jadaliideste, mitmetasandiliste katkestussüsteemide, mitme 16-bitise loenduri jne abil. 1983. aastal tõi Intel turule MCS-i. -96 16-bitiste suure jõudlusega mikrokontrollerite seeriat 120 000 integreeritud transistoriga.
Alates 1990. aastatest on ühekiibiline mikroarvuti astunud saja koolkonna faasi, jõudluses, kiiruses, töökindluses, integratsioonis täies õitsengus, vastavalt siini või andmeregistrite bittide arvule, alates esialgsest 4 bitist. järk-järgult arenenud 8-bitiste, 16-bitiste, 32-bitiste ja 64-bitiste ühekiibiliste mikroarvutitega.
Praegu on MCU-de käsukomplekt jagatud peamiselt CISC-ks ja RISC-iks ning põhiarhitektuuriks on peamiselt ARM Cortex, Intel 8051 ja RISC-V.
2020. aasta Hiina üldise mikrokontrolleri (MCU) turu lühikirjelduse kohaselt moodustavad 32-bitised MCU tooted kuni 55% turust, millele järgnevad 8-bitised tooted, mis moodustavad 43%, 4-bitised tooted moodustavad 2%, 16 -bitiseid tooteid, mis moodustavad 1%, on näha, et turul on peavoolutoodeteks 32-bitised ja 8-bitised MCU-d ning 16-bitiste MCU-toodete tururuum on kõvasti kokku surutud.
CISC-juhendikomplekti tooted moodustasid 24% turust, RISC-juhendikomplekti tooted 76% turu tavatoodetest;Intel 8051 põhitooted moodustasid 22% turust, järgnesid ARM Cortex-M0 tooted, mis moodustasid 20%, ARM Cortex-M3 tooted 14%, ARM Cortex-M4 tooted 12%, ARM Cortex-M0+ tooted. moodustasid 5%, ARM Cortex-M23 tooted 1%, RISC-V põhitooted 1% ja muud 24%.ARM Cortex-M0+ tooted moodustasid 5%, ARM Cortex-M23 tooted 1%, RISC-V põhitooted 1% ja teised 24%.Üldiselt moodustavad ARM Cortexi seeria tuumad 52% turu peavoolust.
MCU turg on viimase 20 aasta jooksul silmitsi seisnud märkimisväärse hinnalangusega, kuid selle keskmise müügihinna (ASP) langus on viimase viie aasta jooksul aeglustunud.Pärast autotööstuse langust, ülemaailmset majanduslikku nõrkust ja epideemiakriisi hakkas MCU turg 2020. aastal taastuma. IC Insightsi andmetel kasvasid MCU tarned 2020. aastal 8% ja 2021. aasta MCU kogusaadetised kasvasid 12%, mis on rekordiline 30,9 miljardit, samas kui keskmised hinnad tõusid samuti 10%, mis on 25 aasta suurim tõus.
IC Insights eeldab, et MCU tarned jõuavad järgmise viie aasta jooksul 35,8 miljardi ühikuni ja kogukäive on 27,2 miljardit dollarit.Neist 32-bitiste MCU-de müük ulatub eeldatavalt 20 miljardi dollarini, aastase liitkasvumääraga 9,4%, 16-bitiste MCU-de puhul oodatakse 4,7 miljardi dollarini ja 4-bitiste MCU-de kasvu ei ole oodata.
02 Auto MCU pöörane möödasõit
Autoelektroonika on MCU-de suurim rakendusstsenaarium.IC Insights eeldab, et 2022. aastaks kasvab ülemaailmne MCU müük 10% rekordilise 21,5 miljardi dollarini, kusjuures autotööstuse MCU-d kasvavad rohkem kui enamikul teistel lõppturgudel.
Rohkem kui 40% MCU müügist pärineb autoelektroonikast ja mootorsõidukite MCU müük kasvab järgmise viie aasta jooksul eeldatavasti 7,7% võrra, ületades üldotstarbelisi MCU-sid (7,3%).
Praegu on autode MCU-d peamiselt 8-bitised, 16-bitised ja 32-bitised ning MCU-de erinevad bitid täidavad erinevaid töid.
Täpsemalt:
8-bitist MCU-d kasutatakse peamiselt suhteliselt põhiliste juhtimisfunktsioonide jaoks, nagu istmete, kliimaseadmete, ventilaatorite, akende ja uste juhtmoodulite juhtimine.
16-bitist MCU-d kasutatakse peamiselt alakeha jaoks, nagu mootor, elektrooniline pidur, vedrustussüsteem ja muud jõu- ja ülekandesüsteemid.
32-bitine MCU sobib autotööstuse intelligentsusega ja seda kasutatakse peamiselt tipptasemel intelligentsete ja ohutute rakenduste jaoks, nagu kokpiti meelelahutus, ADAS ja kere juhtimine.
Praeguses etapis kasvab 8-bitiste MCU-de jõudlus ja mälumaht ning tänu oma kuluefektiivsusele võivad need rakendustes asendada mõned 16-bitised MCU-d ja on ka tagasiühilduvad 4-bitiste MCU-dega.32-bitine MCU hakkab mängima järjest olulisemat peamist juhtimisrolli kogu autotööstuse E/E arhitektuuris, mis suudab hallata nelja hajutatud madala- ja keskklassi ECU-üksust ning kasutuste arv kasvab jätkuvalt.
Ülaltoodud olukord muudab 16-bitise MCU suhteliselt ebamugavasse asendisse, mitte kõrgele, vaid madalale, kuid mõne rakenduse stsenaariumi korral on see siiski kasulik, näiteks jõuülekandesüsteemide peamistes rakendustes.
Autotööstuse luure on märkimisväärselt suurendanud nõudlust 32-bitiste MCU-de järele, 2021. aastal pärineb enam kui kolmveerand autode MCU-de müügist 32-bitiste MCU-de kaudu, mis eeldatavasti ulatub umbes 5,83 miljardi dollarini;16-bitised MCU-d teenivad umbes 1,34 miljardit dollarit tulu;ja 8-bitised MCU-d teenivad McCleani aruande kohaselt umbes 441 miljonit dollarit tulu.
Rakenduse tasemel on teabe- ja meelelahutus stsenaarium, mille puhul autotööstuse MCU müük aasta-aastalt suurenes kõige kõrgemal, 2021. aastal 59% kasv võrreldes 2020. aastaga ja ülejäänud stsenaariumide tulude kasv 20%.
Nüüd on kogu auto elektrooniline juhtimine ECU (elektrooniline juhtseade) kasutamiseks ja MCU on põhijuhtimiskiibi ECU, igal ECU-l on vähemalt üks MCU, nii et intelligentse elektrifitseerimise ümberkujundamise ja uuendamise praegune etapp kutsus esile nõudluse MCU ühe sõiduki kasutamine suureneb.
Hiina turundusinstituudi autoturunduse ekspertide komitee uurimisosakonna andmetel on tavaliste traditsioonilise kütusega autode keskmine eküüde arv 70;luksuslike traditsioonilise kütusega autode ECU-de arv võib ulatuda 150-ni, kuna istmed, keskjuhtimine ja meelelahutus, kere stabiilsus ja ohutus on kõrgemad.ja nutikate autode keskmine ECU-de arv võib ulatuda 300-ni, kuna uued tarkvara- ja riistvaranõuded autonoomsele juhtimisele ja abistavale juhtimisele, mis vastab üksikautode kasutatavale MCU-le, ulatub samuti üle 300.
Autotootjate suur nõudlus MCU-de järele on eriti ilmne 2021. aastal, mil epideemia tõttu on tuumadest puudus.Sel aastal pidid paljud autotootjad tuumade puudumise tõttu mõne tootmisliini korraks sulgema, kuid autode MCU-de müük kasvas 23% 7,6 miljardi dollarini, mis on rekordiline näitaja.
Enamik autokiipe toodetakse 8-tolliste vahvlite abil, mõned tootjad, näiteks TI 12-tollise liini ülekandmine, IDM on ka osa võimsuse allhankevalukojast, kus domineerib MCU, umbes 70% võimsusest TSMC. .Autoäri ise moodustab aga väikese osa TSMC-st ja TSMC keskendub tarbeelektroonika täiustatud protsessitehnoloogia valdkonnale, seega on autotööstuse MCU-turg eriti napp.
Autokiipide nappus eesotsas kogu pooljuhttööstusega tõi kaasa ka laienemislaine, suuremad valukojad ja IDM tehased hakkasid aktiivselt tootmist laiendama, kuid fookus on erinev.
TSMC Kumamoto tehas loodetakse kasutusele võtta 2024. aasta lõpuks, lisaks 22/28 nm protsessile pakub see ka 12 ja 16 nm protsesse ning Nanjingi tehas laiendab tootmist 28 nm-ni, igakuise tootmisvõimsusega 40 000 tükki;
SMIC plaanib 2021. aastal tootmist laiendada vähemalt 45 000 8-tollise vahvli ja vähemalt 10 000 12-tollise vahvli võrra ning ehitada Lingangis 12-tollise tootmisliini, mille võimsus on kuus 120 000 vahvlit, keskendudes 28 nm ja suurematele sõlmedele.
Huahong loodab 2022. aastal kiirendada 12-tollise tootmisvõimsuse laiendamist 94 500 ühikuni;
Renesas teatas oma osalusest TSMC Kumamoto tehases, eesmärgiga laiendada allhanget, ning eesmärk on suurendada autotööstuse MCU pakkumist 2023. aastaks 50%, kusjuures tipptasemel MCU võimsus peaks suurenema 50% ja madala hinnaga MCU võimsus umbes 70%. võrreldes 2021. aasta lõpuga.
STMicroelectronics investeerib 2022. aastal laienemisse 1,4 miljardit dollarit ja plaanib 2025. aastaks kahekordistada oma Euroopa tehaste võimsust, peamiselt selleks, et suurendada 12-tollise võimsust, ning 8-tollise võimsuse jaoks uuendab STMicroelectronics valikuliselt tooteid, mis ei vaja 12-tollist võimsust. tolline tehnoloogia.
Texas Instruments lisab neli uut tehast, esimene tehas loodetakse tööle panna 2025. aastal ning kolmas ja neljas tehas ehitatakse aastatel 2026–2030;
ON Semiconductor suurendas oma kapitaliinvesteeringut 12%ni, peamiselt 12-tolliste vahvlite mahu suurendamiseks.
IC insightsil on huvitavad andmed, mille kohaselt kõigi 32-bitiste MCU-de ASP langeb aastatel 2015–2020 –4,4% võrra võrreldes aastatagusega, kuid tõuseb 2021. aastal umbes 13%, umbes 0,72 dollarini. Peegeldub hetketurul. , on autotööstuse MCU hinnakõikumine ilmsem: NXP 32-bitine MCU FS32K144HAT0MLH püsihinnaga 22 dollarit tõusis 550 dollarini, ulatus üle 20 korra, mis oli sel ajal üks kõige napimaid autokiipe.
Infineon 32-bitine auto MCU SAK-TC277TP-64F200N DC tõusis 4500 jüaanini, mis on ligi 100-kordne tõus, sama seeria SAK-TC275T-64F200N DC tõusis samuti üle 2000 jüaani.
Teisest küljest hakkas algselt kuum olmeelektroonika jahtuma, nõrk nõudlus, aga ka kodumaise asendamise kiirenemine, mistõttu üldotstarbelised MCU tarbijahinnad langesid, mõned ST-kiibi mudelid, näiteks F0/F1/F3. seeriahinnad jõudsid tavahinna lähedale ja isegi turul käivad kuuldused, et mõne MCU hind on agentuurihinnast läbi kukkunud.
Autode MCU-d, nagu Renesas, NXP, Infineon ja ST, on aga endiselt suhtelises puuduses.Näiteks ST suure jõudlusega 32-bitise MCU STM32H743VIT6 hind tõusis eelmise aasta lõpus 600 jüaanini, samas kui kaks aastat tagasi oli selle hind vaid 48 jüaani.Kasv on rohkem kui 10 korda;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N vahelduvvoolu turuhind eelmise aasta oktoobris oli umbes 1200 dollarit, detsembri pakkumine kuni 3800 dollarit ja isegi kolmandate osapoolte veebisaitidel üle 5000 dollari.
03 Turg on suur ja kodumaine toodang väike
MCU konkurentsimaastikul domineerivad ülemerehiiglased nagu kogu pooljuhtide konkurentsikeskkonda.2021. aastal olid viis parimat MCU müüjat NXP, Microchip, Renesas, ST ja Infineon.Need viis MCU müüjat andsid 82,1% kogu ülemaailmsest müügist, võrreldes 72,2%ga 2016. aastal, kusjuures peamiste ettevõtete suurus on vahepealsetel aastatel kasvanud.
Võrreldes tarbija- ja tööstusliku MCU-ga on autotööstuse MCU sertifitseerimislävi kõrge ja sertifitseerimisperiood pikk, sertifitseerimissüsteem sisaldab ISO26262 standardsertifikaati, AEC-Q001 ~ 004 ja IATF16949 standardsertifikaati, AEC-Q100/Q104 standardi sertifikaati, millest ISO2626. autode funktsionaalne ohutus jaguneb nelja tasemeni ASIL-A kuni D. Näiteks šassii ja muud stsenaariumid on kõrgeimate ohutusnõuetega ja nõuavad ASIL-D taseme sertifikaati, vähesed kiibitootjad suudavad tingimusi täita.
Strategy Analysis andmetel hõivavad globaalse ja kodumaise autotööstuse MCU turu peamiselt NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, turuosaga 85%.Kuigi 32-bitised MCU-d monopoliseerivad endiselt ülemerehiiglased, on mõned kodumaised ettevõtted hoogu võtnud.
04 Järeldus
Kiire areng intelligentsed elektrisõidukid, nii et mitmed tarbija kiibi tootjad on liitunud, nagu Nvidia, Qualcomm, Intel on olnud intelligentne kokpit, autonoomse sõidu kiibi läbimurdeid, kokkusurumine ellujäämisruumi vana autotööstuse kiibi tootjad.Autode MCU-de arendamine on läinud enesearendamisele ja jõudluse parandamisele keskendumiselt igakülgsele konkurentsile kulude vähendamise nimel, säilitades samas tehnoloogilised eelised.
Kuna autotööstuse E / E arhitektuur muutub hajutatud domeeni juhtimiseks ja lõpuks tsentraalseks integreerimiseks, asendatakse üha rohkem multifunktsionaalseid ja lihtsaid madala kvaliteediga kiipe, suure jõudlusega, suure arvutusvõimsusega ja muid tipptasemel kiipe. kiibid saavad tulevase autotööstuse kiipide konkurentsi keskmeks, kuna MCU peamine juhtroll tulevase ECU arvu vähendamisega on suhteliselt väike, nagu näiteks Tesla šassii juhtimisseade, üks sisaldab 3–4 MCU-d, kuid mõni lihtne funktsioon põhiline MCU integreeritakse.Üldiselt on mootorsõidukite MCU-de turg ja kodumaise asendamise ruum lähiaastatel kahtlemata suur.
Postitusaeg: 01.02.2023