2023, ang nakatutuwang sasakyan na MCU

01 Ang kasaysayan ng paglago ng MCU

MCU, microcontroller, mayroon itong kilalang pangalan: single-chip microcomputer.

Ito ay talagang matamis na lugar ay upang ilipat ang isang set ng pangunahing sistema ng computer sa isang chip, kabilang ang panloob na bersyon ng CPU RAM ROM IO counter serial port, kahit na ang pagganap ay tiyak na hindi kasing lawak ng isang computer, ngunit ito ay mababa ang power programmable at flexible, kaya sa consumer electronics, komunikasyon sa industriyang medikal Ang mga kotse ay may napakalawak na hanay ng mga aplikasyon.

Ipinanganak ito noong 1971, idinisenyo ng Intel ang unang microprocessor sa mundo – ang numerong 4004 4-bit chip, ang chip na ito ay nagsasama ng higit sa 2,000 transistors, at ang Intel ay nagdisenyo din ng 4001, 4002, 4003 chips, RAM, ROM at mga register.

Nang ang apat na produktong ito ay napunta sa merkado, isinulat ng Intel sa advertisement na "Ipahayag ang isang bagong panahon ng mga pinagsama-samang circuit: ang mga microcomputer ay naka-condensed sa isang solong chip."Noong panahong iyon, ang mga minicomputer at mainframe ay higit sa lahat ay 8-bit at 16-bit na processor, kaya hindi nagtagal ay inilunsad ng Intel ang 8-bit microprocessor 8008 noong 1972 upang mabilis na manalo sa merkado, na nagbukas sa panahon ng single-chip microcomputers.

Noong 1976, inilunsad ng Intel ang unang programmable microcomputer controller 8748 sa mundo, na nagsasama ng 8-bit CPU, 8-bit parallel I/O, 8-bit counter, RAM, ROM, atbp., na maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng pangkalahatang kontrol sa industriya at instrumentation, na kinakatawan ng 8748, na nagbukas ng paggalugad ng mga single-chip microcomputer sa larangan ng industriya.

Noong 1980s, nagsimulang maging mas mature ang 8-bit single-chip microcomputers, tumaas ang kapasidad ng RAM at ROM, sa pangkalahatan ay may mga serial interface, multi-level interrupt processing system, maramihang 16-bit counter, atbp. Noong 1983, inilunsad ng Intel ang MCS -96 serye ng 16-bit high-performance microcontrollers, na may 120,000 integrated transistors.

Mula noong 1990s, ang single-chip microcomputer ay pumasok sa yugto ng isang daang paaralan ng pag-iisip, sa pagganap, bilis, pagiging maaasahan, pagsasama sa buong pamumulaklak, ayon sa bilang ng mga bit ng bus o mga rehistro ng data, mula sa paunang 4 na bits unti-unting nabuo, na may 8-bit, 16-bit, 32-bit at 64-bit single-chip microcomputers.

Sa kasalukuyan, ang set ng pagtuturo ng mga MCU ay pangunahing nahahati sa CISC at RISC, at ang pangunahing arkitektura ay pangunahing ARM Cortex, Intel 8051 at RISC-V.

Ayon sa 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief, ang 32-bit na mga produkto ng MCU ay umabot ng hanggang 55% ng merkado, na sinusundan ng 8-bit na mga produkto, na nagkakahalaga ng 43%, 4-bit na mga produkto na nagkakahalaga ng 2%, 16 -bit na mga produkto na accounting para sa 1%, ito ay makikita na ang mga pangunahing produkto sa merkado ay 32-bit at 8-bit MCUs, at ang market space ng 16-bit MCU produkto ay malubhang kinatas.

CISC pagtuturo set mga produkto accounted para sa 24% ng merkado, RISC pagtuturo set produkto accounted para sa 76% ng merkado mainstream na mga produkto;Ang mga pangunahing produkto ng Intel 8051 ay nagkakahalaga ng 22% ng merkado, na sinusundan ng mga produktong ARM Cortex-M0, na nagkakahalaga ng 20%, ang mga produktong ARM Cortex-M3 ay nagkakahalaga ng 14%, ang mga produktong ARM Cortex-M4 ay nagkakahalaga ng 12%, mga produkto ng ARM Cortex-M0+ accounted para sa 5%, ARM Cortex-M23 produkto accounted para sa 1%, RISC-V core produkto accounted para sa 1%, at iba accounted para sa 24%.Ang mga produkto ng ARM Cortex-M0+ ay nagkakahalaga ng 5%, ang mga produkto ng ARM Cortex-M23 ay nagkakahalaga ng 1%, ang mga pangunahing produkto ng RISC-V ay nagkakahalaga ng 1%, at ang iba ay umabot ng 24%.Sa kabuuan, ang mga core ng serye ng ARM Cortex ay nagkakahalaga ng 52% ng mainstream ng merkado.

Ang merkado ng MCU ay nahaharap sa makabuluhang pagbaba ng presyo sa nakalipas na 20 taon, ngunit ang average na pagbaba ng presyo ng pagbebenta (ASP) nito ay bumagal sa nakalipas na limang taon.Matapos maranasan ang paghina sa industriya ng automotive, ang pandaigdigang kahinaan sa ekonomiya, at ang krisis sa epidemya, nagsimulang bumawi ang merkado ng MCU noong 2020. Ayon sa IC Insights, tumaas ng 8% ang mga pagpapadala ng MCU noong 2020, at ang kabuuang mga pagpapadala ng MCU noong 2021 ay tumaas sa 12%, isang record na mataas na 30.9 bilyon, habang ang mga ASP ay tumaas din ng 10%, ang pinakamataas na pagtaas sa loob ng 25 taon.

Inaasahan ng IC Insights na aabot sa 35.8 bilyong unit ang mga pagpapadala ng MCU sa susunod na limang taon, na may kabuuang benta na $27.2 bilyon.Sa mga ito, ang 32-bit na benta ng MCU ay inaasahang aabot sa $20 bilyon na may tambalang taunang rate ng paglago na 9.4%, ang 16-bit na MCU ay inaasahang aabot sa $4.7 bilyon, at ang 4-bit na MCU ay hindi inaasahang magpapakita ng paglago.

02 Car MCU nakatutuwang pag-overtake

Ang automotive electronics ay ang pinakamalaking application scenario ng mga MCU.Inaasahan ng IC Insights na lalago ng 10% ang mga benta ng MCU sa buong mundo sa isang record na $21.5 bilyon noong 2022, kung saan ang mga automotive MCU ay lumalaki nang higit sa karamihan ng iba pang mga end market.

Mahigit sa 40% ng mga benta sa MCU ay nagmumula sa mga automotive electronics, at ang mga benta ng automotive MCU ay inaasahang lalago sa CAGR na 7.7% sa susunod na limang taon, na hihigit sa mga pangkalahatang layunin na MCU (7.3%).

Sa kasalukuyan, ang mga automotive MCU ay pangunahing 8-bit, 16-bit at 32-bit, at iba't ibang mga bit ng MCU ang gumaganap ng iba't ibang trabaho.

Sa partikular:

Ang 8-bit na MCU ay pangunahing ginagamit para sa relatibong pangunahing mga function ng kontrol, tulad ng kontrol ng mga upuan, air conditioner, bentilador, bintana, at mga module ng control ng pinto.

Ang 16-bit na MCU ay pangunahing ginagamit para sa lower body, tulad ng engine, electronic brake, suspension system at iba pang power at transmission system.

Ang 32-bit na MCU ay umaangkop sa automotive intelligence at pangunahing ginagamit para sa high-end na matalino at ligtas na mga sitwasyon ng aplikasyon gaya ng cockpit entertainment, ADAS, at body control.

Sa yugtong ito, ang mga 8-bit na MCU ay lumalaki sa pagganap at kapasidad ng memorya, at sa kanilang sariling pagiging epektibo sa gastos, maaari nilang palitan ang ilang 16-bit na MCU sa mga application at pabalik-balik din na katugma sa mga 4-bit na MCU.Ang 32-bit na MCU ay gaganap ng lalong mahalagang master control role sa buong automotive E/E architecture, na kayang pamahalaan ang apat na nakakalat na low-end at mid-range na unit ng ECU, at ang bilang ng mga gamit ay patuloy na tataas.

Ang sitwasyon sa itaas ay gumagawa ng 16-bit na MCU sa isang medyo awkward na posisyon, hindi mataas ngunit mababa, ngunit sa ilang mga sitwasyon ng aplikasyon, ito ay kapaki-pakinabang pa rin, tulad ng ilang mga pangunahing aplikasyon ng mga powertrain system.

Ang automotive intelligence ay makabuluhang nagpalakas ng demand para sa 32-bit MCUs, na may higit sa tatlong-kapat ng automotive MCU sales na nagmumula sa 32-bit MCUs noong 2021, inaasahang aabot sa humigit-kumulang $5.83 bilyon;Ang mga 16-bit na MCU ay bubuo ng humigit-kumulang $1.34 bilyon sa kita;at 8-bit MCUs ay bubuo ng humigit-kumulang $441 milyon sa kita, ayon sa ulat ng McClean.

Sa antas ng aplikasyon, ang infotainment ay ang application scenario na may pinakamataas na taon-over-year na pagtaas sa mga benta ng automotive MCU, na may 59% na paglago noong 2021 kumpara noong 2020, at 20% na paglago ng kita para sa natitirang mga sitwasyon.

Ngayon ang lahat ng elektronikong kontrol ng kotse ay gumagamit ng ECU (electronic control unit), at ang MCU ay ang pangunahing control chip na ECU, ang bawat ECU ay may hindi bababa sa isang MCU, kaya ang kasalukuyang yugto ng pagbabago at pag-upgrade ng intelligent electrification ay nag-udyok sa pangangailangan para sa MCU solong paggamit ng sasakyan upang madagdagan.

Ayon sa data mula sa Research Department ng Automotive Marketing Expert Committee ng China Marketing Institute, ang average na bilang ng mga ECU na dala ng mga ordinaryong tradisyunal na fuel car ay 70;ang bilang ng mga ECU na dala ng mga luxury tradisyunal na fuel car ay maaaring umabot sa 150 dahil sa mas mataas na performance requirements para sa mga upuan, central control at entertainment, body stability at safety;at ang average na bilang ng mga ECU na dala ng mga smart car ay maaaring umabot sa 300 dahil sa mga bagong software at hardware na kinakailangan para sa autonomous driving at assisted driving, na tumutugma sa dami ng MCU na ginagamit ng mga single car ay aabot din sa higit sa 300.

Ang malakas na demand para sa mga MCU mula sa mga automaker ay partikular na nakikita sa 2021, kapag may kakulangan ng mga core dahil sa epidemya.Sa taong iyon, maraming kumpanya ng kotse ang kailangang isara sandali ang ilang mga linya ng produksyon dahil sa kakulangan ng mga core, ngunit ang mga benta ng mga automotive MCU ay tumaas ng 23% hanggang $7.6 bilyon, isang mataas na rekord.

Karamihan sa mga automotive chips ay ginawa gamit ang 8-inch wafers, ang ilang mga tagagawa tulad ng TI hanggang 12-inch line transfer, IDM ay magiging bahagi din ng capacity outsourcing foundry, na pinangungunahan ng MCU, tungkol sa 70% ng kapasidad ng TSMC .Gayunpaman, ang negosyong automotive mismo ay may account para sa isang maliit na proporsyon ng TSMC, at ang TSMC ay nakatutok sa advanced na proseso ng teknolohiya sa larangan ng consumer electronics, kaya ang automotive MCU market ay partikular na mahirap makuha.

Ang kakulangan ng mga automotive chip na pinamumunuan ng buong industriya ng semiconductor ay nag-udyok din sa isang alon ng pagpapalawak, ang mga pangunahing pandayan at mga halaman ng IDM upang aktibong palawakin ang produksyon, ngunit ang pokus ay naiiba.

Ang planta ng TSMC Kumamoto ay inaasahang mapapatakbo sa katapusan ng 2024, bilang karagdagan sa prosesong 22/28nm, magbibigay pa ito ng 12 at 16nm na proseso, at ang planta ng Nanjing ay magpapalawak ng produksyon sa 28nm, na may buwanang kapasidad ng produksyon na 40,000 piraso;

Plano ng SMIC na palawakin ang produksyon ng hindi bababa sa 45,000 8-inch wafers at hindi bababa sa 10,000 12-inch wafers sa 2021, at bumuo ng 12-inch production line na may buwanang kapasidad na 120,000 wafers sa Lingang, na nakatuon sa 28nm at mas mataas na mga node.

Inaasahan ni Huahong na pabilisin ang pagpapalawak ng 12-pulgadang kapasidad ng produksyon sa 94,500 piraso sa 2022;

Inanunsyo ni Renesas ang stake nito sa planta ng Kumamoto ng TSMC na may layuning palawakin ang outsourcing, at nilalayon nitong pataasin ang supply ng automotive MCU ng 50% sa 2023, na may high-end na kapasidad ng MCU na inaasahang tataas ng 50% at low-end na kapasidad ng MCU ng humigit-kumulang 70% kumpara sa katapusan ng 2021.

Ang STMicroelectronics ay mamumuhunan ng $1.4 bilyon sa 2022 para sa pagpapalawak, at planong doblehin ang kapasidad ng mga European na planta nito sa 2025, pangunahin upang madagdagan ang 12-pulgadang kapasidad, at para sa 8-pulgadang kapasidad, ang STMicroelectronics ay piling mag-a-upgrade para sa mga produktong hindi nangangailangan ng 12- teknolohiyang pulgada.

Ang Texas Instruments ay magdaragdag ng apat na bagong planta, ang unang planta ay inaasahang isasagawa sa 2025, at ang ikatlo at ikaapat na planta ay itatayo sa pagitan ng 2026 at 2030;

Ang ON Semiconductor ay nagtaas ng capital investment nito sa 12%, pangunahin para sa 12-inch wafer capacity expansion.

Ang mga insight sa IC ay may kawili-wiling data na ang ASP ng lahat ng 32-bit na MCU ay bumababa sa isang CAGR na -4.4% taon-sa-taon sa pagitan ng 2015 at 2020, ngunit tumataas nang humigit-kumulang 13% sa humigit-kumulang $0.72 noong 2021. Nakikita sa spot market , ang pagbabagu-bago ng presyo ng automotive MCU ay mas kitang-kita: ang NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH na may nakatayong presyo na $22 ay lumundag hanggang $550, isang hanay ng higit sa 20 beses, na isa sa mga pinakakaunting automotive chips noong panahong iyon.

Ang Infineon 32-bit automotive MCU SAK-TC277TP-64F200N DC ay tumaas sa 4,500 yuan, isang pagtaas ng halos 100 beses, ang parehong serye ng SAK-TC275T-64F200N DC ay tumaas din sa higit sa 2,000 yuan.

Sa kabilang panig, ang orihinal na mainit na consumer electronics ay nagsimulang lumamig, ang mahinang demand, pati na rin ang pagbilis ng domestic substitution, na nagpapababa sa pangkalahatang layunin, ang mga presyo ng consumer ng MCU, ilang mga modelo ng ST chip tulad ng F0/F1/F3 Ang mga presyo ng serye ay dumating sa malapit sa normal na presyo, at maging ang mga alingawngaw sa merkado na ang presyo ng ilang MCU ay bumagsak sa presyo ng ahensya.

Gayunpaman, ang mga automotive MCU tulad ng Renesas, NXP, Infineon, at ST ay nasa isang estado ng kamag-anak na kakulangan.Halimbawa, ang presyo ng high-performance na 32-bit MCU STM32H743VIT6 ng ST ay umakyat sa 600 yuan sa pagtatapos ng nakaraang taon, habang ang presyo nito ay 48 yuan lamang dalawang taon na ang nakakaraan.Ang pagtaas ay higit sa 10 beses;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC market price noong Oktubre noong nakaraang taon sa humigit-kumulang $1200, Disyembre ay nag-aalok ng hanggang $3800, at kahit sa mga third-party na website ay nag-aalok ng higit sa $5000.

03 Malaki ang pamilihan, at maliit ang domestic production

Ang mapagkumpitensyang tanawin ng MCU ay pinangungunahan ng mga higante sa ibang bansa gaya ng buong kapaligiran ng mapagkumpitensyang semiconductor.Noong 2021, ang nangungunang limang vendor ng MCU ay ang NXP, Microchip, Renesas, ST, at Infineon.Ang limang vendor ng MCU na ito ay umabot ng 82.1% ng kabuuang pandaigdigang benta, kumpara sa 72.2% noong 2016, na may laki ng mga kumpanya ng headline na lumalaki sa mga susunod na taon.

Kung ikukumpara sa consumer at industrial na MCU, mataas ang threshold ng sertipikasyon ng automotive MCU at mahaba ang panahon ng sertipikasyon, kasama sa sistema ng sertipikasyon ang standard na sertipikasyon ng ISO26262, AEC-Q001~004 at IATF16949 standard na sertipikasyon, AEC-Q100/Q104 na standard na sertipikasyon, kung saan ang ISO26262 Ang automotive functional na kaligtasan ay nahahati sa apat na antas ng ASIL-A hanggang D. Halimbawa, ang chassis at iba pang mga sitwasyon ay may pinakamataas na kinakailangan sa kaligtasan at nangangailangan ng sertipikasyon sa antas ng ASIL-D, ilang mga tagagawa ng chip ang maaaring matugunan ang mga kondisyon.

Ayon sa data ng Strategy Analysis, ang global at domestic automotive MCU market ay pangunahing inookupahan ng NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, na may market share na 85%.Bagama't ang mga 32-bit na MCU ay monopolyo pa rin ng mga higante sa ibang bansa, ang ilang mga domestic na kumpanya ay nag-alis.

04 Konklusyon

Ang mabilis na pag-unlad ng mga intelligent na electric na sasakyan, kaya ang isang bilang ng mga consumer chip maker ay sumali, tulad ng Nvidia, Qualcomm, Intel ay nasa intelligent cockpit, autonomous driving chip breakthroughs, compressing ang survival space ng mga lumang automotive chip manufacturers.Ang pagbuo ng mga automotive MCU ay napunta mula sa pagtutok sa pagpapaunlad ng sarili at pagpapabuti ng pagganap hanggang sa buong kompetisyon para sa pagbabawas ng gastos habang pinapanatili ang mga teknolohikal na bentahe.

Gamit ang automotive na arkitektura ng E / E mula sa ipinamahagi sa kontrol ng domain, at kalaunan patungo sa gitnang pagsasama, magkakaroon ng higit at higit pang multi-functional at simpleng low-end na chip ang papalitan, mataas ang pagganap, mataas na kapangyarihan sa pag-compute at iba pang high-end Ang mga chips ay magiging pokus ng kumpetisyon sa hinaharap na automotive chip, dahil ang pangunahing tungkulin ng kontrol ng MCU sa pamamagitan ng pagbabawas ng numero ng ECU sa hinaharap ay medyo maliit, tulad ng Tesla chassis control ECU, ang isang solong ay naglalaman ng 3-4 MCU, ngunit ang ilang simpleng pag-andar ng ang pangunahing MCU ay isasama.Sa pangkalahatan, ang merkado para sa mga automotive MCU at ang espasyo para sa domestic substitution sa mga darating na taon ay walang alinlangan na malawak.