2023, вар'яцкая машына MCU

01 Гісторыя росту MCU

MCU, мікракантролер, ён мае вядомае імя: адначыпавы мікракампутар.

Гэта сапраўды прыемнае месца - перамясціць набор базавай камп'ютэрнай сістэмы ў чып, уключаючы ўнутраную версію паслядоўнага порта лічыльніка CPU RAM ROM IO, хаця прадукцыйнасць, вядома, не такая шырокая, як у камп'ютара, але ён праграмуецца з нізкім энергаспажываннем і гнуткі, таму ў бытавой электроніцы, медыцынскай прамысловасці сувязі Аўтамабілі маюць вельмі шырокі спектр прымянення.

Ён нарадзіўся ў 1971 годзе, Intel распрацавала першы ў свеце мікрапрацэсар - нумар 4004 4-бітны чып, гэты чып аб'ядноўвае больш за 2000 транзістараў, і Intel таксама распрацавала 4001, 4002, 4003 мікрасхемы, RAM, ROM і рэгістры.

Калі гэтыя чатыры прадукты выйшлі на рынак, Intel напісала ў рэкламе «Аб'явіце новую эру інтэгральных схем: мікракампутары, сабраныя на адным чыпе».У той час міні-кампутары і мэйнфрэймы былі ў асноўным з 8-бітнымі і 16-бітнымі працэсарамі, таму Intel неўзабаве ў 1972 годзе выпусціла 8-бітны мікрапрацэсар 8008, каб хутка заваяваць рынак, адкрыўшы эру адначыпавых мікракампутараў.

У 1976 годзе Intel выпусціла першы ў свеце праграмуемы кантролер мікракампутара 8748, які аб'ядноўвае 8-бітны працэсар, 8-бітны паралельны ўвод-вывад, 8-бітны лічыльнік, аператыўную памяць, ПЗУ і г.д., што можа задаволіць патрэбы агульнага прамысловага кіравання і інструментарыя, прадстаўленая 8748, адкрываючы даследаванне адначыпавых мікракампутараў у прамысловай сферы.

У 1980-х гадах 8-разрадныя адначыпавыя мікракампутары пачалі станавіцца больш сталымі, ёмістасць АЗП і ПЗУ павялічылася, як правіла, з паслядоўнымі інтэрфейсамі, шматузроўневымі сістэмамі апрацоўкі перапыненняў, некалькімі 16-разраднымі лічыльнікамі і г. д. У 1983 годзе Intel выпусціла MCS -96 серыя 16-бітных высокапрадукцыйных мікракантролераў са 120 000 убудаваных транзістараў.

З 1990-х гадоў адначыпавы мікракампутар выйшаў на стадыю ста школ думкі, у прадукцыйнасці, хуткасці, надзейнасці, інтэграцыі ў поўным росквіце, у адпаведнасці з колькасцю бітаў шыны або рэгістраў дадзеных, ад першапачатковых 4 бітаў паступова развіваўся, з 8-разраднымі, 16-разраднымі, 32- і 64-разраднымі адначыпальнымі мікраЭВМ.

У цяперашні час набор інструкцый мікрааўтобусаў у асноўным падзелены на CISC і RISC, а асноўная архітэктура - гэта ў асноўным ARM Cortex, Intel 8051 і RISC-V.

Згодна з агульным аглядам рынку мікракантролераў (MCU) Кітая за 2020 г., 32-разрадныя прадукты MCU складаюць да 55% рынку, за імі ідуць 8-разрадныя прадукты, якія складаюць 43%, 4-разрадныя прадукты складаюць 2%, 16 -бітныя прадукты складаюць 1%, відаць, што асноўнымі прадуктамі на рынку з'яўляюцца 32-бітныя і 8-бітныя MCU, а рынкавая прастора 16-бітных прадуктаў MCU моцна сціснута.

Прадукты набораў інструкцый CISC складалі 24% рынку, прадукты набораў інструкцый RISC складалі 76% асноўных прадуктаў на рынку;Асноўныя прадукты Intel 8051 складаюць 22% рынку, за імі ідуць прадукты ARM Cortex-M0, якія складаюць 20%, прадукты ARM Cortex-M3 займаюць 14%, прадукты ARM Cortex-M4 займаюць 12%, прадукты ARM Cortex-M0+ прыходзілася 5%, прадукты ARM Cortex-M23 складалі 1%, асноўныя прадукты RISC-V складалі 1%, а іншыя складалі 24%.На прадукты ARM Cortex-M0+ прыходзілася 5%, на прадукты ARM Cortex-M23 - 1%, на асноўныя прадукты RISC-V - 1%, на іншыя - 24%.У цэлым на долю ядраў серыі ARM Cortex прыходзіцца 52% асноўнага рынку.

Рынак MCU сутыкнуўся са значным зніжэннем коштаў за апошнія 20 гадоў, але падзенне яго сярэдняй цаны продажу (ASP) запавольваецца за апошнія пяць гадоў.Пасля спаду ў аўтамабільнай прамысловасці, глабальнай эканамічнай слабасці і эпідэмічнага крызісу рынак MCU пачаў аднаўляцца ў 2020 г. Па дадзеных IC Insights, пастаўкі MCU выраслі на 8% у 2020 г., а агульны аб'ём паставак MCU у 2021 г. павялічыўся да 12%, рэкордна высокі ўзровень у 30,9 мільярда, у той час як ASP таксама выраслі на 10%, самы высокі рост за 25 гадоў.

IC Insights чакае, што пастаўкі MCU дасягнуць 35,8 мільярда адзінак на працягу наступных пяці гадоў, а агульны аб'ём продажаў складзе 27,2 мільярда долараў.Чакаецца, што з іх продажу 32-разрадных MCU дасягнуць 20 мільярдаў долараў з агульным гадавым тэмпам росту 9,4%, чакаецца, што 16-разрадныя MCU дасягнуць 4,7 мільярда долараў, а 4-разрадныя MCU не пакажуць росту.

02 Аўтамабіль MCU шалёны абгон

Аўтамабільная электроніка - гэта самы вялікі сцэнар прымянення мікрасхем.IC Insights чакае, што сусветныя продажы MCU вырастуць на 10% да рэкордных 21,5 мільярда долараў у 2022 годзе, пры гэтым аўтамабільныя MCU будуць расці больш, чым на большасці іншых канчатковых рынкаў.

Больш за 40% продажаў MCU прыпадае на аўтамабільную электроніку, і чакаецца, што продажы аўтамабільных MCU вырастуць на ўзроўні CAGR 7,7% на працягу наступных пяці гадоў, апярэджваючы MCU агульнага прызначэння (7,3%).

У цяперашні час аўтамабільныя мікрасхемы ў асноўным 8-бітныя, 16-бітныя і 32-бітныя, і розныя біты MCU выконваюць розныя функцыі.

У прыватнасці:

8-бітны MCU у асноўным выкарыстоўваецца для адносна асноўных функцый кіравання, такіх як кіраванне сядзеннямі, кандыцыянерамі, вентылятарамі, модулямі кіравання вокнамі і дзвярыма.

16-бітны MCU у асноўным выкарыстоўваецца для ніжняй часткі кузава, напрыклад, рухавіка, электронных тармазоў, сістэмы падвескі і іншых сістэм харчавання і трансмісіі.

32-бітны MCU падыходзіць для аўтамабільнага інтэлекту і ў асноўным выкарыстоўваецца для высакакласных інтэлектуальных і бяспечных сцэнарыяў прымянення, такіх як забавы ў кабіне, ADAS і кіраванне кузавам.

На дадзеным этапе прадукцыйнасць і аб'ём памяці 8-разрадных мікрааўтолераў растуць, і з уласнай эканамічнай эфектыўнасцю яны могуць замяніць некаторыя 16-разрадныя мікрасхемы ў праграмах, а таксама маюць зваротную сумяшчальнасць з 4-бітнымі мікрасхемамі.32-бітны MCU будзе адыгрываць усё больш важную ролю галоўнага кіравання ва ўсёй аўтамабільнай архітэктуры E/E, якая можа кіраваць чатырма разрозненымі блокамі ECU нізкага і сярэдняга класа, і колькасць выкарыстанняў будзе працягваць павялічвацца.

Вышэйапісаная сітуацыя робіць 16-бітны MCU у адносна нязручным становішчы, не высокім, а нізкім, але ў некаторых сцэнарах прымянення ён усё яшчэ карысны, напрыклад, у некаторых ключавых прылажэннях сістэм трансмісіі.

Аўтамабільны інтэлект значна павысіў попыт на 32-разрадныя MCU: у 2021 годзе больш за тры чвэрці продажаў аўтамабільных MCU прыходзіцца на 32-разрадныя MCU, што, як чакаецца, дасягне каля 5,83 мільярда долараў;16-бітныя MCU прынясуць каля 1,34 мільярда долараў даходу;і 8-бітныя MCU прынясуць каля 441 мільёна долараў даходу, гаворыцца ў справаздачы McClean.

На ўзроўні прыкладанняў інфармацыйна-забаўляльная сістэма - гэта сцэнар прымянення з найбольшым гадавым ростам продажаў аўтамабільных MCU з ростам на 59% у 2021 годзе ў параўнанні з 2020 годам і ростам даходаў на 20% для астатніх сцэнарыяў.

Цяпер усё электроннае кіраванне аўтамабілем выкарыстоўвае ECU (электронны блок кіравання), і MCU з'яўляецца асноўным чыпам кіравання ECU, кожны ECU мае па меншай меры адзін MCU, таму сучасны этап трансфармацыі і мадэрнізацыі інтэлектуальнай электрыфікацыі выклікаў попыт на Павялічваецца выкарыстанне аднаго аўтамабіля MCU.

Згодна з дадзенымі Даследчага аддзела Камітэта экспертаў па аўтамабільным маркетынгу Кітайскага інстытута маркетынгу, сярэдняя колькасць электронных блокаў кіравання звычайнымі аўтамабілямі на традыцыйным паліве складае 70;колькасць электронных блокаў кіравання (ECU) у раскошных аўтамабілях з традыцыйным палівам можа дасягаць 150 з-за больш высокіх патрабаванняў да прадукцыйнасці сядзенняў, цэнтральнага кіравання і забаў, устойлівасці кузава і бяспекі;і сярэдняя колькасць электронных блокаў кіравання (ECU) у разумных аўтамабілях можа дасягаць 300 з-за новых патрабаванняў да праграмнага і апаратнага забеспячэння для аўтаномнага кіравання і кіравання з дапаможнікам, што адпавядае таму, што колькасць блокаў кіравання аўтамабілем (ECU), якія выкарыстоўваюцца асобнымі аўтамабілямі, таксама дасягне больш за 300.

Вялікі попыт на MCU з боку аўтавытворцаў асабліва відавочны ў 2021 годзе, калі з-за эпідэміі назіраецца дэфіцыт ядраў.У тым годзе многім аўтамабільным кампаніям прыйшлося ненадоўга спыніць некаторыя вытворчыя лініі з-за адсутнасці ядраў, але продажы аўтамабільных мікрааўтобусаў выраслі на 23% да 7,6 мільярда долараў, што стала рэкордным паказчыкам.

Большасць аўтамабільных чыпаў вырабляецца з выкарыстаннем 8-цалевых пласцін, некаторыя вытворцы, такія як TI, на 12-цалевую лінію перадачы, IDM таксама будзе часткай ліцейнага завода, дзе дамінуе MCU, каля 70% магутнасцей - TSMC. .Аднак сам аўтамабільны бізнес займае невялікую долю TSMC, а TSMC факусуюць на галіне перадавых тэхналагічных працэсаў бытавой электронікі, таму рынак аўтамабільных MCU асабліва дэфіцытны.

Дэфіцыт аўтамабільных чыпаў ва ўсёй паўправадніковай прамысловасці таксама прывёў да хвалі пашырэння, буйныя ліцейныя заводы і заводы IDM актыўна пашыраюць вытворчасць, але акцэнт у іншым.

Чакаецца, што завод TSMC Kumamoto будзе ўведзены ў эксплуатацыю да канца 2024 года, у дадатак да тэхпрацэсу 22/28 нм, ён будзе забяспечваць працэсы 12 і 16 нм, а завод у Нанкіне пашырыць вытворчасць да 28 нм з штомесячнай вытворчай магутнасцю ў 40 000 штук;

SMIC плануе павялічыць вытворчасць як мінімум на 45 000 8-цалевых пласцін і па меншай меры на 10 000 12-цалевых пласцін у 2021 годзе, а таксама пабудаваць вытворчую лінію для 12-цалевых пласцін з штомесячнай магутнасцю 120 000 пласцін у Лінгане, арыентуючыся на вузлы 28 нм і вышэй.

Huahong разлічвае паскорыць пашырэнне вытворчых магутнасцей 12-цалевых да 94 500 штук у 2022 годзе;

Кампанія Renesas абвясціла аб сваёй долі ў заводзе TSMC у Кумамота з намерам пашырыць аўтсорсінг і мае на мэце павялічыць пастаўкі аўтамабільных MCU на 50% да 2023 г., пры гэтым магутнасць MCU высокага класа, як чакаецца, павялічыцца на 50%, а магутнасць MCU нізкага ўзроўню - прыкладна на 70%. у параўнанні з канцом 2021 года.

У 2022 годзе STMicroelectronics інвесціруе 1,4 мільярда долараў у пашырэнне і плануе падвоіць магутнасць сваіх еўрапейскіх заводаў да 2025 года, галоўным чынам для павелічэння ёмістасці 12 цаляў, а для ёмістасці 8 цаляў STMicroelectronics будзе выбарачна абнаўляць для прадуктаў, якія не патрабуюць 12-цаляў. цалевая тэхналогія.

Texas Instruments дадасць чатыры новыя заводы, першы завод плануецца ўвесці ў эксплуатацыю ў 2025 годзе, а трэці і чацвёрты заводы будуць пабудаваны паміж 2026 і 2030 гадамі;

Кампанія ON Semiconductor павялічыла свае капітальныя ўкладанні да 12%, галоўным чынам для пашырэння магутнасці 12-цалевых пласцін.

IC Insights мае цікавыя дадзеныя аб тым, што ASP усіх 32-разрадных мікрааўтобусаў зніжаецца з CAGR на -4,4% у гадавым вылічэнні ў перыяд з 2015 па 2020 год, але ўзрастае прыкладна на 13% да прыкладна $0,72 у 2021 годзе. Гэта адлюстроўваецца на спотавым рынку , ваганні коштаў на аўтамабільны MCU больш відавочныя: 32-разрадны MCU NXP FS32K144HAT0MLH з пастаяннай цаной у $22 вырас да $550, дыяпазон больш чым у 20 разоў, што было адным з самых дэфіцытных аўтамабільных мікрасхем у той час.

32-разрадны аўтамабільны MCU Infineon SAK-TC277TP-64F200N DC вырас да 4500 юаняў, павялічыўшыся амаль у 100 разоў, тая ж серыя SAK-TC275T-64F200N DC таксама ўзляцела больш чым да 2000 юаняў.

З іншага боку, першапачаткова гарачая бытавая электроніка пачала астываць, слабы попыт, а таксама паскарэнне ўнутранага замяшчэння, у выніку чаго цэны на спажывецкія мікрасхемы агульнага прызначэння адступілі, некаторыя мадэлі чыпаў ST, такія як F0/F1/F3 Цэны на серыю апынуліся амаль да звычайнай цаны, і нават на рынку ходзяць чуткі, што цана на некаторыя мікрааўтобусы ўпала праз агенцтва.

Аднак аўтамабільныя мікрааўтобусы, такія як Renesas, NXP, Infineon і ST, па-ранейшаму знаходзяцца ў стане адноснага дэфіцыту.Напрыклад, цана на высокапрадукцыйны 32-бітны MCU STM32H743VIT6 ад ST паднялася да 600 юаняў у канцы мінулага года, у той час як два гады таму яго цана была ўсяго 48 юаняў.Павелічэнне больш чым у 10 разоў;Рынкавая цана Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC у кастрычніку мінулага года складала каля 1200 долараў, снежаньская прапанова да 3800 долараў, і нават на старонніх вэб-сайтах прапанова перавышае 5000 долараў.

03 Рынак вялікі, а ўнутраная вытворчасць невялікая

У канкурэнтным ландшафце MCU дамінуюць замежныя гіганты, як і ва ўсім канкурэнтным асяроддзі паўправаднікоў.У 2021 годзе пяцёркай вядучых пастаўшчыкоў MCU былі NXP, Microchip, Renesas, ST і Infineon.На долю гэтых пяці пастаўшчыкоў MCU прыйшлося 82,1% ад агульнага аб'ёму продажаў у свеце ў параўнанні з 72,2% у 2016 годзе, пры гэтым памер вядучых кампаній павялічыўся ў наступныя гады.

У параўнанні з спажывецкім і прамысловым MCU, парог сертыфікацыі аўтамабільнага MCU высокі, а перыяд сертыфікацыі працяглы. Сістэма сертыфікацыі ўключае стандартную сертыфікацыю ISO26262, AEC-Q001~004 і стандартную сертыфікацыю IATF16949, стандартную сертыфікацыю AEC-Q100/Q104, з якіх ISO26262 на аўтамабільная функцыянальная бяспека падзелена на чатыры ўзроўні ад ASIL-A да D. Напрыклад, шасі і іншыя сцэнары маюць самыя высокія патрабаванні да бяспекі і патрабуюць сертыфікацыі ўзроўню ASIL-D, некалькі вытворцаў мікрасхем могуць адпавядаць гэтым умовам.

Згодна з дадзенымі Strategy Analysis, сусветны і айчынны аўтамабільны рынак MCU у асноўным займаюць NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip з доляй рынку 85%.Нягледзячы на ​​тое, што 32-бітныя MCU па-ранейшаму манапалізаваны замежнымі гігантамі, некаторыя айчынныя кампаніі ўзляцелі.

04 Заключэнне

Хуткае развіццё інтэлектуальных электрамабіляў, таму шэраг спажывецкіх вытворцаў чыпаў далучыліся, такія як Nvidia, Qualcomm, Intel былі ў інтэлектуальнай кабіне, аўтаномнае кіраванне чыпам прарывы, сціскаючы прастору выжывання старых аўтамабільных вытворцаў чыпаў.Развіццё аўтамабільных мікрааўтобусаў перайшло ад арыентацыі на самаразвіццё і павышэнне прадукцыйнасці да ўсебаковай канкурэнцыі за зніжэнне выдаткаў пры захаванні тэхналагічных пераваг.

З аўтамабільнай архітэктурай E / E ад размеркаванага да даменнага кіравання і, у рэшце рэшт, да цэнтралізаванай інтэграцыі, будзе ўсё больш і больш шматфункцыянальных і простых чыпаў нізкага класа, якія будуць заменены, высокапрадукцыйнымі, высокай вылічальнай магутнасцю і іншымі высокімі класамі. чыпы стануць у цэнтры ўвагі будучай канкурэнцыі аўтамабільных чыпаў, паколькі галоўная кіруючая роля MCU за кошт будучага скарачэння колькасці ECU адносна невялікая, напрыклад, ECU кіравання шасі Tesla, адзін змяшчае 3-4 MCU, але некаторыя простыя функцыі асноўны MCU будзе інтэграваны.У цэлым, рынак аўтамабільных мікрааўтобусаў і прастора для ўнутранай замены ў бліжэйшыя гады, несумненна, шырокія.