01 MCU augimo istorija
MCU, mikrovaldiklis, turi gerai žinomą pavadinimą: vieno lusto mikrokompiuteris.
Tikrai miela vieta yra perkelti pagrindinės kompiuterinės sistemos rinkinį į lustą, įskaitant vidinę CPU RAM versiją ROM IO skaitiklio nuoseklųjį prievadą, nors našumas tikrai nėra toks platus kaip kompiuterio, tačiau jis yra programuojamas mažos galios ir lankstus, todėl buitinės elektronikos, medicinos pramonės komunikacijoje Automobiliai turi labai platų pritaikymo spektrą.
Jis gimė 1971 m., „Intel“ sukūrė pirmąjį pasaulyje mikroprocesorių – 4004 numerio 4 bitų lustą, šis lustas integruoja daugiau nei 2000 tranzistorių, „Intel“ taip pat sukūrė 4001, 4002, 4003 lustus, RAM, ROM ir registrus.
Kai šie keturi produktai pateko į rinką, „Intel“ skelbime rašė: „Paskelbkite naują integrinių grandynų erą: viename luste sutankinti mikrokompiuteriai“.Tuo metu mini kompiuteriai ir pagrindiniai kompiuteriai daugiausia buvo 8 bitų ir 16 bitų procesoriai, todėl netrukus 1972 m. „Intel“ išleido 8 bitų mikroprocesorių 8008, kad greitai laimėtų rinką ir atidarytų vieno lusto mikrokompiuterių erą.
1976 m. „Intel“ išleido pirmąjį pasaulyje programuojamą mikrokompiuterio valdiklį 8748, kuriame integruotas 8 bitų centrinis procesorius, 8 bitų lygiagretusis I/O, 8 bitų skaitiklis, RAM, ROM ir kt., kuris gali patenkinti bendruosius pramoninio valdymo ir valdymo poreikius. prietaisai, atstovaujami 8748, atveriantys vieno lusto mikrokompiuterių tyrimą pramonės srityje.
Devintajame dešimtmetyje 8 bitų vieno lusto mikrokompiuteriai pradėjo tobulėti, padidėjo RAM ir ROM talpa, paprastai naudojant nuosekliąsias sąsajas, kelių lygių pertraukų apdorojimo sistemas, kelis 16 bitų skaitiklius ir kt. 1983 m. „Intel“ pristatė MCS. -96 serijos 16 bitų didelio našumo mikrovaldikliai su 120 000 integruotų tranzistorių.
Nuo 1990-ųjų vieno lusto mikrokompiuteris pateko į šimto mąstymo mokyklų etapą, našumo, greičio, patikimumo, integracijos visu žydėjimu, atsižvelgiant į magistralės arba duomenų registrų bitų skaičių, nuo pradinių 4 bitų. palaipsniui plėtojama, naudojant 8 bitų, 16 bitų, 32 bitų ir 64 bitų vieno lusto mikrokompiuterius.
Šiuo metu MCU instrukcijų rinkinys daugiausia skirstomas į CISC ir RISC, o pagrindinė architektūra daugiausia yra ARM Cortex, Intel 8051 ir RISC-V.
Remiantis 2020 m. Kinijos bendrojo mikrovaldiklio (MCU) rinkos apžvalga, 32 bitų MCU produktai sudaro iki 55 % rinkos, po to seka 8 bitų produktai, kurie sudaro 43 %, 4 bitų produktai sudaro 2 % rinkos, 16 -bit produktai, kurie sudaro 1%, matyti, kad pagrindiniai produktai rinkoje yra 32 bitų ir 8 bitų MCU, o 16 bitų MCU produktų rinkos erdvė buvo smarkiai apribota.
CISC instrukcijų rinkinio produktai sudarė 24% rinkos, RISC instrukcijų rinkinių produktai sudarė 76% pagrindinių produktų rinkos;„Intel 8051“ pagrindiniai produktai sudarė 22% rinkos, po to seka ARM Cortex-M0 produktai, sudarantys 20%, ARM Cortex-M3 produktai sudarė 14%, ARM Cortex-M4 produktai sudarė 12%, ARM Cortex-M0+ produktai. sudarė 5 proc., ARM Cortex-M23 produktai – 1 proc., RISC-V pagrindiniai produktai – 1 proc., kiti – 24 proc.ARM Cortex-M0+ produktai sudarė 5%, ARM Cortex-M23 produktai - 1%, RISC-V pagrindiniai produktai - 1%, o kiti - 24%.Apskritai, ARM Cortex serijos branduoliai sudaro 52% pagrindinės rinkos.
Per pastaruosius 20 metų MCU rinka susidūrė su dideliu kainų kritimu, tačiau per pastaruosius penkerius metus jos vidutinės pardavimo kainos (ASP) mažėjimas lėtėjo.Po automobilių pramonės nuosmukio, pasaulinio ekonomikos silpnumo ir epidemijos krizės MCU rinka 2020 m. pradėjo atsigauti. Remiantis „IC Insights“, 2020 m. MCU siuntos išaugo 8%, o bendras MCU siuntų skaičius 2021 m. 12%, rekordiškai 30,9 mlrd., o ASP taip pat padidėjo 10%, tai didžiausias padidėjimas per 25 metus.
„IC Insights“ tikisi, kad per ateinančius penkerius metus MCU pardavimai pasieks 35,8 mlrd. vienetų, o bendras pardavimas sieks 27,2 mlrd.Tikimasi, kad iš jų 32 bitų MCU pardavimai pasieks 20 milijardų JAV dolerių, o metinis augimo tempas bus 9,4%, 16 bitų MCU sieks 4,7 milijardo JAV dolerių, o 4 bitų MCU nepadidės.
02 Automobilio MCU beprotiškas lenkimas
Automobilių elektronika yra didžiausias MCU taikymo scenarijus.„IC Insights“ tikisi, kad 2022 m. pasauliniai MCU pardavimai išaugs 10% iki rekordinio 21,5 mlrd. USD, o automobilių MCU augs daugiau nei daugelyje kitų galutinių rinkų.
Daugiau nei 40 % MCU pardavimų sudaro automobilių elektronika, o automobilių MCU pardavimas per ateinančius penkerius metus turėtų išaugti 7,7 % CAGR, aplenkdamas bendrosios paskirties MCU (7,3 %).
Šiuo metu automobilių MCU daugiausia yra 8 bitų, 16 bitų ir 32 bitų, o skirtingi MCU bitai atlieka skirtingus darbus.
Tiksliau:
8 bitų MCU daugiausia naudojamas palyginti pagrindinėms valdymo funkcijoms, tokioms kaip sėdynių, oro kondicionierių, ventiliatorių, langų ir durų valdymo modulių valdymas.
16 bitų MCU daugiausia naudojamas apatinei kūno daliai, tokiai kaip variklis, elektroniniai stabdžiai, pakabos sistema ir kitos galios bei perdavimo sistemos.
32 bitų MCU tinka automobilių intelektui ir daugiausia naudojamas aukščiausios klasės išmaniosioms ir saugioms programoms, tokioms kaip kabinos pramogos, ADAS ir kūno valdymas.
Šiame etape auga 8 bitų MCU našumas ir atminties talpa, o dėl savo ekonomiškumo jie gali pakeisti kai kuriuos 16 bitų MCU programose ir yra suderinami su 4 bitų MCU.32 bitų MCU atliks vis svarbesnį pagrindinio valdymo vaidmenį visoje automobilių E/E architektūroje, kuri gali valdyti keturis išsibarsčiusius žemos ir vidutinės klasės ECU blokus, o naudojimo atvejų skaičius ir toliau didės.
Dėl minėtos situacijos 16 bitų MCU yra gana nepatogioje padėtyje, ne aukštai, o žemai, tačiau kai kuriais atvejais jis vis tiek yra naudingas, pavyzdžiui, kai kuriose pagrindinėse jėgos pavaros sistemose.
Automobilių žvalgyba žymiai padidino 32 bitų MCU paklausą, nes 2021 m. daugiau nei trys ketvirtadaliai automobilių MCU parduotų iš 32 bitų MCU, o tikimasi, kad jie sieks apie 5,83 mlrd.16 bitų MCU generuos apie 1,34 mlrd. USD pajamų;ir 8 bitų MCU generuos apie 441 mln. USD pajamų, teigiama McClean pranešime.
Programos lygmeniu informacinė pramoga yra programos scenarijus, kurio metu automobilių MCU pardavimai išaugo daugiausiai per metus, 2021 m. padidėjus 59 %, palyginti su 2020 m., ir 20 % pajamų pagal likusius scenarijus.
Dabar visas elektroninis automobilio valdymas naudojamas ECU (elektroninis valdymo blokas), o MCU yra pagrindinis valdymo lusto ECU, kiekvienas ECU turi bent vieną MCU, todėl dabartinis pažangios elektrifikacijos transformacijos ir atnaujinimo etapas paskatino paklausą MCU vienos transporto priemonės naudojimas didės.
Remiantis Kinijos rinkodaros instituto Automobilių rinkodaros ekspertų komiteto tyrimų skyriaus duomenimis, vidutinis ekiu skaičius įprastų tradiciniu kuru varomų automobilių yra 70;prabangiuose tradicinio kuro automobiliuose vežamų ECU skaičius gali siekti 150 dėl aukštesnių sėdynių, centrinio valdymo ir pramogų, kėbulo stabilumo ir saugumo reikalavimų;o vidutinis išmaniųjų automobilių vežamų ECU skaičius gali siekti 300, nes nauji programinės ir techninės įrangos reikalavimai autonominiam vairavimui ir vairavimui pagalbinėje sistemoje, o tai atitinka pavienių automobilių naudojamų MCU kiekį, taip pat sieks daugiau nei 300.
Didelė automobilių gamintojų MCU paklausa ypač akivaizdi 2021 m., kai dėl epidemijos trūksta branduolių.Tais metais daugelis automobilių kompanijų turėjo trumpam sustabdyti kai kurias gamybos linijas dėl branduolių trūkumo, tačiau automobilinių MCU pardavimai išaugo 23% iki 7,6 mlrd. USD – rekordiškai daug.
Dauguma automobilių lustų gaminami naudojant 8 colių plokšteles, kai kurie gamintojai, pvz., TI perkėlimas į 12 colių liniją, IDM taip pat bus liejyklos, kurioje dominuoja MCU, dalis, o apie 70% pajėgumų – TSMC. .Tačiau pats automobilių verslas sudaro nedidelę TSMC dalį, o TSMC daugiausia dėmesio skiria pažangiajai plataus vartojimo elektronikos procesų technologijų sričiai, todėl automobilių MCU rinka yra ypač menka.
Automobilių lustų trūkumas, kuriam vadovavo visa puslaidininkių pramonė, taip pat paskatino plėtros bangą, pagrindinės liejyklos ir IDM gamyklos pradėjo aktyviai plėsti gamybą, tačiau dėmesys yra kitoks.
Tikimasi, kad TSMC Kumamoto gamykla bus pradėta eksploatuoti iki 2024 m. pabaigos, be 22/28 nm proceso, ji toliau vykdys 12 ir 16 nm procesus, o Nankino gamykla išplės gamybą iki 28 nm, o mėnesinis gamybos pajėgumas bus 20 nm. 40 000 vienetų;
SMIC planuoja 2021 m. išplėsti gamybą mažiausiai 45 000 8 colių plokštelių ir mažiausiai 10 000 12 colių plokštelių ir pastatyti 12 colių gamybos liniją, kurios mėnesinis pajėgumas būtų 120 000 plokštelių, daugiausia dėmesio skiriant 28 nm ir didesniems mazgams.
„Huahong“ tikisi paspartinti 12 colių gamybos pajėgumų išplėtimą iki 94 500 vienetų 2022 m.;
„Renesas“ paskelbė apie savo akcijų paketą TSMC Kumamoto gamykloje, ketindamas išplėsti užsakomųjų paslaugų teikimą, ir siekia iki 2023 m. padidinti automobilių MCU tiekimą 50 proc., o aukščiausios klasės MCU pajėgumai turėtų padidėti 50 proc., o žemos klasės MCU pajėgumai – apie 70 proc. Palyginti su 2021 metų pabaiga.
2022 m. „STMicroelectronics“ į plėtrą investuos 1,4 milijardo JAV dolerių ir iki 2025 m. planuoja padvigubinti savo gamyklų Europoje pajėgumus, daugiausia siekdama padidinti 12 colių talpą, o 8 colių talpos atveju STMicroelectronics pasirinktinai atnaujins produktus, kuriems nereikia 12 colių. colių technologija.
„Texas Instruments“ papildys keturias naujas gamyklas, pirmoji gamykla turėtų pradėti veikti 2025 m., o trečioji ir ketvirtoji gamyklos bus pastatytos 2026–2030 m.;
ON Semiconductor padidino savo kapitalo investicijas iki 12%, daugiausia dėl 12 colių plokštelių talpos padidinimo.
IC insights turi įdomių duomenų, kad visų 32 bitų MCU ASP 2015–2020 m. mažėja ir CAGR yra -4,4 % per metus, tačiau 2021 m. pakyla apie 13 % iki maždaug 0,72 USD. , automobilių MCU kainų svyravimai yra akivaizdesni: NXP 32 bitų MCU FS32K144HAT0MLH, kurio nuolatinė kaina yra 22 USD, pakilo iki 550 USD, tai yra daugiau nei 20 kartų, o tai tuo metu buvo vienas iš stokojančių automobilių lustų.
Infineon 32 bitų automobilių MCU SAK-TC277TP-64F200N DC pakilo iki 4500 juanių, ty beveik 100 kartų, tos pačios serijos SAK-TC275T-64F200N DC taip pat pakilo iki daugiau nei 2000 juanių.
Kita vertus, iš pradžių karšta buitinė elektronika pradėjo vėsti, maža paklausa, taip pat spartėjo vietinis pakeitimas, dėl ko sumažėjo bendrosios paskirties vartotojų MCU kainos, kai kurie ST lustų modeliai, tokie kaip F0/F1/F3. serijų kainos priartėjo prie įprastos kainos ir netgi pasigirdo gandai, kad kai kurių MCU kaina nukrito per agentūros kainą.
Tačiau automobilių MCU, pvz., Renesas, NXP, Infineon ir ST, vis dar santykinai trūksta.Pavyzdžiui, ST didelio našumo 32 bitų MCU STM32H743VIT6 kaina praėjusių metų pabaigoje pakilo iki 600 juanių, o prieš dvejus metus jo kaina siekė tik 48 juanius.Padidėjimas yra daugiau nei 10 kartų;„Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N“ kintamosios srovės rinkos kaina praėjusių metų spalį siekė apie 1200 USD, gruodžio mėn. – iki 3800 USD, o net trečiųjų šalių svetainėse – daugiau nei 5000 USD.
03 Rinka didelė, o vidaus produkcija nedidelė
MCU konkurencinėje aplinkoje kaip ir visoje puslaidininkių konkurencinėje aplinkoje dominuoja užsienio gigantai.2021 m. penki populiariausi MCU pardavėjai buvo NXP, Microchip, Renesas, ST ir Infineon.Šie penki MCU pardavėjai sudarė 82,1 % visų pasaulinių pardavimų, palyginti su 72,2 % 2016 m., o pagrindinių įmonių dydžiui per pastaruosius metus augo.
Palyginti su vartotojų ir pramonės MCU, automobilių MCU sertifikavimo slenkstis yra aukštas, o sertifikavimo laikotarpis ilgas, sertifikavimo sistema apima ISO26262 standarto sertifikavimą, AEC-Q001 ~ 004 ir IATF16949 standartų sertifikavimą, AEC-Q100/Q104 standartinį sertifikatą, iš kurių ISO2626. automobilių funkcinė sauga yra suskirstyta į keturis lygius nuo ASIL-A iki D. Pavyzdžiui, važiuoklei ir kitiems scenarijams keliami aukščiausi saugos reikalavimai ir reikalaujama ASIL-D lygio sertifikato, nedaug lustų gamintojų gali atitikti sąlygas.
Remiantis Strategy Analysis duomenimis, pasaulinę ir vietinę automobilių MCU rinką daugiausia užima NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, kurių rinkos dalis yra 85%.Nors 32 bitų MCU vis dar monopolizuoja užsienio gigantai, kai kurios vietinės įmonės pradėjo veikti.
04 Išvada
Spartus išmaniųjų elektrinių transporto priemonių vystymasis, todėl prisijungė daugybė vartotojų lustų gamintojų, tokių kaip Nvidia, Qualcomm, Intel, buvo intelektualioje kabinoje, autonominio vairavimo lustų proveržis, suspaudžiantis senųjų automobilių lustų gamintojų išlikimo erdvę.Automobilių MCU kūrimas perėjo nuo savęs tobulinimo ir našumo gerinimo iki visapusės konkurencijos dėl išlaidų mažinimo, išlaikant technologinius pranašumus.
Automobilių E / E architektūrai pereinant nuo paskirstytos iki domeno valdymo ir galiausiai link centrinės integracijos, bus pakeista vis daugiau daugiafunkcinių ir paprastų žemos klasės lustų, pasižyminčių dideliu našumu, didele skaičiavimo galia ir kitais aukščiausios klasės lustais. lustai taps būsimų automobilių lustų konkurencijos dėmesio centre, nes pagrindinis MCU valdymo vaidmuo ateityje sumažinus ECU skaičių yra palyginti mažas, pavyzdžiui, Tesla važiuoklės valdymo ECU, viename yra 3–4 MCU, tačiau kai kurios paprastos funkcijos bus integruotas pagrindinis MCU.Apskritai automobilių MCU rinka ir vietos vidaus pakeitimo erdvė ateinančiais metais neabejotinai yra didžiulė.
Paskelbimo laikas: 2023-01-01