2023, MCU ессіз машинасы

01 MCU өсу тарихы

MCU, микроконтроллер, оның белгілі атауы бар: бір чипті микрокомпьютер.

Бұл шын мәнінде тәтті орын - негізгі компьютерлік жүйенің жиынтығын чипке ауыстыру, оның ішінде CPU RAM ROM IO есептегіш сериялық портының ішкі нұсқасы, бірақ өнімділігі компьютер сияқты кең емес, бірақ оның қуаттылығы төмен бағдарламаланатын және икемді, сондықтан тұрмыстық электроникада, медициналық өнеркәсіп байланысында Автомобильдердің қолдану аясы өте кең.

Ол 1971 жылы дүниеге келген, Intel әлемдегі алғашқы микропроцессорды – 4004 саны 4 разрядты чипті әзірледі, бұл чип 2000-нан астам транзисторларды біріктіреді, ал Intel сонымен қатар 4001, 4002, 4003 чиптерді, жедел жадты, ROM және регистрлерді әзірледі.

Осы төрт өнім нарыққа шыққанда, Intel жарнамасында «Интегралдық микросхемалардың жаңа дәуірін жариялаңыз: бір чипте конденсацияланған микрокомпьютерлер» деп жазды.Ол кезде миникомпьютерлер мен негізгі фреймдер негізінен 8 разрядты және 16 разрядты процессорлар болды, сондықтан көп ұзамай Intel 1972 жылы нарықты тез жеңіп, бір чипті микрокомпьютер дәуірін ашатын 8 разрядты микропроцессор 8008 шығарды.

1976 жылы Intel 8 биттік процессорды, 8 биттік параллель енгізу/шығаруды, 8 биттік санауышты, жедел жадты, ROM және т.б. біріктіретін, жалпы өнеркәсіптік басқару қажеттіліктерін қанағаттандыра алатын және т.б. біріктіретін әлемдегі бірінші бағдарламаланатын микрокомпьютер контроллерін 8748 іске қосты. Өнеркәсіптік салада бір чипті микрокомпьютерлерді барлауды ашатын 8748 ұсынған аспаптық құрал.

1980 жылдары 8-биттік бір чипті микрокомпьютерлер жетілдіре бастады, жедел жады мен ROM сыйымдылығы ұлғая бастады, әдетте сериялық интерфейстермен, көп деңгейлі үзілістерді өңдеу жүйелерімен, бірнеше 16-биттік есептегіштермен және т.б. 1983 жылы Intel MCS іске қосты. -120 000 біріктірілген транзисторлары бар 16-биттік жоғары өнімді микроконтроллерлердің -96 сериясы.

1990 жылдардан бастап бір чипті микрокомпьютер өнімділігі, жылдамдығы, сенімділігі, шина немесе деректер регистрлерінің биттерінің санына сәйкес, бастапқы 4 биттен толық гүлденуде интеграцияланған жүздеген ой мектебінің кезеңіне шықты. 8-разрядты, 16-разрядты, 32-разрядты және 64-разрядты бір чипті микрокомпьютерлермен біртіндеп дамып келеді.

Қазіргі уақытта MCU командаларының жиынтығы негізінен CISC және RISC болып бөлінеді, ал негізгі архитектурасы негізінен ARM Cortex, Intel 8051 және RISC-V болып табылады.

China General Microcontroller (MCU) Market Brief 2020 мәліметтеріне сәйкес, 32-биттік MCU өнімдері нарықтың 55% құрайды, одан кейін 8-биттік өнімдер 43%, 4-биттік өнімдер 2%, 16 -биттік өнімдер 1% құрайды, нарықтағы негізгі өнімдер 32 биттік және 8 биттік MCU болып табылады және 16 биттік MCU өнімдерінің нарықтық кеңістігі қатты қысылғанын көруге болады.

CISC нұсқаулар жинағы өнімдері нарықтың 24%, RISC нұсқаулар жиынтығы өнімдері нарықтағы негізгі өнімдердің 76% құрады;Intel 8051 негізгі өнімдері нарықтың 22%, ARM Cortex-M0 өнімдері, 20%, ARM Cortex-M3 өнімдері 14%, ARM Cortex-M4 өнімдері 12%, ARM Cortex-M0+ өнімдері. 5%, ARM Cortex-M23 өнімдері 1%, RISC-V негізгі өнімдері 1%, басқалары 24% құрады.ARM Cortex-M0+ өнімдері 5%, ARM Cortex-M23 өнімдері 1%, RISC-V негізгі өнімдері 1%, басқалары 24% құрады.Тұтастай алғанда, ARM Cortex серияларының ядролары нарықтағы негізгі ағымның 52% құрайды.

MCU нарығы соңғы 20 жылда бағаның айтарлықтай төмендеуіне тап болды, бірақ оның орташа сату бағасының (ASP) төмендеуі соңғы бес жылда баяулауда.Автокөлік өнеркәсібіндегі құлдырауды, жаһандық экономикалық әлсіздік пен эпидемиялық дағдарысты бастан кешіргеннен кейін MCU нарығы 2020 жылы қалпына келе бастады. IC Insights мәліметтері бойынша, MCU жөнелтілімдері 2020 жылы 8%-ға өсті, ал 2021 жылы MCU жөнелтілімдерінің жалпы көлемі өсті. 12%, 30,9 млрд рекордтық көрсеткіш, ал ASPs де 10% өсті, бұл 25 жылдағы ең жоғары өсім.

IC Insights келесі бес жылда MCU жеткізілімдері 35,8 миллиард бірлікке жетеді деп күтеді, жалпы сатылымы 27,2 миллиард долларды құрайды.Олардың ішінде 32 биттік MCU сатылымдары жылдық өсу қарқыны 9,4% құрайтын 20 миллиард долларға жетеді деп күтілуде, 16 биттік MCU 4,7 миллиард долларға жетеді деп күтілуде, ал 4 биттік MCU өсім көрсетпейді.

02 Автомобиль MCU ессіз басып озу

Автокөлік электроникасы - MCU қолданбаларының ең үлкен сценарийі.IC Insights 2022 жылы бүкіл әлем бойынша MCU сатылымдары 10%-ға өсіп, рекордтық 21,5 миллиард долларға жетеді деп күтеді, бұл ретте автомобиль MCU-лары басқа соңғы нарықтарға қарағанда көбірек өседі.

MCU сатылымының 40% -дан астамы автомобиль электроникасынан келеді, ал автомобиль MCU сатылымы келесі бес жылда CAGR деңгейінде 7,7% өседі деп күтілуде, бұл жалпы мақсаттағы MCU-дан (7,3%) асып түседі.

Қазіргі уақытта автомобильдік MCU негізінен 8 биттік, 16 биттік және 32 биттік болып табылады және MCU әртүрлі биттері әртүрлі жұмыстарды атқарады.

Атап айтқанда:

8-биттік MCU негізінен орындықтарды, кондиционерлерді, желдеткіштерді, терезелерді және есікті басқару модульдерін басқару сияқты салыстырмалы түрде қарапайым басқару функциялары үшін қолданылады.

16-биттік MCU негізінен қозғалтқыш, электронды тежегіш, суспензия жүйесі және басқа қуат және беріліс жүйелері сияқты төменгі корпус үшін қолданылады.

32-биттік MCU автомобиль интеллектіне сәйкес келеді және негізінен кабинадағы ойын-сауық, ADAS және денені басқару сияқты жоғары деңгейлі интеллектуалды және қауіпсіз қолданба сценарийлері үшін пайдаланылады.

Осы кезеңде 8 биттік MCU өнімділігі мен жады сыйымдылығы артып келеді және өзіндік үнемділігімен олар қолданбалардағы кейбір 16 биттік MCU-ны алмастыра алады, сонымен қатар 4 биттік MCU-мен кері үйлесімді.32-биттік MCU төрт шашыраңқы төмен және орташа диапазондағы ECU қондырғыларын басқара алатын автомобильдің бүкіл E/E архитектурасында барған сайын маңызды басты басқару рөлін атқарады және пайдалану саны арта береді.

Жоғарыда келтірілген жағдай 16-биттік MCU-ны салыстырмалы түрде ыңғайсыз күйде етеді, жоғары емес, бірақ төмен, бірақ кейбір қолданбалы сценарийлерде ол әлі де пайдалы, мысалы, қуат беру жүйесінің кейбір негізгі қолданбалары.

Автомобильдік интеллект 32-биттік MCU-ға сұранысты айтарлықтай арттырды, 2021 жылы автомобиль MCU сатылымының төрттен үш бөлігінен астамы 32-биттік MCU-дан келеді, шамамен $5,83 млрд жетеді деп күтілуде;16 биттік MCU шамамен 1,34 миллиард доллар табыс әкеледі;және 8-биттік MCUs McClean есебіне сәйкес шамамен 441 миллион доллар табыс әкеледі.

Қолданба деңгейінде ақпараттық ойын-сауық - бұл автомобиль MCU сатылымдарының жыл сайынғы ең жоғары өсімі бар қолданба сценарийі, 2020 жылмен салыстырғанда 2021 жылы 59% өсім және қалған сценарийлер үшін кірістің 20% өсуі.

Енді автомобильдің барлық электронды басқаруы ECU (электрондық басқару блогы), ал MCU негізгі басқару чипі ECU болып табылады, әрбір ECU кем дегенде бір MCU бар, сондықтан интеллектуалды электрлендіруді түрлендіру мен жаңартудың қазіргі кезеңі сұранысты тудырды. MCU бір көлікті пайдалану ұлғаяды.

Қытай Маркетинг Институтының Автокөлік маркетингі бойынша сарапшылар комитетінің зерттеу бөлімінің деректеріне сәйкес, қарапайым жанармаймен жүретін қарапайым автомобильдер тасымалдайтын ECU орташа саны 70;люкс дәстүрлі отынмен жүретін автомобильдер тасымалдайтын ЭКЮ саны 150-ге жетуі мүмкін, өйткені орындықтарға, орталық басқаруға және ойын-сауыққа, дене тұрақтылығы мен қауіпсіздігіне жоғары өнімділік талаптары;Автономды жүргізуге және көмекші жүргізуге арналған жаңа бағдарламалық және аппараттық құралдарға қойылатын талаптарға байланысты ақылды автомобильдер тасымалдайтын ECU орташа саны 300-ге жетуі мүмкін, бұл жалғыз автокөліктер пайдаланатын MCU мөлшеріне сәйкес келеді, сонымен қатар 300-ден асады.

Автокөлік өндірушілердің MCU-ға деген күшті сұранысы әсіресе эпидемияға байланысты ядролардың жетіспеушілігі болған 2021 жылы байқалады.Сол жылы көптеген автокөлік компаниялары ядролардың болмауына байланысты кейбір өндірістік желілерді қысқа мерзімге жабуға мәжбүр болды, бірақ автомобиль MCU сатылымдары 23%-ға өсіп, 7,6 миллиард долларға жетті, бұл рекордтық көрсеткіш.

Автомобиль чиптерінің көпшілігі 8 дюймдік пластиналар арқылы шығарылады, кейбір өндірушілер, мысалы, TI-дан 12-дюймге дейін желілік тасымалдау, IDM сонымен қатар MCU басым болатын қуаттылық аутсорсинг құю зауытының бөлігі болады, TSMC сыйымдылығының шамамен 70%. .Дегенмен, автомобиль бизнесінің өзі TSMC-тің шағын үлесін құрайды, ал TSMC тұтынушылық электрониканың озық технологиялық технологиясы саласына назар аударады, сондықтан автомобиль MCU нарығы әсіресе тапшы.

Бүкіл жартылай өткізгіш өнеркәсібінің жетекшілігімен автомобиль чиптерінің жетіспеушілігі де кеңею толқынын тудырды, ірі құю зауыттары мен IDM зауыттары өндірісті белсенді түрде кеңейту үшін, бірақ назар басқа.

TSMC Кумамото зауыты 2024 жылдың соңына дейін пайдалануға беріледі деп күтілуде, ол 22/28 нм процеске қосымша, одан әрі 12 және 16 нм процестерді қамтамасыз етеді, ал Нанкин зауыты ай сайынғы өндірістік қуаттылығы бар 28 нм-ге дейін кеңейтеді. 40 000 дана;

SMIC 2021 жылы өндірісті кемінде 45 000 8 дюймдік вафлиге және кемінде 10 000 12 дюймдік вафлиге кеңейтуді және 28 нм және одан жоғары түйіндерге назар аудара отырып, Линганг қаласында ай сайынғы қуаттылығы 120 000 вафли болатын 12 дюймдік өндірістік желіні салуды жоспарлап отыр.

Huahong 2022 жылы 12 дюймдік өндірістік қуаттылықты 94 500 данаға дейін кеңейтуді жеделдетуді күтеді;

Renesas аутсорсингті кеңейту ниетімен TSMC-тің Кумамото зауытындағы өз үлесін жариялады және 2023 жылға қарай автомобильдік MCU жеткізілімін 50%-ға ұлғайтуды мақсат етіп отыр, жоғары деңгейлі MCU сыйымдылығы 50%-ға және төменгі MCU сыйымдылығы шамамен 70%-ға артады деп күтілуде. 2021 жылдың соңымен салыстырғанда.

STMicroelectronics 2022 жылы кеңейтуге 1,4 миллиард доллар инвестициялайды және 2025 жылға қарай еуропалық зауыттарының қуатын екі есеге арттыруды жоспарлап отыр, негізінен 12 дюймдік сыйымдылықты ұлғайту үшін, ал 8 дюймдік сыйымдылық үшін STMicroelectronics 12-дюймдік өнімділікті қажет етпейтін өнімдерді таңдамалы түрде жаңартады. дюймдік технология.

Texas Instruments төрт жаңа зауытты қосады, бірінші зауыт 2025 жылы іске қосылады деп күтілуде, ал үшінші және төртінші зауыттар 2026 және 2030 жылдар аралығында салынады;

ON Semiconductor өзінің күрделі салымын 12%-ға дейін арттырды, негізінен 12 дюймдік пластинаның сыйымдылығын кеңейту үшін.

IC инсайттарында 2015 және 2020 жылдар аралығындағы барлық 32-биттік MCU-лардың ASP көрсеткіші CAGR-де 2015 және 2020 жылдар аралығында -4,4%-ға төмендейтіні туралы қызықты деректер бар, бірақ 2021 жылы шамамен 13%-ға өсіп, шамамен $0,72 құрайды. Спот нарығында көрініс тапты. , автомобиль MCU бағасының ауытқуы айқынырақ: тұрақты бағасы $22 болатын NXP 32-биттік MCU FS32K144HAT0MLH $550-ге дейін өсті, диапазоны 20 еседен асады, бұл сол кездегі ең тапшы автомобиль чиптерінің бірі болды.

Infineon 32 разрядты автомобиль MCU SAK-TC277TP-64F200N DC 4500 юаньға дейін өсті, шамамен 100 есе өсті, дәл осындай SAK-TC275T-64F200N DC сериясы да 2000 юаньнан асып түсті.

Екінші жағынан, бастапқыда ыстық тұтынушылық электроника салқындай бастады, сұраныстың әлсіздігі, сондай-ақ отандық алмастыруды жеделдету, жалпы мақсаттағы тұтынушылық MCU бағасын төмендету, F0/F1/F3 сияқты кейбір ST чип үлгілері сериялардың бағасы қалыпты бағаға жақындады, тіпті кейбір MCU бағасы агенттік баға арқылы төмендеді деген нарықтық қауесет.

Дегенмен, Renesas, NXP, Infineon және ST сияқты автомобиль MCU-лары әлі де салыстырмалы тапшылықта.Мысалы, ST компаниясының жоғары өнімді 32-биттік MCU STM32H743VIT6 бағасы өткен жылдың соңында 600 юаньға дейін көтерілді, ал оның бағасы екі жыл бұрын небәрі 48 юань болған.10 еседен астам өсу;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N айнымалы токтың нарықтық бағасы өткен жылдың қазан айында шамамен $1200, желтоқсанда 3800 долларға дейін, ал үшінші тарап веб-сайттарында 5000 доллардан астам ұсынады.

03 Нарық үлкен, ал отандық өнім шағын

MCU бәсекелестік ландшафтында жартылай өткізгіштердің бәсекелестік ортасы сияқты шетелдік алыптар басым.2021 жылы MCU өндірушілерінің бестігіне NXP, Microchip, Renesas, ST және Infineon кірді.Осы бес MCU жеткізушілері 2016 жылғы 72,2% салыстырғанда, жалпы әлемдік сатылымның 82,1% құрады, бұл ретте бас компаниялардың көлемі аралық жылдарда өсті.

Тұтынушы және өнеркәсіптік MCU-мен салыстырғанда, автомобиль MCU сертификаттау шегі жоғары және сертификаттау мерзімі ұзақ, сертификаттау жүйесіне ISO26262 стандартты сертификаты, AEC-Q001~004 және IATF16949 стандарты сертификаты, AEC-Q100/Q104 ISO26 сертификаты кіреді. автомобильдің функционалдық қауіпсіздігі ASIL-A-D төрт деңгейіне бөлінеді. Мысалы, шасси және басқа сценарийлер ең жоғары қауіпсіздік талаптарына ие және ASIL-D деңгейінің сертификатын талап етеді, бірнеше чип өндірушілері шарттарды орындай алады.

Strategy Analysis деректеріне сәйкес, әлемдік және отандық автомобиль MCU нарығын негізінен NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip алады, нарық үлесі 85% құрайды.32-биттік MCU әлі де шетелдік алпауыттардың монополиясында болса да, кейбір отандық компаниялар өз жұмысын бастады.

04 Қорытынды

Зияткерлік электр көліктерінің қарқынды дамуы, сондықтан Nvidia, Qualcomm, Intel сияқты бірқатар тұтынушы чип өндірушілері қосылды, зияткерлік кабинада болды, автономды басқару чиптерінің жетістіктері ескі автомобиль чиптерін өндірушілердің өмір сүру кеңістігін қысады.Автокөлік MCU-ларының дамуы өзін-өзі дамытуға және өнімділікті арттыруға бағытталғандықтан, технологиялық артықшылықтарды сақтай отырып, шығындарды азайту үшін жан-жақты бәсекелестікке көшті.

Автокөлік E / E архитектурасы таратылған доменді басқаруға дейін және ақырында орталық интеграцияға қарай көп функциялы және қарапайым төмен деңгейлі чиптер көбірек ауыстырылады, өнімділігі жоғары, жоғары есептеу қуаты және басқа да жоғары деңгейлі құрылғылар болады. чиптер болашақ автомобиль чиптері бәсекелестігінің назарына айналады, өйткені болашақ ECU санын азайту арқылы MCU негізгі басқару рөлі салыстырмалы түрде аз, мысалы, Tesla шассиін басқару ECU, жалғыз 3-4 MCU бар, бірақ кейбір қарапайым функция негізгі MCU біріктірілген болады.Жалпы алғанда, автокөлік MCU нарығы және алдағы жылдарда отандық ауыстыру кеңістігі сөзсіз кең.