2023, çılgın araba MCU

01 MCU'nun büyüme geçmişi

MCU, mikrodenetleyici, iyi bilinen bir adı var: tek çipli mikro bilgisayar.

Performans kesinlikle bir bilgisayar kadar geniş olmasa da, CPU RAM ROM IO sayaç seri bağlantı noktasının dahili versiyonu da dahil olmak üzere bir dizi temel bilgisayar sistemini bir çipe taşımak gerçekten hoş bir yer, ancak düşük güçte programlanabilir ve esnektir, dolayısıyla tüketici elektroniği, tıp endüstrisi iletişiminde Arabalar çok geniş bir uygulama alanına sahiptir.

1971'de doğdu, Intel dünyanın ilk mikroişlemcisini tasarladı - 4004 numaralı 4 bitlik çip, bu çip 2.000'den fazla transistörü birleştiriyor ve Intel ayrıca 4001, 4002, 4003 çipleri, RAM, ROM ve kayıtları da tasarladı.

Bu dört ürün piyasaya çıktığında Intel, reklamında "Tümleşik devrelerde yeni bir çağın duyurusunu yapın: mikro bilgisayarlar tek bir çip üzerinde yoğunlaştı" diye yazmıştı.O zamanlar mini bilgisayarlar ve ana bilgisayarlar çoğunlukla 8 bit ve 16 bit işlemcilerden oluşuyordu; bu nedenle Intel, kısa sürede pazarı kazanmak için 1972'de 8 bit mikroişlemci 8008'i piyasaya sürdü ve tek çipli mikro bilgisayarlar çağını açtı.

1976'da Intel, genel endüstriyel kontrol ihtiyaçlarını karşılayabilen, 8 bit CPU, 8 bit paralel I/O, 8 bit sayaç, RAM, ROM vb. entegre eden dünyanın ilk programlanabilir mikro bilgisayar denetleyicisi 8748'i piyasaya sürdü. 8748 ile temsil edilen enstrümantasyon, endüstriyel alanda tek çipli mikro bilgisayarların keşfini başlatıyor.

1980'lerde 8 bitlik tek çipli mikro bilgisayarlar daha olgunlaşmaya başladı, genellikle seri arayüzler, çok seviyeli kesme işleme sistemleri, çoklu 16 bitlik sayaçlar vb. ile RAM ve ROM kapasitesi arttı. 1983'te Intel MCS'yi piyasaya sürdü. -96 serisi 16 bitlik yüksek performanslı mikrodenetleyiciler, 120.000 entegre transistörlü.

1990'lı yıllardan bu yana, tek çipli mikrobilgisayar, veri yolu veya veri kayıtlarının bit sayısına göre, ilk 4 bitten itibaren performans, hız, güvenilirlik ve entegrasyon konularında yüzlerce düşünce okulunun aşamasına girmiştir. 8 bit, 16 bit, 32 bit ve 64 bit tek çipli mikrobilgisayarlarla yavaş yavaş geliştirildi.

Şu anda, MCU'ların talimat seti esas olarak CISC ve RISC'ye bölünmüştür ve çekirdek mimari esas olarak ARM Cortex, Intel 8051 ve RISC-V'den oluşmaktadır.

2020 Çin Genel Mikrodenetleyici (MCU) Pazar Özetine göre, 32 bit MCU ürünleri pazarın %55'ini oluşturuyor, bunu %43'ünü 8 bit ürünler, %2'sini 4 bit ürünler takip ediyor, 16 -bit ürünler %1'lik bir paya sahipken, pazardaki ana akım ürünlerin 32 bit ve 8 bit MCU'lar olduğu ve 16 bit MCU ürünlerinin pazar alanının ciddi şekilde daraldığı görülebiliyor.

CISC talimat seti ürünleri pazarın %24'ünü oluşturuyordu; RISC talimat seti ürünleri ise pazardaki ana akım ürünlerin %76'sını oluşturuyordu;Intel 8051 temel ürünleri pazarın %22'sini oluştururken, bunu %20'si ile ARM Cortex-M0 ürünleri, %14'ü ARM Cortex-M3 ürünleri, %12'si ARM Cortex-M4 ürünleri, %12'si ARM Cortex-M0+ ürünleri izledi. %5'ini ARM Cortex-M23 ürünleri, %1'ini RISC-V temel ürünleri ve %24'ünü diğerleri oluşturdu.ARM Cortex-M0+ ürünleri %5, ARM Cortex-M23 ürünleri %1, RISC-V temel ürünleri %1 ve diğerleri %24'ü oluşturdu.Genel olarak ARM Cortex serisi çekirdekler pazarın %52'sini oluşturuyor.

MCU piyasası son 20 yılda önemli fiyat düşüşleriyle karşı karşıya, ancak ortalama satış fiyatındaki (ASP) düşüş son beş yılda yavaşlıyor.Otomotiv sektöründe yaşanan gerileme, küresel ekonomik zayıflık ve salgın krizinin ardından MCU pazarı 2020 yılında toparlanmaya başladı. IC Insights'a göre MCU sevkiyatları 2020'de %8 arttı ve 2021'deki toplam MCU sevkiyatları 2020'ye yükseldi. %12 ile 30,9 milyar gibi rekor bir seviyeye ulaşırken, ASP'ler de %10 artışla 25 yılın en yüksek artışını gerçekleştirdi.

IC Insights, MCU sevkiyatlarının önümüzdeki beş yıl içinde 35,8 milyar adede, toplam satışın ise 27,2 milyar dolara ulaşmasını bekliyor.Bunlardan 32 bit MCU satışlarının yıllık %9,4 bileşik büyüme oranıyla 20 milyar dolara ulaşması beklenirken, 16 bit MCU'ların 4,7 milyar dolara ulaşması bekleniyor, 4 bit MCU'ların ise büyüme göstermesi beklenmiyor.

02 Araba MCU çılgın sollama

Otomotiv elektroniği, MCU'ların en büyük uygulama senaryosudur.IC Insights, dünya çapındaki MCU satışlarının 2022'de %10 artarak rekor 21,5 milyar dolara çıkmasını ve otomotiv MCU'larının diğer birçok nihai pazardan daha fazla büyümesini bekliyor.

MCU satışlarının %40'ından fazlası otomotiv elektroniğinden geliyor ve otomotiv MCU satışlarının önümüzdeki beş yıl içinde %7,7'lik bir Bileşik Büyüme Oranı ile genel amaçlı MCU'ları (%7,3) geride bırakması bekleniyor.

Şu anda otomotiv MCU'ları esas olarak 8 bit, 16 bit ve 32 bittir ve MCU'ların farklı bitleri farklı işler yapar.

Özellikle:

8 bitlik MCU esas olarak koltukların, klimaların, fanların, pencerelerin ve kapı kontrol modüllerinin kontrolü gibi nispeten temel kontrol fonksiyonları için kullanılır.

16 bit MCU esas olarak motor, elektronik fren, süspansiyon sistemi ve diğer güç ve iletim sistemleri gibi alt gövde için kullanılır.

32 bit MCU, otomotiv zekasına uyar ve esas olarak kokpit eğlencesi, ADAS ve gövde kontrolü gibi üst düzey akıllı ve güvenli uygulama senaryoları için kullanılır.

Bu aşamada 8 bitlik MCU'lar performans ve bellek kapasitesi açısından büyümektedir ve kendi maliyet etkinlikleriyle uygulamalardaki bazı 16 bitlik MCU'ların yerini alabilirler ve ayrıca 4 bitlik MCU'larla geriye dönük olarak uyumludurlar.32 bit MCU, dört dağınık düşük seviye ve orta seviye ECU ünitesini yönetebilen otomotiv E/E mimarisinin tamamında giderek daha önemli bir ana kontrol rolü oynayacak ve kullanım sayısı artmaya devam edecek.

Yukarıdaki durum, 16 bitlik MCU'yu yüksek değil düşük olarak nispeten garip bir konuma getirir, ancak bazı uygulama senaryolarında, güç aktarım sistemi sistemlerinin bazı önemli uygulamaları gibi, hala faydalıdır.

Otomotiv istihbaratı, 32 bit MCU'lara olan talebi önemli ölçüde artırdı; 2021'de otomotiv MCU satışlarının dörtte üçünden fazlasının 32 bit MCU'lardan gelmesinin yaklaşık 5,83 milyar dolara ulaşması bekleniyor;16 bitlik MCU'lar yaklaşık 1,34 milyar dolar gelir elde edecek;McClean raporuna göre 8 bitlik MCU'lar yaklaşık 441 milyon dolar gelir elde edecek.

Uygulama düzeyinde bilgi-eğlence sistemi, 2020 yılına kıyasla 2021'de %59 büyüme ve geri kalan senaryolarda %20 gelir artışı ile otomotiv MCU satışlarında yıldan yıla en yüksek artışın görüldüğü uygulama senaryosu.

Artık aracın tüm elektronik kontrolü ECU'yu (elektronik kontrol ünitesi) kullanacak ve MCU, çekirdek kontrol çipi ECU'dur, her ECU'da en az bir MCU bulunur, bu nedenle akıllı elektrifikasyonun dönüşümü ve yükseltilmesinin mevcut aşaması, talebi artırdı MCU tek araç kullanımı artacak.

Çin Pazarlama Enstitüsü Otomotiv Pazarlama Uzman Komitesi Araştırma Departmanı'nın verilerine göre, sıradan geleneksel yakıtlı otomobillerin taşıdığı ortalama ECU sayısı 70;koltuklar, merkezi kontrol ve eğlence, gövde stabilitesi ve güvenlik için daha yüksek performans gereklilikleri nedeniyle lüks geleneksel yakıtlı otomobillerin taşıdığı ECU sayısı 150'ye ulaşabilir;Otonom sürüş ve destekli sürüşe yönelik yeni yazılım ve donanım gereksinimleri nedeniyle akıllı otomobillerin taşıdığı ortalama ECU sayısı 300'e ulaşabilecekken, tek otomobillerin kullandığı MCU miktarına karşılık gelen miktar da 300'ün üzerine çıkacak.

Otomobil üreticilerinin MCU'lara yönelik güçlü talebi, özellikle salgın nedeniyle çekirdek sıkıntısının yaşandığı 2021'de belirginleşiyor.O yıl, pek çok otomobil şirketi çekirdek eksikliği nedeniyle bazı üretim hatlarını kısa süreliğine kapatmak zorunda kaldı, ancak otomotiv MCU'larının satışları %23 artışla rekor seviye olan 7,6 milyar dolara yükseldi.

Otomotiv çiplerinin çoğu 8 inçlik levhalar kullanılarak üretiliyor; TI gibi bazı üreticiler 12 inçlik hat aktarımına kadar, IDM aynı zamanda MCU'nun hakim olduğu kapasite dış kaynak dökümhanesinin bir parçası olacak ve kapasitenin yaklaşık %70'i TSMC'ye ait olacak. .Ancak otomotiv işinin kendisi TSMC'nin küçük bir kısmını oluşturuyor ve TSMC tüketici elektroniğinin ileri proses teknolojisi alanına odaklanıyor, dolayısıyla otomotiv MCU pazarı özellikle kıt.

Tüm yarı iletken endüstrisinin yol açtığı otomotiv çipi kıtlığı da bir genişleme dalgasına yol açtı; büyük dökümhaneler ve IDM fabrikaları üretimi aktif olarak genişletti, ancak odak noktası farklı.

TSMC Kumamoto tesisinin 2024 yılı sonunda faaliyete geçmesi bekleniyor, 22/28 nm prosese ek olarak 12 ve 16 nm prosesler de sağlayacak ve Nanjing tesisi aylık üretim kapasitesiyle üretimi 28 nm'ye çıkaracak. 40.000 adet;

SMIC, 2021 yılında üretimi en az 45.000 8 inçlik levha ve en az 10.000 12 inçlik levha kadar genişletmeyi ve Lingang'da 28 nm ve üzeri düğümlere odaklanarak aylık 120.000 levha kapasiteli 12 inçlik bir üretim hattı kurmayı planlıyor.

Huahong, 2022'de 12 inçlik üretim kapasitesinin 94.500 parçaya çıkmasını hızlandırmayı bekliyor;

Renesas, dış kaynak kullanımını genişletmek amacıyla TSMC'nin Kumamoto fabrikasındaki hissesini açıkladı ve otomotiv MCU arzını 2023 yılına kadar %50 artırmayı hedefliyor; üst düzey MCU kapasitesinin %50, alt uç MCU kapasitesinin ise yaklaşık %70 artması bekleniyor. 2021 yılı sonuna kıyasla.

STMicroelectronics, genişleme için 2022'de 1,4 milyar dolar yatırım yapacak ve Avrupa tesislerinin kapasitesini 2025 yılına kadar iki katına çıkarmayı planlıyor; özellikle 12 inç kapasiteyi artırmak için ve 8 inç kapasite için STMicroelectronics, 12 inç kapasite gerektirmeyen ürünler için seçici olarak yükseltme yapacak. inç teknolojisi.

Texas Instruments dört yeni tesis ekleyecek, ilk tesisin 2025 yılında faaliyete geçmesi, üçüncü ve dördüncü tesislerin ise 2026-2030 yılları arasında inşa edilmesi bekleniyor;

ON Semiconductor, esas olarak 12 inç levha kapasitesinin artırılması için sermaye yatırımını %12'ye çıkardı.

IC Insights, tüm 32-bit MCU'ların ASP'sinin 2015 ile 2020 arasında yıllık bazda -%4,4'lük bir Bileşik Büyüme Oranında düştüğüne, ancak 2021'de yaklaşık %13 artarak yaklaşık 0,72 $'a yükseldiğine dair ilginç bir veriye sahip. Spot piyasaya yansıdı Otomotiv MCU'sunun fiyat dalgalanması daha belirgindir: 22 $ sabit fiyatıyla NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH, o zamanın en kıt otomotiv çiplerinden biri olan 20 kattan fazla bir aralık olan 550 $'a yükseldi.

Infineon 32-bit otomotiv MCU SAK-TC277TP-64F200N DC, yaklaşık 100 kat artışla 4.500 yuan'a yükseldi, aynı SAK-TC275T-64F200N DC serisi de 2.000 yuan'ın üzerine çıktı.

Öte yandan, başlangıçta sıcak olan tüketici elektroniği soğumaya başladı, zayıf talep ve yerli ikamenin hızlanması, genel amaçlı tüketici MCU fiyatlarının geri çekilmesine, F0/F1/F3 gibi bazı ST çip modellerinin geri çekilmesine neden oldu. dizi fiyatları normal fiyatlara yaklaştı ve hatta piyasada bazı MCU'ların fiyatının ajans fiyatı üzerinden düştüğü yönünde söylentiler var.

Ancak Renesas, NXP, Infineon ve ST gibi otomotiv MCU'ları hâlâ göreceli olarak yetersiz durumda.Örneğin ST'nin yüksek performanslı 32-bit MCU STM32H743VIT6'nın fiyatı, iki yıl önce yalnızca 48 yuan iken geçen yılın sonunda 600 yuan'a yükseldi.Artış 10 kattan fazla;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC'nin geçen yılın ekim ayındaki piyasa fiyatı yaklaşık 1200$'dı, Aralık ayında 3800$'a kadar teklif veriyordu ve hatta üçüncü taraf web sitelerinde bile 5000$'ın üzerinde teklif veriyordu.

03 Pazar büyük, yerli üretim küçük

MCU rekabet ortamı, tüm yarı iletken rekabet ortamı gibi denizaşırı devlerin hakimiyetindedir.2021'de ilk beş MCU satıcısı NXP, Microchip, Renesas, ST ve Infineon oldu.Bu beş MCU satıcısı, 2016'daki %72,2'ye kıyasla toplam küresel satışların %82,1'ini oluşturdu ve aradan geçen yıllarda ana şirketlerin büyüklüğü büyüdü.

Tüketici ve endüstriyel MCU ile karşılaştırıldığında, otomotiv MCU sertifikasyon eşiği yüksektir ve sertifikasyon süresi uzundur, sertifikasyon sistemi ISO26262 standart sertifikasını, AEC-Q001~004 ve IATF16949 standart sertifikasını, AEC-Q100/Q104 standart sertifikasını içerir, bunların ISO26262'si otomotiv fonksiyonel güvenliği ASIL-A'dan D'ye kadar dört seviyeye ayrılmıştır. Örneğin, şasi ve diğer senaryolar en yüksek güvenlik gereksinimlerine sahiptir ve ASIL-D seviye sertifikasyonu gerektirir; çok az çip üreticisi bu koşulları karşılayabilir.

Strateji Analizi verilerine göre küresel ve yurt içi otomotiv MCU pazarı ağırlıklı olarak %85 ​​pazar payıyla NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip tarafından işgal ediliyor.Her ne kadar 32-bit MCU'lar hâlâ denizaşırı devlerin tekelinde olsa da, bazı yerli şirketler de yükselişe geçti.

04 Sonuç

Akıllı elektrikli araçların hızlı gelişimi, Nvidia, Qualcomm, Intel gibi bir dizi tüketici çip üreticisinin de katılımıyla akıllı kokpitte yer aldı, otonom sürüş çipi atılımları, eski otomotiv çip üreticilerinin hayatta kalma alanını daralttı.Otomotiv MCU'larının gelişimi, kişisel gelişim ve performans iyileştirmeye odaklanmaktan, teknolojik avantajları korurken maliyet düşürmeye yönelik çok yönlü rekabete doğru ilerledi.

Dağıtılmış durumdan etki alanı kontrolüne ve sonunda merkezi entegrasyona kadar otomotiv E / E mimarisiyle, giderek daha fazla çok işlevli olacak ve basit düşük kaliteli çiplerin yerini alacak, yüksek performans, yüksek bilgi işlem gücü ve diğer üst düzey Gelecekteki ECU sayısının azaltılmasıyla MCU'nun ana kontrol rolü Tesla şasi kontrol ECU'su gibi nispeten küçük olduğundan, çipler gelecekteki otomotiv çip rekabetinin odağı haline gelecektir, tek bir 3-4 MCU içerir, ancak bazı basit işlevler temel MCU entegre edilecek.Genel olarak, otomotiv MCU pazarı ve önümüzdeki yıllarda yerli ikame alanı şüphesiz çok geniş.