01 De groeigeschiedenis van de MCU
MCU, microcontroller, het heeft een bekende naam: microcomputer met één chip.
Het is echt een goede plek om een set basiscomputersystemen naar een chip te verplaatsen, inclusief de interne versie van de CPU RAM ROM IO teller seriële poort, hoewel de prestaties zeker niet zo breed zijn als die van een computer, maar het is programmeerbaar met laag vermogen en flexibel, dus in de consumentenelektronica, medische industrie communicatie Auto's hebben een zeer breed scala aan toepassingen.
Het werd geboren in 1971, Intel ontwierp 's werelds eerste microprocessor – de nummer 4004 4-bit chip, deze chip integreert meer dan 2.000 transistors, en Intel ontwierp ook 4001, 4002, 4003 chips, RAM, ROM en registers.
Toen deze vier producten op de markt kwamen, schreef Intel in de advertentie: “Kondig een nieuw tijdperk van geïntegreerde schakelingen aan: microcomputers gecondenseerd op één enkele chip.”In die tijd waren minicomputers en mainframes voornamelijk 8-bits en 16-bits processors, dus lanceerde Intel in 1972 al snel de 8-bits microprocessor 8008 om snel de markt te veroveren en het tijdperk van microcomputers met één chip te openen.
In 1976 lanceerde Intel 's werelds eerste programmeerbare microcomputercontroller 8748, die een 8-bit CPU, 8-bit parallelle I/O, 8-bit teller, RAM, ROM, enz. integreert, die kan voldoen aan de behoeften van algemene industriële besturing en instrumentatie, vertegenwoordigd door 8748, waarmee de verkenning van microcomputers met één chip op industrieel gebied werd geopend.
In de jaren tachtig begonnen 8-bits microcomputers met één chip volwassener te worden, de RAM- en ROM-capaciteit nam toe, meestal met seriële interfaces, interruptverwerkingssystemen op meerdere niveaus, meerdere 16-bits tellers, enz. In 1983 lanceerde Intel de MCS -96 serie 16-bit krachtige microcontrollers, met 120.000 geïntegreerde transistors.
Sinds de jaren negentig is de microcomputer met één chip het stadium van honderd denkrichtingen ingegaan, wat betreft prestaties, snelheid, betrouwbaarheid en integratie in volle bloei, afhankelijk van het aantal bits van de bus of dataregisters, vanaf de eerste 4 bits geleidelijk ontwikkeld, met 8-bits, 16-bits, 32-bits en 64-bits microcomputers met één chip.
Momenteel is de instructieset van MCU's voornamelijk verdeeld in CISC en RISC, en de kernarchitectuur is voornamelijk ARM Cortex, Intel 8051 en RISC-V.
Volgens de China General Microcontroller (MCU) Market Brief van 2020 zijn 32-bits MCU-producten goed voor maximaal 55% van de markt, gevolgd door 8-bits producten, goed voor 43%, en 4-bits producten voor 2%, 16 -bit-producten zijn goed voor 1%, het is duidelijk dat de reguliere producten op de markt 32-bits en 8-bits MCU's zijn, en dat de marktruimte van 16-bits MCU-producten ernstig onder druk staat.
CISC-instructiesetproducten waren goed voor 24% van de markt, RISC-instructiesetproducten waren goed voor 76% van de reguliere producten op de markt;Intel 8051-kernproducten waren goed voor 22% van de markt, gevolgd door ARM Cortex-M0-producten, goed voor 20%, ARM Cortex-M3-producten waren goed voor 14%, ARM Cortex-M4-producten waren goed voor 12%, ARM Cortex-M0+ producten waren goed voor 5%, ARM Cortex-M23-producten waren goed voor 1%, RISC-V-kernproducten waren goed voor 1% en andere waren goed voor 24%.ARM Cortex-M0+-producten waren goed voor 5%, ARM Cortex-M23-producten waren goed voor 1%, RISC-V-kernproducten waren goed voor 1% en andere waren goed voor 24%.Over het geheel genomen zijn de kernen uit de ARM Cortex-serie goed voor 52% van de mainstream op de markt.
De MCU-markt heeft de afgelopen twintig jaar te maken gehad met aanzienlijke prijsdalingen, maar de daling van de gemiddelde verkoopprijs (ASP) is de afgelopen vijf jaar aan het vertragen.Na de neergang in de auto-industrie, de mondiale economische zwakte en de epidemische crisis te hebben ervaren, begon de MCU-markt zich in 2020 te herstellen. Volgens IC Insights stegen de MCU-verzendingen in 2020 met 8% en steeg het totale aantal MCU-verzendingen in 2021 naar 12%, een recordhoogte van 30,9 miljard, terwijl de ASP’s ook met 10% stegen, de hoogste stijging in 25 jaar.
IC Insights verwacht dat de MCU-zendingen de komende vijf jaar 35,8 miljard eenheden zullen bereiken, met een totale omzet van $27,2 miljard.Hiervan wordt verwacht dat de omzet van 32-bit MCU's $20 miljard zal bereiken met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 9,4%, dat 16-bit MCU's naar verwachting $4,7 miljard zullen bereiken en dat 4-bit MCU's naar verwachting geen groei zullen laten zien.
02 Auto MCU gek inhalen
Auto-elektronica is het grootste toepassingsscenario van MCU's.IC Insights verwacht dat de wereldwijde verkoop van MCU's met 10% zal groeien tot een record van $21,5 miljard in 2022, waarbij de auto-MCU's sterker zullen groeien dan de meeste andere eindmarkten.
Ruim 40% van de MCU-omzet komt uit auto-elektronica, en de auto-MCU-omzet zal naar verwachting de komende vijf jaar groeien met een CAGR van 7,7%, waarmee de algemene MCU’s (7,3%) worden overtroffen.
Momenteel zijn auto-MCU's voornamelijk 8-bit, 16-bit en 32-bit, en verschillende bits van MCU's vervullen verschillende taken.
Specifiek:
De 8-bit MCU wordt voornamelijk gebruikt voor relatief eenvoudige besturingsfuncties, zoals de besturing van stoelen, airconditioners, ventilatoren, ramen en deurbedieningsmodules.
De 16-bit MCU wordt voornamelijk gebruikt voor het onderlichaam, zoals de motor, elektronische rem, ophangingssysteem en andere kracht- en transmissiesystemen.
De 32-bit MCU past bij de auto-intelligentie en wordt voornamelijk gebruikt voor hoogwaardige intelligente en veilige toepassingsscenario's zoals cockpit entertainment, ADAS en body control.
In dit stadium groeien 8-bit MCU's qua prestaties en geheugencapaciteit, en met hun eigen kosteneffectiviteit kunnen ze sommige 16-bit MCU's in toepassingen vervangen en zijn ze ook achterwaarts compatibel met 4-bit MCU's.De 32-bit MCU zal een steeds belangrijkere rol spelen in de gehele E/E-architectuur van de auto-industrie, die vier verspreide low-end en mid-range ECU-eenheden kan beheren, en het aantal toepassingen zal blijven toenemen.
De bovenstaande situatie zorgt ervoor dat de 16-bits MCU zich in een relatief lastige positie bevindt, niet hoog maar laag, maar in sommige toepassingsscenario's is deze nog steeds nuttig, zoals enkele belangrijke toepassingen van aandrijflijnsystemen.
Auto-intelligentie heeft de vraag naar 32-bit MCU's aanzienlijk doen toenemen, waarbij in 2021 meer dan driekwart van de auto-MCU-verkopen afkomstig zal zijn van 32-bit MCU's, die naar verwachting ongeveer $ 5,83 miljard zullen bedragen;16-bit MCU's zullen ongeveer $1,34 miljard aan inkomsten genereren;en 8-bit MCU's zullen volgens het McClean-rapport ongeveer $441 miljoen aan inkomsten genereren.
Op applicatieniveau is infotainment het applicatiescenario met de hoogste jaar-op-jaar stijging van de verkoop van auto-MCU's, met een groei van 59% in 2021 vergeleken met 2020, en een omzetgroei van 20% voor de overige scenario's.
Nu gebruikt alle elektronische besturing van de auto de ECU (elektronische besturingseenheid), en MCU is de kernbesturingschip-ECU, elke ECU heeft ten minste één MCU, dus de huidige fase van de transformatie en upgrade van intelligente elektrificatie leidde tot de vraag naar MCU-gebruik van één voertuig neemt toe.
Volgens de gegevens van de onderzoeksafdeling van het Automotive Marketing Expert Committee van het China Marketing Institute bedraagt het gemiddelde aantal ECU's dat door gewone traditionele brandstofauto's wordt vervoerd 70;het aantal ECU's dat door luxe traditionele brandstofauto's wordt vervoerd, kan oplopen tot 150 vanwege hogere prestatie-eisen voor stoelen, centrale bediening en entertainment, lichaamsstabiliteit en veiligheid;en het gemiddelde aantal ECU’s dat door slimme auto’s wordt vervoerd, kan oplopen tot 300 vanwege de nieuwe software- en hardwarevereisten voor autonoom rijden en geassisteerd rijden, wat overeenkomt met het aantal MCU’s dat door afzonderlijke auto’s wordt gebruikt, zal ook meer dan 300 bereiken.
De sterke vraag naar MCU’s van autofabrikanten is vooral duidelijk in 2021, wanneer er als gevolg van de epidemie een tekort aan kernen is.Dat jaar moesten veel autobedrijven een aantal productielijnen kortstondig stilleggen vanwege een gebrek aan kernen, maar de verkoop van auto-MCU's steeg met 23% tot $ 7,6 miljard, een recordhoogte.
De meeste autochips worden geproduceerd met behulp van 8-inch wafers, sommige fabrikanten zoals TI naar 12-inch lijnoverdracht, IDM zal ook deel uitmaken van de capaciteitsuitbestedingsgieterij, die wordt gedomineerd door MCU, ongeveer 70% van de capaciteit door TSMC .De auto-industrie zelf is echter goed voor een klein deel van TSMC, en TSMC richt zich op het geavanceerde procestechnologiegebied van consumentenelektronica, dus de MCU-markt voor de auto-industrie is bijzonder schaars.
Het tekort aan autochips, geleid door de gehele halfgeleiderindustrie, luidde ook een expansiegolf in, waarbij de grote gieterijen en IDM-fabrieken de productie actief gingen uitbreiden, maar de focus ligt anders.
De fabriek van TSMC Kumamoto zal naar verwachting eind 2024 in gebruik worden genomen, zal naast het 22/28nm-proces ook 12 en 16nm-processen leveren, en de fabriek in Nanjing zal de productie uitbreiden naar 28nm, met een maandelijkse productiecapaciteit van 40.000 stuks;
SMIC is van plan de productie in 2021 uit te breiden met ten minste 45.000 8-inch wafers en ten minste 10.000 12-inch wafers, en een 12-inch productielijn te bouwen met een maandelijkse capaciteit van 120.000 wafers in Lingang, waarbij de nadruk zal liggen op de knooppunten van 28 nm en hoger.
Huahong verwacht de uitbreiding van de 12-inch productiecapaciteit te versnellen tot 94.500 stuks in 2022;
Renesas kondigde zijn belang aan in de Kumamoto-fabriek van TSMC met de bedoeling de outsourcing uit te breiden, en streeft ernaar het aanbod van MCU's in de automobielsector tegen 2023 met 50% te vergroten, waarbij de capaciteit voor high-end MCU's naar verwachting met 50% zal toenemen en de capaciteit voor low-end MCU's met ongeveer 70%. vergeleken met eind 2021.
STMicroelectronics zal in 2022 1,4 miljard dollar investeren in uitbreiding en is van plan de capaciteit van zijn Europese fabrieken tegen 2025 te verdubbelen, voornamelijk om de capaciteit van 12 inch te vergroten. Voor de capaciteit van 8 inch zal STMicroelectronics selectief upgraden voor producten die geen 12-inch capaciteit nodig hebben. inch-technologie.
Texas Instruments zal vier nieuwe fabrieken toevoegen, de eerste fabriek zal naar verwachting in 2025 in gebruik worden genomen en de derde en vierde fabriek zullen tussen 2026 en 2030 worden gebouwd;
ON Semiconductor verhoogde zijn kapitaalinvestering tot 12%, voornamelijk voor uitbreiding van de capaciteit van 12-inch wafers.
IC Insights heeft interessante gegevens waaruit blijkt dat de ASP van alle 32-bits MCU's tussen 2015 en 2020 met een CAGR van -4,4% op jaarbasis afneemt, maar met ongeveer 13% stijgt tot ongeveer $ 0,72 in 2021. Weerspiegeld in de spotmarkt zijn de prijsschommelingen van auto-MCU duidelijker: de NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH met een vaste prijs van $ 22 steeg tot $ 550, een bereik van meer dan 20 keer, wat destijds een van de meest schaarse autochips was.
Infineon 32-bit automotive MCU SAK-TC277TP-64F200N DC was gestegen tot 4.500 yuan, een stijging van bijna 100 keer, dezelfde serie SAK-TC275T-64F200N DC steeg ook tot meer dan 2.000 yuan.
Aan de andere kant begon de oorspronkelijk populaire consumentenelektronica af te koelen, de zwakke vraag en de versnelling van de binnenlandse vervanging, waardoor de prijzen voor algemene consumenten-MCU's weer daalden, en sommige ST-chipmodellen zoals F0/F1/F3 serieprijzen kwamen in de buurt van de normale prijs, en zelfs de marktgeruchten dat de prijs van sommige MCU's door de makelaarsprijs is gedaald.
Auto-MCU's zoals Renesas, NXP, Infineon en ST verkeren echter nog steeds in een staat van relatief tekort.Zo steeg de prijs van ST's krachtige 32-bit MCU STM32H743VIT6 eind vorig jaar naar 600 yuan, terwijl de prijs twee jaar geleden slechts 48 yuan bedroeg.De toename is meer dan 10 keer;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC marktprijs in oktober vorig jaar op ongeveer $1200, december biedt tot $3800, en zelfs op websites van derden biedt het meer dan $5000.
03 De markt is groot en de binnenlandse productie is klein
Het concurrentielandschap van de MCU wordt net zo gedomineerd door overzeese giganten als de hele concurrentieomgeving op het gebied van halfgeleiders.In 2021 waren de vijf grootste MCU-leveranciers NXP, Microchip, Renesas, ST en Infineon.Deze vijf MCU-leveranciers waren goed voor 82,1% van de totale wereldwijde omzet, vergeleken met 72,2% in 2016, waarbij de omvang van de belangrijkste bedrijven in de tussenliggende jaren groeide.
Vergeleken met consumenten- en industriële MCU's is de MCU-certificeringsdrempel voor auto's hoog en is de certificeringsperiode lang. Het certificeringssysteem omvat ISO26262-standaardcertificering, AEC-Q001 ~ 004- en IATF16949-standaardcertificering, AEC-Q100 / Q104-standaardcertificering, waarvan ISO26262 op De functionele veiligheid van auto's is onderverdeeld in vier niveaus van ASIL-A tot en met D. Zo hebben het chassis en andere scenario's de hoogste veiligheidseisen en vereisen ze certificering op ASIL-D-niveau, maar weinig chipfabrikanten kunnen aan de voorwaarden voldoen.
Volgens gegevens van Strategy Analysis wordt de mondiale en binnenlandse MCU-markt voor de automobielsector voornamelijk bezet door NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments en Microchip, met een marktaandeel van 85%.Hoewel 32-bits MCU's nog steeds worden gemonopoliseerd door overzeese giganten, zijn sommige binnenlandse bedrijven van de grond gekomen.
04 Conclusie
Door de snelle ontwikkeling van intelligente elektrische voertuigen hebben een aantal fabrikanten van consumentenchips zich aangesloten, zoals Nvidia, Qualcomm en Intel, die in de intelligente cockpit zitten, doorbraken in autonoom rijdende chips, waardoor de overlevingsruimte van de oude fabrikanten van autochips wordt gecomprimeerd.De ontwikkeling van auto-MCU's is verschoven van een focus op zelfontwikkeling en prestatieverbetering naar een allround concurrentie om kostenbesparingen met behoud van technologische voordelen.
Met de automotive E/E-architectuur van gedistribueerd naar domeincontrole, en uiteindelijk richting centrale integratie, zullen er steeds meer multifunctionele en eenvoudige low-end chips worden vervangen, hoge prestaties, hoge rekenkracht en andere high-end Chips zullen de focus worden van de toekomstige concurrentie op auto-chips, aangezien de belangrijkste controlerol van de MCU door de toekomstige vermindering van het aantal ECU's relatief klein is, zoals de Tesla-chassiscontrole-ECU, een enkele bevat 3-4 MCU, maar een eenvoudige functie van de basis-MCU zal worden geïntegreerd.Over het geheel genomen is de markt voor auto-MCU's en de ruimte voor binnenlandse vervanging in de komende jaren ongetwijfeld enorm.
Posttijd: 01-feb-2023