01 Tillväxthistorien för MCU
MCU, mikrokontroller, den har ett välkänt namn: single-chip mikrodator.
Det är verkligen söt plats är att flytta en uppsättning grundläggande datorsystem till ett chip, inklusive den interna versionen av CPU RAM ROM IO counter seriell port, även om prestandan är verkligen inte lika bred som en dator, men det är lågeffekt programmerbar och flexibel, så inom konsumentelektronik, medicinsk industri kommunikation Bilar har ett mycket brett utbud av tillämpningar.
Det föddes 1971, Intel designade världens första mikroprocessor – nummer 4004 4-bitars chip, detta chip integrerar mer än 2 000 transistorer, och Intel designade också 4001, 4002, 4003 chips, RAM, ROM och register.
När dessa fyra produkter gick ut på marknaden skrev Intel i annonsen "Tillkännage en ny era av integrerade kretsar: mikrodatorer kondenserade på ett enda chip."På den tiden var minidatorer och stordatorer huvudsakligen 8-bitars och 16-bitars processorer, så Intel lanserade snart 8-bitars mikroprocessor 8008 1972 för att snabbt vinna marknaden, vilket öppnade eran med enchips mikrodatorer.
1976 lanserade Intel världens första programmerbara mikrodatorkontroller 8748, som integrerar 8-bitars CPU, 8-bitars parallell I/O, 8-bitars räknare, RAM, ROM, etc., som kan möta behoven för allmän industriell kontroll och instrumentation, representerad av 8748, öppnar utforskningen av mikrodatorer med ett chip inom industriområdet.
På 1980-talet började 8-bitars enchips mikrodatorer att bli mer mogna, RAM- och ROM-kapaciteten ökade, i allmänhet med seriella gränssnitt, multi-level interrupt processing system, flera 16-bitars räknare, etc. 1983 lanserade Intel MCS -96 serier av 16-bitars högpresterande mikrokontroller, med 120 000 integrerade transistorer.
Sedan 1990-talet har mikrodatorn med ett chip kommit in i stadiet av hundra tankeskolor, i prestanda, hastighet, tillförlitlighet, integration i full blom, enligt antalet bitar i bussen eller dataregistren, från de första 4 bitarna gradvis utvecklas, med 8-bitars, 16-bitars, 32-bitars och 64-bitars enchips mikrodatorer.
För närvarande är instruktionsuppsättningen av MCU:er huvudsakligen uppdelad i CISC och RISC, och kärnarkitekturen är huvudsakligen ARM Cortex, Intel 8051 och RISC-V.
Enligt 2020 China General Microcontroller (MCU) Market Brief står 32-bitars MCU-produkter för upp till 55 % av marknaden, följt av 8-bitars produkter, som står för 43 %, 4-bitars produkter står för 2 %, 16 -bitars produkter som står för 1%, kan det ses att de vanliga produkterna på marknaden är 32-bitars och 8-bitars MCU:er, och marknadsutrymmet för 16-bitars MCU-produkter har pressats hårt.
CISC-instruktionsprodukter stod för 24 % av marknaden, RISC-instruktionsprodukter stod för 76 % av marknadens vanliga produkter;Intel 8051-kärnprodukter stod för 22 % av marknaden, följt av ARM Cortex-M0-produkter, stod för 20 %, ARM Cortex-M3-produkter stod för 14 %, ARM Cortex-M4-produkter stod för 12 %, ARM Cortex-M0+-produkter stod för 5 %, ARM Cortex-M23-produkter stod för 1 %, RISC-V-kärnprodukter stod för 1 % och andra stod för 24 %.ARM Cortex-M0+-produkter stod för 5 %, ARM Cortex-M23-produkter stod för 1 %, RISC-V-kärnprodukter stod för 1 % och andra stod för 24 %.På det hela taget står kärnor i ARM Cortex-serien för 52% av marknadens mainstream.
MCU-marknaden har stått inför betydande prisnedgångar under de senaste 20 åren, men dess genomsnittliga försäljningspris (ASP) nedgång har avtagit under de senaste fem åren.Efter att ha upplevt nedgången i fordonsindustrin, den globala ekonomiska svagheten och den epidemiska krisen började MCU-marknaden återhämta sig 2020. Enligt IC Insights ökade MCU-transporterna med 8 % 2020, och de totala MCU-transporterna 2021 ökade till 12 %, en rekordhög nivå på 30,9 miljarder, medan ASP:er också steg med 10 %, den högsta ökningen på 25 år.
IC Insights förväntar sig att MCU-leveranserna kommer att nå 35,8 miljarder enheter under de kommande fem åren, med en total försäljning på 27,2 miljarder USD.Av dessa förväntas 32-bitars MCU-försäljning uppgå till 20 miljarder USD med en sammansatt årlig tillväxttakt på 9,4 %, 16-bitars MCU förväntas nå 4,7 miljarder USD och 4-bitars MCU förväntas inte visa tillväxt.
02 Bil MCU galen omkörning
Bilelektronik är det största tillämpningsscenariot för MCU:er.IC Insights förväntar sig att den globala MCU-försäljningen kommer att växa med 10 % till rekordstora 21,5 miljarder USD 2022, med MCU:er för bilar som växer mer än de flesta andra slutmarknader.
Mer än 40 % av MCU-försäljningen kommer från fordonselektronik, och MCU-försäljningen för fordon förväntas växa med en CAGR på 7,7 % under de kommande fem åren, överträffa MCU:er för allmänna ändamål (7,3 %).
För närvarande är MCU:er för fordon huvudsakligen 8-bitars, 16-bitars och 32-bitars, och olika bitar av MCU:er spelar olika jobb.
Specifikt:
8-bitars MCU används huvudsakligen för relativt grundläggande kontrollfunktioner, såsom styrning av säten, luftkonditionering, fläktar, fönster och dörrkontrollmoduler.
16-bitars MCU används främst för underkroppen, såsom motor, elektronisk broms, fjädringssystem och andra kraft- och transmissionssystem.
32-bitars MCU passar fordonsintelligensen och används främst för avancerade intelligenta och säkra applikationsscenarier som cockpitunderhållning, ADAS och kroppskontroll.
I detta skede växer 8-bitars MCU:er i prestanda och minneskapacitet, och med sin egen kostnadseffektivitet kan de ersätta vissa 16-bitars MCU:er i applikationer och är även bakåtkompatibla med 4-bitars MCU:er.32-bitars MCU kommer att spela en allt viktigare huvudkontrollroll i hela fordons E/E-arkitekturen, som kan hantera fyra utspridda low-end och mid-range ECU-enheter, och antalet användningar kommer att fortsätta att öka.
Ovanstående situation gör att 16-bitars MCU befinner sig i en relativt besvärlig position, inte hög utan låg, men i vissa applikationsscenarier är den fortfarande användbar, till exempel några viktiga tillämpningar av drivlinssystem.
Bilintelligens har avsevärt ökat efterfrågan på 32-bitars MCU:er, med mer än tre fjärdedelar av försäljningen av MCU:er för bilar som kommer från 32-bitars MCU:er 2021, som förväntas uppgå till cirka 5,83 miljarder USD;16-bitars MCU:er kommer att generera cirka 1,34 miljarder USD i intäkter;och 8-bitars MCU:er kommer att generera cirka 441 miljoner dollar i intäkter, enligt McClean-rapporten.
På applikationsnivå är infotainment det applikationsscenario som har den högsta ökningen jämfört med föregående år av försäljningen av MCU för bilar, med 59 % tillväxt 2021 jämfört med 2020, och 20 % intäktsökning för de återstående scenarierna.
Nu all elektronisk styrning av bilen för att använda ECU (elektronisk styrenhet), och MCU är kärnan kontroll chip ECU, varje ECU har minst en MCU, så det nuvarande skedet av omvandlingen och uppgraderingen av intelligent elektrifiering föranledde efterfrågan på MCU enstaka fordon användning att öka.
Enligt uppgifter från forskningsavdelningen för Automotive Marketing Expert Committee vid China Marketing Institute är det genomsnittliga antalet ECU:er som bärs av vanliga traditionella bränslebilar 70;antalet ECU:er som transporteras av traditionella lyxbilar kan nå 150 på grund av högre prestandakrav för säten, central kontroll och underhållning, karossstabilitet och säkerhet;och det genomsnittliga antalet ECU som bärs av smarta bilar kan nå 300 på grund av de nya mjukvaru- och hårdvarukraven för autonom körning och assisterad körning, vilket motsvarar mängden MCU som används av enstaka bilar kommer också att nå mer än 300.
Den starka efterfrågan på MCU från biltillverkare är särskilt tydlig 2021, när det råder brist på kärnor på grund av epidemin.Det året var många bilföretag tvungna att stänga ner vissa produktionslinjer kort på grund av brist på kärnor, men försäljningen av MCU:er för bilar steg med 23 % till 7,6 miljarder dollar, en rekordhög nivå.
De flesta bilchips produceras med 8-tums wafers, vissa tillverkare som TI till 12-tums linjeöverföring, IDM kommer också att ingå i gjuteriet för outsourcing av kapacitet, som domineras av MCU, cirka 70 % av kapaciteten av TSMC .Bilbranschen står dock för en liten del av TSMC, och TSMC fokuserar på det avancerade processteknikområdet konsumentelektronik, så marknaden för MCU för fordon är särskilt knapp.
Bristen på bilchips ledd av hela halvledarindustrin inledde också en expansionsvåg, de stora gjuterierna och IDM-fabrikerna att aktivt utöka produktionen, men fokus är annorlunda.
TSMC Kumamoto-anläggningen förväntas tas i drift i slutet av 2024, förutom 22/28nm-processen kommer den att tillhandahålla 12- och 16nm-processer, och Nanjing-anläggningen kommer att utöka produktionen till 28nm, med en månatlig produktionskapacitet på 40 000 stycken;
SMIC planerar att utöka produktionen med minst 45 000 8-tums wafers och minst 10 000 12-tums wafers 2021, och bygga en 12-tums produktionslinje med en månatlig kapacitet på 120 000 wafers i Lingang, med fokus på 28nm och över noderna.
Huahong förväntar sig att påskynda expansionen av 12-tums produktionskapacitet till 94 500 stycken 2022;
Renesas tillkännagav sin andel i TSMC:s Kumamoto-anläggning med avsikten att utöka outsourcing, och syftar till att öka utbudet av MCU för bilar med 50 % till 2023, med avancerad MCU-kapacitet som förväntas öka med 50 % och MCU-kapaciteten i low-end med cirka 70 % jämfört med slutet av 2021.
STMicroelectronics kommer att investera 1,4 miljarder dollar 2022 för expansion, och planerar att fördubbla kapaciteten i sina europeiska fabriker till 2025, främst för att öka 12-tumskapaciteten, och för 8-tums kapacitet kommer STMicroelectronics selektivt att uppgradera för produkter som inte kräver 12-tums kapacitet. tum teknologi.
Texas Instruments kommer att lägga till fyra nya anläggningar, den första anläggningen förväntas tas i drift 2025, och den tredje och fjärde anläggningen kommer att byggas mellan 2026 och 2030;
ON Semiconductor ökade sin kapitalinvestering till 12 %, främst för 12-tums waferkapacitetsutbyggnad.
IC insights har en intressant data om att ASP för alla 32-bitars MCU:er minskar med en CAGR på -4,4 % på årsbasis mellan 2015 och 2020, men stiger med cirka 13 % till cirka 0,72 USD 2021. Återspeglas på spotmarknaden , prisfluktuationen för bil-MCU är mer uppenbar: NXP 32-bitars MCU FS32K144HAT0MLH med ett stående pris på $22 steg upp till $550, ett intervall på mer än 20 gånger, vilket var en av de mest knappa bilchipsen vid den tiden.
Infineon 32-bitars MCU SAK-TC277TP-64F200N DC hade stigit till 4 500 yuan, en ökning med nästan 100 gånger, samma serie av SAK-TC275T-64F200N DC steg också till mer än 2 000 yuan.
Å andra sidan började den ursprungligen heta hemelektroniken svalna, den svaga efterfrågan, såväl som accelerationen av inhemsk substitution, vilket gjorde att priserna på konsument-MCU för allmänt bruk gick tillbaka, vissa ST-chipmodeller som F0/F1/F3 seriepriserna kom nära det normala priset, och till och med marknaden rykten om att priset på vissa MCU:er har fallit genom byråpriset.
Men MCU:er för fordon som Renesas, NXP, Infineon och ST är fortfarande i ett tillstånd av relativ brist.Till exempel klättrade priset på ST:s högpresterande 32-bitars MCU STM32H743VIT6 till 600 yuan i slutet av förra året, medan priset bara var 48 yuan för två år sedan.Ökningen är mer än 10 gånger;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC marknadspris i oktober förra året på cirka $1200, decembererbjudande upp till $3800, och även på tredjepartswebbplatser erbjuder mer än $5000.
03 Marknaden är stor och den inhemska produktionen liten
MCU:s konkurrensbild är lika dominerad av utländska jättar som hela halvledarkonkurrensmiljön.År 2021 var de fem främsta MCU-leverantörerna NXP, Microchip, Renesas, ST och Infineon.Dessa fem MCU-leverantörer stod för 82,1 % av den totala globala försäljningen, jämfört med 72,2 % 2016, med storleken på huvudföretagen som växer under de mellanliggande åren.
Jämfört med konsument- och industri-MCU är certifieringströskeln för fordons-MCU hög och certifieringsperioden är lång, certifieringssystemet inkluderar ISO26262-standardcertifiering, AEC-Q001~004 och IATF16949 standardcertifiering, AEC-Q100/Q104 standardcertifiering, varav ISO26262 fordonsfunktionell säkerhet är indelad i fyra nivåer av ASIL-A till D. Till exempel har chassit och andra scenarier de högsta säkerhetskraven och kräver ASIL-D-nivåcertifiering, få chiptillverkare kan uppfylla villkoren.
Enligt data från strategianalys ockuperas den globala och inhemska MCU-marknaden för fordon huvudsakligen av NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, med en marknadsandel på 85%.Även om 32-bitars MCU:er fortfarande monopoliseras av utländska jättar, har vissa inhemska företag tagit fart.
04 Slutsats
Den snabba utvecklingen av intelligenta elfordon, så ett antal konsumentkretstillverkare har anslutit sig, såsom Nvidia, Qualcomm, Intel har varit i den intelligenta cockpiten, genombrott för autonom körning av chip, komprimera överlevnadsutrymmet för de gamla tillverkarna av bilchips.Utvecklingen av MCU:er för bilar har gått från att fokusera på självutveckling och prestandaförbättring till allsidig konkurrens för kostnadsreduktion samtidigt som de tekniska fördelarna bibehålls.
Med E/E-arkitekturen för fordon från distribuerad till domänkontroll, och så småningom mot central integration, kommer det att finnas fler och fler multifunktionella och enkla low-end chip kommer att ersättas, högpresterande, hög datorkraft och andra high-end chips kommer att bli fokus för framtida bilchipskonkurrens, eftersom den huvudsakliga kontrollrollen för MCU:n genom den framtida minskningen av antalet ECU är relativt liten, såsom Teslas chassikontroll-ECU, en singel innehåller 3-4 MCU, men någon enkel funktion av den grundläggande MCU kommer att integreras.Sammantaget är marknaden för MCU:er för fordon och utrymmet för inhemsk ersättning under de kommande åren utan tvekan enorm.
Posttid: 2023-01-01