2023, makina e çmendur MCU

01 Historia e rritjes së MCU

MCU, mikrokontrollues, ka një emër të njohur: mikrokompjuter me një çip.

Është me të vërtetë një vend i ëmbël që të zhvendosësh një grup të sistemit bazë kompjuterik në një çip, duke përfshirë versionin e brendshëm të portit serial të numëratorit të CPU RAM ROM IO, megjithëse performanca sigurisht nuk është aq e gjerë sa një kompjuter, por është i programueshëm me fuqi të ulët dhe fleksibël, kështu që në komunikimin elektronik të konsumit, industrinë mjekësore Makinat kanë një gamë shumë të gjerë aplikimesh.

Ai lindi në 1971, Intel krijoi mikroprocesorin e parë në botë - çipin 4-bit me numër 4004, ky çip integron më shumë se 2000 transistorë, dhe Intel gjithashtu projektoi 4001, 4002, 4003 çipa, RAM, ROM dhe regjistra.

Kur këto katër produkte dolën në treg, Intel shkroi në reklamë "Njoftoni një epokë të re të qarqeve të integruara: mikrokompjuterët e kondensuar në një çip të vetëm".Në atë kohë, minikompjuterët dhe mainframe ishin kryesisht procesorë 8-bit dhe 16-bit, kështu që Intel shpejt lançoi mikroprocesorin 8-bit 8008 në 1972 për të fituar shpejt tregun, duke hapur epokën e mikrokompjuterëve me një çip.

Në vitin 1976, Intel lançoi kontrolluesin e parë të programueshëm të mikrokompjuterit në botë 8748, i cili integron CPU 8-bit, I/O paralel 8-bit, numërues 8-bit, RAM, ROM, etj., të cilat mund të plotësojnë nevojat e kontrollit të përgjithshëm industrial dhe instrumentacion, i përfaqësuar nga 8748, duke hapur eksplorimin e mikrokompjuterëve me një çip në fushën industriale.

Në vitet 1980, mikrokompjuterët me një çip 8-bit filluan të bëhen më të pjekur, kapaciteti i RAM-it dhe ROM-it u rrit, përgjithësisht me ndërfaqe serike, sisteme të përpunimit të ndërprerjeve në shumë nivele, numërues të shumtë 16-bitësh, etj. Në 1983, Intel lançoi MCS -Seria 96 e mikrokontrolluesve 16-bit me performancë të lartë, me 120,000 transistorë të integruar.

Që nga vitet 1990, mikrokompjuteri me një çip ka hyrë në fazën e njëqind shkollave të mendimit, në performancë, shpejtësi, besueshmëri, integrim në lulëzim të plotë, sipas numrit të biteve të autobusit ose regjistrave të të dhënave, nga 4 bitët fillestarë. u zhvillua gradualisht, me mikrokompjuterë me një çip 8-bit, 16-bit, 32-bit dhe 64-bit.

Aktualisht, grupi i udhëzimeve të MCU-ve ndahet kryesisht në CISC dhe RISC, dhe arkitektura kryesore është kryesisht ARM Cortex, Intel 8051 dhe RISC-V.

Sipas Përmbledhjes së Tregut të Mikrokontrolluesit të Përgjithshëm të Kinës (MCU) 2020, produktet MCU 32-bit zënë deri në 55% të tregut, të ndjekur nga produktet 8-bit, që përbëjnë 43%, produktet 4-bit që përbëjnë 2%, 16 -produktet bit që përbëjnë 1%, mund të shihet se produktet kryesore në treg janë MCU 32-bit dhe 8-bit, dhe hapësira e tregut e produkteve MCU 16-bitëshe është shtrydhur rëndë.

Produktet e grupeve të udhëzimeve CISC përbënin 24% të tregut, produktet e grupeve të instruksioneve RISC përbënin 76% të produkteve kryesore të tregut;Produktet bazë Intel 8051 zënë 22% të tregut, të ndjekur nga produktet ARM Cortex-M0, me 20%, produktet ARM Cortex-M3 zënë 14%, produktet ARM Cortex-M4 zënë 12%, produktet ARM Cortex-M0+ zënë 5%, produktet ARM Cortex-M23 zënë 1%, produktet bazë RISC-V zënë 1%, dhe të tjerat 24%.Produktet ARM Cortex-M0+ përbënin 5%, produktet ARM Cortex-M23 përbënin 1%, produktet bazë RISC-V përbënin 1%, dhe të tjerët 24%.Në tërësi, bërthamat e serisë ARM Cortex përbëjnë 52% të rrjedhës kryesore të tregut.

Tregu MCU është përballur me rënie të konsiderueshme të çmimeve gjatë 20 viteve të fundit, por rënia e çmimit mesatar të shitjes (ASP) ka qenë duke u ngadalësuar gjatë pesë viteve të fundit.Pas përjetimit të rënies në industrinë e automobilave, dobësisë ekonomike globale dhe krizës epidemike, tregu MCU filloi të rimëkëmbet në vitin 2020. Sipas IC Insights, dërgesat e MCU u rritën me 8% në 2020 dhe totali i dërgesave të MCU në 2021 u rrit në 12%, një rekord i lartë prej 30.9 miliardë, ndërsa ASP-të gjithashtu u rritën me 10%, rritja më e lartë në 25 vjet.

IC Insights pret që dërgesat e MCU të arrijnë në 35.8 miliardë njësi gjatë pesë viteve të ardhshme, me shitje totale prej 27.2 miliardë dollarë.Nga këto, shitjet e MCU 32-bit pritet të arrijnë 20 miliardë dollarë me një normë rritjeje vjetore të përbërë prej 9.4%, MCU 16-bit pritet të arrijnë në 4.7 miliardë dollarë dhe MCU 4-bit nuk pritet të tregojnë rritje.

02 Makinë MCU parakalim i çmendur

Elektronika e automobilave është skenari më i madh i aplikimit të MCU.IC Insights pret që shitjet e MCU në mbarë botën të rriten me 10% në një rekord prej 21.5 miliardë dollarë në vitin 2022, me MCU-të e automobilave që rriten më shumë se shumica e tregjeve të tjera fundore.

Më shumë se 40% e shitjeve të MCU vijnë nga elektronika e automobilave dhe shitjet e MCU të automobilave pritet të rriten me një CAGR prej 7.7% gjatë pesë viteve të ardhshme, duke tejkaluar MCU-të për qëllime të përgjithshme (7.3%).

Aktualisht, MCU-të e automobilave janë kryesisht 8-bit, 16-bit dhe 32-bit, dhe pjesë të ndryshme të MCU-ve luajnë punë të ndryshme.

Konkretisht:

MCU 8-bit përdoret kryesisht për funksione relativisht bazë të kontrollit, të tilla si kontrolli i sediljeve, kondicionerëve, ventilatorëve, dritareve dhe moduleve të kontrollit të dyerve.

MCU 16-bit përdoret kryesisht për pjesën e poshtme të trupit, si motori, frenat elektronike, sistemi i pezullimit dhe sistemet e tjera të fuqisë dhe transmetimit.

MCU 32-bit i përshtatet inteligjencës së automobilave dhe përdoret kryesisht për skenarë aplikimesh inteligjente dhe të sigurta të nivelit të lartë, si argëtimi në kabinën e pilotit, ADAS dhe kontrolli i trupit.

Në këtë fazë, MCU-të 8-bit po rriten në performancën dhe kapacitetin e memories, dhe me efektivitetin e tyre të kostos, ato mund të zëvendësojnë disa MCU 16-bitësh në aplikacione dhe janë gjithashtu të pajtueshme me MCU-të 4-bit.MCU 32-bit do të luajë një rol gjithnjë e më të rëndësishëm kontrolli kryesor në të gjithë arkitekturën E/E të automobilave, i cili mund të menaxhojë katër njësi të shpërndara ECU të nivelit të ulët dhe të mesëm, dhe numri i përdorimeve do të vazhdojë të rritet.

Situata e mësipërme e bën MCU-në 16-bit në një pozicion relativisht të vështirë, jo të lartë, por të ulët, por në disa skenarë aplikimi, ai është ende i dobishëm, siç janë disa aplikacione kryesore të sistemeve të fuqisë.

Inteligjenca automobilistike ka rritur ndjeshëm kërkesën për MCU 32-bit, me më shumë se tre të katërtat e shitjeve të MCU të automobilave që vijnë nga MCU 32-bit në 2021, që pritet të arrijnë rreth 5.83 miliardë dollarë;MCU 16-bit do të gjenerojnë rreth 1.34 miliardë dollarë të ardhura;dhe MCU 8-bit do të gjenerojnë rreth 441 milionë dollarë të ardhura, sipas raportit të McClean.

Në nivelin e aplikacionit, infotainment është skenari i aplikacionit me rritjen më të lartë nga viti në vit në shitjet e MCU të automobilave, me 59% rritje në 2021 krahasuar me 2020, dhe 20% rritje të të ardhurave për skenarët e mbetur.

Tani i gjithë kontrolli elektronik i makinës për të përdorur ECU (njësia e kontrollit elektronik), dhe MCU është çipi kryesor i kontrollit ECU, çdo ECU ka të paktën një MCU, kështu që faza aktuale e transformimit dhe përmirësimit të elektrifikimit inteligjent nxiti kërkesën për Përdorimi i një automjeti të vetëm MCU do të rritet.

Sipas të dhënave nga Departamenti i Kërkimeve të Komitetit të Ekspertëve të Marketingut të Automjeteve të Institutit të Marketingut të Kinës, numri mesatar i ECU-ve të bartura nga makinat e zakonshme tradicionale me karburant është 70;numri i ECU-ve të bartura nga makinat luksoze tradicionale me karburant mund të arrijë në 150 për shkak të kërkesave më të larta të performancës për sediljet, kontrollin qendror dhe argëtimin, stabilitetin e trupit dhe sigurinë;dhe numri mesatar i ECU-ve të bartura nga makinat inteligjente mund të arrijë në 300 për shkak të kërkesave të reja të softuerit dhe harduerit për drejtimin autonom dhe drejtimin e asistuar, që korrespondon me sasinë e MCU të përdorur nga makinat e vetme do të arrijë gjithashtu më shumë se 300.

Kërkesa e fortë për MCU nga prodhuesit e automjeteve është veçanërisht e dukshme në vitin 2021, kur ka mungesë të bërthamave për shkak të epidemisë.Atë vit, shumë kompani makinash duhej të mbyllnin shkurtimisht disa linja prodhimi për shkak të mungesës së bërthamave, por shitjet e MCU-ve të automobilave u rritën me 23% në 7.6 miliardë dollarë, një rekord i lartë.

Shumica e çipave të automobilave prodhohen duke përdorur vaferë 8 inç, disa prodhues si transferimi i linjës TI në 12 inç, IDM do të jetë gjithashtu pjesë e fonderisë së kontraktimit të kapaciteteve, e cila dominohet nga MCU, rreth 70% e kapacitetit nga TSMC .Megjithatë, vetë biznesi i automobilave përbën një pjesë të vogël të TSMC dhe TSMC fokusohet në fushën e teknologjisë së përparuar të procesit të elektronikës së konsumit, kështu që tregu i MCU i automobilave është veçanërisht i pakët.

Mungesa e çipave të automobilave, e udhëhequr nga e gjithë industria e gjysmëpërçuesve, solli gjithashtu një valë zgjerimi, shkritoret kryesore dhe fabrikat IDM për të zgjeruar në mënyrë aktive prodhimin, por fokusi është i ndryshëm.

Impianti TSMC Kumamoto pritet të vihet në punë deri në fund të vitit 2024, përveç procesit 22/28 nm, ai do të ofrojë më tej procese 12 dhe 16 nm, dhe uzina e Nanjing do të zgjerojë prodhimin në 28 nm, me një kapacitet prodhimi mujor prej 40,000 copë;

SMIC planifikon të zgjerojë prodhimin me të paktën 45,000 vafera 8 inç dhe të paktën 10,000 vafera 12 inç në 2021, dhe të ndërtojë një linjë prodhimi 12 inç me një kapacitet mujor prej 120,000 vaferash në Lingang, duke u fokusuar në nodes 28nm e sipër.

Huahong pret të përshpejtojë zgjerimin e kapacitetit të prodhimit 12-inç në 94,500 copë në 2022;

Renesas njoftoi aksionet e saj në uzinën e TSMC në Kumamoto me synimin për të zgjeruar kontraktimin e jashtëm dhe synon të rrisë furnizimin me MCU të automobilave me 50% deri në vitin 2023, me kapacitetin e nivelit të lartë të MCU që pritet të rritet me 50% dhe kapaciteti i nivelit të ulët MCU me rreth 70% krahasuar me fundin e vitit 2021.

STMicroelectronics do të investojë 1.4 miliardë dollarë në 2022 për zgjerim dhe planifikon të dyfishojë kapacitetin e impianteve të saj evropiane deri në vitin 2025, kryesisht për të rritur kapacitetin 12 inç dhe për kapacitetin 8 inç, STMicroelectronics do të përmirësojë në mënyrë selektive për produktet që nuk kërkojnë 12- teknologji inç.

Texas Instruments do të shtojë katër impiante të reja, impianti i parë pritet të vihet në punë në vitin 2025 dhe impianti i tretë dhe i katërt do të ndërtohen midis 2026 dhe 2030;

ON Semiconductor rriti investimet e saj kapitale në 12%, kryesisht për zgjerimin e kapacitetit të vaferës 12 inç.

Vështrimet e IC kanë një të dhënë interesante që ASP-ja e të gjitha MCU-ve 32-bit po bie me një CAGR prej -4,4% nga viti në vit midis 2015 dhe 2020, por rritet me rreth 13% në rreth 0,72 dollarë në 2021. Reflektuar në tregun spot , luhatja e çmimit të MCU të automobilave është më e dukshme: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH me një çmim të qëndrueshëm prej 22 dollarësh u rrit deri në 550 dollarë, një gamë prej më shumë se 20 herë, që ishte një nga çipat më të rrallë të automobilave në atë kohë.

Infineon automobilistik 32-bit MCU SAK-TC277TP-64F200N DC ishte rritur në 4,500 juanë, një rritje prej gati 100 herë, e njëjta seri e SAK-TC275T-64F200N DC gjithashtu u rrit në më shumë se 2,000 juanë.

Nga ana tjetër, pajisjet elektronike të konsumit fillimisht të nxehta filluan të ftohen, kërkesa e dobët, si dhe përshpejtimi i zëvendësimit të brendshëm, duke bërë që çmimet e konsumit MCU për qëllime të përgjithshme të zbresin, disa modele të çipave ST si F0/F1/F3 Çmimet e serive arritën afër çmimit normal, madje edhe thashethemet e tregut se çmimi i disa MCU-ve ka rënë përmes çmimit të agjencisë.

Sidoqoftë, MCU-të e automobilave si Renesas, NXP, Infineon dhe ST janë ende në një gjendje të mungesës relative.Për shembull, çmimi i STM32-bit MCU STM32H743VIT6 me performancë të lartë të ST u rrit në 600 juanë në fund të vitit të kaluar, ndërsa çmimi i tij ishte vetëm 48 juanë dy vjet më parë.Rritja është më shumë se 10 herë;Çmimi i tregut të Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC në tetor të vitit të kaluar ishte rreth 1200 dollarë, oferta e dhjetorit deri në 3800 dollarë, madje edhe në faqet e internetit të palëve të treta ofrojnë më shumë se 5000 dollarë.

03 Tregu është i madh, dhe prodhimi vendas është i vogël

Peizazhi konkurrues i MCU është po aq i dominuar nga gjigantët e huaj sa i gjithë mjedisi konkurrues i gjysmëpërçuesve.Në vitin 2021, pesë shitësit kryesorë të MCU ishin NXP, Microchip, Renesas, ST dhe Infineon.Këta pesë shitës të MCU përbënin 82.1% të totalit të shitjeve globale, krahasuar me 72.2% në 2016, me madhësinë e kompanive kryesore në rritje në vitet e ndërmjetme.

Krahasuar me MCU-në e konsumatorit dhe atë industrial, pragu i certifikimit MCU i automobilave është i lartë dhe periudha e certifikimit është e gjatë, sistemi i certifikimit përfshin certifikimin standard ISO26262, certifikimin standard AEC-Q001~004 dhe IATF16949, AEC-Q100/Q106 të certifikimit standard ISO26 siguria funksionale e automobilave ndahet në katër nivele të ASIL-A deri në D. Për shembull, shasia dhe skenarët e tjerë kanë kërkesat më të larta të sigurisë dhe kërkojnë certifikim të nivelit ASIL-D, pak prodhues të çipave mund të plotësojnë kushtet.

Sipas të dhënave të Strategy Analysis, tregu global dhe vendas i MCU i automobilave është i zënë kryesisht nga NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, me një pjesë tregu prej 85%.Megjithëse MCU-të 32-bit janë ende të monopolizuara nga gjigantët e huaj, disa kompani vendase janë ngritur.

04 Përfundim

Zhvillimi i shpejtë i automjeteve elektrike inteligjente, kështu që një numër i prodhuesve të çipave të konsumit janë bashkuar, të tilla si Nvidia, Qualcomm, Intel kanë qenë në kabinën inteligjente, zbulime autonome të çipave të drejtimit, duke kompresuar hapësirën e mbijetesës së prodhuesve të vjetër të çipave të automobilave.Zhvillimi i MCU-ve të automobilave ka kaluar nga fokusimi në vetë-zhvillimin dhe përmirësimin e performancës në konkurrencë të gjithanshme për reduktimin e kostos duke ruajtur avantazhet teknologjike.

Me arkitekturën E/E të automobilave nga shpërndarja në kontrollin e domenit, dhe përfundimisht drejt integrimit qendror, do të ketë gjithnjë e më shumë çip multifunksional dhe të thjeshtë të nivelit të ulët do të zëvendësohet, me performancë të lartë, fuqi të lartë kompjuterike dhe të tjera të nivelit të lartë. çipat do të bëhen fokusi i konkurrencës së ardhshme të çipave të automobilave, pasi roli kryesor i kontrollit të MCU nga reduktimi i ardhshëm i numrit të ECU është relativisht i vogël, siç është ECU e kontrollit të shasisë Tesla, një i vetëm përmban 3-4 MCU, por disa funksione të thjeshta të MCU bazë do të integrohet.Në përgjithësi, tregu për MCU-të e automobilave dhe hapësira për zëvendësimin e brendshëm në vitet e ardhshme është padyshim i gjerë.