2023، MCU ماشین دیوانه

01 تاریخچه رشد MCU

MCU، میکروکنترلر، نام معروفی دارد: میکرو کامپیوتر تک تراشه.

جابجایی مجموعه ای از سیستم های کامپیوتری اولیه به یک تراشه، از جمله نسخه داخلی پورت سریال شمارنده ROM CPU ROM IO، واقعاً جای شیرینی است، اگرچه عملکرد مطمئناً به اندازه یک رایانه گسترده نیست، اما قابل برنامه ریزی و توان کم است. انعطاف پذیر، بنابراین در لوازم الکترونیکی مصرفی، ارتباطات صنعت پزشکی خودروها دارای طیف گسترده ای از کاربردها هستند.

در سال 1971 متولد شد، اینتل اولین ریزپردازنده جهان را طراحی کرد - تراشه 4 بیتی شماره 4004، این تراشه بیش از 2000 ترانزیستور را ادغام می کند، و اینتل همچنین تراشه های 4001، 4002، 4003، RAM، ROM و رجیسترها را طراحی کرد.

زمانی که این چهار محصول وارد بازار شدند، اینتل در تبلیغات خود نوشت: «عصر جدیدی از مدارهای مجتمع را اعلام کنید: میکرو رایانه‌ها بر روی یک تراشه متراکم شده‌اند».در آن زمان، مینی‌کامپیوترها و مین‌فریم‌ها عمدتاً پردازنده‌های 8 بیتی و 16 بیتی بودند، بنابراین اینتل به زودی ریزپردازنده 8 بیتی 8008 را در سال 1972 راه‌اندازی کرد تا سریعاً بازار را به دست آورد و عصر ریز رایانه‌های تک تراشه را باز کرد.

در سال 1976، اینتل اولین کنترلر 8748 میکروکامپیوتر قابل برنامه ریزی را راه اندازی کرد که دارای CPU 8 بیتی، ورودی/خروجی موازی 8 بیتی، شمارنده 8 بیتی، RAM، ROM و غیره است که می تواند نیازهای کنترل صنعتی عمومی و غیره را برآورده کند. ابزار دقیق، نشان داده شده توسط 8748، اکتشاف ریز کامپیوترهای تک تراشه در زمینه صنعتی.

در دهه 1980، میکروکامپیوترهای تک تراشه 8 بیتی شروع به بالغ شدن کردند، ظرفیت RAM و ROM به طور کلی با رابط های سریال، سیستم های پردازش وقفه چند سطحی، شمارنده های 16 بیتی متعدد و غیره افزایش یافت. در سال 1983، اینتل MCS را راه اندازی کرد. - سری 96 میکروکنترلرهای 16 بیتی با کارایی بالا، با 120000 ترانزیستور یکپارچه.

از دهه 1990، میکروکامپیوتر تک تراشه ای وارد مرحله صد مکتب فکری، در عملکرد، سرعت، قابلیت اطمینان، یکپارچگی در شکوفایی کامل، با توجه به تعداد بیت های گذرگاه یا ثبت داده ها، از 4 بیت اولیه شده است. به تدریج با میکروکامپیوترهای تک تراشه 8 بیتی، 16 بیتی، 32 بیتی و 64 بیتی توسعه یافت.

در حال حاضر، مجموعه دستورات MCU ها عمدتاً به CISC و RISC تقسیم می شوند و معماری هسته عمدتاً ARM Cortex، Intel 8051 و RISC-V است.

طبق گزارش بازار 2020 میکروکنترلر عمومی (MCU) چین، محصولات MCU 32 بیتی تا 55 درصد از بازار را به خود اختصاص می دهند و پس از آن محصولات 8 بیتی، 43 درصد، محصولات 4 بیتی 2 درصد، 16. محصولات بیتی که 1 درصد را به خود اختصاص می دهند، می توان مشاهده کرد که محصولات اصلی در بازار MCU های 32 بیتی و 8 بیتی هستند و فضای بازار محصولات 16 بیتی MCU به شدت تحت فشار قرار گرفته است.

محصولات مجموعه دستورالعمل CISC 24٪ از بازار را به خود اختصاص داده اند، محصولات مجموعه دستورالعمل RISC 76٪ از محصولات اصلی بازار را به خود اختصاص داده اند.محصولات هسته ای اینتل 8051 22 درصد از بازار را به خود اختصاص دادند و پس از آن محصولات ARM Cortex-M0 با 20 درصد، محصولات ARM Cortex-M3 14 درصد، محصولات ARM Cortex-M4 12 درصد، محصولات ARM Cortex-M0+ را به خود اختصاص دادند. 5٪، محصولات ARM Cortex-M23 1٪، محصولات اصلی RISC-V 1٪ و سایر محصولات 24٪ را به خود اختصاص دادند.محصولات ARM Cortex-M0+ 5٪، محصولات ARM Cortex-M23 1٪، محصولات اصلی RISC-V 1٪ و بقیه 24٪ را به خود اختصاص دادند.در کل، هسته های سری ARM Cortex 52 درصد از جریان اصلی بازار را تشکیل می دهند.

بازار MCU طی 20 سال گذشته با کاهش قیمت قابل توجهی روبرو بوده است، اما کاهش متوسط ​​قیمت فروش (ASP) آن طی پنج سال گذشته کند شده است.پس از تجربه رکود در صنعت خودرو، ضعف اقتصاد جهانی و بحران همه گیر، بازار MCU در سال 2020 شروع به بهبود کرد. طبق گزارش IC Insights، محموله های MCU در سال 2020 8 درصد افزایش یافت و کل محموله های MCU در سال 2021 به افزایش یافت. 12 درصد، بالاترین رکورد 30.9 میلیارد، در حالی که ASP ها نیز 10 درصد افزایش یافتند، بالاترین افزایش در 25 سال گذشته.

IC Insights انتظار دارد که محموله‌های MCU طی پنج سال آینده به 35.8 میلیارد دستگاه برسد و مجموع فروش آن 27.2 میلیارد دلار باشد.از این میان، انتظار می‌رود فروش MCU 32 بیتی به 20 میلیارد دلار با نرخ رشد مرکب سالانه 9.4، MCU 16 بیتی به 4.7 میلیارد دلار برسد و MCU‌های 4 بیتی رشد نشان نمی‌دهند.

02 ماشین MCU سبقت دیوانه وار

الکترونیک خودرو بزرگترین سناریوی کاربردی MCU است.IC Insights انتظار دارد که فروش MCU در سراسر جهان با رشد 10 درصدی به رکورد 21.5 میلیارد دلار در سال 2022 برسد و MCU های خودرو بیش از سایر بازارهای نهایی رشد کنند.

بیش از 40 درصد از فروش MCU از لوازم الکترونیکی خودرو حاصل می شود و انتظار می رود فروش MCU خودرو با CAGR 7.7 درصد در پنج سال آینده رشد کند و از MCU های همه منظوره (7.3 درصد) پیشی بگیرد.

در حال حاضر MCU های خودرو عمدتاً 8 بیتی، 16 بیتی و 32 بیتی هستند و بیت های مختلف MCU کارهای مختلفی را انجام می دهند.

به طور مشخص:

MCU 8 بیتی عمدتاً برای عملکردهای کنترل نسبتاً اولیه مانند کنترل صندلی ها، تهویه مطبوع، پنکه ها، پنجره ها و ماژول های کنترل درب استفاده می شود.

MCU 16 بیتی عمدتاً برای پایین بدنه مانند موتور، ترمز الکترونیکی، سیستم تعلیق و سایر سیستم های قدرت و انتقال استفاده می شود.

MCU 32 بیتی متناسب با هوش خودرو است و عمدتاً برای سناریوهای کاربردی هوشمند و ایمن مانند سرگرمی های کابین خلبان، ADAS و کنترل بدنه استفاده می شود.

در این مرحله، MCU های 8 بیتی از نظر عملکرد و ظرفیت حافظه در حال رشد هستند و با مقرون به صرفه بودن خود، می توانند جایگزین برخی از MCU های 16 بیتی در برنامه ها شوند و همچنین با MCU های 4 بیتی سازگار هستند.MCU 32 بیتی نقش مهمی در کنترل اصلی در کل معماری E/E خودرو ایفا می کند که می تواند چهار واحد ECU رده پایین و میان رده پراکنده را مدیریت کند و تعداد استفاده ها همچنان رو به افزایش خواهد بود.

وضعیت فوق باعث می شود که MCU 16 بیتی در موقعیت نسبتاً نامناسبی قرار گیرد، نه در بالا بلکه پایین، اما در برخی از سناریوهای کاربردی، مانند برخی از برنامه های کلیدی سیستم های انتقال قدرت، همچنان مفید است.

هوش خودرو به طور قابل توجهی تقاضا برای MCU های 32 بیتی را افزایش داده است، با بیش از سه چهارم فروش MCU خودرو از MCU های 32 بیتی در سال 2021، انتظار می رود به حدود 5.83 میلیارد دلار برسد.MCU های 16 بیتی حدود 1.34 میلیارد دلار درآمد ایجاد خواهند کرد.طبق گزارش McClean و MCU های 8 بیتی حدود 441 میلیون دلار درآمد ایجاد خواهند کرد.

در سطح برنامه، سرگرمی اطلاعاتی سناریوی کاربردی با بیشترین افزایش سال به سال در فروش MCU خودرو است، با رشد 59 درصدی در سال 2021 نسبت به سال 2020، و رشد درآمدی 20 درصدی برای سناریوهای باقی مانده.

در حال حاضر تمام کنترل الکترونیکی خودرو برای استفاده از ECU (واحد کنترل الکترونیکی)، و MCU هسته کنترل تراشه ECU است، هر ECU حداقل یک MCU دارد، بنابراین مرحله فعلی تحول و ارتقاء برق هوشمند باعث تقاضا برای استفاده از MCU تک وسیله نقلیه برای افزایش.

طبق داده‌های بخش تحقیقات کمیته تخصصی بازاریابی خودرو در موسسه بازاریابی چین، میانگین تعداد ECU‌های حمل شده توسط خودروهای سوخت سنتی معمولی 70 است.تعداد ECU های حمل شده توسط خودروهای سوخت سنتی لوکس می تواند به 150 عدد برسد زیرا الزامات عملکرد بالاتر برای صندلی ها، کنترل مرکزی و سرگرمی، ثبات بدنه و ایمنی لازم است.و میانگین تعداد ECU های حمل شده توسط خودروهای هوشمند به دلیل نیازهای نرم افزاری و سخت افزاری جدید برای رانندگی خودران و کمک رانندگی می تواند به 300 برسد که مطابق با مقدار MCU استفاده شده توسط خودروهای تک نیز به بیش از 300 خواهد رسید.

تقاضای قوی برای MCU از سوی خودروسازان به ویژه در سال 2021 مشهود است، زمانی که کمبود هسته به دلیل همه گیری وجود دارد.در آن سال، بسیاری از شرکت‌های خودروسازی مجبور شدند برای مدت کوتاهی برخی از خطوط تولید خود را به دلیل کمبود هسته تعطیل کنند، اما فروش MCU‌های خودرو با 23 درصد افزایش به 7.6 میلیارد دلار رسید که یک رکورد بالا بود.

بیشتر تراشه های خودرو با استفاده از ویفرهای 8 اینچی تولید می شوند، برخی از تولیدکنندگان مانند انتقال خط TI به 12 اینچ، IDM نیز بخشی از ریخته گری برون سپاری ظرفیت خواهد بود که تحت سلطه MCU است، حدود 70 درصد از ظرفیت توسط TSMC. .با این حال، خود کسب و کار خودرو بخش کوچکی از TSMC را به خود اختصاص می دهد و TSMC بر حوزه فناوری فرآیند پیشرفته لوازم الکترونیکی مصرفی تمرکز می کند، بنابراین بازار MCU خودرو به ویژه کمیاب است.

کمبود تراشه‌های خودرو که توسط کل صنعت نیمه‌رسانا هدایت می‌شود، موجی از گسترش را به راه انداخت، کارخانه‌های ریخته‌گری بزرگ و کارخانه‌های IDM به طور فعال تولید را گسترش دادند، اما تمرکز متفاوت است.

انتظار می رود کارخانه TSMC کوماموتو تا پایان سال 2024 به بهره برداری برسد، علاوه بر فرآیند 22/28 نانومتری، فرآیندهای 12 و 16 نانومتری را نیز ارائه خواهد کرد و کارخانه نانجینگ تولید را به 28 نانومتر با ظرفیت تولید ماهانه افزایش خواهد داد. 40000 قطعه;

SMIC قصد دارد تولید خود را با حداقل 45000 ویفر 8 اینچی و حداقل 10000 ویفر 12 اینچی در سال 2021 گسترش دهد و خط تولید 12 اینچی با ظرفیت ماهانه 120000 ویفر را در Lingang با تمرکز بر نودس های 28nm و بالاتر بسازد.

Huahong انتظار دارد افزایش ظرفیت تولید 12 اینچی را به 94500 قطعه در سال 2022 سرعت بخشد.

رنساس سهام خود را در کارخانه کوماموتو TSMC با هدف توسعه برون سپاری اعلام کرد و قصد دارد تا سال 2023 عرضه MCU خودرو را تا 50 درصد افزایش دهد، با انتظار می رود ظرفیت MCU سطح بالا تا 50 درصد و ظرفیت MCU پایین رده تا حدود 70 درصد افزایش یابد. نسبت به پایان سال 2021

STMicroelectronics در سال 2022 1.4 میلیارد دلار برای توسعه سرمایه گذاری خواهد کرد و قصد دارد تا سال 2025 ظرفیت کارخانه های اروپایی خود را دو برابر کند، عمدتاً برای افزایش ظرفیت 12 اینچی، و برای ظرفیت 8 اینچی، STMicroelectronics به طور انتخابی برای محصولاتی که به 12- نیاز ندارند ارتقا خواهد داد. تکنولوژی اینچ

تگزاس اینسترومنتز چهار کارخانه جدید اضافه خواهد کرد، انتظار می رود اولین کارخانه در سال 2025 به بهره برداری برسد و کارخانه سوم و چهارم بین سال های 2026 تا 2030 ساخته شود.

ON Semiconductor سرمایه گذاری خود را به 12% افزایش داد، عمدتاً برای افزایش ظرفیت ویفر 12 اینچی.

بینش‌های IC داده‌های جالبی دارند مبنی بر اینکه ASP همه MCU‌های 32 بیتی با CAGR -4.4 درصد سال به سال بین سال‌های 2015 تا 2020 کاهش می‌یابد، اما در سال 2021 با حدود 13 درصد افزایش به حدود 0.72 دلار رسیده است. ، نوسان قیمت MCU خودرو آشکارتر است: NXP 32 بیتی MCU FS32K144HAT0MLH با قیمت ثابت 22 دلار تا 550 دلار افزایش یافت، محدوده ای بیش از 20 برابر که یکی از کمیاب ترین تراشه های خودرو در آن زمان بود.

Infineon 32 بیتی خودرو MCU SAK-TC277TP-64F200N DC به 4500 یوان افزایش یافته بود، افزایشی نزدیک به 100 برابر، همان سری SAK-TC275T-64F200N DC نیز به بیش از 2000 یوان افزایش یافت.

از طرف دیگر، لوازم الکترونیکی مصرفی اولیه داغ شروع به خنک شدن کردند، تقاضای ضعیف و همچنین تسریع جایگزینی داخلی، کاهش قیمت های عمومی مصرف کننده MCU، برخی از مدل های تراشه ST مانند F0/F1/F3. قیمت های سری به قیمت عادی نزدیک شد و حتی شایعات بازار مبنی بر کاهش قیمت برخی از MCU ها از طریق قیمت نمایندگی منتشر شد.

با این حال، MCU های خودرویی مانند Renesas، NXP، Infineon و ST هنوز در وضعیت کمبود نسبی هستند.به عنوان مثال، قیمت MCU STM32H743VIT6 32 بیتی ST با کارایی بالا در پایان سال گذشته به 600 یوان رسید، در حالی که قیمت آن دو سال پیش تنها 48 یوان بود.افزایش بیش از 10 برابر است.قیمت بازار Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N در اکتبر سال گذشته در حدود 1200 دلار، پیشنهاد دسامبر تا 3800 دلار و حتی در وب سایت های شخص ثالث بیش از 5000 دلار ارائه می شود.

03 بازار بزرگ است و تولید داخلی کم است

چشم انداز رقابتی MCU به اندازه کل محیط رقابتی نیمه هادی ها تحت سلطه غول های خارج از کشور است.در سال 2021، پنج فروشنده برتر MCU NXP، Microchip، Renesas، ST و Infineon بودند.این پنج فروشنده MCU 82.1 درصد از کل فروش جهانی را به خود اختصاص دادند، در مقایسه با 72.2 درصد در سال 2016، با رشد اندازه شرکت های اصلی در سال های میانی.

در مقایسه با MCU مصرف کننده و صنعتی، آستانه صدور گواهینامه MCU خودرو بالا و دوره صدور گواهینامه طولانی است، سیستم صدور گواهینامه شامل گواهینامه استاندارد ISO26262، گواهینامه استاندارد AEC-Q001~004 و IATF16949، AEC-Q100/Q106 با گواهینامه استاندارد ISO26 است. ایمنی عملکردی خودرو به چهار سطح ASIL-A تا D تقسیم می‌شود. برای مثال، شاسی و سناریوهای دیگر بالاترین الزامات ایمنی را دارند و نیاز به گواهینامه سطح ASIL-D دارند، تولیدکنندگان تراشه‌های کمی می‌توانند شرایط را برآورده کنند.

بر اساس داده های تحلیل استراتژی، بازار جهانی و داخلی MCU خودرو عمدتاً توسط NXP، Renesas، Infineon، Texas Instruments، Microchip با سهم بازار 85 درصد اشغال شده است.اگرچه MCU های 32 بیتی هنوز در انحصار غول های خارج از کشور هستند، برخی از شرکت های داخلی شروع به کار کرده اند.

04 نتیجه گیری

توسعه سریع وسایل نقلیه الکتریکی هوشمند، بنابراین تعدادی از سازندگان تراشه های مصرف کننده به آن پیوسته اند، مانند انویدیا، کوالکام، اینتل در کابین خلبان هوشمند، پیشرفت های تراشه های رانندگی مستقل، فشرده سازی فضای بقای تولید کنندگان تراشه های خودروی قدیمی.توسعه MCU های خودرو از تمرکز بر توسعه خود و بهبود عملکرد به رقابت همه جانبه برای کاهش هزینه و حفظ مزایای تکنولوژیک تبدیل شده است.

با معماری E/E خودرو از توزیع به کنترل دامنه، و در نهایت به سمت یکپارچگی مرکزی، تراشه های چند منظوره و ساده ی کم پایان بیشتری جایگزین خواهند شد، با کارایی بالا، قدرت محاسباتی بالا و سایر رده های بالا. تراشه‌ها به کانون رقابت تراشه‌های خودرو در آینده تبدیل خواهند شد، زیرا نقش کنترل اصلی MCU توسط کاهش تعداد ECU آینده نسبتاً کوچک است، مانند ECU کنترل شاسی تسلا، یک واحد شامل 3-4 MCU، اما برخی از عملکردهای ساده MCU اصلی یکپارچه خواهد شد.به طور کلی، بازار MCU های خودرو و فضای جایگزینی داخلی در سال های آینده بدون شک گسترده است.