01 La historia de crecimiento del MCU
MCU, microcontrolador, tiene un nombre muy conocido: microordenador de un solo chip.
Lo realmente bueno es mover un conjunto de sistemas informáticos básicos a un chip, incluida la versión interna del puerto serie del contador IO de la RAM ROM de la CPU. Aunque el rendimiento ciertamente no es tan amplio como el de una computadora, pero es programable de bajo consumo y flexible, por lo que en la electrónica de consumo y la comunicación en la industria médica, los automóviles tienen una gama muy amplia de aplicaciones.
Nació en 1971, Intel diseñó el primer microprocesador del mundo: el chip número 4004 de 4 bits, este chip integra más de 2.000 transistores, e Intel también diseñó chips 4001, 4002, 4003, RAM, ROM y registros.
Cuando estos cuatro productos salieron al mercado, Intel escribió en el anuncio “Anunciar una nueva era de circuitos integrados: microcomputadoras condensadas en un solo chip”.En ese momento, las minicomputadoras y mainframes eran principalmente procesadores de 8 y 16 bits, por lo que Intel pronto lanzó el microprocesador de 8 bits 8008 en 1972 para ganar rápidamente el mercado, abriendo la era de las microcomputadoras de un solo chip.
En 1976, Intel lanzó el primer controlador de microcomputadora programable 8748 del mundo, que integra CPU de 8 bits, E/S paralela de 8 bits, contador de 8 bits, RAM, ROM, etc., que puede satisfacer las necesidades de control industrial general y instrumentación, representada por 8748, abriendo la exploración de microcomputadoras de un solo chip en el campo industrial.
En la década de 1980, los microordenadores de un solo chip de 8 bits comenzaron a madurar, la capacidad de RAM y ROM aumentó, generalmente con interfaces serie, sistemas de procesamiento de interrupciones multinivel, múltiples contadores de 16 bits, etc. En 1983, Intel lanzó el MCS. -96 series de microcontroladores de alto rendimiento de 16 bits, con 120.000 transistores integrados.
Desde la década de 1990, el microordenador de un solo chip ha entrado en la etapa de un centenar de escuelas de pensamiento, en cuanto a rendimiento, velocidad, fiabilidad e integración en pleno apogeo, según el número de bits del bus o registros de datos, a partir de los 4 bits iniciales. desarrollado gradualmente, con microcomputadoras de un solo chip de 8, 16, 32 y 64 bits.
En la actualidad, el conjunto de instrucciones de las MCU se divide principalmente en CISC y RISC, y la arquitectura central es principalmente ARM Cortex, Intel 8051 y RISC-V.
Según el Resumen del mercado de microcontroladores generales (MCU) de China de 2020, los productos MCU de 32 bits representan hasta el 55% del mercado, seguidos de los productos de 8 bits, que representan el 43%, los productos de 4 bits representan el 2%, 16 Los productos de bits representan el 1%, se puede ver que los productos principales en el mercado son MCU de 32 y 8 bits, y el espacio de mercado de los productos MCU de 16 bits se ha reducido gravemente.
Los productos del conjunto de instrucciones CISC representaron el 24% del mercado, los productos del conjunto de instrucciones RISC representaron el 76% de los productos principales del mercado;Los productos centrales Intel 8051 representaron el 22% del mercado, seguidos por los productos ARM Cortex-M0, que representaron el 20%, los productos ARM Cortex-M3 representaron el 14%, los productos ARM Cortex-M4 representaron el 12% y los productos ARM Cortex-M0+ Representaron el 5%, los productos ARM Cortex-M23 representaron el 1%, los productos principales RISC-V representaron el 1% y otros representaron el 24%.Los productos ARM Cortex-M0+ representaron el 5%, los productos ARM Cortex-M23 representaron el 1%, los productos principales RISC-V representaron el 1% y otros representaron el 24%.En general, los núcleos de la serie ARM Cortex representan el 52% del mercado principal.
El mercado de MCU se ha enfrentado a importantes caídas de precios durante los últimos 20 años, pero la caída de su precio de venta promedio (ASP) se ha desacelerado en los últimos cinco años.Después de experimentar la desaceleración de la industria automotriz, la debilidad económica global y la crisis epidémica, el mercado de MCU comenzó a recuperarse en 2020. Según IC Insights, los envíos de MCU aumentaron un 8% en 2020 y los envíos totales de MCU en 2021 aumentaron a 12%, un récord de 30,9 mil millones, mientras que los ASP también aumentaron un 10%, el aumento más alto en 25 años.
IC Insights espera que los envíos de MCU alcancen los 35.800 millones de unidades en los próximos cinco años, con unas ventas totales de 27.200 millones de dólares.De estos, se espera que las ventas de MCU de 32 bits alcancen los 20 mil millones de dólares con una tasa de crecimiento anual compuesta del 9,4%, se espera que las MCU de 16 bits alcancen los 4,7 mil millones de dólares y no se espera que las MCU de 4 bits muestren crecimiento.
02 Coche MCU adelantamiento loco
La electrónica automotriz es el escenario de aplicación más grande de las MCU.IC Insights espera que las ventas mundiales de MCU crezcan un 10% hasta un récord de 21.500 millones de dólares en 2022, y que los MCU automotrices crezcan más que la mayoría de los demás mercados finales.
Más del 40% de las ventas de MCU provienen de la electrónica automotriz, y se espera que las ventas de MCU para automóviles crezcan a una tasa compuesta anual del 7,7% durante los próximos cinco años, superando a las MCU de uso general (7,3%).
En la actualidad, las MCU para automóviles son principalmente de 8, 16 y 32 bits, y diferentes bits de MCU desempeñan diferentes funciones.
Específicamente:
La MCU de 8 bits se utiliza principalmente para funciones de control relativamente básicas, como el control de asientos, aires acondicionados, ventiladores, ventanas y módulos de control de puertas.
La MCU de 16 bits se utiliza principalmente para la parte inferior de la carrocería, como el motor, el freno electrónico, el sistema de suspensión y otros sistemas de potencia y transmisión.
La MCU de 32 bits se adapta a la inteligencia automotriz y se utiliza principalmente para escenarios de aplicaciones seguras e inteligentes de alta gama, como entretenimiento en la cabina, ADAS y control de la carrocería.
En esta etapa, las MCU de 8 bits están creciendo en rendimiento y capacidad de memoria y, con su propia rentabilidad, pueden reemplazar algunas MCU de 16 bits en aplicaciones y también son compatibles con versiones anteriores de MCU de 4 bits.La MCU de 32 bits desempeñará un papel de control maestro cada vez más importante en toda la arquitectura E/E del automóvil, que puede gestionar cuatro unidades ECU dispersas de gama baja y media, y el número de usos seguirá aumentando.
La situación anterior coloca a la MCU de 16 bits en una posición relativamente incómoda, no alta sino baja, pero en algunos escenarios de aplicación sigue siendo útil, como algunas aplicaciones clave de sistemas de tren motriz.
La inteligencia automotriz ha aumentado significativamente la demanda de MCU de 32 bits, y se espera que más de tres cuartas partes de las ventas de MCU para automóviles procedan de MCU de 32 bits en 2021 alcancen alrededor de $ 5,83 mil millones;Las MCU de 16 bits generarán alrededor de 1.340 millones de dólares en ingresos;y las MCU de 8 bits generarán alrededor de 441 millones de dólares en ingresos, según el informe de McClean.
A nivel de aplicación, el infoentretenimiento es el escenario de aplicación con el mayor aumento año tras año en las ventas de MCU automotrices, con un crecimiento del 59% en 2021 en comparación con 2020 y un crecimiento de ingresos del 20% para los escenarios restantes.
Ahora todo el control electrónico del automóvil utiliza ECU (unidad de control electrónico), y la MCU es el chip de control central de la ECU, cada ECU tiene al menos una MCU, por lo que la etapa actual de transformación y actualización de la electrificación inteligente impulsó la demanda de El uso de vehículos individuales de MCU aumentará.
Según datos del Departamento de Investigación del Comité de Expertos en Comercialización Automotriz del Instituto de Comercialización de China, el número promedio de ECU que transportan los automóviles de combustible tradicional es 70;el número de ECU que llevan los automóviles de lujo con combustible tradicional puede llegar a 150 debido a los mayores requisitos de rendimiento para los asientos, el control central y el entretenimiento, la estabilidad de la carrocería y la seguridad;y el número medio de ECU que llevan los coches inteligentes puede llegar a 300 debido a los nuevos requisitos de software y hardware para la conducción autónoma y la conducción asistida, lo que corresponde a la cantidad de MCU utilizadas por los coches individuales también llegará a más de 300.
La fuerte demanda de MCU por parte de los fabricantes de automóviles es particularmente evidente en 2021, cuando hay escasez de núcleos debido a la epidemia.Ese año, muchas empresas automotrices tuvieron que cerrar brevemente algunas líneas de producción debido a la falta de núcleos, pero las ventas de MCU para automóviles se dispararon un 23% a 7.600 millones de dólares, un récord.
La mayoría de los chips automotrices se producen utilizando obleas de 8 pulgadas; algunos fabricantes, como TI, transfieren líneas de 12 pulgadas, IDM también será parte de la subcontratación de capacidad de fundición, que está dominada por MCU, aproximadamente el 70% de la capacidad es de TSMC. .Sin embargo, el negocio automotriz en sí representa una pequeña proporción de TSMC, y TSMC se enfoca en el campo de tecnología de procesos avanzados de la electrónica de consumo, por lo que el mercado de MCU para automóviles es particularmente escaso.
La escasez de chips para automóviles liderada por toda la industria de semiconductores también marcó el comienzo de una ola de expansión, las principales fundiciones y plantas de IDM expandieron activamente la producción, pero el enfoque es diferente.
Se espera que la planta de TSMC Kumamoto entre en funcionamiento a finales de 2024, además del proceso de 22/28 nm, proporcionará procesos de 12 y 16 nm, y la planta de Nanjing ampliará la producción a 28 nm, con una capacidad de producción mensual de 40.000 piezas;
SMIC planea ampliar la producción en al menos 45.000 obleas de 8 pulgadas y al menos 10.000 obleas de 12 pulgadas en 2021, y construir una línea de producción de 12 pulgadas con una capacidad mensual de 120.000 obleas en Lingang, centrándose en los nodos de 28 nm y superiores.
Huahong espera acelerar la expansión de la capacidad de producción de 12 pulgadas a 94.500 piezas en 2022;
Renesas anunció su participación en la planta Kumamoto de TSMC con la intención de expandir la subcontratación y apunta a aumentar el suministro de MCU automotrices en un 50 % para 2023, y se espera que la capacidad de MCU de alta gama aumente en un 50 % y la capacidad de MCU de gama baja en aproximadamente un 70 %. en comparación con finales de 2021.
STMicroelectronics invertirá 1.400 millones de dólares en 2022 para su expansión y planea duplicar la capacidad de sus plantas europeas para 2025, principalmente para aumentar la capacidad de 12 pulgadas, y para la capacidad de 8 pulgadas, STMicroelectronics actualizará selectivamente los productos que no requieran 12 pulgadas. tecnología de pulgadas.
Texas Instruments agregará cuatro nuevas plantas, se espera que la primera planta entre en operación en 2025, y la tercera y cuarta plantas se construirán entre 2026 y 2030;
ON Semiconductor aumentó su inversión de capital al 12%, principalmente para ampliar la capacidad de obleas de 12 pulgadas.
IC Insights tiene datos interesantes de que el ASP de todas las MCU de 32 bits está disminuyendo a una CAGR del -4,4% interanual entre 2015 y 2020, pero aumenta alrededor del 13% a aproximadamente $ 0,72 en 2021. Reflejado en el mercado al contado , la fluctuación de precios de los MCU automotrices es más obvia: el MCU NXP de 32 bits FS32K144HAT0MLH con un precio fijo de $ 22 aumentó a $ 550, un rango de más de 20 veces, que era uno de los chips automotrices más escasos en ese momento.
El MCU automotriz de 32 bits Infineon SAK-TC277TP-64F200N DC había aumentado a 4.500 yuanes, un aumento de casi 100 veces, la misma serie de SAK-TC275T-64F200N DC también se disparó a más de 2.000 yuanes.
Por otro lado, la electrónica de consumo originalmente popular comenzó a enfriarse, la débil demanda y la aceleración de la sustitución nacional, lo que hizo que los precios de los MCU de consumo de uso general volvieran a bajar, algunos modelos de chips ST como F0/F1/F3. Los precios de la serie se acercaron al precio normal, e incluso los rumores del mercado de que el precio de algunas MCU ha caído a través del precio de agencia.
Sin embargo, las MCU automotrices como Renesas, NXP, Infineon y ST todavía se encuentran en un estado de relativa escasez.Por ejemplo, el precio del MCU de 32 bits de alto rendimiento STM32H743VIT6 de ST subió a 600 yuanes a finales del año pasado, mientras que hace dos años su precio era de sólo 48 yuanes.El aumento es más de 10 veces;El precio de mercado de Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC en octubre del año pasado fue de aproximadamente $1200, la oferta de diciembre hasta $3800 e incluso en sitios web de terceros ofrecen más de $5000.
03 El mercado es grande y la producción nacional es pequeña.
El panorama competitivo de MCU está tan dominado por gigantes extranjeros como todo el entorno competitivo de semiconductores.En 2021, los cinco principales proveedores de MCU fueron NXP, Microchip, Renesas, ST e Infineon.Estos cinco proveedores de MCU representaron el 82,1% de las ventas globales totales, en comparación con el 72,2% en 2016, y el tamaño de las empresas principales creció en los años intermedios.
En comparación con las MCU industriales y de consumo, el umbral de certificación de MCU automotriz es alto y el período de certificación es largo, el sistema de certificación incluye la certificación estándar ISO26262, la certificación estándar AEC-Q001~004 e IATF16949, la certificación estándar AEC-Q100/Q104, de las cuales ISO26262 en La seguridad funcional automotriz se divide en cuatro niveles de ASIL-A a D. Por ejemplo, el chasis y otros escenarios tienen los requisitos de seguridad más altos y requieren certificación de nivel ASIL-D, pocos fabricantes de chips pueden cumplir con las condiciones.
Según los datos de Strategy Analysis, el mercado de MCU para automóviles a nivel mundial y nacional está ocupado principalmente por NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, con una participación de mercado del 85%.Aunque los MCU de 32 bits todavía están monopolizados por gigantes extranjeros, algunas empresas nacionales han despegado.
04 Conclusión
El rápido desarrollo de los vehículos eléctricos inteligentes, por lo que se han unido varios fabricantes de chips de consumo, como Nvidia, Qualcomm e Intel, han estado en la cabina inteligente y han logrado avances en chips de conducción autónoma, comprimiendo el espacio de supervivencia de los antiguos fabricantes de chips para automóviles.El desarrollo de MCU para automóviles ha pasado de centrarse en el autodesarrollo y la mejora del rendimiento a una competencia integral por la reducción de costos manteniendo las ventajas tecnológicas.
Con la arquitectura E / E automotriz desde distribuida hasta control de dominio y, eventualmente, hacia la integración central, habrá cada vez más chips multifuncionales y simples de gama baja, alto rendimiento, alta potencia informática y otros de gama alta. Los chips se convertirán en el foco de la futura competencia de chips automotrices, ya que la función de control principal de la MCU por la futura reducción del número de ECU es relativamente pequeña, como la ECU de control del chasis de Tesla, una sola contiene 3-4 MCU, pero algunas funciones simples de Se integrará la MCU básica.En general, el mercado de MCU para automóviles y el espacio para la sustitución nacional en los próximos años es sin duda enorme.
Hora de publicación: 01-feb-2023