2023, o carro maluco MCU

01 A história de crescimento do MCU

MCU, microcontrolador, tem um nome bem conhecido: microcomputador de chip único.

É um lugar realmente agradável é mover um conjunto de sistema de computador básico para um chip, incluindo a versão interna da porta serial do contador CPU RAM ROM IO, embora o desempenho certamente não seja tão amplo quanto um computador, mas é programável de baixo consumo de energia e flexível, portanto, na eletrônica de consumo, na comunicação da indústria médica, os carros têm uma ampla gama de aplicações.

Nasceu em 1971, a Intel projetou o primeiro microprocessador do mundo – o chip número 4004 de 4 bits, esse chip integra mais de 2.000 transistores, e a Intel também projetou chips 4001, 4002, 4003, RAM, ROM e registros.

Quando esses quatro produtos foram lançados no mercado, a Intel escreveu no anúncio “Anuncie uma nova era de circuitos integrados: microcomputadores condensados ​​em um único chip”.Naquela época, os minicomputadores e mainframes eram principalmente processadores de 8 e 16 bits, então a Intel logo lançou o microprocessador 8008 de 8 bits em 1972 para conquistar rapidamente o mercado, abrindo a era dos microcomputadores de chip único.

Em 1976, a Intel lançou o primeiro controlador de microcomputador programável 8748 do mundo, que integra CPU de 8 bits, E/S paralela de 8 bits, contador de 8 bits, RAM, ROM, etc., que pode atender às necessidades de controle industrial geral e instrumentação, representada pelo 8748, abrindo a exploração de microcomputadores single-chip na área industrial.

Na década de 1980, os microcomputadores de chip único de 8 bits começaram a se tornar mais maduros, a capacidade de RAM e ROM aumentou, geralmente com interfaces seriais, sistemas de processamento de interrupção multinível, vários contadores de 16 bits, etc. Em 1983, a Intel lançou o MCS Série -96 de microcontroladores de alto desempenho de 16 bits, com 120.000 transistores integrados.

Desde a década de 1990, o microcomputador de chip único entrou no palco de uma centena de escolas de pensamento, em desempenho, velocidade, confiabilidade, integração em plena floração, de acordo com o número de bits do barramento ou registradores de dados, dos 4 bits iniciais desenvolvido gradualmente, com microcomputadores de chip único de 8, 16, 32 e 64 bits.

Atualmente, o conjunto de instruções do MCU é dividido principalmente em CISC e RISC, e a arquitetura central é principalmente ARM Cortex, Intel 8051 e RISC-V.

De acordo com o Resumo do Mercado do Microcontrolador Geral da China (MCU) de 2020, os produtos MCU de 32 bits representam até 55% do mercado, seguidos pelos produtos de 8 bits, representando 43%, produtos de 4 bits representando 2%, 16 produtos de bits representando 1%, pode-se ver que os principais produtos no mercado são MCUs de 32 e 8 bits, e o espaço de mercado de produtos MCU de 16 bits foi severamente reduzido.

Os produtos de conjuntos de instruções CISC representaram 24% do mercado, os produtos de conjuntos de instruções RISC representaram 76% dos produtos convencionais do mercado;Os produtos principais Intel 8051 representaram 22% do mercado, seguidos pelos produtos ARM Cortex-M0, representando 20%, os produtos ARM Cortex-M3 representaram 14%, os produtos ARM Cortex-M4 representaram 12%, os produtos ARM Cortex-M0+ representaram 5%, os produtos ARM Cortex-M23 representaram 1%, os produtos principais RISC-V representaram 1% e outros representaram 24%.Os produtos ARM Cortex-M0+ representaram 5%, os produtos ARM Cortex-M23 representaram 1%, os produtos principais RISC-V representaram 1% e outros representaram 24%.No geral, os núcleos da série ARM Cortex representam 52% do mercado principal.

O mercado de MCU tem enfrentado quedas significativas de preços nos últimos 20 anos, mas o declínio do preço médio de venda (ASP) tem desacelerado nos últimos cinco anos.Depois de experimentar a desaceleração da indústria automotiva, a fraqueza econômica global e a crise epidêmica, o mercado de MCU começou a se recuperar em 2020. De acordo com a IC Insights, as remessas de MCU aumentaram 8% em 2020, e as remessas totais de MCU em 2021 aumentaram para 12%, um recorde de 30,9 bilhões, enquanto os ASPs também aumentaram 10%, o maior aumento em 25 anos.

A IC Insights espera que as remessas de MCU alcancem 35,8 bilhões de unidades nos próximos cinco anos, com vendas totais de US$ 27,2 bilhões.Destes, espera-se que as vendas de MCU de 32 bits atinjam US$ 20 bilhões com uma taxa composta de crescimento anual de 9,4%, espera-se que os MCUs de 16 bits atinjam US$ 4,7 bilhões e não se espera que os MCUs de 4 bits apresentem crescimento.

02 Carro MCU ultrapassagem maluca

A eletrônica automotiva é o maior cenário de aplicação de MCUs.A IC Insights espera que as vendas mundiais de MCU cresçam 10%, para um recorde de US$ 21,5 bilhões em 2022, com os MCUs automotivos crescendo mais do que a maioria dos outros mercados finais.

Mais de 40% das vendas de MCU vêm de eletrônicos automotivos, e espera-se que as vendas de MCU automotivos cresçam a um CAGR de 7,7% nos próximos cinco anos, ultrapassando os MCUs de uso geral (7,3%).

Atualmente, os MCUs automotivos são principalmente de 8, 16 e 32 bits, e diferentes bits de MCUs desempenham funções diferentes.

Especificamente:

O MCU de 8 bits é usado principalmente para funções de controle relativamente básicas, como controle de assentos, condicionadores de ar, ventiladores, janelas e módulos de controle de portas.

O MCU de 16 bits é usado principalmente para a parte inferior do corpo, como motor, freio eletrônico, sistema de suspensão e outros sistemas de potência e transmissão.

O MCU de 32 bits se adapta à inteligência automotiva e é usado principalmente para cenários de aplicativos inteligentes e seguros de última geração, como entretenimento de cabine, ADAS e controle corporal.

Neste estágio, os MCUs de 8 bits estão crescendo em desempenho e capacidade de memória e, com sua própria relação custo-benefício, podem substituir alguns MCUs de 16 bits em aplicativos e também são compatíveis com versões anteriores de MCUs de 4 bits.O MCU de 32 bits desempenhará um papel de controle mestre cada vez mais importante em toda a arquitetura E/E automotiva, que pode gerenciar quatro unidades ECU espalhadas de gama baixa e média, e o número de usos continuará a aumentar.

A situação acima deixa o MCU de 16 bits em uma posição relativamente estranha, não alta, mas baixa, mas em alguns cenários de aplicação ainda é útil, como algumas aplicações principais de sistemas de trem de força.

A inteligência automotiva aumentou significativamente a demanda por MCUs de 32 bits, com mais de três quartos das vendas de MCUs automotivos vindo de MCUs de 32 bits em 2021, com previsão de atingir cerca de US$ 5,83 bilhões;MCUs de 16 bits gerarão cerca de US$ 1,34 bilhão em receitas;e MCUs de 8 bits gerarão cerca de US$ 441 milhões em receitas, de acordo com o relatório McClean.

Ao nível da aplicação, o infoentretenimento é o cenário de aplicação com o maior aumento ano após ano nas vendas de MCU automóvel, com crescimento de 59% em 2021 em comparação com 2020, e crescimento de receita de 20% para os restantes cenários.

Agora todo o controle eletrônico do carro usa ECU (unidade de controle eletrônico), e MCU é o chip de controle principal ECU, cada ECU tem pelo menos um MCU, então o estágio atual de transformação e atualização da eletrificação inteligente gerou a demanda por O uso de veículo único MCU aumentará.

De acordo com os dados do Departamento de Pesquisa do Comitê de Especialistas em Marketing Automotivo do Instituto de Marketing da China, o número médio de ECUs transportados por carros movidos a combustível tradicional comum é de 70;o número de ECUs transportados por carros de luxo movidos a combustível tradicional pode chegar a 150 devido a requisitos de desempenho mais elevados para assentos, controle central e entretenimento, estabilidade e segurança da carroceria;e o número médio de ECUs transportados por carros inteligentes pode chegar a 300 devido aos novos requisitos de software e hardware para condução autônoma e direção assistida, o que corresponde à quantidade de MCUs usados ​​por carros individuais também chegará a mais de 300.

A forte demanda por MCUs por parte das montadoras fica particularmente evidente em 2021, quando há escassez de núcleos devido à epidemia.Naquele ano, muitas montadoras tiveram que fechar brevemente algumas linhas de produção devido à falta de núcleos, mas as vendas de MCUs automotivos dispararam 23%, para US$ 7,6 bilhões, um recorde.

A maioria dos chips automotivos são produzidos usando wafers de 8 polegadas, alguns fabricantes como TI para transferência de linha de 12 polegadas, IDM também fará parte da fundição de terceirização de capacidade, que é dominada pela MCU, cerca de 70% da capacidade pela TSMC .No entanto, o próprio negócio automotivo representa uma pequena proporção da TSMC, e a TSMC concentra-se no campo de tecnologia de processo avançado de eletrônicos de consumo, de modo que o mercado automotivo de MCU é particularmente escasso.

A escassez de chips automotivos liderada por toda a indústria de semicondutores também deu início a uma onda de expansão, as principais fundições e fábricas de IDM para expandir ativamente a produção, mas o foco é diferente.

A planta da TSMC Kumamoto deverá entrar em operação até o final de 2024, além do processo 22/28nm, fornecerá ainda processos de 12 e 16nm, e a planta de Nanjing expandirá a produção para 28nm, com capacidade de produção mensal de 40.000 peças;

A SMIC planeja expandir a produção em pelo menos 45.000 wafers de 8 polegadas e pelo menos 10.000 wafers de 12 polegadas em 2021, e construir uma linha de produção de 12 polegadas com capacidade mensal de 120.000 wafers em Lingang, com foco nos nós de 28 nm e superiores.

Huahong espera acelerar a expansão da capacidade de produção de 12 polegadas para 94.500 peças em 2022;

Renesas anunciou sua participação na fábrica de Kumamoto da TSMC com a intenção de expandir a terceirização e pretende aumentar o fornecimento de MCU automotivo em 50% até 2023, com expectativa de aumento da capacidade de MCU de ponta em 50% e capacidade de MCU de baixo custo em cerca de 70%. em comparação com o final de 2021.

A STMicroelectronics investirá US$ 1,4 bilhão em 2022 para expansão e planeja dobrar a capacidade de suas fábricas europeias até 2025, principalmente para aumentar a capacidade de 12 polegadas, e para a capacidade de 8 polegadas, a STMicroelectronics atualizará seletivamente para produtos que não exigem 12- tecnologia em polegadas.

A Texas Instruments adicionará quatro novas fábricas, a primeira fábrica deverá entrar em operação em 2025 e a terceira e quarta fábricas serão construídas entre 2026 e 2030;

A ON Semiconductor aumentou seu investimento de capital para 12%, principalmente para expansão da capacidade de wafer de 12 polegadas.

IC insights tem dados interessantes de que o ASP de todos os MCUs de 32 bits está diminuindo a um CAGR de -4,4% ano a ano entre 2015 e 2020, mas aumenta cerca de 13% para cerca de US$ 0,72 em 2021. Refletido no mercado spot , a flutuação de preço do MCU automotivo é mais óbvia: o MCU NXP de 32 bits FS32K144HAT0MLH com um preço fixo de US$ 22 subiu para US$ 550, uma faixa de mais de 20 vezes, que era um dos chips automotivos mais escassos da época.

O MCU automotivo SAK-TC277TP-64F200N DC de 32 bits da Infineon subiu para 4.500 yuans, um aumento de quase 100 vezes, a mesma série de SAK-TC275T-64F200N DC também subiu para mais de 2.000 yuans.

Por outro lado, os produtos eletrônicos de consumo originalmente quentes começaram a esfriar, a fraca demanda, bem como a aceleração da substituição doméstica, fazendo com que os preços de uso geral do MCU ao consumidor recuassem, alguns modelos de chips ST, como F0/F1/F3 os preços das séries chegaram perto do preço normal, e até surgiram rumores de mercado de que o preço de alguns MCUs caiu através do preço de agência.

No entanto, MCUs automotivos como Renesas, NXP, Infineon e ST ainda estão em estado de relativa escassez.Por exemplo, o preço do MCU STM32H743VIT6 de 32 bits de alto desempenho da ST subiu para 600 yuans no final do ano passado, enquanto seu preço era de apenas 48 yuans há dois anos.O aumento é mais de 10 vezes;O preço de mercado do Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC em outubro do ano passado era de cerca de US$ 1.200, dezembro oferece até US$ 3.800 e até mesmo em sites de terceiros oferece mais de US$ 5.000.

03 O mercado é grande e a produção nacional é pequena

O cenário competitivo do MCU é tão dominado por gigantes estrangeiros quanto todo o ambiente competitivo de semicondutores.Em 2021, os cinco principais fornecedores de MCU foram NXP, Microchip, Renesas, ST e Infineon.Esses cinco fornecedores de MCU representaram 82,1% do total das vendas globais, em comparação com 72,2% em 2016, com o tamanho das principais empresas crescendo nos anos seguintes.

Comparado com MCU de consumo e industrial, o limite de certificação MCU automotivo é alto e o período de certificação é longo, o sistema de certificação inclui certificação padrão ISO26262, certificação padrão AEC-Q001 ~ 004 e IATF16949, certificação padrão AEC-Q100/Q104, dos quais ISO26262 em a segurança funcional automotiva é dividida em quatro níveis de ASIL-A a D. Por exemplo, o chassi e outros cenários têm os mais altos requisitos de segurança e exigem certificação de nível ASIL-D, poucos fabricantes de chips podem atender às condições.

De acordo com dados da Strategy Analysis, o mercado global e doméstico de MCU automotivo é ocupado principalmente por NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, com uma participação de mercado de 85%.Embora os MCUs de 32 bits ainda sejam monopolizados por gigantes estrangeiros, algumas empresas nacionais decolaram.

04 Conclusão

O rápido desenvolvimento de veículos elétricos inteligentes, por isso vários fabricantes de chips de consumo se juntaram, como Nvidia, Qualcomm, Intel, estiveram no cockpit inteligente, avanços de chips de direção autônoma, comprimindo o espaço de sobrevivência dos antigos fabricantes de chips automotivos.O desenvolvimento de MCUs automotivos passou do foco no autodesenvolvimento e na melhoria de desempenho para uma competição abrangente pela redução de custos, mantendo as vantagens tecnológicas.

Com a arquitetura E / E automotiva de distribuição para controle de domínio e, eventualmente, para integração central, haverá cada vez mais chips multifuncionais e simples de baixo custo serão substituídos, alto desempenho, alto poder de computação e outros high-end chips se tornarão o foco da futura competição de chips automotivos, já que o principal papel de controle do MCU pela futura redução do número de ECU é relativamente pequeno, como a ECU de controle do chassi Tesla, um único contém 3-4 MCU, mas algumas funções simples de o MCU básico será integrado.No geral, o mercado de MCUs automotivos e o espaço para substituição doméstica nos próximos anos são, sem dúvida, vastos.