2023, MCU aqldan ozgan mashina

01 MCUning o'sish tarixi

MCU, mikrokontroller, u taniqli nomga ega: bitta chipli mikrokompyuter.

Bu, albatta, yoqimli joy - asosiy kompyuter tizimini chipga ko'chirish, shu jumladan CPU RAM ROM IO hisoblagich seriyali portining ichki versiyasi, garchi unumdorligi, albatta, kompyuter kabi keng emas, lekin u kam quvvat bilan dasturlashtiriladi va moslashuvchan, shuning uchun iste'molchi elektronikasida, tibbiyot sanoatida aloqa Avtomobillar juda keng doiradagi ilovalarga ega.

U 1971 yilda tug'ilgan, Intel dunyodagi birinchi mikroprotsessor - 4004 raqami 4-bitli chipni ishlab chiqdi, bu chip 2000 dan ortiq tranzistorlarni birlashtirgan va Intel shuningdek, 4001, 4002, 4003 chiplari, RAM, ROM va registrlarni ishlab chiqdi.

Ushbu to'rtta mahsulot bozorga chiqqach, Intel "Integratsiyalashgan mikrosxemalarning yangi davrini e'lon qiling: mikrokompyuterlar bitta chipda siqilgan" deb e'lon qildi.O'sha paytda mini-kompyuterlar va asosiy kompyuterlar asosan 8-bitli va 16-bitli protsessorlar edi, shuning uchun Intel tez orada 1972 yilda bozorni tezda yutib, bir chipli mikrokompyuterlar davrini ochib, 8-bitli mikroprotsessor 8008-ni ishga tushirdi.

1976 yilda Intel 8-bitli protsessor, 8-bitli parallel kiritish-chiqarish, 8-bitli hisoblagich, RAM, ROM va boshqalarni birlashtirgan, umumiy sanoat nazorati va ehtiyojlarini qondira oladigan dunyodagi birinchi dasturlashtiriladigan mikrokompyuter boshqaruvchisi 8748-ni ishga tushirdi. 8748 tomonidan taqdim etilgan asbobsozlik sanoat sohasida bir chipli mikrokompyuterlarni o'rganishni ochadi.

1980-yillarda 8-bitli bitta chipli mikrokompyuterlar yanada etuklasha boshladi, operativ xotira va ROM sigʻimi, odatda, ketma-ket interfeyslar, koʻp darajali uzilishlarni qayta ishlash tizimlari, bir nechta 16-bitli hisoblagichlar va boshqalar bilan oshdi. 1983 yilda Intel MCS-ni ishga tushirdi. -96 seriyali 16-bitli yuqori samarali mikrokontrollerlar, 120 000 integratsiyalangan tranzistorlar.

1990-yillardan boshlab, bitta chipli mikrokompyuter dastlabki 4 bitdan boshlab, avtobus yoki ma'lumotlar registrlari bitlari soniga ko'ra, ishlash, tezlik, ishonchlilik, to'liq gullashda integratsiya bo'yicha yuzlab fikr maktablari bosqichiga kirdi. 8-bitli, 16-bitli, 32-bitli va 64-bitli bitta chipli mikrokompyuterlar bilan asta-sekin rivojlandi.

Hozirgi vaqtda MCU-larning ko'rsatmalar to'plami asosan CISC va RISC ga bo'lingan va asosiy arxitektura asosan ARM Cortex, Intel 8051 va RISC-V dir.

2020 yilgi China General Microcontroller (MCU) Market Brief ma'lumotlariga ko'ra, 32-bitli MCU mahsulotlari bozorning 55% gacha, 8-bitli mahsulotlar 43%, 4-bitli mahsulotlar 2%, 16 -bitli mahsulotlar 1% ni tashkil qiladi, bozordagi asosiy mahsulotlar 32-bitli va 8-bitli MCUlar ekanligini va 16-bitli MCU mahsulotlarining bozor maydoni jiddiy ravishda siqilganligini ko'rish mumkin.

CISC ko'rsatmalar to'plami mahsulotlari bozorning 24% ni, RISC ko'rsatmalar to'plami mahsulotlari bozorning asosiy mahsulotlarining 76% ni tashkil etdi;Bozorning 22 foizini Intel 8051 asosiy mahsulotlari, ikkinchi o‘rinda ARM Cortex-M0 mahsulotlari, 20 foizi, ARM Cortex-M3 mahsulotlari 14 foiz, ARM Cortex-M4 mahsulotlari 12 foiz, ARM Cortex-M0+ mahsulotlari. 5%, ARM Cortex-M23 mahsulotlari 1%, RISC-V yadro mahsulotlari 1% va boshqalar 24% ni tashkil etdi.ARM Cortex-M0+ mahsulotlari 5%, ARM Cortex-M23 mahsulotlari 1%, RISC-V asosiy mahsulotlari 1% va boshqalar 24% ni tashkil etdi.Umuman olganda, ARM Cortex seriyali yadrolari bozorning asosiy oqimining 52% ni tashkil qiladi.

MCU bozori so'nggi 20 yil ichida sezilarli darajada pasayishlarga duch keldi, ammo so'nggi besh yil ichida uning o'rtacha sotish narxining (ASP) pasayishi sekinlashdi.Avtomobil sanoatidagi pasayish, global iqtisodiy zaiflik va epidemik inqirozni boshdan kechirgandan so'ng, MCU bozori 2020 yilda tiklana boshladi. IC Insights ma'lumotlariga ko'ra, MCU jo'natmalari 2020 yilda 8 foizga o'sdi va 2021 yilda umumiy MCU jo'natmalari ko'paydi. 12%, bu rekord darajadagi 30,9 milliard, ASPlar ham 10% ga o'sdi, bu 25 yildagi eng yuqori o'sishdir.

IC Insights kelgusi besh yil ichida MCU yetkazib berish hajmi 35,8 milliard donaga yetib, umumiy savdo hajmi 27,2 milliard dollarni tashkil etishini kutmoqda.Ulardan 32-bitli MCU sotuvi 20 milliard dollarga yetishi kutilmoqda, yillik murakkab oʻsish surʼati 9,4%, 16-bitli MCUlar 4,7 milliard dollarga yetishi kutilmoqda, 4-bitli MCUlar esa oʻsishni koʻrsatmaydi.

02 Avtomobil MCU aqldan ozib o'tish

Avtomobil elektronikasi MCUlarning eng katta dastur stsenariysidir.IC Insights 2022-yilda butun dunyo bo‘ylab MCU savdosi 10 foizga o‘sib, rekord darajadagi 21,5 milliard dollarga yetishini kutmoqda, bunda avtomobil MCUlari boshqa so‘nggi bozorlarga qaraganda ko‘proq o‘sadi.

MCU sotuvining 40% dan ortig'i avtomobil elektronikasiga to'g'ri keladi va avtomobil MCU sotuvi keyingi besh yil ichida CAGR darajasida 7,7% ga o'sishi kutilmoqda, bu esa umumiy maqsadli MCU'lardan (7,3%) oshib ketadi.

Hozirgi vaqtda avtomobil MCU'lari asosan 8-bit, 16-bit va 32-bit bo'lib, MCU-larning turli bitlari turli ishlarni bajaradi.

Xususan:

8-bitli MCU asosan o'rindiqlar, konditsionerlar, fanatlar, derazalar va eshiklarni boshqarish modullarini boshqarish kabi nisbatan asosiy boshqaruv funktsiyalari uchun ishlatiladi.

16-bitli MCU asosan dvigatel, elektron tormoz, ishlab chiqarish tizimi va boshqa quvvat va uzatish tizimlari kabi pastki korpus uchun ishlatiladi.

32-bitli MCU avtomobil intellektiga mos keladi va asosan kokpit o'yin-kulgi, ADAS va tanani boshqarish kabi yuqori darajadagi aqlli va xavfsiz dastur stsenariylari uchun ishlatiladi.

Ushbu bosqichda 8-bitli MCU-lar unumdorlik va xotira hajmida o'sib bormoqda va o'zlarining iqtisodiy samaradorligi bilan ular ilovalardagi ba'zi 16-bitli MCU-larni almashtirishi mumkin va shuningdek, 4-bitli MCU-lar bilan orqaga qarab mos keladi.32-bitli MCU to'rtta tarqoq past va o'rta diapazonli ECU birliklarini boshqarishi mumkin bo'lgan butun avtomobil E/E arxitekturasida tobora muhim asosiy boshqaruv rolini o'ynaydi va foydalanish soni ortib boraveradi.

Yuqoridagi holat 16-bitli MCUni nisbatan noqulay holatda qiladi, yuqori emas, balki past, lekin ba'zi dastur stsenariylarida u hali ham foydalidir, masalan, quvvat uzatish tizimlarining ba'zi asosiy ilovalari.

Avtomobil razvedkasi 32-bitli MCU-larga talabni sezilarli darajada oshirdi, 2021-yilda avtomobil MCU sotuvining toʻrtdan uch qismidan koʻprogʻi 32-bitli MCU’lardan toʻgʻri keladi, taxminan 5,83 milliard dollarga yetishi kutilmoqda;16-bitli MCUlar taxminan 1,34 milliard dollar daromad keltiradi;McClean hisobotiga ko'ra, 8-bitli MCU'lar taxminan 441 million dollar daromad keltiradi.

Ilovalar darajasida axborot-ko'ngilochar dastur stsenariysi bo'lib, avtomobil MCU sotuvining yillik o'sishi eng yuqori bo'lib, 2021 yilda 2020 yilga nisbatan 59 foizga o'sgan va qolgan stsenariylar uchun daromad 20 foizga o'sgan.

Endi ECU (elektron boshqaruv bloki) dan foydalanish uchun avtomobilning barcha elektron boshqaruvi va MCU asosiy boshqaruv chipi ECU bo'lib, har bir ECU kamida bitta MCUga ega, shuning uchun aqlli elektrifikatsiyani o'zgartirish va modernizatsiya qilishning hozirgi bosqichi talabni keltirib chiqardi. MCU bitta avtomobildan foydalanishni oshirish.

Xitoy Marketing Institutining Avtomobil marketingi ekspert qo'mitasi tadqiqot bo'limi ma'lumotlariga ko'ra, oddiy an'anaviy yonilg'i avtomobillari tomonidan olib boriladigan ECUlarning o'rtacha soni 70 ta;o'rindiqlar, markaziy boshqaruv va o'yin-kulgi, tana barqarorligi va xavfsizligi uchun yuqori ishlash talablari tufayli hashamatli an'anaviy yonilg'i avtomobillari tomonidan olib boriladigan ECU soni 150 ga yetishi mumkin;va avtonom haydash va yordamchi haydash uchun yangi dasturiy ta'minot va apparat talablari tufayli aqlli avtomobillar tomonidan olib boriladigan ECU'larning o'rtacha soni 300 ga yetishi mumkin, bu bitta avtomashinalar tomonidan ishlatiladigan MCU miqdoriga mos keladi, shuningdek, 300 dan oshadi.

Avtomobil ishlab chiqaruvchilarning MCUga bo'lgan kuchli talabi, ayniqsa, 2021 yilda, epidemiya tufayli yadrolar tanqisligi yuzaga kelganda yaqqol namoyon bo'ladi.O'sha yili ko'plab avtomobil kompaniyalari yadrolarning etishmasligi tufayli ba'zi ishlab chiqarish liniyalarini qisqa muddatga yopishga majbur bo'ldi, biroq avtomobil MCUlari sotuvi 23 foizga oshib, 7,6 milliard dollarni tashkil etdi, bu rekord darajadagi yuqori ko'rsatkichdir.

Avtomobil chiplarining aksariyati 8 dyuymli gofretlar yordamida ishlab chiqariladi, TI dan 12 dyuymli chiziqqa o'tkazish kabi ba'zi ishlab chiqaruvchilar, IDM ham MCU tomonidan boshqariladigan quvvatni autsorsing quyish zavodining bir qismi bo'ladi, TSMC quvvatining taxminan 70%. .Biroq, avtomobil biznesining o'zi TSMCning kichik qismini tashkil qiladi va TSMC maishiy elektronika ilg'or texnologik texnologiya sohasiga e'tibor qaratadi, shuning uchun avtomobil MCU bozori ayniqsa kam.

Butun yarimo'tkazgich sanoati tomonidan boshqariladigan avtomobil chiplarining etishmasligi ham kengayish to'lqinini, yirik quyish zavodlari va IDM zavodlarini ishlab chiqarishni faol ravishda kengaytirishga olib keldi, ammo e'tibor boshqacha.

TSMC Kumamoto zavodi 2024 yil oxirigacha foydalanishga topshirilishi kutilmoqda, 22/28 nm jarayoniga qo'shimcha ravishda u 12 va 16 nm jarayonlarni ta'minlaydi va Nankin zavodi ishlab chiqarishni oylik ishlab chiqarish quvvati bilan 28 nm gacha kengaytiradi. 40 000 dona;

SMIC 2021-yilda ishlab chiqarishni kamida 45 000 ta 8 dyuymli gofret va kamida 10 000 ta 12 dyuymli gofret ishlab chiqarishni kengaytirishni va Lingang shahrida 28 nm va undan yuqori tugunlarga e’tibor qaratgan holda oyiga 120 000 ta gofret ishlab chiqarish quvvatiga ega 12 dyuymli ishlab chiqarish liniyasini qurishni rejalashtirmoqda.

Huahong 2022 yilda 12 dyuymli ishlab chiqarish quvvatini 94 500 donagacha kengaytirishni tezlashtirishni kutmoqda;

Renesas autsorsingni kengaytirish niyatida TSMCning Kumamoto zavodidagi ulushini e'lon qildi va 2023 yilga kelib avtomobil MCU ta'minotini 50% ga oshirishni maqsad qilgan, yuqori darajadagi MCU quvvati 50% ga va past darajadagi MCU quvvati taxminan 70% ga oshishi kutilmoqda. 2021 yil oxiriga nisbatan.

STMicroelectronics 2022 yilda kengaytirish uchun 1,4 milliard dollar sarmoya kiritadi va 2025 yilga kelib Yevropa zavodlarining quvvatini ikki baravar oshirishni rejalashtirmoqda, asosan 12 dyuymli sig'imni oshirish va 8 dyuymli sig'im uchun STMicroelectronics 12 dyuymni talab qilmaydigan mahsulotlarni tanlab yangilaydi. dyuymli texnologiya.

Texas Instruments to'rtta yangi zavodni qo'shadi, birinchi zavod 2025 yilda ishga tushirilishi kutilmoqda va uchinchi va to'rtinchi zavodlar 2026 va 2030 yillar oralig'ida quriladi;

ON Semiconductor kapital qo'yilmalarini asosan 12 dyuymli gofret sig'imini kengaytirish uchun 12 foizga oshirdi.

IC insights ma'lumotlariga ko'ra, barcha 32-bitli MCU-larning ASP darajasi 2015 va 2020 yillar oralig'ida yiliga -4,4% CAGR darajasida pasaygan, ammo 2021 yilda taxminan 13% ga ko'tarilib, taxminan $0,72 gacha. Spot bozorda aks etgan. , avtomobil MCU narxining o'zgarishi aniqroq: NXP 32-bitli MCU FS32K144HAT0MLH 22 dollarlik doimiy narxi 550 dollargacha ko'tarildi, bu 20 baravardan ortiq diapazonga ega, bu o'sha paytdagi eng kam avtomobil chiplaridan biri edi.

Infineon 32-bitli avtomobil MCU SAK-TC277TP-64F200N DC 4500 yuanga ko'tarildi, qariyb 100 marta o'sdi, xuddi shu seriyali SAK-TC275T-64F200N DC ham 2000 yuandan oshdi.

Boshqa tomondan, dastlab issiq maishiy elektronika soviy boshladi, zaif talab, shuningdek, ichki almashtirishni tezlashtirish, umumiy maqsadli, iste'molchi MCU narxlarini orqaga qaytarish, F0 / F1 / F3 kabi ba'zi ST chip modellari. seriyali narxlar odatdagi narxga yaqinlashdi va hatto bozorda ba'zi MCUlarning narxi agentlik narxiga tushib qolgani haqida mish-mishlar tarqaldi.

Biroq, Renesas, NXP, Infineon va ST kabi avtomobil MCUlari hali ham nisbatan tanqislik holatida.Misol uchun, ST ning yuqori samarali 32-bitli MCU STM32H743VIT6 narxi o'tgan yilning oxirida 600 yuanga ko'tarildi, uning narxi ikki yil oldin atigi 48 yuan edi.O'sish 10 barobardan ortiq;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC bozor narxi o'tgan yilning oktyabr oyida taxminan $ 1200, dekabr taklif $ 3800 gacha, va hatto uchinchi tomon veb-saytlarida $ 5000 dan ko'proq taklif.

03 Bozor katta, mahalliy ishlab chiqarish esa kichik

MCU raqobat muhitida butun yarimo'tkazgich raqobat muhiti kabi chet el gigantlari hukmronlik qiladi.2021-yilda MCU sotuvchilari beshligi NXP, Microchip, Renesas, ST va Infineon edi.Ushbu beshta MCU sotuvchisi global sotuvlarning 82,1 foizini tashkil etdi, 2016 yildagi 72,2 foizga nisbatan, keyingi yillarda bosh kompaniyalar hajmi o'sdi.

Iste'molchi va sanoat MCU bilan solishtirganda, avtomobil MCU sertifikatlash chegarasi yuqori va sertifikatlash muddati uzoq, sertifikatlash tizimi ISO26262 standart sertifikatini, AEC-Q001 ~ 004 va IATF16949 standart sertifikatini, AEC-Q100/Q104 ISO26 sertifikatini o'z ichiga oladi. avtomobil funktsional xavfsizligi ASIL-A dan D gacha bo'lgan to'rtta darajaga bo'linadi. Masalan, shassi va boshqa stsenariylar eng yuqori xavfsizlik talablariga ega va ASIL-D darajasida sertifikatlashni talab qiladi, bir nechta chip ishlab chiqaruvchilari shartlarga javob berishi mumkin.

Strategiya tahlili ma'lumotlariga ko'ra, global va mahalliy avtomobil MCU bozorini asosan NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip egallab, bozor ulushi 85% ni tashkil qiladi.32-bitli MCU'lar hali ham xorijdagi gigantlar tomonidan monopollashtirilgan bo'lsa-da, ba'zi mahalliy kompaniyalar yo'lga chiqishdi.

04 Xulosa

Aqlli elektr transport vositalarining jadal rivojlanishi, shuning uchun Nvidia, Qualcomm, Intel kabi bir qator iste'molchi chip ishlab chiqaruvchilari qo'shildi, aqlli kokpitda, avtonom haydash chiplari yutuqlari, eski avtomobil chiplari ishlab chiqaruvchilarining omon qolish maydonini siqib chiqardi.Avtomobil MCUlarining rivojlanishi o'z-o'zini rivojlantirish va ish faoliyatini yaxshilashga e'tibor qaratishdan texnologik afzalliklarni saqlab qolgan holda xarajatlarni kamaytirish uchun har tomonlama raqobatga o'tdi.

Avtomobil E / E arxitekturasi bilan taqsimlangandan domen boshqaruviga va oxir-oqibat markaziy integratsiyaga qarab, tobora ko'proq ko'p funksiyali va oddiy past darajali chiplar almashtiriladi, yuqori unumdorlik, yuqori hisoblash quvvati va boshqa yuqori darajadagi chiplar kelajakdagi avtomobil chiplari raqobatining diqqat markaziga aylanadi, chunki kelajakda ECU raqamini qisqartirish orqali MCU ning asosiy boshqaruv roli nisbatan kichikdir, masalan, Tesla shassisini boshqarish ECU, bittasi 3-4 MCUni o'z ichiga oladi, lekin ba'zi oddiy funktsiyalar asosiy MCU birlashtiriladi.Umuman olganda, avtomobil MCUlari bozori va kelgusi yillarda mahalliy almashtirish uchun joy, shubhasiz, juda katta.