2023, MCU mobil gila

01 Sejarah pertumbuhan MCU

MCU, mikrokontroler, memiliki nama terkenal: mikrokomputer chip tunggal.

Tempat yang sangat manis adalah memindahkan sekumpulan sistem komputer dasar ke sebuah chip, termasuk versi internal CPU RAM ROM IO counter serial port, walaupun kinerjanya tentu tidak seluas komputer, tetapi daya rendah yang dapat diprogram dan fleksibel, sehingga dalam elektronik konsumen, komunikasi industri medis Mobil memiliki cakupan aplikasi yang sangat luas.

Lahir pada tahun 1971, Intel merancang mikroprosesor pertama di dunia – chip 4-bit nomor 4004, chip ini mengintegrasikan lebih dari 2.000 transistor, dan Intel juga merancang chip 4001, 4002, 4003, RAM, ROM, dan register.

Ketika keempat produk ini memasuki pasar, Intel menulis dalam iklannya “Umumkan era baru sirkuit terintegrasi: mikrokomputer diringkas dalam satu chip.”Pada saat itu, komputer mini dan mainframe sebagian besar merupakan prosesor 8-bit dan 16-bit, sehingga Intel segera meluncurkan mikroprosesor 8-bit 8008 pada tahun 1972 untuk segera memenangkan pasar, membuka era mikrokomputer chip tunggal.

Pada tahun 1976, Intel meluncurkan pengontrol komputer mikro pertama yang dapat diprogram 8748, yang mengintegrasikan CPU 8-bit, I/O paralel 8-bit, penghitung 8-bit, RAM, ROM, dll., yang dapat memenuhi kebutuhan kontrol industri umum dan instrumentasi, diwakili oleh 8748, membuka eksplorasi mikrokomputer chip tunggal di bidang industri.

Pada tahun 1980-an, mikrokomputer chip tunggal 8-bit mulai menjadi lebih matang, kapasitas RAM dan ROM meningkat, umumnya dengan antarmuka serial, sistem pemrosesan interupsi multi-level, penghitung 16-bit ganda, dll. Pada tahun 1983, Intel meluncurkan MCS -96 seri mikrokontroler berkinerja tinggi 16-bit, dengan 120.000 transistor terintegrasi.

Sejak tahun 1990-an, komputer mikro chip tunggal telah memasuki tahap seratus aliran pemikiran, dalam hal kinerja, kecepatan, keandalan, integrasi secara penuh, sesuai dengan jumlah bit bus atau register data, dari 4 bit awal dikembangkan secara bertahap, dengan mikrokomputer chip tunggal 8-bit, 16-bit, 32-bit dan 64-bit.

Saat ini, set instruksi MCU sebagian besar dibagi menjadi CISC dan RISC, dan arsitektur intinya sebagian besar adalah ARM Cortex, Intel 8051 dan RISC-V.

Menurut Ringkasan Pasar Mikrokontroler Umum Tiongkok (MCU) tahun 2020, produk MCU 32-bit menguasai hingga 55% pasar, diikuti oleh produk 8-bit, menyumbang 43%, produk 4-bit menyumbang 2%, 16 Produk -bit menyumbang 1%, dapat dilihat bahwa produk utama di pasar adalah MCU 32-bit dan 8-bit, dan ruang pasar produk MCU 16-bit telah sangat terjepit.

Produk set instruksi CISC menguasai 24% pasar, produk set instruksi RISC menyumbang 76% dari produk utama pasar;Produk inti Intel 8051 menguasai 22% pasar, diikuti oleh produk ARM Cortex-M0, menguasai 20%, produk ARM Cortex-M3 menguasai 14%, produk ARM Cortex-M4 menguasai 12%, produk ARM Cortex-M0+ menyumbang 5%, produk ARM Cortex-M23 menyumbang 1%, produk inti RISC-V menyumbang 1%, dan lainnya menyumbang 24%.Produk ARM Cortex-M0+ menyumbang 5%, produk ARM Cortex-M23 menyumbang 1%, produk inti RISC-V menyumbang 1%, dan lainnya menyumbang 24%.Secara keseluruhan, core seri ARM Cortex menguasai 52% pasar mainstream.

Pasar MCU telah menghadapi penurunan harga yang signifikan selama 20 tahun terakhir, namun penurunan harga jual rata-rata (ASP) telah melambat selama lima tahun terakhir.Setelah mengalami kelesuan industri otomotif, pelemahan ekonomi global, dan krisis epidemi, pasar MCU mulai pulih pada tahun 2020. Menurut IC Insights, pengiriman MCU meningkat sebesar 8% pada tahun 2020, dan total pengiriman MCU pada tahun 2021 meningkat menjadi 12%, rekor tertinggi sebesar 30,9 miliar, sementara ASP juga naik 10%, peningkatan tertinggi dalam 25 tahun.

IC Insights memperkirakan pengiriman MCU akan mencapai 35,8 miliar unit selama lima tahun ke depan, dengan total penjualan $27,2 miliar.Dari jumlah tersebut, penjualan MCU 32-bit diperkirakan mencapai $20 miliar dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 9,4%, MCU 16-bit diperkirakan mencapai $4,7 miliar, dan MCU 4-bit diperkirakan tidak menunjukkan pertumbuhan.

02 Mobil MCU menyalip dengan gila-gilaan

Elektronik otomotif adalah skenario penerapan MCU terbesar.IC Insights memperkirakan penjualan MCU di seluruh dunia akan tumbuh 10% hingga mencapai rekor $21,5 miliar pada tahun 2022, dengan pertumbuhan MCU otomotif melebihi sebagian besar pasar akhir lainnya.

Lebih dari 40% penjualan MCU berasal dari elektronik otomotif, dan penjualan MCU otomotif diperkirakan akan tumbuh pada CAGR sebesar 7,7% selama lima tahun ke depan, melampaui MCU tujuan umum (7,3%).

Saat ini, MCU otomotif sebagian besar berukuran 8-bit, 16-bit, dan 32-bit, dan bit MCU yang berbeda memainkan pekerjaan yang berbeda.

Secara khusus:

MCU 8-bit terutama digunakan untuk fungsi kontrol yang relatif mendasar, seperti kontrol kursi, AC, kipas angin, jendela, dan modul kontrol pintu.

MCU 16-bit terutama digunakan untuk bodi bagian bawah, seperti mesin, rem elektronik, sistem suspensi, serta sistem tenaga dan transmisi lainnya.

MCU 32-bit sesuai dengan kecerdasan otomotif dan terutama digunakan untuk skenario aplikasi cerdas dan aman kelas atas seperti hiburan kokpit, ADAS, dan kontrol tubuh.

Pada tahap ini, MCU 8-bit semakin berkembang dalam hal kinerja dan kapasitas memori, dan dengan efektivitas biayanya sendiri, mereka dapat menggantikan beberapa MCU 16-bit dalam aplikasi dan juga kompatibel dengan MCU 4-bit.MCU 32-bit akan memainkan peran kontrol utama yang semakin penting di seluruh arsitektur E/E otomotif, yang dapat mengelola empat unit ECU kelas bawah dan menengah yang tersebar, dan jumlah penggunaannya akan terus meningkat.

Situasi di atas membuat MCU 16-bit berada pada posisi yang relatif canggung, tidak tinggi tetapi rendah, namun dalam beberapa skenario aplikasi, masih berguna, seperti beberapa aplikasi utama sistem powertrain.

Kecerdasan otomotif telah meningkatkan permintaan MCU 32-bit secara signifikan, dengan lebih dari tiga perempat penjualan MCU otomotif berasal dari MCU 32-bit pada tahun 2021, diperkirakan mencapai sekitar $5,83 miliar;MCU 16-bit akan menghasilkan pendapatan sekitar $1,34 miliar;dan MCU 8-bit akan menghasilkan pendapatan sekitar $441 juta, menurut laporan McClean.

Pada tingkat aplikasi, infotainment merupakan skenario aplikasi dengan peningkatan penjualan MCU otomotif tertinggi dari tahun ke tahun, dengan pertumbuhan sebesar 59% pada tahun 2021 dibandingkan tahun 2020, dan pertumbuhan pendapatan sebesar 20% untuk skenario lainnya.

Sekarang semua kontrol elektronik mobil menggunakan ECU (unit kontrol elektronik), dan MCU adalah chip kontrol inti ECU, setiap ECU memiliki setidaknya satu MCU, sehingga tahap transformasi dan peningkatan elektrifikasi cerdas saat ini mendorong permintaan untuk Penggunaan kendaraan tunggal MCU meningkat.

Menurut data Departemen Riset Komite Ahli Pemasaran Otomotif dari China Marketing Institute, rata-rata jumlah ECU yang dibawa oleh mobil berbahan bakar tradisional biasa adalah 70;jumlah ECU yang dibawa oleh mobil mewah berbahan bakar tradisional dapat mencapai 150 karena persyaratan performa yang lebih tinggi untuk kursi, kendali pusat dan hiburan, stabilitas dan keselamatan tubuh;dan jumlah rata-rata ECU yang dibawa oleh mobil pintar bisa mencapai 300 karena persyaratan perangkat lunak dan perangkat keras baru untuk mengemudi otonom dan mengemudi dengan bantuan, yang setara dengan jumlah MCU yang digunakan oleh mobil tunggal juga akan mencapai lebih dari 300.

Tingginya permintaan MCU dari produsen mobil terlihat jelas pada tahun 2021, ketika terjadi kekurangan inti akibat epidemi.Pada tahun itu, banyak perusahaan mobil harus menghentikan sementara beberapa jalur produksi karena kekurangan inti, namun penjualan MCU otomotif melonjak 23% menjadi $7,6 miliar, sebuah rekor tertinggi.

Sebagian besar chip otomotif diproduksi menggunakan wafer 8 inci, beberapa produsen seperti TI hingga transfer jalur 12 inci, IDM juga akan menjadi bagian dari pengecoran outsourcing kapasitas, yang didominasi oleh MCU, sekitar 70% dari kapasitas oleh TSMC .Namun, bisnis otomotif sendiri menyumbang sebagian kecil dari TSMC, dan TSMC berfokus pada bidang teknologi proses canggih elektronik konsumen, sehingga pasar MCU otomotif sangat langka.

Kekurangan chip otomotif yang disebabkan oleh seluruh industri semikonduktor juga menyebabkan gelombang ekspansi, pabrik pengecoran besar dan pabrik IDM secara aktif memperluas produksi, tetapi fokusnya berbeda.

Pabrik TSMC Kumamoto diharapkan akan dioperasikan pada akhir tahun 2024, selain proses 22/28nm, pabrik ini juga akan menyediakan proses 12 dan 16nm, dan pabrik Nanjing akan memperluas produksi menjadi 28nm, dengan kapasitas produksi bulanan sebesar 40.000 buah;

SMIC berencana untuk memperluas produksi setidaknya 45.000 wafer 8 inci dan setidaknya 10.000 wafer 12 inci pada tahun 2021, dan membangun lini produksi 12 inci dengan kapasitas bulanan 120.000 wafer di Lingang, dengan fokus pada node 28nm ke atas.

Huahong memperkirakan dapat mempercepat perluasan kapasitas produksi 12 inci menjadi 94.500 unit pada tahun 2022;

Renesas mengumumkan kepemilikannya di pabrik TSMC di Kumamoto dengan tujuan memperluas outsourcing, dan bertujuan untuk meningkatkan pasokan MCU otomotif sebesar 50% pada tahun 2023, dengan kapasitas MCU kelas atas diperkirakan meningkat sebesar 50% dan kapasitas MCU kelas bawah sekitar 70% dibandingkan akhir tahun 2021.

STMicroelectronics akan menginvestasikan $1,4 miliar pada tahun 2022 untuk ekspansi, dan berencana untuk menggandakan kapasitas pabriknya di Eropa pada tahun 2025, terutama untuk meningkatkan kapasitas 12 inci, dan untuk kapasitas 8 inci, STMicroelectronics akan secara selektif meningkatkan produk yang tidak memerlukan 12- inci. teknologi inci.

Texas Instruments akan menambah empat pabrik baru, pabrik pertama diharapkan akan dioperasikan pada tahun 2025, dan pabrik ketiga dan keempat akan dibangun antara tahun 2026 dan 2030;

ON Semiconductor meningkatkan investasi modalnya menjadi 12%, terutama untuk perluasan kapasitas wafer 12 inci.

IC Insight mempunyai data menarik bahwa ASP dari semua MCU 32-bit mengalami penurunan dengan CAGR sebesar -4,4% tahun-ke-tahun antara tahun 2015 dan 2020, namun meningkat sekitar 13% menjadi sekitar $0,72 pada tahun 2021. Tercermin di pasar spot , fluktuasi harga MCU otomotif lebih jelas: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH dengan harga tetap $22 melonjak hingga $550, kisaran lebih dari 20 kali lipat, yang merupakan salah satu chip otomotif paling langka pada saat itu.

MCU otomotif 32-bit Infineon SAK-TC277TP-64F200N DC telah meningkat menjadi 4.500 yuan, meningkat hampir 100 kali lipat, seri yang sama SAK-TC275T-64F200N DC juga melonjak hingga lebih dari 2.000 yuan.

Di sisi lain, elektronik konsumen yang awalnya panas mulai mereda, permintaan yang lemah, serta percepatan substitusi dalam negeri, membuat harga MCU konsumen untuk keperluan umum kembali turun, beberapa model chip ST seperti F0/F1/F3 harga seri mendekati harga normal, dan bahkan rumor pasar bahwa harga beberapa MCU telah turun melalui harga agensi.

Namun MCU otomotif seperti Renesas, NXP, Infineon, dan ST masih relatif kekurangan pasokan.Misalnya, harga MCU STM32H743VIT6 32-bit berkinerja tinggi ST naik menjadi 600 yuan pada akhir tahun lalu, sementara harganya hanya 48 yuan dua tahun lalu.Peningkatannya lebih dari 10 kali lipat;Harga pasar Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC pada Oktober tahun lalu sekitar $1200, Desember menawarkan hingga $3800, dan bahkan di situs web pihak ketiga menawarkan lebih dari $5000.

03 Pasarnya besar, dan produksi dalam negeri kecil

Lanskap persaingan MCU didominasi oleh raksasa luar negeri seperti halnya lingkungan persaingan semikonduktor secara keseluruhan.Pada tahun 2021, lima vendor MCU teratas adalah NXP, Microchip, Renesas, ST, dan Infineon.Kelima vendor MCU ini menyumbang 82,1% dari total penjualan global, dibandingkan dengan 72,2% pada tahun 2016, dengan ukuran perusahaan-perusahaan utama yang tumbuh pada tahun-tahun berikutnya.

Dibandingkan dengan MCU konsumen dan industri, ambang sertifikasi MCU otomotif tinggi dan periode sertifikasinya panjang, sistem sertifikasi mencakup sertifikasi standar ISO26262, sertifikasi standar AEC-Q001~004 dan IATF16949, sertifikasi standar AEC-Q100/Q104, yang mana ISO26262 aktif keselamatan fungsional otomotif dibagi menjadi empat tingkat ASIL-A hingga D. Misalnya, sasis dan skenario lainnya memiliki persyaratan keselamatan tertinggi dan memerlukan sertifikasi tingkat ASIL-D, hanya sedikit produsen chip yang dapat memenuhi persyaratan tersebut.

Berdasarkan data Analisis Strategi, pasar MCU otomotif global dan domestik sebagian besar ditempati oleh NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, dengan pangsa pasar 85%.Meskipun MCU 32-bit masih dimonopoli oleh raksasa luar negeri, beberapa perusahaan dalam negeri telah mulai berkembang.

04 Kesimpulan

Pesatnya perkembangan kendaraan listrik cerdas, sehingga sejumlah pembuat chip konsumen telah bergabung, seperti Nvidia, Qualcomm, Intel telah berada di kokpit cerdas, terobosan chip penggerak otonom, menekan ruang kelangsungan hidup produsen chip otomotif lama.Perkembangan MCU otomotif telah berubah dari fokus pada pengembangan diri dan peningkatan kinerja menjadi persaingan menyeluruh untuk pengurangan biaya sambil mempertahankan keunggulan teknologi.

Dengan arsitektur E / E otomotif dari terdistribusi ke kontrol domain, dan akhirnya menuju integrasi terpusat, akan ada lebih banyak chip low-end yang multifungsi dan sederhana yang akan diganti, berkinerja tinggi, daya komputasi tinggi, dan high-end lainnya. chip akan menjadi fokus kompetisi chip otomotif masa depan, karena peran kontrol utama MCU oleh pengurangan jumlah ECU di masa depan relatif kecil, seperti ECU kontrol sasis Tesla, satu berisi 3-4 MCU, tetapi beberapa fungsi sederhana MCU dasar akan diintegrasikan.Secara keseluruhan, pasar untuk MCU otomotif dan ruang untuk substitusi domestik di tahun-tahun mendatang tidak diragukan lagi sangat besar.