01 MCU-ի աճի պատմությունը
MCU, միկրոկոնտրոլեր, ունի հայտնի անվանում՝ մեկ չիպային միկրոհամակարգիչ։
Իսկապես հաճելի տեղ է հիմնական համակարգչային համակարգերի մի շարք չիպ տեղափոխելը, ներառյալ CPU RAM ROM IO հաշվիչ սերիական պորտի ներքին տարբերակը, թեև կատարումը, անշուշտ, այնքան լայն չէ, որքան համակարգիչը, բայց այն ցածր էներգիայով ծրագրավորվող է և ճկուն, ուստի սպառողական էլեկտրոնիկայի, բժշկական արդյունաբերության հաղորդակցության մեջ Մեքենաներն ունեն կիրառությունների շատ լայն շրջանակ:
Այն ծնվել է 1971 թվականին, Intel-ը նախագծել է աշխարհում առաջին միկրոպրոցեսորը՝ 4004 համարի 4-բիթանոց չիպը, այս չիպը միավորում է ավելի քան 2000 տրանզիստոր, և Intel-ը նաև նախագծել է 4001, 4002, 4003 չիպեր, RAM, ROM և ռեգիստրներ։
Երբ այս չորս ապրանքները հայտնվեցին շուկա, Intel-ը գովազդում գրեց.Այն ժամանակ մինիհամակարգիչները և հիմնական համակարգիչները հիմնականում 8-բիթանոց և 16-բիթանոց պրոցեսորներ էին, ուստի Intel-ը շուտով 1972 թվականին թողարկեց 8-բիթանոց միկրոպրոցեսորը 8008-ին, որպեսզի արագորեն հաղթի շուկան՝ բացելով մեկ չիպով միկրոհամակարգիչների դարաշրջանը:
1976 թվականին Intel-ը թողարկեց աշխարհում առաջին ծրագրավորվող միկրոհամակարգիչ 8748 կարգավորիչը, որն ինտեգրում է 8-բիթանոց պրոցեսորը, 8-բիթանոց զուգահեռ I/O, 8-բիթանոց հաշվիչ, RAM, ROM և այլն, որոնք կարող են բավարարել ընդհանուր արդյունաբերական կառավարման և կարիքները: գործիքավորումը, որը ներկայացված է 8748-ով, բացելով արդյունաբերական ոլորտում մեկ չիպով միկրոհամակարգիչների հետախուզումը:
1980-ականներին 8-բիթանոց միչիպով միկրոհամակարգիչները սկսեցին ավելի հասունանալ, RAM-ի և ROM-ի հզորությունը մեծացավ, հիմնականում սերիական ինտերֆեյսներով, բազմաստիճան ընդհատումների մշակման համակարգերով, բազմաթիվ 16-բիթանոց հաշվիչներով և այլն: 1983 թվականին Intel-ը գործարկեց MCS-ը: -96 սերիա 16-բիթանոց բարձր արդյունավետությամբ միկրոկառավարիչներ, 120,000 ինտեգրված տրանզիստորներով:
1990-ական թվականներից ի վեր մեկ չիպով միկրոհամակարգիչը մտել է մտքի հարյուր դպրոցների փուլ՝ կատարողականությամբ, արագությամբ, հուսալիությամբ, ինտեգրման ողջ ծաղկման մեջ՝ ըստ ավտոբուսի կամ տվյալների ռեգիստրների բիթերի քանակի՝ սկզբնական 4 բիթից։ աստիճանաբար զարգացավ՝ 8-բիթանոց, 16-բիթանոց, 32-բիթանոց և 64-բիթանոց մեկչիպային միկրոհամակարգիչներով:
Ներկայումս MCU-ների հրահանգների հավաքածուն հիմնականում բաժանված է CISC և RISC, իսկ հիմնական ճարտարապետությունը հիմնականում ARM Cortex, Intel 8051 և RISC-V է:
Համաձայն 2020 թվականի Չինաստանի ընդհանուր միկրոկոնտրոլերի (MCU) շուկայական ամփոփագրի՝ 32-բիթանոց MCU արտադրանքները կազմում են շուկայի մինչև 55%-ը, որին հաջորդում են 8-բիթանոց արտադրանքները, որոնք կազմում են 43%, 4-բիթանոց արտադրանքները՝ 2%, 16: -բիթային արտադրանքները, որոնք կազմում են 1%, կարելի է տեսնել, որ շուկայում հիմնական արտադրանքները 32-բիթանոց և 8-բիթանոց MCU-ներն են, իսկ 16-բիթանոց MCU արտադրանքների շուկայական տարածքը խիստ սեղմվել է:
CISC հրահանգների հավաքածուի արտադրանքը կազմում էր շուկայի 24%-ը, RISC հրահանգների հավաքածուի արտադրանքը կազմում էր շուկայի հիմնական արտադրանքի 76%-ը;Intel 8051 հիմնական արտադրանքները կազմում են շուկայի 22%-ը, որին հաջորդում են ARM Cortex-M0 արտադրանքները՝ 20%, ARM Cortex-M3 արտադրանքները՝ 14%, ARM Cortex-M4 արտադրանքները՝ 12%, ARM Cortex-M0+ արտադրանքները։ կազմել է 5%, ARM Cortex-M23 արտադրանքը կազմել է 1%, RISC-V հիմնական արտադրանքը կազմել է 1%, իսկ մյուսները՝ 24%:ARM Cortex-M0+ արտադրանքները կազմել են 5%, ARM Cortex-M23 արտադրանքները՝ 1%, RISC-V հիմնական արտադրանքները՝ 1%, իսկ մյուսները՝ 24%:Ընդհանուր առմամբ, ARM Cortex սերիայի միջուկները կազմում են շուկայի հիմնական հոսքի 52%-ը:
MCU-ի շուկան վերջին 20 տարիների ընթացքում բախվել է գների զգալի անկման, սակայն նրա վաճառքի միջին գնի (ASP) անկումը դանդաղել է վերջին հինգ տարիների ընթացքում:Ավտոմոբիլային արդյունաբերության անկումը, համաշխարհային տնտեսական թուլությունը և համաճարակային ճգնաժամը զգալուց հետո, MCU շուկան սկսեց վերականգնվել 2020 թվականին: Ըստ IC Insights-ի, MCU առաքումները 2020 թվականին աճել են 8%-ով, իսկ 2021 թվականին MCU-ի ընդհանուր առաքումները աճել են մինչև 12%, ռեկորդային բարձր ցուցանիշ՝ 30,9 մլրդ, մինչդեռ ASP-ները նույնպես աճել են 10%-ով, ամենաբարձր աճը վերջին 25 տարվա ընթացքում:
IC Insights-ն ակնկալում է, որ MCU առաքումները կհասնեն 35,8 միլիարդ միավորի հաջորդ հինգ տարիների ընթացքում՝ 27,2 միլիարդ դոլար ընդհանուր վաճառքով:Ակնկալվում է, որ դրանցից 32-բիթանոց MCU-ի վաճառքը կհասնի $20 մլրդ-ի՝ 9,4-ի համակցված տարեկան աճի տեմպերով, ակնկալվում է, որ 16-բիթանոց MCU-ները կհասնեն $4,7 մլրդ-ի, իսկ 4-բիթանոց MCU-ների աճ չի ակնկալվում:
02 Car MCU խելահեղ վազանց
Ավտոմոբիլային էլեկտրոնիկան MCU-ների կիրառման ամենամեծ սցենարն է:IC Insights-ն ակնկալում է, որ MCU-ի համաշխարհային վաճառքը կաճի 10%-ով և 2022 թվականին կհասնի ռեկորդային $21,5 միլիարդի, ընդ որում ավտոմոբիլային MCU-ներն ավելի շատ կաճեն, քան մյուս վերջնական շուկաները:
MCU-ի վաճառքի ավելի քան 40%-ը գալիս է ավտոմոբիլային էլեկտրոնիկայից, և ակնկալվում է, որ ավտոմոբիլային MCU-ի վաճառքը կաճի 7,7% CAGR-ով հաջորդ հինգ տարիների ընթացքում՝ գերազանցելով ընդհանուր նշանակության MCU-ներին (7,3%):
Ներկայումս ավտոմոբիլային MCU-ները հիմնականում 8-բիթանոց, 16-բիթանոց և 32-բիթանոց են, իսկ MCU-ների տարբեր բիթերը տարբեր աշխատանքներ են կատարում:
Մասնավորապես.
8-բիթանոց MCU-ն հիմնականում օգտագործվում է համեմատաբար հիմնական կառավարման գործառույթների համար, ինչպիսիք են նստատեղերի, օդորակիչների, օդափոխիչների, պատուհանների և դռների կառավարման մոդուլների կառավարումը:
16-բիթանոց MCU-ը հիմնականում օգտագործվում է ստորին մարմնի համար, ինչպիսիք են շարժիչը, էլեկտրոնային արգելակները, կասեցման համակարգը և ուժային և փոխանցման այլ համակարգեր:
32-բիթանոց MCU-ը համապատասխանում է ավտոմոբիլային ինտելեկտին և հիմնականում օգտագործվում է բարձրակարգ խելացի և անվտանգ կիրառական սցենարների համար, ինչպիսիք են օդաչուի խցիկի ժամանցը, ADAS-ը և մարմնի կառավարումը:
Այս փուլում 8-բիթանոց MCU-ներն աճում են կատարողականությամբ և հիշողության հզորությամբ, և իրենց ծախսերի արդյունավետությամբ նրանք կարող են փոխարինել որոշ 16-բիթանոց MCU-ներին հավելվածներում և նաև հետընթաց համատեղելի են 4-բիթանոց MCU-ների հետ:32-բիթանոց MCU-ն կխաղա ավելի ու ավելի կարևոր գլխավոր կառավարման դերը ամբողջ ավտոմոբիլային E/E ճարտարապետության մեջ, որը կարող է կառավարել չորս ցրված ցածր և միջին տիրույթի ECU միավորներ, և օգտագործման քանակը կշարունակի աճել:
Վերոնշյալ իրավիճակը 16-բիթանոց MCU-ին դարձնում է համեմատաբար անհարմար վիճակում, ոչ թե բարձր, այլ ցածր, բայց որոշ կիրառական սցենարներում այն դեռևս օգտակար է, ինչպիսիք են ուժային հավաքման համակարգերի որոշ հիմնական ծրագրեր:
Ավտոմոբիլային ինտելեկտը զգալիորեն մեծացրել է 32-բիթանոց MCU-ների պահանջարկը, ընդ որում 2021 թվականին ավտոմոբիլային MCU-ի վաճառքի ավելի քան երեք քառորդը գալիս է 32-բիթանոց MCU-ից, որը ակնկալվում է, որ այն կկազմի մոտ $5,83 միլիարդ;16-բիթանոց MCU-ները կստեղծեն մոտ 1,34 միլիարդ դոլար եկամուտ;իսկ 8-բիթանոց MCU-ները կստեղծեն մոտ 441 միլիոն դոլար եկամուտ, ըստ McClean-ի զեկույցի:
Հավելվածի մակարդակում տեղեկատվական-զվարճանքը կիրառական սցենարն է, որն ունի ավտոմոբիլային MCU-ի վաճառքի ամենաբարձր աճը տարվա կտրվածքով, 2021-ին 2020-ի համեմատ 59% աճով, իսկ մնացած սցենարների համար եկամուտների 20% աճով:
Այժմ մեքենայի ողջ էլեկտրոնային հսկողությունը ECU (էլեկտրոնային կառավարման միավոր) օգտագործելու համար, և MCU-ն հիմնական հսկիչ չիպի ECU-ն է, յուրաքանչյուր ECU ունի առնվազն մեկ MCU, ուստի խելացի էլեկտրաֆիկացման վերափոխման և արդիականացման ներկա փուլը դրդեց պահանջարկի MCU մեկ մեքենայի օգտագործումը կավելանա:
Չինաստանի շուկայավարման ինստիտուտի Ավտոմոբիլային շուկայավարման փորձագիտական կոմիտեի հետազոտական բաժնի տվյալների համաձայն, սովորական ավանդական վառելիքով աշխատող մեքենաներով տեղափոխվող ECU-ների միջին թիվը 70 է;Շքեղ ավանդական վառելիքով աշխատող մեքենաներով փոխադրվող ECU-ների թիվը կարող է հասնել 150-ի՝ նստատեղերի, կենտրոնական կառավարման և զվարճանքի, մարմնի կայունության և անվտանգության պահանջների պատճառով:և խելացի մեքենաներով տեղափոխվող ECU-ների միջին թիվը կարող է հասնել 300-ի, քանի որ ինքնավար վարելու և օժանդակ վարելու համար նոր ծրագրային և ապարատային պահանջները, ինչը համապատասխանում է միայնակ մեքենաների կողմից օգտագործվող MCU-ի քանակին, նույնպես կհասնի ավելի քան 300-ի:
Ավտոարտադրողների կողմից MCU-ների մեծ պահանջարկը հատկապես ակնհայտ է 2021 թվականին, երբ համաճարակի պատճառով միջուկների պակաս կա:Այդ տարի շատ ավտոմոբիլային ընկերություններ ստիպված եղան կարճ ժամանակով փակել որոշ արտադրական գծեր միջուկների բացակայության պատճառով, սակայն ավտոմոբիլային MCU-ների վաճառքն աճել է 23%-ով՝ հասնելով 7,6 միլիարդ դոլարի, ինչը ռեկորդային բարձր ցուցանիշ է:
Ավտոմոբիլային չիպերի մեծ մասն արտադրվում է 8 դյույմանոց վաֆլիների միջոցով, որոշ արտադրողներ, ինչպիսիք են TI-ից մինչև 12 դյույմանոց տողերի փոխանցում, IDM-ն նույնպես կլինի հզորությունների աութսորսինգի ձուլարանի մի մասը, որտեղ գերակշռում է MCU-ն՝ TSMC-ի հզորության մոտ 70%-ը: .Այնուամենայնիվ, ավտոմոբիլային բիզնեսն ինքնին կազմում է TSMC-ի փոքր մասնաբաժինը, և TSMC-ն կենտրոնանում է սպառողական էլեկտրոնիկայի առաջադեմ գործընթացային տեխնոլոգիաների ոլորտի վրա, ուստի ավտոմոբիլային MCU շուկան հատկապես սակավ է:
Ամբողջ կիսահաղորդչային արդյունաբերության գլխավորած ավտոմոբիլային չիպերի պակասը նույնպես առաջ բերեց ընդլայնման ալիք, խոշոր ձուլարաններն ու IDM գործարանները ակտիվորեն ընդլայնեցին արտադրությունը, սակայն ուշադրությունը տարբերվում է:
Ակնկալվում է, որ TSMC Kumamoto կայանը շահագործման կհանձնվի մինչև 2024 թվականի վերջը, բացի 22/28 նմ գործընթացից, այն հետագայում կապահովի 12 և 16 նմ պրոցեսներ, իսկ Նանջինգի գործարանը կընդլայնի արտադրությունը մինչև 28 նմ՝ ամսական արտադրական հզորությամբ: 40000 հատ;
SMIC-ը նախատեսում է ընդլայնել արտադրությունը առնվազն 45,000 8 դյույմանոց վաֆլիներով և առնվազն 10,000 12 դյույմանոց վաֆլիներով 2021 թվականին, և կառուցել 12 դյույմանոց արտադրական գիծ՝ ամսական 120,000 վաֆլի թողունակությամբ Լինգանգում՝ կենտրոնանալով 28 նմ և բարձր նոդերի վրա:
Huahong-ը ակնկալում է արագացնել 12 դյույմ արտադրական հզորության ընդլայնումը մինչև 94,500 հատ 2022 թվականին;
Renesas-ը հայտարարեց իր մասնաբաժինը TSMC-ի Կումամոտոյի գործարանում՝ աութսորսինգը ընդլայնելու մտադրությամբ և նպատակ ունի ավելացնել ավտոմոբիլային MCU մատակարարումը 50%-ով մինչև 2023 թվականը, ընդ որում բարձրակարգ MCU հզորությունը ակնկալվում է կավելանա 50%-ով, իսկ ցածր մակարդակի MCU հզորությունը՝ մոտ 70%-ով: 2021 թվականի վերջի համեմատ։
STMicroelectronics-ը 2022 թվականին 1,4 միլիարդ դոլար կներդնի ընդլայնման համար, և նախատեսում է կրկնապատկել իր եվրոպական գործարանների հզորությունը մինչև 2025 թվականը, հիմնականում 12 դյույմանոց հզորությունը մեծացնելու համար, իսկ 8 դյույմանոց հզորության համար STMicroelectronics-ը ընտրովի կթարմացվի այն ապրանքների համար, որոնք չեն պահանջում 12-ը: դյույմ տեխնոլոգիա:
Texas Instruments-ը կավելացնի չորս նոր գործարան, առաջին գործարանը նախատեսվում է շահագործման հանձնել 2025 թվականին, իսկ երրորդ և չորրորդ գործարանները կկառուցվեն 2026-2030 թվականներին;
ON Semiconductor-ն ավելացրել է իր կապիտալ ներդրումները մինչև 12%, հիմնականում 12 դյույմանոց վաֆլի թողունակության ընդլայնման համար:
IC insights-ը հետաքրքիր տվյալներ ունի, որ բոլոր 32-բիթանոց MCU-ների ASP-ը նվազում է CAGR-ով -4,4% տարեկան կտրվածքով 2015-ից մինչև 2020 թվականները, սակայն աճում է մոտ 13%-ով՝ մինչև $0,72 2021-ին: Արտացոլված է սփոթ շուկայում: Ավտոմոբիլային MCU-ի գների տատանումն ավելի ակնհայտ է. NXP 32-բիթանոց MCU FS32K144HAT0MLH-ը $22 մշտական գնով բարձրացավ մինչև $550, ավելի քան 20 անգամ միջակայք, որն այն ժամանակվա ամենասակավ ավտոմոբիլային չիպերից մեկն էր:
Infineon 32-բիթանոց ավտոմոբիլային MCU SAK-TC277TP-64F200N DC-ն բարձրացել է մինչև 4500 յուան՝ աճելով մոտ 100 անգամ, SAK-TC275T-64F200N DC-ի նույն շարքը նույնպես բարձրացել է ավելի քան 2000 յուանի:
Մյուս կողմից, սկզբնական տաք սպառողական էլեկտրոնիկան սկսեց սառչել, թույլ պահանջարկը, ինչպես նաև ներքին փոխարինման արագացումը, ինչը նվազեցրեց ընդհանուր նշանակության սպառողական MCU գները, որոշ ST չիպերի մոդելներ, ինչպիսիք են F0/F1/F3-ը: Սերիայի գները մոտեցան նորմալ գնին, և նույնիսկ շուկայական խոսակցություններն այն մասին, որ որոշ MCU-ների գինն ընկել է գործակալական գնի պատճառով:
Այնուամենայնիվ, ավտոմոբիլային MCU-ները, ինչպիսիք են Renesas-ը, NXP-ը, Infineon-ը և ST-ը, դեռևս հարաբերական պակասի վիճակում են:Օրինակ, ST-ի բարձր արտադրողականությամբ 32-բիթանոց MCU STM32H743VIT6-ի գինը անցյալ տարվա վերջին բարձրացավ մինչև 600 յուան, մինչդեռ երկու տարի առաջ դրա գինը ընդամենը 48 յուան էր:Աճը ավելի քան 10 անգամ;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC շուկայական գինը անցյալ տարվա հոկտեմբերին մոտ $1200 էր, դեկտեմբերյան առաջարկը մինչև $3800, և նույնիսկ երրորդ կողմի կայքերում առաջարկում են ավելի քան $5000:
03 Շուկան մեծ է, իսկ ներքին արտադրությունը՝ փոքր
MCU մրցակցային լանդշաֆտը նույնքան գերիշխում է արտասահմանյան հսկաների կողմից, որքան ամբողջ կիսահաղորդչային մրցակցային միջավայրը:2021 թվականին MCU մատակարարների հնգյակը եղել է NXP, Microchip, Renesas, ST և Infineon:Այս հինգ MCU վաճառողներին բաժին է ընկել ընդհանուր համաշխարհային վաճառքի 82,1%-ը՝ 2016թ.-ի 72,2%-ի համեմատ, ընդ որում, միջանկյալ տարիների ընթացքում հիմնական ընկերությունների չափն աճել է:
Սպառողական և արդյունաբերական MCU-ի համեմատ, ավտոմոբիլային MCU սերտիֆիկացման շեմը բարձր է, և սերտիֆիկացման ժամկետը երկար է, սերտիֆիկացման համակարգը ներառում է ISO26262 ստանդարտ սերտիֆիկացում, AEC-Q001~004 և IATF16949 ստանդարտ սերտիֆիկացում, AEC-Q100/Q106, որը ISO26-ի վրա է: Ավտոմոբիլային ֆունկցիոնալ անվտանգությունը բաժանված է ASIL-A-ից մինչև D չորս մակարդակների: Օրինակ, շասսին և այլ սցենարներն ունեն անվտանգության ամենաբարձր պահանջները և պահանջում են ASIL-D մակարդակի սերտիֆիկացում, չիպերի մի քանի արտադրողներ կարող են բավարարել պայմանները:
Ըստ Strategy Analysis-ի տվյալների՝ համաշխարհային և ներքին ավտոմոբիլային MCU շուկան հիմնականում զբաղեցնում են NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip ընկերությունները՝ շուկայի 85% մասնաբաժնով:Թեև 32-բիթանոց MCU-ները դեռևս մենաշնորհված են արտասահմանյան հսկաների կողմից, որոշ հայրենական ընկերություններ սկսել են աշխատել:
04 Եզրակացություն
Խելացի էլեկտրական մեքենաների արագ զարգացումը, այնպես որ մի շարք սպառողական չիպեր արտադրողներ են միացել, ինչպիսիք են Nvidia-ն, Qualcomm-ը, Intel-ը, եղել են խելացի օդաչուների խցիկում, ինքնավար շարժիչ չիպերի բեկումներով, սեղմելով հին ավտոմոբիլային չիպեր արտադրողների գոյատևման տարածքը:Ավտոմոբիլային MCU-ների զարգացումը ինքնազարգացման և կատարողականի բարելավման վրա կենտրոնանալուց անցել է ծախսերի կրճատման համապարփակ մրցակցության՝ պահպանելով տեխնոլոգիական առավելությունները:
Ավտոմոբիլային E/E ճարտարապետությունը բաշխվելուց մինչև տիրույթի կառավարում և, ի վերջո, դեպի կենտրոնական ինտեգրում, կլինեն ավելի ու ավելի շատ բազմաֆունկցիոնալ և պարզ ցածրակարգ չիպեր, որոնք կփոխարինվեն, բարձր կատարողականությամբ, բարձր հաշվողական հզորությամբ և բարձրակարգ այլ չիպերով: չիպերը կդառնան ապագա ավտոմոբիլային չիպերի մրցակցության կիզակետը, քանի որ MCU-ի հիմնական հսկիչ դերը ECU-ի ապագա կրճատման միջոցով համեմատաբար փոքր է, ինչպես օրինակ Tesla շասսիի կառավարման ECU-ն, սինգլը պարունակում է 3-4 MCU, բայց որոշ պարզ գործառույթ. հիմնական MCU-ն ինտեգրվելու է:Ընդհանուր առմամբ, ավտոմոբիլային MCU-ների շուկան և առաջիկա տարիներին ներքին փոխարինման տարածքը, անկասկած, հսկայական է:
Հրապարակման ժամանակը՝ Փետրվար-01-2023