2023, le MCU de la voiture folle

01 L'histoire de la croissance du MCU

MCU, microcontrôleur, il porte un nom bien connu : micro-ordinateur monopuce.

C'est vraiment un endroit idéal pour déplacer un ensemble de systèmes informatiques de base vers une puce, y compris la version interne du port série du compteur CPU RAM ROM IO, bien que les performances ne soient certainement pas aussi larges qu'un ordinateur, mais il est programmable à faible consommation et flexible, donc dans l'électronique grand public, la communication dans l'industrie médicale Les voitures ont une très large gamme d'applications.

Il est né en 1971, Intel a conçu le premier microprocesseur au monde – la puce numéro 4004 à 4 bits, cette puce intègre plus de 2 000 transistors, et Intel a également conçu des puces 4001, 4002, 4003, de la RAM, de la ROM et des registres.

Lorsque ces quatre produits ont été mis sur le marché, Intel a écrit dans la publicité « Annoncer une nouvelle ère de circuits intégrés : des micro-ordinateurs condensés sur une seule puce ».À cette époque, les mini-ordinateurs et les ordinateurs centraux étaient principalement des processeurs 8 bits et 16 bits, c'est pourquoi Intel a rapidement lancé le microprocesseur 8 bits 8008 en 1972 pour conquérir rapidement le marché, ouvrant ainsi l'ère des micro-ordinateurs monopuces.

En 1976, Intel a lancé le premier contrôleur de micro-ordinateur programmable au monde 8748, qui intègre un processeur 8 bits, des E/S parallèles 8 bits, un compteur 8 bits, une RAM, une ROM, etc., qui peuvent répondre aux besoins du contrôle industriel général et instrumentation, représentée par 8748, ouvrant l'exploration des micro-ordinateurs monopuces dans le domaine industriel.

Dans les années 1980, les micro-ordinateurs monopuce 8 bits ont commencé à devenir plus matures, la capacité de la RAM et de la ROM a augmenté, généralement avec des interfaces série, des systèmes de traitement d'interruptions multi-niveaux, plusieurs compteurs 16 bits, etc. En 1983, Intel a lancé le MCS -96 séries de microcontrôleurs 16 bits hautes performances, avec 120 000 transistors intégrés.

Depuis les années 1990, le micro-ordinateur monopuce est entré sur la scène d'une centaine d'écoles de pensée, en performance, rapidité, fiabilité, intégration en pleine floraison, selon le nombre de bits du bus ou de registres de données, à partir des 4 bits initiaux. progressivement développé, avec des micro-ordinateurs monopuce 8 bits, 16 bits, 32 bits et 64 bits.

À l'heure actuelle, le jeu d'instructions des MCU est principalement divisé en CISC et RISC, et l'architecture de base est principalement ARM Cortex, Intel 8051 et RISC-V.

Selon le rapport 2020 sur le marché chinois des microcontrôleurs généraux (MCU), les produits MCU 32 bits représentent jusqu'à 55 % du marché, suivis par les produits 8 bits, représentant 43 %, et les produits 4 bits représentant 2 %, 16 Les produits -bit représentant 1%, on peut voir que les produits principaux sur le marché sont les MCU 32 bits et 8 bits, et que l'espace de marché des produits MCU 16 bits a été sévèrement réduit.

Les produits du jeu d'instructions CISC représentaient 24 % du marché, les produits du jeu d'instructions RISC représentaient 76 % des produits grand public du marché ;Les produits de base Intel 8051 représentaient 22 % du marché, suivis par les produits ARM Cortex-M0, représentant 20 %, les produits ARM Cortex-M3 représentaient 14 %, les produits ARM Cortex-M4 représentaient 12 % et les produits ARM Cortex-M0+ représentaient 5 %, les produits ARM Cortex-M23 représentaient 1 %, les produits de base RISC-V représentaient 1 % et les autres représentaient 24 %.Les produits ARM Cortex-M0+ représentaient 5 %, les produits ARM Cortex-M23 1 %, les produits de base RISC-V 1 % et les autres 24 %.Dans l'ensemble, les cœurs de la série ARM Cortex représentent 52 % du marché dominant.

Le marché des MCU a été confronté à des baisses de prix significatives au cours des 20 dernières années, mais la baisse de son prix de vente moyen (ASP) a ralenti au cours des cinq dernières années.Après avoir connu le ralentissement de l'industrie automobile, la faiblesse économique mondiale et la crise épidémique, le marché des MCU a commencé à se redresser en 2020. Selon IC Insights, les expéditions de MCU ont augmenté de 8 % en 2020 et les expéditions totales de MCU en 2021 sont passées à 12 %, un record de 30,9 milliards, tandis que les ASP ont également augmenté de 10 %, la plus forte augmentation depuis 25 ans.

IC Insights s'attend à ce que les livraisons de MCU atteignent 35,8 milliards d'unités au cours des cinq prochaines années, pour un chiffre d'affaires total de 27,2 milliards de dollars.Parmi ceux-ci, les ventes de MCU 32 bits devraient atteindre 20 milliards de dollars avec un taux de croissance annuel composé de 9,4 %, les MCU 16 bits devraient atteindre 4,7 milliards de dollars et les MCU 4 bits ne devraient pas afficher de croissance.

02 Dépassement fou du MCU de voiture

L'électronique automobile constitue le plus grand scénario d'application des MCU.IC Insights s'attend à ce que les ventes mondiales de MCU augmentent de 10 % pour atteindre un record de 21,5 milliards de dollars en 2022, les MCU automobiles connaissant une croissance supérieure à celle de la plupart des autres marchés finaux.

Plus de 40 % des ventes de MCU proviennent de l'électronique automobile, et les ventes de MCU automobiles devraient croître à un TCAC de 7,7 % au cours des cinq prochaines années, dépassant celles des MCU à usage général (7,3 %).

À l'heure actuelle, les MCU automobiles sont principalement constitués de 8 bits, 16 bits et 32 ​​​​bits, et différents bits de MCU remplissent des fonctions différentes.

Spécifiquement:

Le MCU 8 bits est principalement utilisé pour des fonctions de contrôle relativement basiques, telles que le contrôle des sièges, des climatiseurs, des ventilateurs, des fenêtres et des modules de commande de portes.

Le MCU 16 bits est principalement utilisé pour le bas du corps, tel que le moteur, le frein électronique, le système de suspension et d'autres systèmes de puissance et de transmission.

Le MCU 32 bits s'adapte à l'intelligence automobile et est principalement utilisé pour des scénarios d'applications intelligents et sûrs haut de gamme tels que le divertissement dans le cockpit, l'ADAS et le contrôle de la carrosserie.

À ce stade, les MCU 8 bits augmentent en termes de performances et de capacité de mémoire et, grâce à leur propre rentabilité, ils peuvent remplacer certains MCU 16 bits dans les applications et sont également rétrocompatibles avec les MCU 4 bits.Le MCU 32 bits jouera un rôle de contrôle principal de plus en plus important dans l'ensemble de l'architecture E/E automobile, qui peut gérer quatre unités ECU dispersées de bas et de milieu de gamme, et le nombre d'utilisations continuera d'augmenter.

La situation ci-dessus place le MCU 16 bits dans une position relativement délicate, pas haute mais basse, mais dans certains scénarios d'application, il reste utile, comme certaines applications clés des systèmes de transmission.

L'intelligence automobile a considérablement stimulé la demande de MCU 32 bits, avec plus des trois quarts des ventes de MCU automobiles provenant de MCU 32 bits en 2021, qui devraient atteindre environ 5,83 milliards de dollars ;Les MCU 16 bits généreront environ 1,34 milliard de dollars de revenus ;et les MCU 8 bits généreront environ 441 millions de dollars de revenus, selon le rapport McClean.

Au niveau des applications, l'infodivertissement est le scénario d'application avec la plus forte augmentation d'une année sur l'autre des ventes de MCU automobiles, avec une croissance de 59 % en 2021 par rapport à 2020, et une croissance des revenus de 20 % pour les scénarios restants.

Désormais, tout le contrôle électronique de la voiture doit utiliser l'ECU (unité de commande électronique), et le MCU est la puce de contrôle de base de l'ECU, chaque ECU possède au moins un MCU, de sorte que l'étape actuelle de la transformation et de la mise à niveau de l'électrification intelligente a suscité la demande de L’utilisation d’un seul véhicule MCU va augmenter.

Selon les données du département de recherche du comité d'experts en marketing automobile de l'institut de marketing de Chine, le nombre moyen d'ECU transportés par les voitures à carburant traditionnelles ordinaires est de 70 ;le nombre d'ECU transportés par les voitures de luxe à carburant traditionnel peut atteindre 150 en raison des exigences de performance plus élevées en matière de sièges, de commande centrale et de divertissement, de stabilité et de sécurité de la carrosserie ;et le nombre moyen d'ECU transportés par les voitures intelligentes peut atteindre 300 en raison des nouvelles exigences logicielles et matérielles pour la conduite autonome et la conduite assistée, ce qui correspond à la quantité de MCU utilisée par les voitures individuelles qui atteindra également plus de 300.

La forte demande de MCU de la part des constructeurs automobiles est particulièrement évidente en 2021, alors qu’il y a une pénurie de cœurs en raison de l’épidémie.Cette année-là, de nombreux constructeurs automobiles ont dû fermer brièvement certaines lignes de production en raison du manque de cœurs, mais les ventes de MCU automobiles ont grimpé de 23 % pour atteindre 7,6 milliards de dollars, un niveau record.

La plupart des puces automobiles sont produites à l'aide de tranches de 8 pouces, certains fabricants comme TI à transfert de ligne de 12 pouces, IDM fera également partie de la fonderie d'externalisation de capacité, dominée par MCU, environ 70 % de la capacité de TSMC. .Cependant, le secteur automobile lui-même représente une petite proportion de TSMC, et TSMC se concentre sur le domaine des technologies de processus avancées de l'électronique grand public, de sorte que le marché des MCU automobiles est particulièrement rare.

La pénurie de puces automobiles, provoquée par l'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs, a également déclenché une vague d'expansion, les principales fonderies et usines IDM augmentant activement leur production, mais l'objectif est différent.

L'usine TSMC Kumamoto devrait être mise en service d'ici la fin de 2024, en plus du processus 22/28 nm, elle fournira en outre des processus 12 et 16 nm, et l'usine de Nanjing étendra sa production à 28 nm, avec une capacité de production mensuelle de 40 000 pièces ;

SMIC prévoit d'augmenter sa production d'au moins 45 000 tranches de 8 pouces et d'au moins 10 000 tranches de 12 pouces en 2021, et de construire une ligne de production de 12 pouces avec une capacité mensuelle de 120 000 tranches à Lingang, en se concentrant sur les nœuds de 28 nm et plus.

Huahong prévoit d'accélérer l'expansion de sa capacité de production de 12 pouces à 94 500 pièces en 2022 ;

Renesas a annoncé sa participation dans l'usine TSMC de Kumamoto avec l'intention d'étendre l'externalisation et vise à augmenter l'offre de MCU automobiles de 50 % d'ici 2023, la capacité de MCU haut de gamme devant augmenter de 50 % et la capacité de MCU bas de gamme d'environ 70 %. par rapport à fin 2021.

STMicroelectronics investira 1,4 milliard de dollars en 2022 pour son expansion et prévoit de doubler la capacité de ses usines européennes d'ici 2025, principalement pour augmenter la capacité de 12 pouces, et pour une capacité de 8 pouces, STMicroelectronics procédera à une mise à niveau sélective pour les produits qui ne nécessitent pas de 12 pouces. technologie en pouces.

Texas Instruments ajoutera quatre nouvelles usines, la première usine devrait être mise en service en 2025 et les troisième et quatrième usines seront construites entre 2026 et 2030 ;

ON Semiconductor a augmenté son investissement en capital à 12 %, principalement pour l'expansion de la capacité des tranches de 12 pouces.

IC Insights dispose de données intéressantes selon lesquelles l'ASP de tous les MCU 32 bits diminue à un TCAC de -4,4 % sur un an entre 2015 et 2020, mais augmente d'environ 13 % pour atteindre environ 0,72 $ en 2021. Cela se reflète dans le marché au comptant. , la fluctuation des prix du MCU automobile est plus évidente : le MCU NXP 32 bits FS32K144HAT0MLH, avec un prix permanent de 22 $, a bondi jusqu'à 550 $, soit une fourchette de plus de 20 fois, ce qui était l'une des puces automobiles les plus rares à cette époque.

Le MCU automobile Infineon 32 bits SAK-TC277TP-64F200N DC est passé à 4 500 yuans, soit une augmentation de près de 100 fois, la même série de SAK-TC275T-64F200N DC a également grimpé à plus de 2 000 yuans.

D'un autre côté, l'électronique grand public initialement en vogue a commencé à se refroidir, la faible demande, ainsi que l'accélération de la substitution nationale, ont fait baisser les prix des MCU grand public à usage général, certains modèles de puces ST tels que F0/F1/F3 les prix des séries se sont rapprochés du prix normal, et même les rumeurs du marché selon lesquelles le prix de certains MCU auraient chuté par rapport au prix de l'agence.

Cependant, les microcontrôleurs automobiles tels que Renesas, NXP, Infineon et ST sont toujours dans une relative pénurie.Par exemple, le prix du MCU 32 bits hautes performances STM32H743VIT6 de ST a grimpé à 600 yuans à la fin de l'année dernière, alors qu'il n'était que de 48 yuans il y a deux ans.L'augmentation est plus de 10 fois ;Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC prix du marché en octobre de l'année dernière à environ 1 200 $, offre de décembre jusqu'à 3 800 $ et même sur des sites Web tiers, offre plus de 5 000 $.

03 Le marché est vaste et la production nationale est faible

Le paysage concurrentiel des MCU est aussi dominé par les géants étrangers que l’ensemble de l’environnement concurrentiel des semi-conducteurs.En 2021, les cinq principaux fournisseurs de MCU étaient NXP, Microchip, Renesas, ST et Infineon.Ces cinq fournisseurs de MCU représentaient 82,1 % des ventes mondiales totales, contre 72,2 % en 2016, la taille des grandes entreprises augmentant au cours des années intermédiaires.

Par rapport aux MCU grand public et industriels, le seuil de certification des MCU automobiles est élevé et la période de certification est longue, le système de certification comprend la certification standard ISO26262, la certification standard AEC-Q001~004 et IATF16949, la certification standard AEC-Q100/Q104, dont ISO26262 sur la sécurité fonctionnelle automobile est divisée en quatre niveaux ASIL-A à D. Par exemple, le châssis et d'autres scénarios ont les exigences de sécurité les plus élevées et nécessitent une certification de niveau ASIL-D, peu de fabricants de puces peuvent remplir les conditions.

Selon les données de Strategy Analysis, le marché mondial et national des MCU automobiles est principalement occupé par NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, avec une part de marché de 85 %.Bien que les MCU 32 bits soient toujours monopolisés par des géants étrangers, certaines entreprises nationales ont décollé.

04 Conclusion

Le développement rapide des véhicules électriques intelligents, auquel ont adhéré un certain nombre de fabricants de puces grand public, tels que Nvidia, Qualcomm et Intel, ont été dans le cockpit intelligent, les percées en matière de puces de conduite autonome, comprimant l'espace de survie des anciens fabricants de puces automobiles.Le développement des microcontrôleurs automobiles est passé d'une concentration sur l'auto-développement et l'amélioration des performances à une concurrence globale pour la réduction des coûts tout en conservant les avantages technologiques.

Avec l'architecture E/E automobile de la distribution au contrôle de domaine, et éventuellement vers l'intégration centrale, il y aura de plus en plus de puces bas de gamme multifonctionnelles et simples qui seront remplacées, hautes performances, puissance de calcul élevée et autres haut de gamme. Les puces deviendront le centre de la future compétition de puces automobiles, car le rôle de contrôle principal du MCU par la future réduction du nombre d'ECU est relativement faible, comme l'ECU de contrôle du châssis Tesla, un seul contient 3-4 MCU, mais une fonction simple de le MCU de base sera intégré.Dans l’ensemble, le marché des microcontrôleurs automobiles et l’espace pour une substitution nationale dans les années à venir sont sans aucun doute vastes.