01 היסטוריית הצמיחה של ה-MCU
MCU, מיקרו-בקר, יש לו שם ידוע: מיקרו-שבב יחיד.
המקום הזה ממש מתוק הוא להעביר קבוצה של מערכת מחשב בסיסית לשבב, כולל הגרסה הפנימית של היציאה הטורית של CPU RAM ROM IO מונה, למרות שהביצועים בהחלט לא רחבים כמו מחשב, אבל זה ניתן לתכנות בצריכת חשמל נמוכה גמיש, אז בתחום האלקטרוניקה, תקשורת בתעשייה הרפואית למכוניות יש מגוון רחב מאוד של יישומים.
הוא נולד בשנת 1971, אינטל עיצבה את המיקרו-מעבד הראשון בעולם – המספר 4004 שבב 4 סיביות, שבב זה משלב יותר מ-2,000 טרנזיסטורים, ואינטל עיצבה גם 4001, 4002, 4003 שבבים, RAM, ROM ואוגרים.
כאשר ארבעת המוצרים הללו יצאו לשוק, אינטל כתבה בפרסומת "הכריזו על עידן חדש של מעגלים משולבים: מיקרו מחשבים מתמצים על שבב בודד".באותה תקופה, מחשבי מיני ומיינפריים היו בעיקר מעבדי 8 סיביות ו-16 סיביות, ולכן אינטל השיקה עד מהרה את 8008 המיקרו-מעבד 8008 ב-1972 כדי לנצח במהירות את השוק, ופתח את עידן המיקרו-מחשבים עם שבב יחיד.
בשנת 1976 השיקה אינטל את בקר המיקרו-מחשב המתוכנת הראשון בעולם 8748, המשלב מעבד 8 סיביות, קלט/פלט מקבילי 8 סיביות, מונה 8 סיביות, RAM, ROM וכו', שיכול לענות על הצרכים של בקרה תעשייתית כללית ו מכשור, המיוצג על ידי 8748, פותח את החקר של מחשבי מיקרו-שבב בודד בתחום התעשייתי.
בשנות ה-80, מחשבי מיקרו-שבב בודד של 8 סיביות החלו להיות בוגרים יותר, קיבולת ה-RAM וה-ROM גדלה, בדרך כלל עם ממשקים טוריים, מערכות עיבוד פסיקות מרובות, מספר מונים של 16 סיביות וכו'. בשנת 1983 השיקה אינטל את ה-MCS -96 סדרות של מיקרו-בקרים בעלי ביצועים גבוהים של 16 סיביות, עם 120,000 טרנזיסטורים משולבים.
מאז שנות ה-90, המיקרו-מחשב בעל שבב יחיד נכנס לשלב של מאה אסכולות, בביצועים, מהירות, אמינות, אינטגרציה בשיא פריחתו, לפי מספר הסיביות של האוטובוס או אוגרי הנתונים, מ-4 הסיביות הראשוניות. התפתח בהדרגה, עם מחשבי מיקרו-שבב יחיד של 8-bit, 16-bit, 32-bit ו-64-bit.
נכון לעכשיו, מערך ההוראות של MCUs מחולק בעיקר ל-CISC ו-RISC, וארכיטקטורת הליבה היא בעיקר ARM Cortex, Intel 8051 ו-RISC-V.
לפי תקציר השוק הכללי של מיקרו-בקר בסין (MCU) לשנת 2020, מוצרי MCU של 32 סיביות מהווים עד 55% מהשוק, ואחריהם מוצרי 8 סיביות, מהווים 43%, מוצרי 4 סיביות מהווים 2%, 16 מוצרי סיביות המהווים 1%, ניתן לראות שהמוצרים המיינסטרים בשוק הם 32-bit ו-8-bit MCU, ושטח השוק של מוצרי 16-bit MCU נלחץ מאוד.
מוצרי ערכת הוראות CISC היוו 24% מהשוק, מוצרי ערכת הוראות RISC היוו 76% ממוצרי המיינסטרים בשוק;מוצרי הליבה של אינטל 8051 היוו 22% מהשוק, ואחריהם מוצרי ARM Cortex-M0, מהווים 20%, מוצרי ARM Cortex-M3 היוו 14%, מוצרי ARM Cortex-M4 היוו 12%, מוצרי ARM Cortex-M0+ היוו 5%, מוצרי ARM Cortex-M23 היוו 1%, מוצרי הליבה RISC-V היוו 1%, ואחרים היוו 24%.מוצרי ARM Cortex-M0+ היוו 5%, מוצרי ARM Cortex-M23 היוו 1%, מוצרי הליבה RISC-V היוו 1%, ואחרים היוו 24%.בסך הכל, ליבות סדרת ARM Cortex מהוות 52% מהמיינסטרים בשוק.
שוק ה-MCU מתמודד עם ירידות מחירים משמעותיות במהלך 20 השנים האחרונות, אך ירידת מחיר המכירה הממוצעת שלו (ASP) האטה בחמש השנים האחרונות.לאחר שחווה את ההאטה בתעשיית הרכב, את החולשה הכלכלית העולמית ומשבר המגיפה, שוק ה-MCU החל להתאושש בשנת 2020. לפי IC Insights, משלוחי ה-MCU גדלו ב-8% בשנת 2020, וסך משלוחי ה-MCU ב-2021 גדל ל-2021 12%, שיא של 30.9 מיליארד, בעוד ש-ASP גם עלו ב-10%, הגידול הגבוה ביותר מזה 25 שנים.
IC Insights צופה כי משלוחי MCU יגיעו ל-35.8 מיליארד יחידות בחמש השנים הקרובות, עם מכירות כוללות של 27.2 מיליארד דולר.מתוכם, מכירות 32-bit MCU צפויות להגיע ל-20 מיליארד דולר עם קצב צמיחה שנתי מורכב של 9.4%, 16-bit MCU צפויים להגיע ל-4.7 מיליארד דולר, ו-4-bit MCU לא צפויים להציג צמיחה.
02 עקיפת MCU מטורפת לרכב
אלקטרוניקה לרכב היא תרחיש היישום הגדול ביותר של MCUs.IC Insights צופה שמכירות MCU ברחבי העולם יגדלו ב-10% לשיא של 21.5 מיליארד דולר בשנת 2022, כאשר MCUs לרכב יגדלו יותר מרוב שווקי הקצה האחרים.
יותר מ-40% ממכירות ה-MCU מגיעות מאלקטרוניקה לרכב, ומכירות ה-MCU לרכב צפויות לגדול ב-CAGR של 7.7% במהלך חמש השנים הקרובות, יותר מ-MCU לשימוש כללי (7.3%).
כיום, MCUs לרכב הם בעיקר 8-bit, 16-bit ו-32-bit, וסיביות שונים של MCUs ממלאים תפקידים שונים.
באופן ספציפי:
ה-MCU של 8 סיביות משמש בעיקר לפונקציות בקרה בסיסיות יחסית, כגון שליטה במושבים, מזגנים, מאווררים, חלונות ומודולי בקרת דלתות.
ה-MCU של 16 סיביות משמש בעיקר עבור פלג גוף תחתון, כגון מנוע, בלם אלקטרוני, מערכת מתלים ומערכות כוח ותיבת הילוכים אחרות.
ה-MCU של 32 סיביות מתאים לאינטליגנציה של הרכב ומשמש בעיקר לתרחישי יישומים חכמים ובטוחים מתקדמים כגון בידור לתא הטייס, ADAS ובקרת גוף.
בשלב זה, רכיבי MCU של 8 סיביות צומחים בביצועים ובקיבולת הזיכרון, ועם עלות-תועלת משלהם, הם יכולים להחליף כמה רכיבי MCU של 16 סיביות ביישומים ותואמים גם לאחור עם 4-bit MCUs.ה-MCU של 32 סיביות ימלא תפקיד חשוב יותר ויותר של בקרת אב בכל ארכיטקטורת ה-E/E של הרכב, שיכול לנהל ארבע יחידות ECU מפוזרות בקצה נמוך ובטווח בינוני, ומספר השימושים ימשיך לגדול.
המצב הנ"ל הופך את ה-MCU של 16 סיביות למצב מביך יחסית, לא גבוה אלא נמוך, אבל בתרחישי יישומים מסוימים, הוא עדיין שימושי, כמו כמה יישומי מפתח של מערכות הינע.
מודיעין רכב הגביר משמעותית את הביקוש ל-MCU של 32 סיביות, כאשר יותר משלושה רבעים ממכירות ה-MCU לרכב הגיעו מ-32-bit MCU ב-2021, צפוי להגיע לכ-5.83 מיליארד דולר;MCUs של 16 סיביות יפיקו כ-1.34 מיליארד דולר בהכנסות;ו-MCU של 8 סיביות יפיקו כ-441 מיליון דולר בהכנסות, על פי דו"ח McClean.
ברמת האפליקציה, מידע-בידור הוא תרחיש היישומים עם העלייה הגבוהה ביותר משנה לשנה במכירות MCU לרכב, עם צמיחה של 59% בשנת 2021 בהשוואה ל-2020, וגידול של 20% בהכנסות עבור יתר התרחישים.
כעת כל השליטה האלקטרונית של המכונית לשימוש ב-ECU (יחידת בקרה אלקטרונית), ו-MCU הוא שבב הבקרה ECU הליבה, לכל ECU יש לפחות MCU אחד, כך שהשלב הנוכחי של השינוי והשדרוג של חשמול אינטליגנטי עורר את הדרישה עבור עלייה בשימוש ברכב יחיד ב-MCU.
על פי הנתונים של מחלקת המחקר של ועדת המומחים לשיווק רכב של מכון השיווק של סין, המספר הממוצע של ECU שנושאים על ידי מכוניות דלק מסורתיות רגילות הוא 70;מספר ה-ECU הנישאים על ידי מכוניות דלק מסורתיות יוקרתיות יכול להגיע ל-150 בגלל דרישות ביצועים גבוהות יותר למושבים, שליטה מרכזית ובידור, יציבות גוף ובטיחות;ומספר ה-ECU הממוצע שנושאים על ידי מכוניות חכמות יכול להגיע ל-300 בגלל דרישות התוכנה והחומרה החדשות לנהיגה אוטונומית ולנהיגה מסייעת, שתואמת את כמות ה-MCU המשמשת מכוניות בודדות, תגיע גם ליותר מ-300.
הביקוש החזק ל-MCUs מיצרניות הרכב בולט במיוחד בשנת 2021, כאשר יש מחסור בליבות בגלל המגיפה.באותה שנה, חברות רכב רבות נאלצו לסגור לזמן קצר כמה קווי ייצור בגלל היעדר ליבות, אבל מכירות ה-MCU לרכב זינקו ב-23% ל-7.6 מיליארד דולר, שיא שיא.
רוב שבבי הרכב מיוצרים באמצעות פרוסות 8 אינץ', חלק מהיצרנים כגון TI ל-12 אינץ' העברת קו, IDM יהיה גם חלק ממפעל היציקה למיקור חוץ, אשר נשלטת על ידי MCU, כ-70% מהקיבולת על ידי TSMC .עם זאת, עסק הרכב עצמו מהווה חלק קטן מ-TSMC, ו-TSMC מתמקדת בתחום טכנולוגיית התהליך המתקדם של מוצרי אלקטרוניקה, כך ששוק ה-MCU לרכב הוא דל במיוחד.
המחסור בשבבי רכב בראשות תעשיית המוליכים למחצה כולה הביא גם לגל של התרחבות, למפעלי היציקה הגדולים ולמפעלי IDM להרחיב באופן פעיל את הייצור, אך המיקוד שונה.
מפעל TSMC Kumamoto צפוי להיות מופעל עד סוף 2024, בנוסף לתהליך ה-22/28nm, הוא יספק עוד תהליכים של 12 ו-16nm, ומפעל נאנג'ינג ירחיב את הייצור ל-28nm, עם כושר ייצור חודשי של 40,000 חתיכות;
SMIC מתכננת להרחיב את הייצור בלפחות 45,000 פרוסות בגודל 8 אינץ' ולפחות 10,000 פרוסות 12 אינץ' בשנת 2021, ולבנות קו ייצור בגודל 12 אינץ' עם קיבולת חודשית של 120,000 וופרים בלינגנג, תוך התמקדות בצמתים של 28 ננומטר ומעלה.
Huahong מצפה להאיץ את הרחבת כושר הייצור של 12 אינץ' ל-94,500 חלקים ב-2022;
רנסאס הודיעה על חלקה במפעל Kumamoto של TSMC מתוך כוונה להרחיב את מיקור החוץ, ושואפת להגדיל את אספקת ה-MCU לרכב ב-50% עד 2023, כאשר קיבולת ה-MCU המתקדמת צפויה לגדול ב-50% וקיבולת ה-MCU הנמוכה בכ-70% בהשוואה לסוף 2021.
STMicroelectronics תשקיע 1.4 מיליארד דולר ב-2022 להרחבה, ומתכננת להכפיל את הקיבולת של המפעלים שלה באירופה עד 2025, בעיקר כדי להגדיל את הקיבולת של 12 אינץ', ועבור קיבולת 8 אינץ', STMicroelectronics תשדרג באופן סלקטיבי עבור מוצרים שאינם דורשים 12 אינץ'. טכנולוגיית אינץ'.
טקסס אינסטרומנטס תוסיף ארבעה מפעלים חדשים, המפעל הראשון צפוי להיות מופעל ב-2025, והמפעל השלישי והרביעי ייבנו בין 2026 ל-2030;
ON Semiconductor הגדילה את השקעת ההון שלה ל-12%, בעיקר עבור הרחבת קיבולת פרוסות 12 אינץ'.
ל-IC Insights יש נתונים מעניינים לפיהם ה-ASP של כל 32-bit MCUs יורד ב-CAGR של -4.4% משנה לשנה בין 2015 ל-2020, אך עולה בכ-13% לכ-0.72 דולר ב-2021. משתקף בשוק הספוט תנודת המחיר של MCU לרכב ברורה יותר: ה-NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH עם מחיר קבוע של $22 עלה ל-$550, טווח של יותר מפי 20, שהיה אחד משבבי הרכב הנדירים ביותר באותה תקופה.
Infineon 32-bit רכב MCU SAK-TC277TP-64F200N DC עלה ל-4,500 יואן, עלייה של כמעט פי 100, אותה סדרה של SAK-TC275T-64F200N DC זינקה גם היא ליותר מ-2,000 יואן.
מהצד השני, האלקטרוניקה הצרכנית החמה במקור החלה להתקרר, הביקוש החלש, כמו גם האצת ההחלפות המקומיות, מה שגרם למחירי MCU לצרכן לצרכן לרדת, כמה דגמי שבבי ST כגון F0/F1/F3 מחירי הסדרה הגיעו קרוב למחיר הרגיל, ואפילו השמועות בשוק שמחירם של כמה MCUs ירדו ממחיר הסוכנות.
עם זאת, MCUs לרכב כגון Renesas, NXP, Infineon ו-ST עדיין נמצאים במצב של מחסור יחסי.לדוגמה, מחיר ה-32-bit MCU STM32H743VIT6 בעל הביצועים הגבוהים של ST טיפס ל-600 יואן בסוף השנה שעברה, בעוד שמחירו עמד על 48 יואן בלבד לפני שנתיים.הגידול הוא יותר מפי 10;מחיר השוק של Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC באוקטובר אשתקד בסביבות 1200 $, הצעת דצמבר עד 3800 $, ואפילו באתרי צד שלישי מציעים יותר מ- 5000 $.
03 השוק גדול, והייצור המקומי קטן
הנוף התחרותי של MCU נשלט על ידי ענקיות מעבר לים כמו כל הסביבה התחרותית של מוליכים למחצה.בשנת 2021, חמשת ספקי ה-MCU המובילים היו NXP, Microchip, Renesas, ST ו-Infineon.חמשת ספקי ה-MCU הללו היוו 82.1% מסך המכירות העולמיות, בהשוואה ל-72.2% ב-2016, כאשר גודל החברות הראשיות גדל בשנים שחלפו.
בהשוואה ל-MCU צרכני ותעשייתי, סף הסמכת MCU לרכב גבוה ותקופת ההסמכה ארוכה, מערכת ההסמכה כוללת אישור תקן ISO26262, אישור תקן AEC-Q001~004 ו-IATF16949, אישור תקן AEC-Q100/Q104, מתוכם אישור תקן ISO26262. בטיחות תפקודית לרכב מחולקת לארבע רמות של ASIL-A עד D. לדוגמה, לשלדה ולתרחישים אחרים יש את דרישות הבטיחות הגבוהות ביותר ודורשים הסמכה ברמת ASIL-D, מעט יצרני שבבים יכולים לעמוד בתנאים.
על פי נתוני ניתוח אסטרטגיה, שוק ה-MCU הגלובלי והמקומי לרכב תפוס בעיקר על ידי NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip, עם נתח שוק של 85%.למרות שמכשירי MCU של 32 סיביות עדיין מונופולים על ידי ענקיות מעבר לים, כמה חברות מקומיות המריאו.
04 מסקנה
הפיתוח המהיר של רכבים חשמליים חכמים, ולכן הצטרפו מספר יצרניות שבבים לצרכן, כמו Nvidia, Qualcomm, Intel היו בתא הטייס החכם, פריצות דרך של שבבי נהיגה אוטונומית, דחיסה של מרחב ההישרדות של יצרני שבבי הרכב הוותיקים.הפיתוח של MCUs לרכב הפך מהתמקדות בפיתוח עצמי ושיפור ביצועים לתחרות כוללת על הפחתת עלויות תוך שמירה על יתרונות טכנולוגיים.
עם ארכיטקטורת ה-E/E של הרכב מבוזרת לבקרת תחום, ובסופו של דבר לקראת אינטגרציה מרכזית, יהיו יותר ויותר שבב רב תפקודי ופשוט יוחלף, בעל ביצועים גבוהים, עוצמת מחשוב גבוהה ועוד מתקדמים אחרים שבבים יהפכו למוקד של תחרות שבבי רכב עתידית, מכיוון שתפקיד הבקרה העיקרי של ה-MCU על ידי הפחתת מספר ה-ECU העתידי הוא קטן יחסית, כגון ה-ECU בקרת השלדה של טסלה, יחיד מכיל 3-4 MCU, אך פונקציה פשוטה כלשהי של ה-MCU הבסיסי ישולב.בסך הכל, השוק של MCUs לרכב והמרחב להחלפה מקומית בשנים הקרובות הוא ללא ספק עצום.
זמן פרסום: פברואר-01-2023