01 تاريخ نمو MCU
MCU، متحكم دقيق، له اسم معروف: حاسوب صغير ذو شريحة واحدة.
إنه مكان رائع حقًا هو نقل مجموعة من نظام الكمبيوتر الأساسي إلى شريحة، بما في ذلك الإصدار الداخلي من المنفذ التسلسلي لوحدة المعالجة المركزية (RAM) وROM ROM IO، على الرغم من أن الأداء ليس بالتأكيد واسعًا مثل الكمبيوتر، ولكنه قابل للبرمجة منخفض الطاقة و مرنة، لذلك في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية، تتمتع سيارات الاتصالات الصناعية الطبية بمجموعة واسعة جدًا من التطبيقات.
ولدت شركة إنتل في عام 1971، وصممت أول معالج دقيق في العالم - الشريحة رقم 4004 ذات 4 بت، وتدمج هذه الشريحة أكثر من 2000 ترانزستور، كما صممت إنتل أيضًا 4001، 4002، 4003 شريحة، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وذاكرة القراءة فقط (ROM)، والسجلات.
عندما طرحت هذه المنتجات الأربعة في الأسواق، كتبت شركة إنتل في الإعلان: "أعلن عن حقبة جديدة من الدوائر المتكاملة: حواسيب صغيرة مكثفة على شريحة واحدة".في ذلك الوقت، كانت الحواسيب الصغيرة والحواسيب الكبيرة عبارة عن معالجات 8 بت و16 بت، لذلك أطلقت إنتل قريبًا المعالج الدقيق 8 بت 8008 في عام 1972 لغزو السوق بسرعة، وفتح عصر الحواسيب الصغيرة ذات الشريحة الواحدة.
في عام 1976، أطلقت إنتل أول وحدة تحكم للكمبيوتر الصغير قابلة للبرمجة 8748 في العالم، والتي تدمج وحدة المعالجة المركزية 8 بت، والإدخال / الإخراج المتوازي 8 بت، وعداد 8 بت، وذاكرة الوصول العشوائي، وذاكرة القراءة فقط، وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تلبي احتياجات التحكم الصناعي العام و الأجهزة، ممثلة بـ 8748، مما فتح المجال لاستكشاف الحواسيب الصغيرة ذات الشريحة الواحدة في المجال الصناعي.
في الثمانينيات، بدأت الحواسيب الصغيرة أحادية الشريحة 8 بت تصبح أكثر نضجًا، وزادت سعة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM)، بشكل عام مع الواجهات التسلسلية، وأنظمة معالجة المقاطعة متعددة المستويات، وعدادات 16 بت المتعددة، وما إلى ذلك. في عام 1983، أطلقت إنتل MCS -96 سلسلة من وحدات التحكم الدقيقة عالية الأداء 16 بت، مع 120.000 ترانزستور مدمج.
منذ تسعينيات القرن الماضي، دخل الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة مرحلة مائة مدرسة فكرية، في الأداء والسرعة والموثوقية والتكامل الكامل، وفقًا لعدد بتات الناقل أو سجلات البيانات، بدءًا من 4 بتات أولية تم تطويره تدريجيًا، باستخدام حواسيب صغيرة أحادية الشريحة 8 بت و16 بت و32 بت و64 بت.
في الوقت الحاضر، تنقسم مجموعة تعليمات وحدات MCU بشكل أساسي إلى CISC وRISC، والبنية الأساسية هي بشكل أساسي ARM Cortex وIntel 8051 وRISC-V.
وفقًا لموجز سوق وحدات التحكم الدقيقة العامة (MCU) في الصين لعام 2020، تمثل منتجات MCU 32 بت ما يصل إلى 55% من السوق، تليها منتجات 8 بت، تمثل 43%، ومنتجات 4 بت تمثل 2%، 16 تمثل منتجات -bit 1٪، ويمكن ملاحظة أن المنتجات السائدة في السوق هي وحدات MCU 32 بت و8 بت، وقد تم تقليص مساحة السوق لمنتجات MCU 16 بت بشدة.
تمثل منتجات مجموعة تعليمات CISC 24% من السوق، وتمثل منتجات مجموعة تعليمات RISC 76% من المنتجات السائدة في السوق؛استحوذت منتجات Intel 8051 الأساسية على 22% من السوق، تليها منتجات ARM Cortex-M0 بنسبة 20%، وشكلت منتجات ARM Cortex-M3 14%، وشكلت منتجات ARM Cortex-M4 12%، ومنتجات ARM Cortex-M0+ تمثل 5٪، وتمثل منتجات ARM Cortex-M23 1٪، وتمثل المنتجات الأساسية RISC-V 1٪، وتمثل المنتجات الأخرى 24٪.وشكلت منتجات ARM Cortex-M0 + 5%، وشكلت منتجات ARM Cortex-M23 1%، وشكلت المنتجات الأساسية RISC-V 1%، وشكلت المنتجات الأخرى 24%.على العموم، تمثل سلسلة نوى ARM Cortex 52% من السوق السائد.
واجه سوق MCU انخفاضًا كبيرًا في الأسعار على مدار العشرين عامًا الماضية، لكن انخفاض متوسط سعر البيع (ASP) تباطأ على مدار السنوات الخمس الماضية.بعد تجربة الانكماش في صناعة السيارات، والضعف الاقتصادي العالمي، وأزمة الوباء، بدأ سوق MCU في التعافي في عام 2020. ووفقًا لـ IC Insights، زادت شحنات MCU بنسبة 8٪ في عام 2020، وارتفع إجمالي شحنات MCU في عام 2021 إلى 12%، وهو رقم قياسي بلغ 30.9 مليار دولار، في حين ارتفعت أسعار البيع بالجملة أيضًا بنسبة 10%، وهي أعلى زيادة منذ 25 عامًا.
وتتوقع IC Insights أن تصل شحنات MCU إلى 35.8 مليار وحدة خلال السنوات الخمس المقبلة، بإجمالي مبيعات يبلغ 27.2 مليار دولار.ومن بين هذه المبيعات، من المتوقع أن تصل مبيعات MCU 32 بت إلى 20 مليار دولار بمعدل نمو سنوي مركب قدره 9.4٪، ومن المتوقع أن تصل مبيعات MCU 16 بت إلى 4.7 مليار دولار، ومن غير المتوقع أن تظهر وحدات MCU 4 بت نموًا.
02 سيارة MCU التجاوز المجنون
تعد إلكترونيات السيارات أكبر سيناريو تطبيق لوحدات MCU.تتوقع IC Insights أن تنمو مبيعات MCU في جميع أنحاء العالم بنسبة 10٪ لتصل إلى مستوى قياسي قدره 21.5 مليار دولار في عام 2022، مع نمو وحدات MCU للسيارات أكثر من معظم الأسواق النهائية الأخرى.
أكثر من 40% من مبيعات MCU تأتي من إلكترونيات السيارات، ومن المتوقع أن تنمو مبيعات MCU للسيارات بمعدل نمو سنوي مركب قدره 7.7% على مدى السنوات الخمس المقبلة، متجاوزة وحدات MCU للأغراض العامة (7.3%).
في الوقت الحاضر، وحدات MCU الخاصة بالسيارات هي بشكل أساسي 8 بت و16 بت و32 بت، وتلعب وحدات MCU المختلفة وظائف مختلفة.
خاصة:
يتم استخدام MCU 8 بت بشكل أساسي لوظائف التحكم الأساسية نسبيًا، مثل التحكم في المقاعد ومكيفات الهواء والمراوح والنوافذ ووحدات التحكم في الأبواب.
يتم استخدام MCU 16 بت بشكل أساسي للجزء السفلي من الجسم، مثل المحرك والفرامل الإلكترونية ونظام التعليق وأنظمة الطاقة وناقل الحركة الأخرى.
يناسب MCU 32 بت ذكاء السيارات ويستخدم بشكل أساسي لسيناريوهات التطبيقات الذكية والآمنة المتطورة مثل الترفيه في قمرة القيادة ونظام مساعدة السائق المتقدم والتحكم في الجسم.
في هذه المرحلة، تنمو وحدات MCU 8 بت من حيث الأداء وسعة الذاكرة، ومع فعاليتها من حيث التكلفة، يمكنها استبدال بعض وحدات MCU 16 بت في التطبيقات كما أنها متوافقة مع الإصدارات السابقة مع وحدات MCU 4 بت.ستلعب وحدة MCU 32 بت دورًا تحكمًا رئيسيًا متزايد الأهمية في بنية E/E للسيارات بأكملها، والتي يمكنها إدارة أربع وحدات ECU متناثرة منخفضة ومتوسطة المدى، وسيستمر عدد الاستخدامات في الزيادة.
الوضع أعلاه يجعل وحدة MCU 16 بت في وضع حرج نسبيًا، ليست عالية ولكنها منخفضة، ولكن في بعض سيناريوهات التطبيق، لا تزال مفيدة، مثل بعض التطبيقات الرئيسية لأنظمة نقل الحركة.
عزز ذكاء السيارات بشكل كبير الطلب على وحدات MCU 32 بت، حيث يأتي أكثر من ثلاثة أرباع مبيعات MCU للسيارات من وحدات MCU 32 بت في عام 2021، ومن المتوقع أن تصل إلى حوالي 5.83 مليار دولار؛ستولد وحدات MCU ذات 16 بت حوالي 1.34 مليار دولار من الإيرادات؛وستولد وحدات MCU ذات 8 بت حوالي 441 مليون دولار من الإيرادات، وفقًا لتقرير ماكلين.
على مستوى التطبيق، يعد نظام المعلومات والترفيه هو سيناريو التطبيق الذي يتمتع بأعلى زيادة سنوية في مبيعات MCU للسيارات، مع نمو بنسبة 59٪ في عام 2021 مقارنة بعام 2020، ونمو الإيرادات بنسبة 20٪ للسيناريوهات المتبقية.
الآن كل التحكم الإلكتروني في السيارة يستخدم ECU (وحدة التحكم الإلكترونية)، وMCU هي شريحة التحكم الأساسية ECU، كل وحدة تحكم إلكترونية لديها MCU واحدة على الأقل، وبالتالي فإن المرحلة الحالية من التحول وترقية الكهربة الذكية دفعت الطلب على زيادة استخدام مركبة واحدة MCU.
وفقا للبيانات الصادرة عن قسم الأبحاث التابع للجنة خبراء تسويق السيارات بمعهد التسويق الصيني، فإن متوسط عدد وحدات التحكم الإلكترونية التي تحملها سيارات الوقود التقليدية العادية هو 70؛يمكن أن يصل عدد وحدات التحكم الإلكترونية التي تحملها سيارات الوقود التقليدية الفاخرة إلى 150 وحدة بسبب متطلبات الأداء الأعلى للمقاعد والتحكم المركزي والترفيه واستقرار الجسم وسلامته؛ويمكن أن يصل متوسط عدد وحدات التحكم الإلكترونية التي تحملها السيارات الذكية إلى 300 بسبب متطلبات البرامج والأجهزة الجديدة للقيادة الذاتية والقيادة المساعدة، والتي تتوافق مع كمية MCU التي تستخدمها السيارات الفردية ستصل أيضًا إلى أكثر من 300.
يتجلى الطلب القوي على وحدات MCU من شركات صناعة السيارات بشكل خاص في عام 2021، عندما يكون هناك نقص في النوى بسبب الوباء.في ذلك العام، اضطرت العديد من شركات السيارات إلى إغلاق بعض خطوط الإنتاج لفترة وجيزة بسبب نقص النوى، لكن مبيعات وحدات MCU للسيارات ارتفعت بنسبة 23٪ لتصل إلى 7.6 مليار دولار، وهو رقم قياسي.
يتم إنتاج معظم رقائق السيارات باستخدام رقائق مقاس 8 بوصات، وبعض الشركات المصنعة مثل TI لنقل الخط مقاس 12 بوصة، وستكون IDM أيضًا جزءًا من مسبك الاستعانة بمصادر خارجية للسعة، والذي تهيمن عليه MCU، حوالي 70٪ من سعة TSMC .ومع ذلك، فإن أعمال السيارات نفسها تمثل نسبة صغيرة من TSMC، وتركز TSMC على مجال تكنولوجيا العمليات المتقدمة للإلكترونيات الاستهلاكية، وبالتالي فإن سوق MCU للسيارات نادر بشكل خاص.
أدى النقص في رقائق السيارات الذي تقوده صناعة أشباه الموصلات بأكملها أيضًا إلى موجة من التوسع، حيث قامت المسابك الكبرى ومصانع IDM بتوسيع الإنتاج بشكل نشط، لكن التركيز مختلف.
من المتوقع أن يتم تشغيل مصنع TSMC كوماموتو بحلول نهاية عام 2024، بالإضافة إلى عملية 22/28 نانومتر، ستوفر أيضًا عمليات 12 و16 نانومتر، وسيوسع مصنع نانجينغ الإنتاج إلى 28 نانومتر، بقدرة إنتاجية شهرية تبلغ 40.000 قطعة؛
تخطط SMIC لتوسيع الإنتاج بما لا يقل عن 45000 رقاقة مقاس 8 بوصات وما لا يقل عن 10000 رقاقة مقاس 12 بوصة في عام 2021، وبناء خط إنتاج مقاس 12 بوصة بسعة شهرية تبلغ 120000 رقاقة في Lingang، مع التركيز على العقد مقاس 28 نانومتر وما فوق.
وتتوقع شركة Huahong تسريع توسيع الطاقة الإنتاجية مقاس 12 بوصة إلى 94500 قطعة في عام 2022؛
أعلنت شركة Renesas عن حصتها في مصنع كوماموتو التابع لشركة TSMC بهدف توسيع نطاق الاستعانة بمصادر خارجية، وتهدف إلى زيادة إمدادات MCU للسيارات بنسبة 50% بحلول عام 2023، مع توقع زيادة سعة MCU المتطورة بنسبة 50% وقدرة MCU المنخفضة بحوالي 70%. مقارنة بنهاية عام 2021.
ستستثمر شركة STMicroelectronics 1.4 مليار دولار في عام 2022 للتوسع، وتخطط لمضاعفة قدرة مصانعها الأوروبية بحلول عام 2025، وذلك بشكل أساسي لزيادة سعة 12 بوصة، ولسعة 8 بوصة، ستقوم STMicroelectronics بترقية المنتجات التي لا تتطلب 12-بوصة بشكل انتقائي. تكنولوجيا بوصة.
وستضيف شركة تكساس إنسترومنتس أربعة مصانع جديدة، ومن المتوقع أن يتم تشغيل المصنع الأول في عام 2025، وسيتم بناء المصنعين الثالث والرابع بين عامي 2026 و2030؛
قامت شركة ON Semiconductor بزيادة استثماراتها الرأسمالية إلى 12%، وذلك بشكل أساسي لتوسيع سعة الرقاقة مقاس 12 بوصة.
تحتوي رؤى IC على بيانات مثيرة للاهتمام تفيد بأن متوسط سعر البيع لجميع وحدات MCU ذات 32 بت يتناقص بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ -4.4% على أساس سنوي بين عامي 2015 و2020، ولكنه يرتفع بنحو 13% إلى حوالي 0.72 دولار في عام 2021. ، فإن تقلب أسعار MCU للسيارات أكثر وضوحًا: ارتفع سعر NXP 32 بت MCU FS32K144HAT0MLH بسعر ثابت قدره 22 دولارًا إلى 550 دولارًا، وهو نطاق يزيد عن 20 مرة، والذي كان أحد أكثر رقائق السيارات ندرة في ذلك الوقت.
ارتفع سعر MCU للسيارات Infineon 32 بت SAK-TC277TP-64F200N DC إلى 4500 يوان، بزيادة تقارب 100 مرة، كما ارتفعت نفس السلسلة من SAK-TC275T-64F200N DC إلى أكثر من 2000 يوان.
على الجانب الآخر، بدأت الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الساخنة في التهدئة، وضعف الطلب، بالإضافة إلى تسارع الاستبدال المحلي، مما أدى إلى انخفاض أسعار MCU للأغراض العامة، وبعض نماذج شرائح ST مثل F0 / F1 / F3 اقتربت أسعار السلسلة من السعر الطبيعي، وحتى شائعات السوق تفيد بأن سعر بعض وحدات MCU قد انخفض عن سعر الوكالة.
ومع ذلك، لا تزال وحدات MCU الخاصة بالسيارات مثل Renesas وNXP وInfineon وST في حالة نقص نسبي.على سبيل المثال، ارتفع سعر وحدة MCU STM32H743VIT6 عالية الأداء 32 بت من ST إلى 600 يوان في نهاية العام الماضي، بينما كان سعرها 48 يوانًا فقط قبل عامين.الزيادة أكثر من 10 مرات.سعر سوق Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC في أكتوبر من العام الماضي بحوالي 1200 دولار، وعرض ديسمبر ما يصل إلى 3800 دولار، وحتى على مواقع الطرف الثالث تقدم أكثر من 5000 دولار.
03 السوق كبير والإنتاج المحلي صغير
يهيمن العمالقة الأجانب على المشهد التنافسي لـ MCU مثل البيئة التنافسية لأشباه الموصلات بأكملها.في عام 2021، كان أكبر خمسة بائعين لوحدة MCU هم NXP وMicrochip وRenesas وST وInfineon.ويمثل بائعو MCU الخمسة هؤلاء 82.1% من إجمالي المبيعات العالمية، مقارنة بـ 72.2% في عام 2016، مع نمو حجم الشركات الرئيسية في السنوات الفاصلة.
بالمقارنة مع MCU الاستهلاكية والصناعية، فإن عتبة شهادة MCU للسيارات عالية وفترة التصديق طويلة، ويتضمن نظام الشهادات شهادة ISO26262 القياسية، وشهادة AEC-Q001 ~ 004 وIATF16949 القياسية، وشهادة AEC-Q100 / Q104 القياسية، منها ISO26262 على تنقسم السلامة الوظيفية للسيارات إلى أربعة مستويات من ASIL-A إلى D. على سبيل المثال، يتمتع الهيكل والسيناريوهات الأخرى بأعلى متطلبات السلامة وتتطلب شهادة مستوى ASIL-D، ويمكن لعدد قليل من الشركات المصنعة للرقائق تلبية هذه الشروط.
وفقًا لبيانات تحليل الإستراتيجية، فإن سوق MCU العالمية والمحلية للسيارات تشغلها بشكل أساسي NXP، وRenesas، وInfineon، وTexas Instruments، وMicrochip، بحصة سوقية تبلغ 85٪.على الرغم من أن وحدات MCU ذات 32 بت لا تزال تحتكرها الشركات العملاقة في الخارج، فقد انطلقت بعض الشركات المحلية.
04 الاستنتاج
التطور السريع للسيارات الكهربائية الذكية، لذلك انضم عدد من صانعي الرقائق الاستهلاكية، مثل Nvidia وQualcomm وIntel إلى قمرة القيادة الذكية، واختراقات شرائح القيادة المستقلة، مما ضغط مساحة البقاء لمصنعي شرائح السيارات القديمة.لقد تحول تطوير وحدات MCU الخاصة بالسيارات من التركيز على التطوير الذاتي وتحسين الأداء إلى المنافسة الشاملة لخفض التكلفة مع الحفاظ على المزايا التكنولوجية.
مع توزيع بنية E / E للسيارات على التحكم في المجال، وفي النهاية نحو التكامل المركزي، سيكون هناك المزيد والمزيد من الرقائق المنخفضة متعددة الوظائف والبسيطة، والأداء العالي، وقدرة الحوسبة العالية وغيرها من الأجهزة المتطورة ستصبح الرقائق محور منافسة شرائح السيارات المستقبلية، حيث أن دور التحكم الرئيسي لوحدة MCU من خلال تقليل عدد وحدة التحكم الإلكترونية في المستقبل صغير نسبيًا، مثل وحدة التحكم في هيكل Tesla ECU، واحدة تحتوي على 3-4 MCU، ولكن بعض الوظائف البسيطة لـ سيتم دمج MCU الأساسي.بشكل عام، فإن سوق وحدات MCU للسيارات ومساحة الاستبدال المحلي في السنوات القادمة واسعة بلا شك.
وقت النشر: 01 فبراير 2023