2023年、クレイジーカーMCU

01 MCUの成長史

MCU、マイクロコントローラー、シングルチップマイコンという名前がよく知られています。

これは、CPU RAM ROM IO カウンター シリアル ポートの内部バージョンを含む、基本的なコンピューター システムのセットをチップに移動するという点で非常に便利です。パフォーマンスは確かにコンピューターほど広範囲ではありませんが、低消費電力でプログラム可能であり、柔軟性に優れているため、家庭用電化製品、医療業界、通信、自動車など、非常に幅広い用途に使用できます。

1971 年に誕生し、インテルは世界初のマイクロプロセッサーを設計しました。番号 4004 の 4 ビット チップです。このチップには 2,000 以上のトランジスタが集積されており、インテルは 4001、4002、4003 チップ、RAM、ROM、レジスターも設計しました。

これら 4 つの製品が市場に投入されたとき、インテルは広告で「集積回路の新時代を告げる：マイクロコンピュータを 1 つのチップに凝縮」と書きました。当時、ミニコンピュータとメインフレームは主に 8 ビットおよび 16 ビット プロセッサであったため、インテルは 1972 年に 8 ビット マイクロプロセッサ 8008 を発売してすぐに市場を獲得し、シングルチップ マイクロコンピュータの時代を開きました。

1976 年にインテルは、8 ビット CPU、8 ビット パラレル I/O、8 ビット カウンタ、RAM、ROM などを統合した世界初のプログラマブル マイクロコンピュータ コントローラ 8748 を発売しました。これにより、一般的な産業用制御および制御のニーズを満たすことができます。 8748 に代表される計測器は、産業分野におけるシングルチップ マイクロコンピュータの探求の扉を開きます。

1980 年代には、8 ビット シングルチップ マイクロコンピュータがより成熟し始め、一般にシリアル インターフェイス、マルチレベル割り込み処理システム、複数の 16 ビット カウンタなどを備えた RAM と ROM の容量が増加しました。1983 年に、インテルは MCS を発売しました。 -120,000 個の集積トランジスタを備えた 16 ビット高性能マイクロコントローラの 96 シリーズ。

1990年代以降、シングルチップマイコンは初期の4ビットからバスやデータレジスタのビット数に応じて、性能、速度、信頼性、集積度が百派閥の段階に入りました。 8 ビット、16 ビット、32 ビット、64 ビットのシングルチップ マイクロコンピュータが徐々に開発されました。

現在、MCU の命令セットは主に CISC と RISC に分けられ、コア アーキテクチャは主に ARM Cortex、Intel 8051、RISC-V です。

2020 年の中国汎用マイクロコントローラー (MCU) 市場概要によると、32 ビット MCU 製品が市場の最大 55% を占め、続いて 8 ビット製品が 43%、4 ビット製品が 2%、16 -ビット製品が1％を占めていることから、市場の主流は32ビットおよび8ビットMCUであり、16ビットMCU製品の市場スペースは大幅に圧迫されていることがわかります。

CISC命令セット製品は市場の24%を占め、RISC命令セット製品は市場の主流製品の76%を占めました。Intel 8051コア製品が市場の22%を占め、次いでARM Cortex-M0製品が20%、ARM Cortex-M3製品が14%、ARM Cortex-M4製品が12%、ARM Cortex-M0+製品が続いた。 5%、ARM Cortex-M23製品が1%、RISC-Vコア製品が1%、その他が24%となった。ARM Cortex-M0+製品が5%、ARM Cortex-M23製品が1%、RISC-Vコア製品が1%、その他が24%となった。全体として、ARM Cortex シリーズのコアは市場の主流の 52% を占めています。

MCU 市場は過去 20 年間、大幅な価格下落に直面していますが、平均販売価格 (ASP) の下落は過去 5 年間で鈍化しています。自動車産業の低迷、世界経済の低迷、疫病危機を経験した後、MCU 市場は 2020 年に回復し始めました。IC Insights によると、2020 年の MCU 出荷台数は 8% 増加し、2021 年の MCU 総出荷台数は12%増と過去最高の309億ドルとなったほか、ASPも10%増と過去25年間で最高の伸びとなった。

IC Insights は、今後 5 年間で MCU 出荷数が 358 億ユニットに達し、総売上高が 272 億ドルに達すると予想しています。このうち、32 ビット MCU の売上高は年間平均成長率 9.4% で 200 億ドルに達すると予想され、16 ビット MCU は 47 億ドルに達すると予想されており、4 ビット MCU は成長が見込まれていません。

02 カーMCUクレイジー追い越し

自動車エレクトロニクスは、MCU の最大のアプリケーション シナリオです。IC Insights は、車載 MCU が他のほとんどの最終市場よりも成長しており、世界の MCU 売上高は 2022 年に 10% 増加して過去最高の 215 億ドルになると予想しています。

MCU 売上高の 40% 以上は車載エレクトロニクスによるもので、車載 MCU 売上高は今後 5 年間で 7.7% の CAGR で成長すると予想され、汎用 MCU (7.3%) を上回ります。

現在、車載用 MCU は主に 8 ビット、16 ビット、32 ビットであり、MCU のビットが異なれば役割も異なります。

具体的には：

8 ビット MCU は主に、シート、エアコン、ファン、窓、ドア制御モジュールの制御など、比較的基本的な制御機能に使用されます。

16 ビット MCU は、主にエンジン、電子ブレーキ、サスペンション システム、その他の動力およびトランスミッション システムなどの車体下部に使用されます。

32 ビット MCU は自動車インテリジェンスに適合し、主にコックピット エンターテイメント、ADAS、車体制御などのハイエンドのインテリジェントで安全なアプリケーション シナリオに使用されます。

現段階では、8 ビット MCU は性能とメモリ容量が向上しており、独自のコスト効率により、アプリケーションで一部の 16 ビット MCU を置き換えることができ、4 ビット MCU との下位互換性もあります。32 ビット MCU は、点在する 4 つのローエンドおよびミッドレンジ ECU ユニットを管理できる車載 E/E アーキテクチャ全体でますます重要なマスター制御の役割を果たし、その使用数は今後も増加し続けるでしょう。

上記の状況により、16 ビット MCU は高い位置ではなく低い位置という比較的扱いにくい位置にありますが、パワートレイン システムの主要なアプリケーションなど、一部のアプリケーション シナリオでは依然として役立ちます。

車載インテリジェンスにより 32 ビット MCU の需要が大幅に増加し、2021 年の車載 MCU 売上高の 4 分の 3 以上が 32 ビット MCU によるもので、約 58 億 3,000 万ドルに達すると予想されています。16 ビット MCU は約 13 億 4,000 万ドルの収益を生みます。マクリーンのレポートによると、8 ビット MCU は約 4 億 4,100 万ドルの収益を生み出すとのことです。

アプリケーション レベルでは、インフォテインメントは車載 MCU の売上高が前年比で最も増加したアプリケーション シナリオであり、2021 年は 2020 年と比較して 59% 増加し、残りのシナリオでは収益が 20% 増加します。

現在、自動車のすべての電子制御にはECU（電子制御ユニット）が使用されており、MCUはコア制御チップECUであり、各ECUには少なくとも1つのMCUがあるため、インテリジェント電動化の変革とアップグレードの現段階では、 MCU の単一車両の使用が増加します。

中国マーケティング研究所自動車マーケティング専門委員会研究部のデータによると、一般的な従来型燃料自動車に搭載されるECUの平均数は70個。従来の高級燃料自動車に搭載される ECU の数は、シート、中央制御とエンターテインメント、車体の安定性と安全性に対するより高い性能要件のため、150 に達する場合があります。また、自動運転と運転支援のための新しいソフトウェアおよびハードウェア要件により、スマート カーに搭載される ECU の平均数は 300 に達する可能性があり、これは 1 台の自動車で使用される MCU の量も 300 以上に達すると考えられます。

自動車メーカーからの MCU に対する強い需要は、疫病の影響でコアが不足している 2021 年に特に顕著です。同年、多くの自動車会社はコア不足のため一部の生産ラインを一時的に停止せざるを得なかったが、車載用MCUの売上高は23%増の76億ドルとなり、過去最高を記録した。

車載用チップのほとんどは8インチウエハを使用して生産されており、TIなどの一部メーカーは12インチラインに移行し、IDMもMCUが大半を占める生産能力アウトソーシングファウンドリの一部となり、TSMCの生産能力の約70％を占めることになる。 。ただし、TSMC の車載事業自体の割合は小さく、TSMC は民生用電子機器の先端プロセス技術分野に注力しているため、車載用 MCU 市場は特に希少です。

半導体業界全体が主導する車載用チップ不足も拡大の波を迎え、大手ファウンドリやIDM工場は積極的に生産拡大を図っているが、焦点は違う。

TSMC熊本工場は2024年末までに稼動する予定で、22/28nmプロセスに加えて、さらに12nmと16nmプロセスを提供し、南京工場は28nmまで生産を拡大し、月産能力は40,000 個。

SMICは2021年に8インチウェーハを少なくとも4万5000枚、12インチウェーハを少なくとも1万枚増産し、臨港に28nm以上のノードに焦点を当てて月産12万枚の12インチ生産ラインを構築する計画だ。

Huahong は、12 インチの生産能力の拡大を加速し、2022 年には 94,500 個に達すると予想しています。

ルネサスはアウトソーシング拡大を目的としてTSMC熊本工場への出資を発表、2023年までに車載用MCUの供給量を50％増やすことを目指しており、ハイエンドMCUの生産能力は50％、ローエンドMCUの生産能力は約70％増加する見込み2021年末との比較。

STマイクロエレクトロニクスは、2022年に拡張に14億ドルを投資し、2025年までに欧州工場の生産能力を2倍にする計画で、主に12インチの容量を増やし、8インチの容量については12インチを必要としない製品を選択的にアップグレードする予定です。インチテクノロジー。

テキサス・インスツルメンツは4つの新しい工場を追加する予定で、最初の工場は2025年に稼働する予定で、3番目と4番目の工場は2026年から2030年の間に建設される予定です。

オン・セミコンダクターは、主に12インチウェーハの容量拡大のため、設備投資を12％に増額した。

IC Insights には、すべての 32 ビット MCU の ASP が 2015 年から 2020 年の間に前年比 -4.4% の CAGR で減少しているが、2021 年には約 13% 上昇して約 0.72 ドルになるという興味深いデータがあります。スポット市場に反映されています。車載用 MCU の価格変動はさらに明白です。定価 22 ドルの NXP 32 ビット MCU FS32K144HAT0MLH は、当時最も希少な車載用チップの 1 つであり、20 倍以上の範囲で 550 ドルまで高騰しました。

Infineon 32ビット車載MCU SAK-TC277TP-64F200N DCの価格は4,500元に上昇し、100倍近くに上昇し、同シリーズのSAK-TC275T-64F200N DCも2,000元以上に高騰した。

一方で、もともと人気のあった家電製品が冷め始め、需要が低迷したことに加え、国内代替の加速により、汎用・民生用MCUの価格が下落し、F0/F1/F3などの一部のSTチップモデルも下落しました。シリーズの価格は通常価格に近くなり、市場では一部の MCU の価格が代理店価格で下がったとの噂さえあります。

しかし、ルネサス、NXP、インフィニオン、STなどの車載用MCUは依然として相対的に不足している状態にあります。たとえば、STの高性能32ビットMCU「STM32H743VIT6」の価格は、2年前にはわずか48元だったが、昨年末には600元に上昇した。増加は 10 倍以上です。インフィニオン オートモーティブ MCU SAK-TC237LP-32F200N AC の昨年 10 月の市場価格は約 1200 ドル、12 月のオファーは最大 3800 ドル、サードパーティの Web サイトでは 5000 ドル以上でさえあります。

03 市場は大きいが国内生産量は少ない

MCU の競争環境は、半導体の競争環境全体と同様に海外の大手企業によって支配されています。2021 年の MCU ベンダーのトップ 5 は、NXP、Microchip、Renesas、ST、Infineon でした。これら 5 つの MCU ベンダーは世界売上高の 82.1% を占め、2016 年の 72.2% と比較して、主要企業の規模はここ数年で成長しました。

民生用および産業用MCUと比較して、車載用MCUの認証基準は高く、認証期間は長く、認証システムにはISO26262標準認証、AEC-Q001〜004およびIATF16949標準認証、AEC-Q100/Q104標準認証が含まれており、そのうちISO26262は自動車の機能安全は ASIL-A ～ D の 4 つのレベルに分かれています。たとえば、シャーシやその他のシナリオには最も高い安全要件があり、ASIL-D レベルの認証が必要ですが、この条件を満たすことができるチップ メーカーはほとんどありません。

Strategy Analysisのデータによると、世界および国内の車載MCU市場は主にNXP、ルネサス、インフィニオン、テキサス・インスツルメンツ、マイクロチップによって占められており、市場シェアは85%となっています。32ビットMCUは依然として海外大手が独占しているが、国内企業の一部も台頭している。

04 おわりに

インテリジェントな電気自動車の急速な発展により、Nvidia、Qualcomm、Intel などの多くの民生用チップメーカーがインテリジェントコックピットに参入し、自動運転チップの躍進により、古い自動車用チップメーカーの生存空間を圧縮しています。車載マイコンの開発は、自社開発と性能向上に重点を置いたものから、技術的優位性を維持しながらコストダウンを図る全方位競争へと変わってきています。

車載 E/E アーキテクチャが分散型からドメイン制御型、そして最終的には中央統合型に移行するにつれて、ますます多くの多機能でシンプルなローエンド チップが置き換えられ、高性能、高計算能力、その他のハイエンドに置き換わります。将来のECU数の削減によるMCUの主な制御役割は、テスラのシャーシ制御ECUなど比較的小規模であり、単一には3〜4個のMCUが含まれていますが、いくつかの単純な機能が含まれるため、チップは将来の自動車用チップ競争の焦点になるでしょう。基本的なMCUは統合されます。全体として、車載 MCU の市場と今後数年間の国内での代替の余地は間違いなく広大です。