2023년, 미친 자동차 MCU

01 MCU의 성장 역사

MCU, 마이크로컨트롤러는 단일 칩 마이크로컴퓨터라는 잘 알려진 이름을 가지고 있습니다.

CPU RAM ROM IO 카운터 직렬 포트의 내부 버전을 포함하여 기본 컴퓨터 시스템 세트를 칩으로 옮기는 것은 정말 좋은 일입니다. 성능은 확실히 컴퓨터만큼 넓지는 않지만 저전력 프로그래밍이 가능하고 유연하기 때문에 가전제품, 의료 산업 통신 분야에서 자동차는 매우 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

1971년에 탄생한 Intel은 세계 최초의 마이크로프로세서인 4004개의 4비트 칩을 설계했습니다. 이 칩에는 2,000개 이상의 트랜지스터가 통합되어 있으며 Intel은 4001, 4002, 4003 칩, RAM, ROM 및 레지스터도 설계했습니다.

이 네 가지 제품이 출시되자 인텔은 광고에 “집적회로의 새로운 시대를 선포하라: 마이크로컴퓨터가 하나의 칩에 집약됐다”고 썼다.당시 미니컴퓨터와 메인프레임은 8비트와 16비트 프로세서가 주류였기 때문에 인텔은 곧 1972년 8비트 마이크로프로세서 8008을 출시해 빠르게 시장을 선점하고 싱글칩 마이크로컴퓨터 시대를 열었다.

1976년 인텔은 8비트 CPU, 8비트 병렬 I/O, 8비트 카운터, RAM, ROM 등을 통합한 세계 최초의 프로그래밍 가능한 마이크로컴퓨터 컨트롤러 8748을 출시했습니다. 8748로 대표되는 계측기는 산업 분야에서 단일 칩 마이크로컴퓨터의 탐구를 시작합니다.

1980년대에는 8비트 단일 칩 마이크로컴퓨터가 더욱 성숙해지기 시작했고 일반적으로 직렬 인터페이스, 다중 레벨 인터럽트 처리 시스템, 다중 16비트 카운터 등을 통해 RAM 및 ROM 용량이 증가했습니다. 1983년 Intel은 MCS를 출시했습니다. - 120,000개의 통합 트랜지스터를 갖춘 96 시리즈 16비트 고성능 마이크로컨트롤러입니다.

1990년대부터 단일 칩 마이크로컴퓨터는 초기 4비트에서 버스 또는 데이터 레지스터의 비트 수에 따라 성능, 속도, 신뢰성, 통합 등 백 가지 사고 학파의 단계에 진입했습니다. 8비트, 16비트, 32비트, 64비트 단일 칩 마이크로컴퓨터로 점진적으로 개발되었습니다.

현재 MCU의 명령어 세트는 주로 CISC와 RISC로 구분되며 핵심 아키텍처는 주로 ARM Cortex, Intel 8051 및 RISC-V입니다.

2020년 중국 일반 마이크로컨트롤러(MCU) 시장 개요에 따르면, 32비트 MCU 제품이 시장의 최대 55%를 차지하고, 그 뒤를 이어 8비트 제품이 43%, 4비트 제품이 2%를 차지하며, 16 -비트 제품이 1%를 차지하는 가운데, 시장의 주류 제품은 32비트와 8비트 MCU이며, 16비트 MCU 제품의 시장 공간이 심각하게 압박되고 있음을 알 수 있습니다.

CISC 명령어 세트 제품은 시장의 24%를 차지하고, RISC 명령어 세트 제품은 시장 주류 제품의 76%를 차지합니다.Intel 8051 핵심 제품이 시장의 22%를 차지했으며, ARM Cortex-M0 제품이 20%, ARM Cortex-M3 제품이 14%, ARM Cortex-M4 제품이 12%, ARM Cortex-M0+ 제품이 뒤를 이었습니다. 5%를 차지했으며, ARM Cortex-M23 제품이 1%, RISC-V 핵심 제품이 1%, 기타 제품이 24%를 차지했습니다.ARM Cortex-M0+ 제품이 5%, ARM Cortex-M23 제품이 1%, RISC-V 핵심 제품이 1%, 기타 제품이 24%를 차지했습니다.전체적으로 ARM Cortex 시리즈 코어는 시장 주류의 52%를 차지합니다.

MCU 시장은 지난 20년 동안 상당한 가격 하락을 겪었지만, 평균판매가격(ASP) 하락폭은 지난 5년 동안 둔화되고 있다.자동차 산업의 침체, 글로벌 경제 약세, 전염병 위기를 경험한 MCU 시장은 2020년부터 회복되기 시작했습니다. IC Insights에 따르면 2020년 MCU 출하량은 8% 증가했고, 2021년 전체 MCU 출하량은 12% 상승해 309억으로 사상 최고치를 기록했고, ASP도 10% 상승해 25년 만에 최고치를 기록했다.

IC Insights는 향후 5년 동안 MCU 출하량이 358억 개에 달하고 총 매출이 272억 달러에 이를 것으로 예상합니다.이 중 32비트 MCU 매출은 연평균 성장률 9.4%로 200억 달러에 달할 것으로 예상되고, 16비트 MCU는 47억 달러에 이를 것으로 예상되며, 4비트 MCU는 성장을 보이지 않을 것으로 예상된다.

02 자동차 MCU 미친 추월

자동차 전자 장치는 MCU의 가장 큰 응용 시나리오입니다.IC Insights는 전 세계 MCU 매출이 2022년에 10% 증가하여 기록적인 215억 달러에 이를 것으로 예상하며, 자동차 MCU는 대부분의 다른 최종 시장보다 더 많이 성장할 것으로 예상합니다.

MCU 매출의 40% 이상이 자동차 전장에서 발생하며, 자동차 MCU 매출은 향후 5년간 연평균 성장률(CAGR) 7.7%로 성장해 범용 MCU(7.3%)를 앞설 것으로 예상됩니다.

현재 자동차용 MCU는 주로 8비트, 16비트, 32비트이며 MCU의 비트마다 다른 작업을 수행합니다.

구체적으로:

8비트 MCU는 주로 좌석, 에어컨, 팬, 창문, 도어 제어 모듈 제어 등 비교적 기본적인 제어 기능에 사용된다.

16비트 MCU는 주로 엔진, 전자 브레이크, 서스펜션 시스템 및 기타 동력 및 변속기 시스템과 같은 하체에 사용됩니다.

32비트 MCU는 자동차 인텔리전스에 적합하며 조종석 엔터테인먼트, ADAS 및 차체 제어와 같은 고급 지능형 안전 애플리케이션 시나리오에 주로 사용됩니다.

이 단계에서 8비트 MCU는 성능과 메모리 용량이 증가하고 있으며 자체 비용 효율성으로 애플리케이션에서 일부 16비트 MCU를 대체할 수 있으며 4비트 MCU와도 역호환됩니다.32비트 MCU는 분산된 4개의 중급 ECU 장치를 관리할 수 있는 전체 자동차 E/E 아키텍처에서 점점 더 중요한 마스터 제어 역할을 담당할 것이며 사용 횟수는 계속 증가할 것입니다.

위의 상황으로 인해 16비트 MCU는 상대적으로 높지 않고 낮은 위치에 있지만 파워트레인 시스템의 일부 주요 애플리케이션과 같은 일부 애플리케이션 시나리오에서는 여전히 유용합니다.

자동차 인텔리전스는 32비트 MCU에 대한 수요를 크게 증가시켰으며, 2021년 자동차 MCU 매출의 4분의 3 이상이 32비트 MCU에서 발생해 약 58억 3천만 달러에 이를 것으로 예상됩니다.16비트 MCU는 약 13억 4천만 달러의 수익을 창출할 것입니다.McClean 보고서에 따르면 8비트 MCU는 약 4억 4,100만 달러의 수익을 창출할 것이라고 합니다.

애플리케이션 수준에서 인포테인먼트는 자동차 MCU 판매가 전년 대비 가장 높은 증가율을 보이는 애플리케이션 시나리오로, 2020년 대비 2021년에는 59% 성장하고 나머지 시나리오에서는 20% 매출 성장을 기록했습니다.

이제 자동차의 모든 전자 제어는 ECU(전자 제어 장치)를 사용하고 MCU는 핵심 제어 칩 ECU이며 각 ECU에는 적어도 하나의 MCU가 있으므로 현재 지능형 전기화의 변환 및 업그레이드 단계로 인해 다음과 같은 수요가 발생했습니다. MCU 단일 차량 사용량이 증가합니다.

중국 마케팅 연구소(China Marketing Institute) 자동차 마케팅 전문 위원회 연구 부서의 데이터에 따르면, 일반 전통 연료 자동차에 탑재된 ECU의 평균 개수는 70개입니다.좌석, 중앙 제어 및 엔터테인먼트, 차체 안정성 및 안전에 대한 더 높은 성능 요구 사항으로 인해 고급 전통 연료 자동차에 탑재되는 ECU의 수는 150개에 달할 수 있습니다.자율 주행 및 보조 운전을 위한 새로운 소프트웨어 및 하드웨어 요구 사항으로 인해 스마트 자동차가 탑재하는 ECU의 평균 개수는 300개에 달할 수 있으며, 이는 단일 자동차에 사용되는 MCU의 양에 해당하는 300개 이상이 될 것입니다.

자동차 제조업체의 MCU에 대한 강력한 수요는 전염병으로 인해 코어가 부족해지는 2021년에 특히 분명합니다.그해 많은 자동차 회사들이 코어 부족으로 인해 일부 생산 라인을 잠시 폐쇄해야 했지만 자동차용 MCU 매출은 23% 급증해 76억 달러로 사상 최고치를 기록했습니다.

대부분의 자동차 칩은 8인치 웨이퍼를 사용하여 생산되며, TI와 같은 일부 제조업체는 12인치 라인 전송으로 IDM도 TSMC 용량의 약 70%인 MCU가 주도하는 용량 아웃소싱 파운드리의 일부가 될 것입니다. .하지만 자동차 사업 자체가 TSMC에서 차지하는 비중은 적고, TSMC는 가전제품의 첨단 공정 기술 분야에 집중하고 있어 자동차용 MCU 시장은 특히 부족한 상황이다.

반도체 업계 전체가 주도하는 자동차용 칩 부족 현상도 증설의 물결을 불러일으키고, 주요 파운드리와 IDM 공장이 적극적으로 생산을 확대하지만 초점은 다르다.

TSMC 구마모토 공장은 2024년 말 가동에 들어갈 것으로 예상되며, 22/28nm 공정 외에 12nm, 16nm 공정도 추가로 제공할 예정이며, 난징 공장은 28nm로 생산량을 확대해 월 생산능력이 40,000개;

SMIC는 2021년에 최소 45,000장의 8인치 웨이퍼와 최소 10,000장의 12인치 웨이퍼로 생산을 확대하고, 28nm 이상 노드에 중점을 두고 Lingang에 월 120,000장의 웨이퍼를 생산할 수 있는 12인치 생산 라인을 구축할 계획입니다.

Huahong은 2022년에 12인치 생산 능력 확장을 94,500개로 가속화할 것으로 예상합니다.

르네사스는 아웃소싱 확대 의도로 TSMC 구마모토 공장 지분을 발표하고, 2023년까지 자동차용 MCU 공급량을 50% 늘리는 것을 목표로 하며, 하이엔드 MCU 용량은 50%, 로우엔드 MCU 용량은 약 70% 증가할 것으로 예상된다. 2021년 말 대비.

STMicroelectronics는 확장을 위해 2022년에 14억 달러를 투자하고 2025년까지 유럽 공장의 생산 능력을 두 배로 늘려 주로 12인치 생산 능력을 늘릴 계획이며, 8인치 생산 능력의 경우 STMicroelectronics는 12인치 생산 능력이 필요하지 않은 제품을 선택적으로 업그레이드할 예정입니다. 인치 기술.

텍사스 인스트루먼트는 4개의 신규 공장을 추가할 예정이며, 첫 번째 공장은 2025년에 가동될 예정이며, 세 번째와 네 번째 공장은 2026년에서 2030년 사이에 건설될 예정이다.

온세미컨덕터는 주로 12인치 웨이퍼 생산능력 확장을 위해 자본투자를 12%로 늘렸다.

IC Insights에는 모든 32비트 MCU의 ASP가 2015년부터 2020년까지 CAGR -4.4%로 감소하고 있지만, 2021년에는 약 13% 상승하여 약 0.72달러라는 흥미로운 데이터가 있습니다. 현물 시장에 반영됩니다. , 자동차 MCU의 가격 변동은 더욱 분명합니다. 고정 가격이 22달러인 NXP 32비트 MCU FS32K144HAT0MLH는 20배 이상 상승한 550달러까지 급등했는데, 이는 당시 가장 부족한 자동차 칩 중 하나였습니다.

Infineon 32비트 자동차용 MCU SAK-TC277TP-64F200N DC는 거의 100배 오른 4,500위안으로 올랐으며, 동일한 시리즈의 SAK-TC275T-64F200N DC도 2,000위안 이상으로 치솟았습니다.

반면, 원래 뜨거운 가전 제품이 식기 시작하고 수요가 약해지고 국내 대체가 가속화되어 범용 소비자 MCU 가격이 다시 하락하고 F0/F1/F3와 같은 일부 ST 칩 모델이 출시되었습니다. 시리즈 가격은 정상 가격에 가까워졌고, 심지어 일부 MCU의 가격이 대리점 가격까지 떨어졌다는 시장 루머까지 나왔다.

하지만 르네사스(Renesas), NXP, 인피니언, ST 등 자동차용 MCU는 여전히 상대적으로 부족한 상황이다.예를 들어, ST의 고성능 32비트 MCU인 STM32H743VIT6의 가격은 지난해 말 600위안까지 올랐지만, 2년 전에는 가격이 48위안에 불과했습니다.10배 이상 증가했습니다.Infineon 자동차 MCU SAK-TC237LP-32F200N AC 시장 가격은 지난해 10월 약 1200달러였으며 12월에는 최대 3800달러를 제공했으며 타사 웹 사이트에서도 5000달러 이상을 제공했습니다.

03 시장은 크고, 국내 생산은 적다

MCU 경쟁 환경은 전체 반도체 경쟁 환경과 마찬가지로 해외 거대 기업이 지배하고 있습니다.2021년 상위 5대 MCU 공급업체는 NXP, Microchip, Renesas, ST, Infineon이었습니다.이들 5개 MCU 공급업체는 전체 글로벌 매출의 82.1%를 차지했는데, 이는 2016년 72.2%에 비해 그 사이에 헤드라인 기업의 규모가 성장한 것입니다.

소비자용 및 산업용 MCU에 비해 ​​자동차용 MCU 인증 임계값이 높고 인증 기간이 길며, 인증 시스템에는 ISO26262 표준 인증, AEC-Q001~004 및 IATF16949 표준 인증, AEC-Q100/Q104 표준 인증이 포함되며 그 중 ISO26262가 포함됩니다. 자동차 기능 안전은 ASIL-A부터 D까지 4가지 레벨로 나뉩니다. 예를 들어 섀시 및 기타 시나리오는 가장 높은 안전 요구 사항을 가지며 ASIL-D 레벨 인증이 필요하므로 조건을 충족할 수 있는 칩 제조업체는 거의 없습니다.

Strategy Analysis 데이터에 따르면 전세계 및 국내 자동차 MCU 시장은 주로 NXP, Renesas, Infineon, Texas Instruments, Microchip이 차지하고 있으며 시장 점유율은 85%입니다.32비트 MCU는 여전히 해외 거대 기업이 독점하고 있지만 일부 국내 기업은 도약했다.

04 결론

지능형 전기 자동차의 급속한 발전으로 인해 Nvidia, Qualcomm, Intel과 같은 수많은 소비자 칩 제조업체가 합류하여 지능형 조종석, 자율 주행 칩 혁신이 이루어졌으며 기존 자동차 칩 제조업체의 생존 공간이 압축되었습니다.자동차용 MCU의 개발은 자체 개발과 성능 향상 중심에서 기술적 우위를 유지하면서 원가 절감을 위한 전면적인 경쟁으로 바뀌었습니다.

자동차 E/E 아키텍처가 분산에서 도메인 제어로, 궁극적으로 중앙 통합을 향해 나아가면서 점점 더 다기능적이고 단순한 저가형 칩이 대체될 것이며, 고성능, 높은 컴퓨팅 성능 및 기타 고급형 칩이 대체될 것입니다. 칩은 미래의 ECU 수 감소로 인해 MCU의 주요 제어 역할이 비교적 작기 때문에 미래 자동차 칩 경쟁의 초점이 될 것입니다. Tesla 섀시 제어 ECU와 같이 단일에는 3-4개의 MCU가 포함되어 있지만 일부 간단한 기능은 다음과 같습니다. 기본 MCU가 통합됩니다.전반적으로 자동차 MCU 시장과 향후 국내 대체 시장은 의심의 여지 없이 거대합니다.