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依然缺貨,銷售額飆升:汽車MCU的市場走勢,你看懂了嗎?

發(fā)布時間:2022-07-06 來源:貿(mào)澤電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】目前,市場上主流的處理器架構(gòu)主要有三種,分別是Intel和AMD領(lǐng)銜的x86架構(gòu)、應(yīng)用廣泛的Arm架構(gòu)以及近幾年風(fēng)聲水起的RISC-V架構(gòu)。作為一家芯片公司,Arm不生產(chǎn)芯片,但全球卻有數(shù)十億設(shè)備運(yùn)行在基于Arm內(nèi)核的芯片上,Arm的芯片技術(shù)幾乎覆蓋了包括智能手機(jī)、汽車以及物聯(lián)網(wǎng)等眾多行業(yè)應(yīng)用。根據(jù)Arm的預(yù)測,從2021年開始到下一個十年,基于Arm架構(gòu)的處理器出貨量將達(dá)到3,000億只。


與基于Intel或AMD的x86架構(gòu)不同,Arm處理器不是中央處理器(CPU),而是片上系統(tǒng)(SoC),根據(jù)其系統(tǒng)的設(shè)計,它可以是設(shè)備控制器、微控制器(MCU)或系統(tǒng)中其他附屬組件的核心。自ARMv7架構(gòu)開始,Arm處理器主要分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三個系列。這三大系列的分工也十分明確,即:Cortex-A系列面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用;Cortex-R系列則針對實(shí)時系統(tǒng);Cortex-M系列主要對應(yīng)微控制器。


●    Cortex-A在市場上常常被看作是Arm家族的主力軍。正如最初設(shè)想的那樣,Cortex-A如今已經(jīng)成為智能手機(jī)以及單板計算機(jī)這兩大新興設(shè)備的核心。


●    Cortex-R是一類使用范圍比較窄的處理器,主要面向需要實(shí)時處理的微控制器應(yīng)用,一個很好的例子就是4G LTE和5G調(diào)制解調(diào)器?,F(xiàn)在,Cortex-R正在被用作固態(tài)閃存的大容量存儲控制器。


●    Cortex-M擁有更小型化的“外形”,因此非常適合對尺寸敏感的應(yīng)用,例如汽車控制和制動系統(tǒng),以及具有圖像識別功能的高清數(shù)碼相機(jī)。Cortex-M還可以作為數(shù)字信號處理器(DSP),用于響應(yīng)和管理聲音合成、語音識別和雷達(dá)等應(yīng)用中的模擬信號。


微控制器市場  

企穩(wěn)回升


2019年,受全球經(jīng)濟(jì)疲軟的打擊,在汽車、工業(yè)和商業(yè)設(shè)備、家用電器、消費(fèi)電子產(chǎn)品和許多其他嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中,微控制器(MCU)市場出現(xiàn)一定下滑。市場研究人員估計,2019年微控制器市場從2018年創(chuàng)紀(jì)錄的176億美元下降7%,2020年下降約8%至149億美元。不過,在經(jīng)歷連續(xù)兩年的下跌后,MCU市場于2021開始上漲。


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圖1:MCU市場預(yù)測,包括市場價值、出貨量以及平均售價(ASP)

(圖源:IC Insights)


IC Insights預(yù)測,2021MCU市場將增長5%回升至157億美元,接下來的2022年預(yù)計增長8%,2023年的增幅更是達(dá)到11%,屆時MCU收入將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的188億美元。其中,汽車MCU的增長將超過大多數(shù)其他終端市場。


市場研究和戰(zhàn)略咨詢公司Yole DéDevelopment(Yole)的分析稱,MCU的價格將在未來幾年內(nèi)保持較高水平。來自Yole公司2021年4季度MCU市場監(jiān)測數(shù)據(jù),2021年的MCU價格漲幅超過了很多人的預(yù)期,盡管其中因供應(yīng)鏈問題導(dǎo)致無法滿足多個市場的需求,但在年底MCU市場的收入仍出現(xiàn)強(qiáng)勁反彈——這主要?dú)w功于平均售價的上漲。Yole甚至認(rèn)為,這種人為抬高的MCU價格在2026年之前不太可能出現(xiàn)大幅下降。


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圖2:MCU市場分布情況

(圖源:Yole)


汽車微控制器市場  

依然缺貨,銷售額飆升


十幾年的應(yīng)用實(shí)踐表明,智能手機(jī)、汽車、工業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為MCU應(yīng)用的主戰(zhàn)場。隨著車輛向著電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化方向發(fā)展,汽車MCU的銷量逐年走高。在過去十年中,汽車MCU占到了MCU總銷售額的40%左右。根據(jù)IC Insights的《2021 McClean報告》,盡管微控制器持續(xù)短缺,汽車制造商在2021年不得不暫時關(guān)閉部分裝配線,但汽車MCU的銷售額在2021年仍飆升23%,達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的76億美元,預(yù)計在2022年和2023年將分別強(qiáng)勁增長14%和16%。


從產(chǎn)品分布看,在2021年,超過四分之三的汽車MCU銷售來自32位MCU,預(yù)計達(dá)到58.3億美元左右;6位MCU的收入約為13.4億美元;8位MCU的收入約為4.41億美元(如圖3)。因32位MCU擁有更高的平均售價,故對2021年的銷售額貢獻(xiàn)很大。IC Insights的預(yù)測顯示,所有32位MCU的平均售價在2015年至2020年期間是以-4.4%的復(fù)合年增長率(CAGR)逐年下降的,但在2021年上漲了約13%,達(dá)到0.72美元左右。


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圖3:汽車MCU市場增長情況以及2021年32位、16位、8位MCU的市場分布(圖源:IC Insights)


從應(yīng)用角度看,2021年,汽車信息娛樂(用于檢索數(shù)字地圖、識別位置并從互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星傳輸訪問數(shù)據(jù)的娛樂和信息系統(tǒng))占到了汽車MCU總銷售額的10%(約7.8億美元),其余的90%主要來自于汽車的發(fā)動機(jī)控制、動力傳動系統(tǒng)、制動器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動車窗、電池管理等,這些MCU的收入達(dá)到68億美元。根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù),2021年汽車信息娛樂市場MCU的銷售額比2020年增長了59%,其他汽車MCU的收入增幅為20%。


值得關(guān)注的新一代汽車MCU


復(fù)雜的新一代汽車架構(gòu)離不開性能強(qiáng)大的汽車MCU的支持。全球微控制器市場的主要參與者包括NXP、STMicroelectronics、Microchip、Renesas、Infineon(英飛凌)、TI(德州儀器)等。其中,前五大MCU提供商的市占份額超過了50%。這些企業(yè)同樣也是汽車MCU的主要參與者,他們積極參與合作伙伴的產(chǎn)品研發(fā),并不斷推出新的汽車MCU產(chǎn)品。


01 ST:車規(guī)級MCU全面上新


ST為汽車應(yīng)用提供廣泛的微控制器產(chǎn)品組合,最近發(fā)布的Stellar系列是其最新的高性能32位汽車MCU。該系列基于多核ARM R52,帶創(chuàng)新型嵌入式相變存儲器(ePCM)并內(nèi)置28nm FD-SOI技術(shù)。Stellar集成式MCU為新一代的車輛架構(gòu)提供安全、可靠且確定的解決方案。其中,Stellar P系列專為滿足下一代傳動系統(tǒng)、電氣化解決方案和域?qū)蛳到y(tǒng)的集成需求而設(shè)計,可實(shí)現(xiàn)更高水平的實(shí)時性能、安全性和確定性。Stellar G系列專為應(yīng)對下一代車身集成和區(qū)域?qū)蜍囕v架構(gòu)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)而設(shè)計,可保證性能、安全性和功率效率以及更廣泛的連接和更高的安全性。


已經(jīng)批量供貨的產(chǎn)品Stellar P MCU(SR6P7C3和SR6P7C7)和Stellar G集成式MCU(SR6G7C3和SR6G7C5)均具有六個Arm? Cortex?-R52內(nèi)核,一些內(nèi)核在鎖步模式下運(yùn)行,而另一些內(nèi)核則在分核模式下運(yùn)行,在安全水平和處理能力方面可滿足不同應(yīng)用需求。


Stellar E車規(guī)級MCU是Stellar系列的最新產(chǎn)品,它針對電動汽車(EV)和汽車集中式(區(qū)/域)電氣架構(gòu)優(yōu)化了性能,可確保功率轉(zhuǎn)換和電動傳動系統(tǒng)應(yīng)用的高效驅(qū)動,有助于降低電動汽車成本,延長續(xù)航里程,加快充電速度。Stellar E實(shí)現(xiàn)了在同一顆芯片上執(zhí)行高速控制回路處理和通用控制運(yùn)算,利用片上集成的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高精度脈寬調(diào)制(PWM)控制器和快速動作保護(hù)電路等特性,只用一個MCU就能控制整個功率模塊,簡化功率模塊設(shè)計,精簡了物料清單。Stellar E系列MCU是面向數(shù)字化控制功能增強(qiáng)的理想SiC/GaN配套芯片。


當(dāng)前,向軟件定義車輛(SDV)轉(zhuǎn)型正在成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。Stellar E還是一款專為下一代軟件定義電動汽車設(shè)計開發(fā)的MCU產(chǎn)品,支持先進(jìn)的汽車功能性安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262 ASIL-D、硬件安全模塊(HSM)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件互操作性,提供高效的OTA更新和升級。據(jù)ST的公開信息,Stellar E系列的首款產(chǎn)品Stellar SR5E1主要針對電動汽車車載充電器(OBC)和通用DC/DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)化而設(shè)計,計劃2023年開始量產(chǎn)。


16.png圖4:Stellar集成式32位MCU系列為新一代的車輛架構(gòu)提供安全可靠的解決方案(圖源:ST)


02 NXP:S32K3 MCU提供系統(tǒng)級功能安全方案


汽車功能安全歷來專注于制動、底盤和動力總成控制等車輛動力學(xué)系統(tǒng),現(xiàn)在已擴(kuò)展至從車身控制模塊和電池管理系統(tǒng)(BMS)到區(qū)域和電機(jī)控制ECU等整個車輛應(yīng)用范圍。這一點(diǎn)的核心是MCU作為主要安全和應(yīng)用處理器或安全配套IC的作用。


S32K MCU系列是NXP S32汽車電子平臺中的新產(chǎn)品,有助于降低汽車軟件成本和復(fù)雜性,打造更智能、功能安全性和信息安全性更高的車輛,適用于車身、區(qū)域控制和電氣化等應(yīng)用。S32K3系列包括基于Arm Cortex-M7的可擴(kuò)展32位MCU,支持ASIL B/D安全應(yīng)用的單核、雙核和鎖步內(nèi)核配置。同時具有帶NXP固件的硬件安全引擎(HSE),支持無線固件更新(FOTA),并為AUTOSAR和非AUTOSAR應(yīng)用免費(fèi)提供符合ISO 26262的實(shí)時驅(qū)動(RTD)。


在硬件安全層面,S32K3 MCU以ASIL D級以下的應(yīng)用為目標(biāo),構(gòu)建在一個安全的體系結(jié)構(gòu)之上,該體系結(jié)構(gòu)涵蓋電源、時鐘、復(fù)位、中央處理器(CPU)、互連、內(nèi)存(包括內(nèi)部閃存和RAM)以及多個外圍模塊。其中的大多數(shù)模塊都在片上硬件中實(shí)現(xiàn),有助于降低系統(tǒng)集成商的BoM成本。


在軟件安全層面,S32K3 MCU由一套生產(chǎn)級、符合安全標(biāo)準(zhǔn)的軟件支持,應(yīng)用程序開發(fā)比較簡單。在系統(tǒng)安全層面,S32K3 MCU可與NXP的FS26xx系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)一起使用,以提供系統(tǒng)級安全解決方案。其中,F(xiàn)S26xx為具有自我監(jiān)控功能的MCU提供穩(wěn)定的輸入電源,對基本MCU計算功能進(jìn)行外部看門狗監(jiān)控,監(jiān)控MCU的復(fù)位輸入/輸出,并監(jiān)控其故障采集和控制單元(FCCU)錯誤指示輸出。如果SBC檢測到MCU中存在任何不可恢復(fù)的故障,則會觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)。


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圖5:S32K3 MCU提供的系統(tǒng)安全解決方案包括芯片的關(guān)鍵硬件和軟件安全機(jī)制,以及連接到外部SBC時的輸入和輸出連接(圖源:NXP)


03 Infineon:Traveo?? II 32位汽車MCU瞄準(zhǔn)下一代車身電子應(yīng)用


自2020年收購了Cypress后,Infineon的車身控制方案更加完備。Cypress Traveo?? II系列是專為汽車車身電子應(yīng)用而設(shè)計的新一代32位MCU,在單核Arm Cortex-M4F和雙核Cortex-M7F中,Traveo II系列內(nèi)置了處理能力和網(wǎng)絡(luò)連接,其性能從Traveo系列的400 DMIPS提高到Traveo II系列的1500 DMIPS。


此外,Traveo II系列還集成了HSM(硬件安全模塊)、用于安全處理的專用Cortex-M0+,以及滿足FOTA要求的雙存儲體模式嵌入式閃存,具有高級安全功能。Traveo II系列MCU配備了優(yōu)化的軟件平臺,可用于Cypress AUTOSAR MCAL(微控制器抽象層)、自檢庫、閃存EEPROM仿真以及安全低級驅(qū)動程序,并結(jié)合第三方固件使用。


Traveo II系列還具有先進(jìn)的安全特性,包括用于存儲器的ECC、電源電壓和時鐘監(jiān)視器、看門狗以及自檢庫。Traveo II系列支持六種功率模式。有源、睡眠、低功耗有源、低功耗睡眠、深度睡眠和休眠模式(5μA典型值)。這些微控制器還支持從深度睡眠進(jìn)行循環(huán)喚醒,以優(yōu)化功耗。


Traveo II系列包含多個產(chǎn)品系列,既有入門級型號CYT2B6、CYT2B7、CYT2B9和CYT2BL,也有高性能的CYT3BB/4BB和CYT4BF等產(chǎn)品。


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圖6:Traveo II系列包含多個產(chǎn)品系列供用戶選擇

(圖源:Infineon)


04 TI:TDA4VM Jacinto處理器非常適用ADAS和自動駕駛汽車


Jacinto處理器平臺是久負(fù)盛名的一款汽車用產(chǎn)品,它基于TI數(shù)十年的汽車系統(tǒng)和功能安全知識,具有強(qiáng)化的深度學(xué)習(xí)功能和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)處理能力,以解決高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和汽車網(wǎng)關(guān)應(yīng)用中的設(shè)計挑戰(zhàn)。該平臺系列中有兩款極具特色且主要面向下一代汽車架構(gòu)應(yīng)用的汽車級芯片:應(yīng)用于ADAS的TDA4VM處理器、應(yīng)用于網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的DRA829V處理器,二者均擁有出色的功耗/性能。


Jacinto7 TDA4VM處理器集成雙核64位Arm Cortex-A72微處理器,性能高達(dá)2.0GHz、22K DMIPS,具有強(qiáng)大的片上數(shù)據(jù)分析的能力,非常適合ADAS和自動駕駛車輛(AV)應(yīng)用。TDA4VM具有很高的系統(tǒng)集成度,關(guān)鍵內(nèi)核包括具有標(biāo)量和矢量內(nèi)核的下一代DSP、專用深度學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)算法加速器、用于通用計算的最新Arm和GPU處理器、集成式下一代成像子系統(tǒng)(ISP)、視頻編解碼器、以太網(wǎng)集線器以及隔離式MCU島。


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圖7:Jacinto7 TDA4VM處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(圖源:TI)


TDA4VM處理器主要適合以下應(yīng)用:高級環(huán)視和泊車輔助系統(tǒng)、自主傳感器融合/感知系統(tǒng)(包括攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)傳感器)、單傳感器和多傳感器前置攝像頭系統(tǒng)、下一代電子后視鏡系統(tǒng)。


具有極高系統(tǒng)集成度的Jacinto7 DRA829處理器基于Arm v8 64架構(gòu),僅處理器內(nèi)核中,就內(nèi)置了性能高達(dá)2.0GHz的雙核64位Arm Cortex-A72微處理器子系統(tǒng)、六個Arm Cortex-R5F MCU、深度學(xué)習(xí)矩陣乘法加速器(MMA)、C7x浮點(diǎn)矢量DSP、兩個C66x浮點(diǎn)DSP、3D GPU PowerVR Rogue 8XE GE8430。集成式診斷和功能安全特性滿足ASIL-B/C或SIL-2認(rèn)證/要求。


此外,DRA829還具有千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)和PCIe集線器,可支持需要大量數(shù)據(jù)帶寬的網(wǎng)絡(luò)使用情況。最多四個Arm Cortex-R5F子系統(tǒng)可管理時序關(guān)鍵型處理任務(wù),并且可使Arm Cortex-A72不受應(yīng)用的影響。對Arm Cortex-A72的雙核集群配置有助于實(shí)現(xiàn)多操作系統(tǒng)應(yīng)用,而且對軟件管理程序的需求非常低。


結(jié)語


2021年3月,Arm推出了全新的Armv9架構(gòu)?;贏rmv9架構(gòu),Arm同時推出了三種新的CPU和GPU設(shè)計,包括旗艦Cortex-X2和Cortex-A710 CPU以及Mali-G710 GPU。這三個新的CPU和GPU設(shè)計不僅僅是Arm最新的芯片藍(lán)圖,也是該公司十年來首次采用新的Armv9架構(gòu)的設(shè)計,意味著未來的芯片性能將會有大幅提升,同時還增加了新的安全性和人工智能功能。


聯(lián)發(fā)科技(MTK)的八核Dimensity 9000是業(yè)界首款基于新型ARMv9架構(gòu)的芯片,采用TSMC的4nm工藝,預(yù)計將搭載在2022年推出的旗艦智能手機(jī)上。隨著汽車智能化的發(fā)展,汽車系統(tǒng)中將大量使用傳感器、攝像頭、雷達(dá)等,數(shù)據(jù)處理需求也隨之增加,因此需要性能更強(qiáng)的芯片來提供更多的計算和控制功能,同時這些芯片還要符合較高的汽車安全完整性等級(ASIL)。


從以上介紹的汽車MCU中,我們可以看出,基于Arm v8架構(gòu)的產(chǎn)品已獲批量使用。不同于消費(fèi)類電子,汽車芯片的設(shè)計及應(yīng)用必須經(jīng)過嚴(yán)苛的設(shè)計及安全等級驗(yàn)證。目前,暫未看到有企業(yè)公布基于Armv9架構(gòu)的汽車MCU計劃,希望明年能夠有滿足下一代汽車設(shè)計需求的全新汽車MCU問世。


來源:貿(mào)澤電子



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