01 MCU کی ترقی کی تاریخ
MCU، microcontroller، اس کا ایک معروف نام ہے: سنگل چپ مائکرو کمپیوٹر۔
یہ واقعی پیاری جگہ ہے کہ بنیادی کمپیوٹر سسٹم کے سیٹ کو ایک چپ پر منتقل کیا جائے، جس میں CPU RAM ROM IO کاؤنٹر سیریل پورٹ کا اندرونی ورژن بھی شامل ہے، اگرچہ کارکردگی یقیناً کمپیوٹر کی طرح وسیع نہیں ہے، لیکن یہ کم پاور پروگرام کرنے کے قابل ہے اور لچکدار، لہذا کنزیومر الیکٹرانکس میں، میڈیکل انڈسٹری کمیونیکیشن کاروں کے پاس ایپلی کیشنز کی ایک بہت وسیع رینج ہے۔
یہ 1971 میں پیدا ہوا، انٹیل نے دنیا کا پہلا مائیکرو پروسیسر ڈیزائن کیا - نمبر 4004 4 بٹ چپ، یہ چپ 2,000 سے زیادہ ٹرانزسٹروں کو مربوط کرتی ہے، اور انٹیل نے 4001، 4002، 4003 چپس، RAM، ROM اور رجسٹررز کو بھی ڈیزائن کیا۔
جب یہ چار مصنوعات مارکیٹ میں آئیں تو انٹیل نے اشتہار میں لکھا "انٹیگریٹڈ سرکٹس کے ایک نئے دور کا اعلان کریں: مائیکرو کمپیوٹر ایک ہی چپ پر گاڑھا ہوا ہے۔"اس وقت، منی کمپیوٹرز اور مین فریم بنیادی طور پر 8-بٹ اور 16-بٹ پروسیسر تھے، اس لیے Intel نے جلد ہی 1972 میں 8-bit مائیکرو پروسیسر 8008 کو مارکیٹ میں تیزی سے جیتنے کے لیے لانچ کیا، جس سے سنگل چپ مائکرو کمپیوٹرز کے دور کا آغاز ہوا۔
1976 میں، انٹیل نے دنیا کا پہلا قابل پروگرام مائیکرو کمپیوٹر کنٹرولر 8748 لانچ کیا، جو 8 بٹ سی پی یو، 8 بٹ متوازی I/O، 8 بٹ کاؤنٹر، RAM، ROM، وغیرہ کو مربوط کرتا ہے، جو عام صنعتی کنٹرول کی ضروریات کو پورا کر سکتا ہے اور آلات سازی، جس کی نمائندگی 8748 کرتی ہے، صنعتی میدان میں سنگل چپ مائکرو کمپیوٹرز کی تلاش کا آغاز کرتی ہے۔
1980 کی دہائی میں، 8 بٹ سنگل چپ مائکرو کمپیوٹرز زیادہ پختہ ہونے لگے، RAM اور ROM کی صلاحیت میں اضافہ ہوا، عام طور پر سیریل انٹرفیس، ملٹی لیول انٹرپٹ پروسیسنگ سسٹم، ایک سے زیادہ 16 بٹ کاؤنٹرز وغیرہ۔ 1983 میں، Intel نے MCS کا آغاز کیا۔ 120,000 انٹیگریٹڈ ٹرانزسٹرز کے ساتھ 16 بٹ ہائی پرفارمنس مائکروکنٹرولرز کی -96 سیریز۔
1990 کی دہائی سے، سنگل چپ مائیکرو کمپیوٹر سو مکتبہ فکر کے مرحلے میں داخل ہو چکا ہے، کارکردگی، رفتار، اعتبار، مکمل طور پر انضمام، بس یا ڈیٹا رجسٹر کے بٹس کی تعداد کے مطابق، ابتدائی 4 بٹس سے۔ 8 بٹ، 16 بٹ، 32 بٹ اور 64 بٹ سنگل چپ مائیکرو کمپیوٹرز کے ساتھ آہستہ آہستہ تیار کیا گیا۔
فی الحال، MCUs کے انسٹرکشن سیٹ کو بنیادی طور پر CISC اور RISC میں تقسیم کیا گیا ہے، اور بنیادی فن تعمیر بنیادی طور پر ARM Cortex، Intel 8051 اور RISC-V ہے۔
2020 چائنا جنرل مائیکرو کنٹرولر (MCU) مارکیٹ بریف کے مطابق، 32-bit MCU پروڈکٹس کا مارکیٹ کا 55% تک حصہ ہے، اس کے بعد 8-bit پروڈکٹس، 43%، 4-bit مصنوعات 2%، 16 1٪ کے لئے اکاؤنٹنگ -bit مصنوعات، یہ مارکیٹ میں مرکزی دھارے کی مصنوعات 32 بٹ اور 8 بٹ MCUs ہیں، اور 16 بٹ MCU مصنوعات کی مارکیٹ کی جگہ کو شدید نچوڑا گیا ہے کہ دیکھا جا سکتا ہے.
CISC انسٹرکشن سیٹ پروڈکٹس کا مارکیٹ کا 24% حصہ ہے، RISC انسٹرکشن سیٹ پروڈکٹس کا مارکیٹ مین اسٹریم پروڈکٹس کا 76% حصہ ہے۔Intel 8051 بنیادی مصنوعات کا مارکیٹ میں 22% حصہ تھا، اس کے بعد ARM Cortex-M0 مصنوعات کا حصہ 20%، ARM Cortex-M3 مصنوعات کا حصہ 14%، ARM Cortex-M4 مصنوعات کا حصہ 12%، ARM Cortex-M0+ مصنوعات 5%، ARM Cortex-M23 مصنوعات 1%، RISC-V بنیادی مصنوعات 1%، اور دیگر 24% کے حساب سے۔ARM Cortex-M0+ پروڈکٹس کا 5%، ARM Cortex-M23 پروڈکٹس کا 1%، RISC-V کور مصنوعات کا 1%، اور دیگر کا 24% حصہ۔مجموعی طور پر، ARM Cortex سیریز کے کور مارکیٹ کے مرکزی دھارے کا 52% حصہ ہیں۔
MCU مارکیٹ گزشتہ 20 سالوں میں قیمتوں میں نمایاں کمی کا سامنا کر رہی ہے، لیکن اس کی اوسط سیلنگ پرائس (ASP) میں کمی گزشتہ پانچ سالوں میں سست رہی ہے۔آٹوموٹو انڈسٹری میں مندی، عالمی اقتصادی کمزوری، اور وبائی بحران کا سامنا کرنے کے بعد، MCU مارکیٹ 2020 میں بحال ہونا شروع ہوئی۔ IC Insights کے مطابق، 2020 میں MCU کی ترسیل میں 8% کا اضافہ ہوا، اور 2021 میں MCU کی کل ترسیل میں اضافہ ہوا۔ 12%، 30.9 بلین کا ریکارڈ بلند، جبکہ ASPs میں بھی 10% اضافہ ہوا، جو 25 سالوں میں سب سے زیادہ اضافہ ہے۔
IC Insights کو توقع ہے کہ MCU کی ترسیل اگلے پانچ سالوں میں 35.8 بلین یونٹس تک پہنچ جائے گی، جس کی کل فروخت $27.2 بلین ہوگی۔ان میں سے، 32-bit MCU کی فروخت 9.4% کی کمپاؤنڈ سالانہ شرح نمو کے ساتھ $20 بلین تک پہنچنے کی توقع ہے، 16-bit MCUs کے $4.7 بلین تک پہنچنے کی توقع ہے، اور 4-bit MCUs سے ترقی کی توقع نہیں ہے۔
02 کار MCU پاگل اوورٹیکنگ
آٹوموٹو الیکٹرانکس MCUs کا سب سے بڑا ایپلی کیشن منظر نامہ ہے۔IC Insights کو توقع ہے کہ دنیا بھر میں MCU کی فروخت 2022 میں 10% بڑھ کر ریکارڈ $21.5 بلین ہو جائے گی، جس میں آٹوموٹو MCUs دیگر اختتامی منڈیوں سے زیادہ بڑھ رہے ہیں۔
MCU کی 40% سے زیادہ فروخت آٹوموٹیو الیکٹرانکس سے آتی ہے، اور اگلے پانچ سالوں میں آٹوموٹو MCU کی فروخت 7.7% کے CAGR سے بڑھنے کی توقع ہے، جو عام مقصد کے MCUs (7.3%) کو پیچھے چھوڑتے ہیں۔
اس وقت، آٹوموٹو MCUs بنیادی طور پر 8-bit، 16-bit اور 32-bit ہیں، اور MCUs کے مختلف بٹس مختلف کام کرتے ہیں۔
خاص طور پر:
8 بٹ MCU بنیادی طور پر نسبتاً بنیادی کنٹرول کے افعال کے لیے استعمال ہوتا ہے، جیسے سیٹوں، ایئر کنڈیشنرز، پنکھوں، کھڑکیوں اور دروازے کے کنٹرول کے ماڈیولز کے کنٹرول کے لیے۔
16 بٹ MCU بنیادی طور پر نچلے جسم کے لیے استعمال ہوتا ہے، جیسے انجن، الیکٹرانک بریک، سسپنشن سسٹم اور دیگر پاور اور ٹرانسمیشن سسٹم۔
32 بٹ MCU آٹوموٹیو انٹیلی جنس پر فٹ بیٹھتا ہے اور بنیادی طور پر اعلی درجے کی ذہین اور محفوظ ایپلیکیشن کے منظرناموں جیسے کاک پٹ تفریح، ADAS، اور باڈی کنٹرول کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
اس مرحلے پر، 8-بٹ MCUs کارکردگی اور میموری کی صلاحیت میں اضافہ کر رہے ہیں، اور اپنی لاگت کی تاثیر کے ساتھ، وہ ایپلی کیشنز میں کچھ 16-bit MCUs کو تبدیل کر سکتے ہیں اور 4-bit MCUs کے ساتھ بھی پسماندہ مطابقت رکھتے ہیں۔32-bit MCU پورے آٹوموٹیو E/E فن تعمیر میں تیزی سے اہم ماسٹر کنٹرول رول ادا کرے گا، جو چار بکھرے ہوئے کم اینڈ اور درمیانے درجے کے ECU یونٹس کا انتظام کر سکتا ہے، اور استعمال کی تعداد میں اضافہ ہوتا رہے گا۔
مندرجہ بالا صورتحال 16 بٹ MCU کو نسبتاً عجیب حالت میں بناتی ہے، اونچی نہیں بلکہ کم، لیکن کچھ ایپلیکیشن منظرناموں میں، یہ اب بھی کارآمد ہے، جیسے پاور ٹرین سسٹمز کی کچھ کلیدی ایپلی کیشنز۔
آٹوموٹو انٹیلی جنس نے 32-بٹ MCUs کی مانگ میں نمایاں اضافہ کیا ہے، 2021 میں 32-bit MCUs سے تین چوتھائی سے زیادہ آٹوموٹیو MCU کی فروخت آنے والی، تقریباً 5.83 بلین ڈالر تک پہنچنے کی توقع ہے۔16-bit MCUs تقریباً 1.34 بلین ڈالر کی آمدنی پیدا کریں گے۔اور 8 بٹ MCUs سے تقریباً 441 ملین ڈالر کی آمدنی ہوگی، McClean رپورٹ کے مطابق۔
ایپلی کیشن کی سطح پر، انفوٹینمنٹ ایپلی کیشن کا منظرنامہ ہے جس میں آٹوموٹو MCU کی فروخت میں سال بہ سال سب سے زیادہ اضافہ ہوا ہے، جس میں 2020 کے مقابلے 2021 میں 59% اضافہ ہوا ہے، اور بقیہ منظرناموں کے لیے آمدنی میں 20% اضافہ ہوا ہے۔
اب کار کا تمام الیکٹرانک کنٹرول ECU (الیکٹرانک کنٹرول یونٹ) استعمال کرنے کے لیے ہے، اور MCU بنیادی کنٹرول چپ ECU ہے، ہر ECU میں کم از کم ایک MCU ہوتا ہے، اس لیے ذہین الیکٹریشن کی تبدیلی اور اپ گریڈنگ کے موجودہ مرحلے نے مطالبہ کو فروغ دیا۔ MCU سنگل گاڑی کے استعمال میں اضافہ۔
چائنا مارکیٹنگ انسٹی ٹیوٹ کی آٹو موٹیو مارکیٹنگ ایکسپرٹ کمیٹی کے ریسرچ ڈیپارٹمنٹ کے اعداد و شمار کے مطابق، عام روایتی ایندھن والی کاروں کے ذریعے لے جانے والے ECUs کی اوسط تعداد 70 ہے۔لگژری روایتی ایندھن والی کاروں کے ذریعے لے جانے والے ECUs کی تعداد 150 تک پہنچ سکتی ہے کیونکہ نشستوں، مرکزی کنٹرول اور تفریح، جسمانی استحکام اور حفاظت کے لیے اعلیٰ کارکردگی کی ضروریات ہیں۔اور خود مختار ڈرائیونگ اور اسسٹڈ ڈرائیونگ کے لیے نئے سافٹ ویئر اور ہارڈ ویئر کی ضروریات کی وجہ سے سمارٹ کاروں کے ذریعے لے جانے والے ECUs کی اوسط تعداد 300 تک پہنچ سکتی ہے، جو کہ سنگل کاروں کے ذریعے استعمال ہونے والے MCU کی مقدار کے مساوی ہے اور یہ بھی 300 سے زیادہ تک پہنچ جائے گی۔
کار سازوں کی طرف سے MCUs کی مضبوط مانگ 2021 میں خاص طور پر واضح ہے، جب وبا کی وجہ سے کور کی کمی ہے۔اس سال، بہت سی کار کمپنیوں کو کور کی کمی کی وجہ سے کچھ پروڈکشن لائنوں کو مختصر طور پر بند کرنا پڑا، لیکن آٹوموٹو MCUs کی فروخت 23% بڑھ کر 7.6 بلین ڈالر ہو گئی، جو کہ ایک ریکارڈ بلند ہے۔
زیادہ تر آٹوموٹیو چپس 8 انچ کے ویفرز کا استعمال کرتے ہوئے تیار کی جاتی ہیں، کچھ مینوفیکچررز جیسے TI سے 12 انچ لائن ٹرانسفر، IDM بھی صلاحیت آؤٹ سورسنگ فاؤنڈری کا حصہ ہوں گے، جس پر MCU کا غلبہ ہے، TSMC کی صلاحیت کا تقریباً 70% .تاہم، آٹوموٹو کاروبار خود TSMC کا ایک چھوٹا سا حصہ رکھتا ہے، اور TSMC کنزیومر الیکٹرانکس کے جدید پراسیس ٹیکنالوجی فیلڈ پر توجہ مرکوز کرتا ہے، اس لیے آٹوموٹو MCU مارکیٹ خاص طور پر نایاب ہے۔
پورے سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی قیادت میں آٹوموٹو چپس کی کمی نے بھی توسیع کی لہر شروع کی، بڑے فاؤنڈریز اور IDM پلانٹس فعال طور پر پیداوار کو بڑھانے کے لیے، لیکن توجہ مختلف ہے۔
TSMC Kumamoto پلانٹ کے 2024 کے آخر تک کام کرنے کی توقع ہے، 22/28nm کے عمل کے علاوہ، یہ مزید 12 اور 16nm عمل فراہم کرے گا، اور نانجنگ پلانٹ پیداوار کو 28nm تک بڑھا دے گا، جس کی ماہانہ پیداواری صلاحیت ہے۔ 40,000 ٹکڑے؛
SMIC 2021 میں کم از کم 45,000 8 انچ ویفرز اور کم از کم 10,000 12 انچ ویفرز کی پیداوار کو بڑھانے کا ارادہ رکھتا ہے، اور Lingang میں 120,000 ویفرز کی ماہانہ صلاحیت کے ساتھ 12 انچ پروڈکشن لائن تعمیر کرنے کا ارادہ رکھتا ہے، جس میں نمبر 28m اور اس سے اوپر کی تعداد پر توجہ دی جائے گی۔
ہواہونگ 2022 میں 12 انچ کی پیداواری صلاحیت کو 94,500 ٹکڑوں تک بڑھانے کی توقع رکھتا ہے۔
Renesas نے TSMC کے Kumamoto پلانٹ میں اپنے حصص کا اعلان آؤٹ سورسنگ کو بڑھانے کے ارادے سے کیا، اور اس کا مقصد 2023 تک آٹوموٹو MCU کی سپلائی میں 50% اضافہ کرنا ہے، جس میں اعلی درجے کی MCU کی گنجائش میں 50% اور کم MCU کی گنجائش میں تقریباً 70% اضافہ متوقع ہے۔ 2021 کے آخر کے مقابلے میں۔
STMicroelectronics 2022 میں توسیع کے لیے 1.4 بلین ڈالر کی سرمایہ کاری کرے گا، اور 2025 تک اپنے یورپی پلانٹس کی صلاحیت کو دوگنا کرنے کا ارادہ رکھتا ہے، بنیادی طور پر 12 انچ کی صلاحیت کو بڑھانے کے لیے، اور 8 انچ کی صلاحیت کے لیے، STMicroelectronics منتخب طور پر ان مصنوعات کے لیے اپ گریڈ کرے گا جن کی ضرورت نہیں ہے۔ انچ ٹیکنالوجی.
ٹیکساس انسٹرومنٹس چار نئے پلانٹس کا اضافہ کریں گے، پہلا پلانٹ 2025 میں شروع ہونے کی امید ہے، اور تیسرا اور چوتھا پلانٹ 2026 اور 2030 کے درمیان تعمیر کیا جائے گا۔
ON سیمی کنڈکٹر نے اپنی سرمایہ کاری کو بڑھا کر 12% کر دیا، بنیادی طور پر 12 انچ ویفر کی صلاحیت میں توسیع کے لیے۔
IC insights کے پاس ایک دلچسپ ڈیٹا ہے کہ تمام 32-bit MCUs کا ASP 2015 اور 2020 کے درمیان سال بہ سال -4.4% کی CAGR سے کم ہو رہا ہے، لیکن 2021 میں تقریباً 13% بڑھ کر تقریباً $0.72 ہو گیا ہے۔ اسپاٹ مارکیٹ میں جھلکتا ہے۔ ، آٹوموٹیو MCU کی قیمت میں اتار چڑھاؤ زیادہ واضح ہے: NXP 32-bit MCU FS32K144HAT0MLH جس کی قیمت $22 ہے $550 تک بڑھ گئی، جو کہ 20 گنا سے زیادہ کی حد ہے، جو اس وقت کی سب سے نایاب آٹوموٹو چپس میں سے ایک تھی۔
Infineon 32 بٹ آٹوموٹو MCU SAK-TC277TP-64F200N DC 4,500 یوآن تک بڑھ گیا تھا، تقریبا 100 گنا کا اضافہ، SAK-TC275T-64F200N DC کی اسی سیریز بھی 2،000 سے زائد یوآن تک بڑھ گئی۔
دوسری طرف، اصل میں گرم کنزیومر الیکٹرانکس ٹھنڈا ہونا شروع ہوا، کمزور مانگ، ساتھ ہی گھریلو متبادل میں تیزی، عام مقصد، صارفین کی MCU قیمتیں واپس نیچے، کچھ ST چپ ماڈل جیسے F0/F1/F3 سیریز کی قیمتیں معمول کی قیمت کے قریب آ گئیں، اور یہاں تک کہ مارکیٹ میں یہ افواہیں کہ کچھ MCUs کی قیمت ایجنسی کی قیمت سے گر گئی ہے۔
تاہم، آٹوموٹو MCUs جیسے Renesas، NXP، Infineon، اور ST ابھی بھی نسبتاً قلت کی حالت میں ہیں۔مثال کے طور پر، ST کے اعلیٰ کارکردگی والے 32-bit MCU STM32H743VIT6 کی قیمت گزشتہ سال کے آخر میں 600 یوآن تک پہنچ گئی، جبکہ دو سال قبل اس کی قیمت صرف 48 یوآن تھی۔اضافہ 10 گنا سے زیادہ ہے؛Infineon Automotive MCU SAK-TC237LP-32F200N AC مارکیٹ کی قیمت گزشتہ سال اکتوبر میں تقریباً $1200، دسمبر کی پیشکش $3800 تک، اور تیسری پارٹی کی ویب سائٹس پر بھی $5000 سے زیادہ کی پیشکش ہے۔
03 مارکیٹ بڑی ہے، اور گھریلو پیداوار چھوٹی ہے۔
MCU مسابقتی زمین کی تزئین میں بیرون ملک مقیم جنات کا اتنا ہی غلبہ ہے جتنا کہ پورے سیمی کنڈکٹر مسابقتی ماحول پر۔2021 میں، سب سے اوپر پانچ MCU وینڈرز NXP، Microchip، Renesas، ST، اور Infineon تھے۔ان پانچ MCU وینڈرز کا مجموعی عالمی فروخت کا 82.1% حصہ تھا، جو کہ 2016 میں 72.2% تھا، درمیانی سالوں میں ہیڈ لائن کمپنیوں کے سائز میں اضافہ ہوا۔
صارفین اور صنعتی MCU کے مقابلے میں، آٹوموٹو MCU سرٹیفیکیشن کی حد زیادہ ہے اور سرٹیفیکیشن کی مدت طویل ہے، سرٹیفیکیشن سسٹم میں ISO26262 معیاری سرٹیفیکیشن، AEC-Q001~004 اور IATF16949 معیاری سرٹیفیکیشن شامل ہے، AEC-Q100/Q104 ISO2 کے معیار پر آٹوموٹو فنکشنل سیفٹی کو ASIL-A سے D کے چار درجوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، چیسس اور دیگر منظرناموں میں سب سے زیادہ حفاظتی تقاضے ہوتے ہیں اور ASIL-D سطح کے سرٹیفیکیشن کی ضرورت ہوتی ہے، چند چپ مینوفیکچررز شرائط کو پورا کر سکتے ہیں۔
حکمت عملی کے تجزیہ کے اعداد و شمار کے مطابق، عالمی اور گھریلو آٹوموٹو MCU مارکیٹ بنیادی طور پر NXP، Renesas، Infineon، Texas Instruments، Microchip کے زیر قبضہ ہے، جس کا مارکیٹ شیئر 85% ہے۔اگرچہ 32-bit MCUs اب بھی بیرون ملک مقیم جنات کی اجارہ داری ہے، کچھ گھریلو کمپنیوں نے کام شروع کر دیا ہے۔
04 نتیجہ
ذہین الیکٹرک گاڑیوں کی تیزی سے ترقی، لہذا صارفین کی چپ بنانے والے بہت سے ادارے شامل ہو گئے ہیں، جیسے کہ Nvidia، Qualcomm، Intel نے ذہین کاک پٹ، خود مختار ڈرائیونگ چپ کامیابیاں، پرانے آٹوموٹو چپ مینوفیکچررز کی بقا کی جگہ کو سکیڑنا۔آٹوموٹو MCUs کی ترقی خود ترقی اور کارکردگی میں بہتری پر توجہ مرکوز کرنے سے لے کر تکنیکی فوائد کو برقرار رکھتے ہوئے لاگت میں کمی کے لیے ہمہ جہت مقابلے کی طرف بڑھ گئی ہے۔
آٹوموٹو E/E فن تعمیر کے ساتھ ڈومین کنٹرول میں تقسیم سے، اور آخر کار مرکزی انضمام کی طرف، زیادہ سے زیادہ ملٹی فنکشنل اور سادہ لو اینڈ چپ کو تبدیل کیا جائے گا، اعلیٰ کارکردگی، اعلیٰ کمپیوٹنگ پاور اور دیگر اعلیٰ کارکردگی۔ چپس مستقبل کے آٹوموٹو چپ مقابلے کی توجہ کا مرکز بن جائیں گے، کیونکہ مستقبل میں ECU نمبر میں کمی کے ذریعے MCU کا مرکزی کنٹرول رول نسبتاً چھوٹا ہے، جیسے Tesla chassis کنٹرول ECU، ایک سنگل 3-4 MCU پر مشتمل ہوتا ہے، لیکن کچھ آسان کام بنیادی MCU کو مربوط کیا جائے گا۔مجموعی طور پر، آٹوموٹو MCUs کی مارکیٹ اور آنے والے سالوں میں گھریلو متبادل کے لیے جگہ بلاشبہ بہت وسیع ہے۔
پوسٹ ٹائم: فروری 01-2023