I semiconduttori per il settore automobilistico possono essere suddivisi in tre categorie principali: chip funzionali MCU (Microcontroller Unit), semiconduttori di potenza (IGBT, MOSFET, ecc.) e sensori. Gli MCU svolgono un ruolo fondamentale negli aspetti chiave della sicurezza e della guida, nel controllo dei sistemi di assistenza alla guida, nella visualizzazione e nell'elaborazione dei dati dei sistemi di controllo centralizzati, nel controllo del motore, del telaio e della carrozzeria, ecc.

I microcontrollori (MCU) rappresentano circa il 30% di tutti i dispositivi a semiconduttore presenti in un'automobile. In media, ogni auto utilizza più di 70 chip MCU. Inoltre, l'evoluzione delle automobili da "macchine funzionali" a "macchine intelligenti" e dall'"elettronica automobilistica" alla "guida autonoma" ha ulteriormente incrementato le dimensioni del mercato dei microcontrollori per il settore automobilistico. Secondo i dati della società di ricerche di mercato Gartner, nella domanda di chip elettronici per autoveicoli, i chip di elaborazione e controllo e i chip a semiconduttore di potenza rappresentano attualmente le due categorie di mercato più importanti, con una quota rispettivamente del 26.2% e del 29.7% della domanda complessiva di chip per autoveicoli. Il valore combinato di queste due categorie ha raggiunto i 22.9 miliardi di dollari, pari a oltre il 55% dell'intero mercato dei semiconduttori per autoveicoli.

Legenda: Struttura dei prodotti a semiconduttore per il settore automobilistico e quota di mercato

Ad esempio, Google Waymo utilizza una soluzione con CPU Intel + FPGA Altera e MCU Infineon come interfaccia di comunicazione; Baidu Apollo utilizza una soluzione con MCU NXP/Infineon/Resas + FPGA Xilinx/GPU NVIDIA; Audi utilizza una soluzione di integrazione multi-chip con ASIC Mobileye, GPU NVIDIA, FPGA Altera e MCU Infineon, ecc. Le applicazioni automobilistiche, come i veicoli autonomi, le comunicazioni intelligenti a bordo e l'intrattenimento in cabina, richiedono elevate capacità di elaborazione dati da parte di MCU a 32 bit. La tendenza futura sarà verso l'integrazione multifunzionale e prestazioni a basso consumo energetico, e il numero di utilizzi potrebbe continuare ad aumentare.

Inoltre, dalle linee di prodotti MCU automotive a 32 bit offerte dai principali produttori di MCU automotive, come Renesas, NXP, Texas Instruments, Infineon, Microchip, Cypress, STMicroelectronics e Toshiba, si evince che quasi tutti i produttori progettano MCU con core CPU ARM Cortex-M o ARM Cortex-R e si impegnano ad ampliare la gamma di prodotti MCU per un maggior numero di applicazioni automotive.

È prevedibile che l'adozione di core CPU da parte dei principali produttori di IP accelererà lo sviluppo di MCU per il settore automobilistico.

Secondo i dati di ICVTanK, si prevede che il mercato globale dei chip funzionali per il settore automobilistico aumenterà costantemente, passando da 7 miliardi di dollari nel 2019 a 7.5 miliardi di dollari nel 2021.

Tuttavia, il mercato globale dei semiconduttori per il settore automobilistico è attualmente dominato da aziende giganti provenienti da Europa, Stati Uniti, Giappone e altri paesi.

Quali sono i principali attori nel settore dei microcontrollori per autoveicoli?

Secondo i dati della società di ricerche di mercato Gartner, nel 2019 il valore della produzione europea di semiconduttori per il settore automobilistico ha rappresentato il 36.79% del valore totale della produzione globale di semiconduttori per il settore automobilistico, pari a 15.088 miliardi di dollari, posizionando l'Europa al primo posto per quota di mercato; gli Stati Uniti si sono classificati al secondo posto con una quota di mercato globale del 32.64%, seguiti dal Giappone con il 26.03% della quota di mercato globale. Nel 2019, il fatturato derivante dalle vendite di semiconduttori per il settore automobilistico nella Cina continentale si è attestato a circa 1 miliardo di dollari, pari a meno del 3%. Rispetto a Europa, Stati Uniti e Giappone, il divario è notevole.

Legenda: Fonte dati: Gartner, grafico realizzato da No. 1 Xinwen Road

Tra i primi 20 produttori mondiali di semiconduttori per il settore automobilistico, ben 9 sono aziende americane, mentre 5 sono europee e 5 giapponesi. Tuttavia, la competitività complessiva delle aziende europee di semiconduttori per il settore automobilistico è più forte, con 3 delle 5 aziende presenti nella Top 5 globale. Nexperia, azienda cinese del settore, è stata fondata da una società cinese che ha acquisito la divisione di componenti standard di NXP. Attualmente è il più grande e prestigioso produttore cinese di semiconduttori per il settore automobilistico.

Tra le principali aziende produttrici di microcontrollori per il settore automobilistico figurano Renesas, NXP, Infineon, Texas Instruments, Nvidia, ecc. Negli ultimi anni, anche la Cina si è attivamente impegnata nel campo dell'elettronica automobilistica. Ad esempio, aziende nazionali produttrici di microcontrollori come Saiteng Micro sono entrate inizialmente nel settore automobilistico. A maggio 2020, Saiteng Micro aveva già spedito milioni di unità di microcontrollori per il settore automobilistico.

BYD Semiconductor è entrata nel settore dei microcontrollori (MCU) nel 2007, e il primo prodotto che ha iniziato a sviluppare sono stati i microcontrollori di livello industriale. Dopo 13 anni di sviluppo, BYD ha realizzato microcontrollori industriali per uso generale, microcontrollori industriali "tre in uno", microcontrollori touch per il settore automobilistico, microcontrollori per uso generale per il settore automobilistico e microcontrollori per la gestione della batteria. Questo rappresenta un'ulteriore svolta per BYD, che si aggiunge ai dispositivi di potenza.

Nel marzo 2020, AutoChips, una consociata interamente controllata da NavInfo, ha annunciato che la sua linea di prodotti MCU per il settore automobilistico AC7801X è il primo chip MCU a 32 bit Cortex-M0+ di produzione nazionale. L'AC7801X è destinato principalmente all'elettronica di bordo delle automobili e può essere ampiamente utilizzato in tettucci apribili, finestrini, sedili, luci a LED, ETC, radar di retromarcia, sensori pioggia e altri settori. Jiefa Technology, forte dei suoi vantaggi nel mercato aftermarket, affianca NavInfo, leader del settore nel mercato del front-loading, per rafforzare reciprocamente la competitività nei mercati del front-loading e del post-loading.

Nel settembre 2020, Shanghai Xinwang Microelectronics Technology Co., Ltd. ha ricevuto un finanziamento di Serie A di 100 milioni di yuan, guidato da Silicon Harbor Capital, con la partecipazione di SAIC Hengxu, SMIC Juyuan, Beyond Moore, Fed Securities e Jucheng Investment. Xinwang Micro ha sviluppato microcontrollori a 8 bit e microcontrollori e DSP a 32 bit altamente affidabili e di alta qualità, basati sulla propria architettura proprietaria KungFu. Oltre a disporre di un core e di un'architettura MCU proprietari, Xinwang Micro ha anche sviluppato una serie di strumenti di sviluppo che consentono attività di ricerca e sviluppo indipendenti, tra cui ambienti di sviluppo integrati, compilatori C ed emulatori, raggiungendo la piena autonomia dai chip alle toolchain.

La produzione cinese fatica ancora a recuperare terreno, principalmente a causa del lungo ciclo di sviluppo dei chip MCU per il settore automobilistico, delle elevate soglie di progettazione e dei consistenti investimenti di capitale. Attualmente, gli MCU nazionali sono utilizzati principalmente in vari tipi di sistemi di controllo per fari e fanali posteriori delle automobili, nonché in dispositivi periferici per il controllo del comfort, come il sollevamento dei finestrini, la ricarica wireless, ecc.

Dalla capacità produttiva a monte all'approvvigionamento dei terminali, le ragioni della carenza di microcontrollori per il settore automobilistico nel 2021

La grave carenza di chip per il settore automobilistico, questa volta, riguarda i microcontrollori (MCU) utilizzati nei sistemi ESP (sistema elettronico di stabilità) e ECU (unità di controllo elettronica).

Analizzare le ragioni della carenza di chip per il settore automobilistico, dalla capacità produttiva a monte fino all'approvvigionamento finale, a scopo di apprendimento e riferimento:

Sul fronte dell'offerta, le previsioni pessimistiche per la prima metà del 2020 hanno, in una certa misura, ostacolato la programmazione della capacità produttiva di chip per il settore automobilistico nella seconda metà dell'anno. Anche le scorte pari a zero o addirittura negative rappresentano un fattore importante in questa carenza. Chi prima non prestava attenzione alle scorte di chip ora le attribuisce grande importanza.

D'altro canto, la diffusione dell'epidemia globale ha avuto un impatto anche sui chip e sulla relativa filiera produttiva. La capacità produttiva di wafer da 8 pollici per i chip MCU è limitata, gli impianti di assemblaggio di chip nel Sud-est asiatico hanno sospeso la produzione e il colosso italiano dei chip ST (STMicroelectronics) ha subito uno sciopero su larga scala, aggravando ulteriormente la carenza di chip MCU. Secondo i dati pubblicati da SUMCO, la capacità produttiva di wafer da 8 pollici nel settore automobilistico rappresenterà circa il 33% nel 2020, mentre quella di wafer da 12 pollici si attesterà intorno al 5%. In un contesto di capacità produttiva limitata nell'intero settore dei semiconduttori, l'elettronica di consumo sta ulteriormente assorbendo capacità produttiva di chip.

Legenda: Percentuale di applicazione della capacità produttiva di wafer da 8 pollici nel 2020 Grafico: Dati internazionali sul settore dell'elettronica Fonte: SUMCO

Legenda: Quota di applicazione della capacità produttiva di wafer da 12 pollici nel 2020 Grafico: Situazione del mercato internazionale dell'elettronica Fonte dati: SUMCO

Sul fronte della domanda, l'industria automobilistica cinese continua a riprendersi, con performance di mercato superiori alle aspettative. Lo sviluppo dell'elettronica e dell'intelligenza artificiale nel settore automobilistico ha ulteriormente incrementato la domanda di chip per ogni singolo veicolo. A causa della carenza di chip, i tempi di consegna dei produttori di componenti hanno iniziato ad allungarsi. I tempi di consegna dei microcontrollori a 32 bit di Infineon sono ora di 15-24 settimane, mentre quelli dei microcontrollori di ST si sono estesi a 24-35 settimane.

In questa fase di sviluppo dell'elettronica automobilistica, mancano principalmente chip di importanti produttori internazionali, come le affermate aziende del settore quali NXP, Infineon, ST e Bosch. I prezzi dei microcontrollori (MCU) per auto di alcuni produttori sono aumentati del 20-30%. Il tasso di autosufficienza nazionale nella produzione di chip per auto è inferiore al 10%, quindi siamo sostanzialmente spettatori di questa carenza. Dopotutto, requisiti rigorosi come la certificazione di conformità, l'affidabilità e la certificazione a lungo termine rappresentano ostacoli per le aziende cinesi di semiconduttori che desiderano entrare nella catena di fornitura del settore automobilistico.

La carenza di chip per il settore automobilistico potrebbe protrarsi per sei mesi e si prevede che la pressione sull'offerta di questi componenti persisterà anche nella prima metà del 2021. Questa carenza ha ulteriormente allarmato la filiera produttiva automobilistica nazionale. È ormai una tendenza generale per i produttori nazionali di microcontrollori (MCU) entrare nella filiera automobilistica. Ad esempio, Great Wall Motors ha recentemente completato un investimento strategico in Beijing Horizon Robotics Technology R&D Co., Ltd., segnando così il suo ingresso ufficiale nel settore dei chip. Anche Geely ha investito in Xinqing Technology e Xinjuneng. La crescita del mercato interno dei veicoli a nuova energia stimolerà la crescita delle filiere produttive nazionali. Questo processo è analogo a quello che ha visto l'ascesa dei marchi nazionali di telefonia mobile, con conseguente sviluppo delle filiere produttive del settore.

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