新基建为半导体行业带来无限机遇

瑞萨电子表示，新技术应用价值不断涌现，AI、大数据应用在工业互联网中的渗透率已接近20%，成为资产设备管理与生产深度优化的主要驱动；同时数字孪生、边缘计算应用初具规模，渗透率接近6%，推动数字化设计等能力提升。整体来看，工业互联网应用进一步释放赋能潜力，应用聚焦基于设备物联的数据价值挖掘和特定场景深度优化，这为传统工业基础架构带来众多创新的同时，也带来了更多设计挑战。T2gesmc

工业互联网产业链较长，包括网络通信、传感器、控制器和AI芯片等。其一大优势，就是能够充分利用传感器采集不断增加的数据，做出更好的决策，而在整个工业自动化系统中，能否及时获取和传输数据取决于网络连接。工业以太网在这里发挥着越来越重要的作用，另外芯片供应商还需要帮助工程师在控制器、通信地面感应等应用领域开发智能系统。T2gesmc

首先是网络/通信方面，许多现代系统目前都具有通信接口，以增强设计的整体连通性，但几十年的发展历程导致工业以太网协议和拓扑形式众多，越来越多的工业自动化技术供应商和制造商都希望能获得独立的开放式通信平台，给设计工程师带来新挑战。因此，“未来的工业物联网应用必须支持各种常见的网络拓扑，如PROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK®等常用工业以太网协议，以及线状和环状拓扑和星形拓扑。” 蔡振宇说到。T2gesmc

哪类芯片产品可以胜任？可以是具有两个以太网端口的实时以太网、多协议(REM)交换芯片，是可编程的 IEEE 802.3 10/100 Mbps 以太网互联网协议版本6 (IPv6) 和互联网协议版本4(IPv4) 交换机，可虚拟支持任意 2 层或 3 层协议。蔡振宇表示：“此外，可以连接任何主机处理器，让开发人员可以使用自己的处理器和他们首选的开发环境很重要，并且还要支持时间敏感型网络(TSN)。”T2gesmc

支持从串行接口(IO-Link、CAN、RS-485)到工业以太网，以及诸如TSN和单对以太网(SPE)等新且广泛的工业通信标准，也是工业物联网应用中的刚需，这种支持满足了工程师对更高连通性和可扩展性的需求。梁建雄表示，要帮助简化向智能生产系统的过渡，需要能用于PROFIBUS、多协议工业以太网、IO-Link主站和未来千兆位TSN的产品，而“Sitara处理器系列直接将这些协议集成，可简化设计过程。”T2gesmc

快速的节点互连和信息交换可实现具有快速、精确的执行单元或驱动程序的分散系统。从低速现场总线到PROFINET、EtherCAT、IO-Link等10/100 Mbps工业以太网的发展都展现了这一趋势。它们逐渐成为每个执行节点上的标准，“处理器提供了适用于主要工业以太网协议的单个硬件平台系统，具有内置EtherCAT堆栈的实时控制MCU则有助于实现分散式多轴驱动系统。 ” 梁建雄说到。T2gesmc

控制器方面，用于工业设备中数据处理和设备控制的MCU，以及用于数据安全存储和加密传输的安全芯片，是工业互联网应用中必不可少的器件。不同于消费电子，工业领域对国产芯片的应用需求提出了更高的要求和挑战。国民技术市场部技术专家表示，目前正在工业领域通过低功耗金融级安全芯片与国民安全云平台相结合，构建工业互联网安全整体解决方案。T2gesmc

国民技术认为，一款安全的工业互联型MCU除了在性能上要过硬，还需要内置多种密码算法硬件加速引擎，支持内置Flash存储加密、Flash分区保护，以及支持安全启动等多种安全特性。这样才能防止应用程序系统在未经授权的情况下被复制及篡改，并支持对真实设备的身份验证，“例如我们推出的工业互联领域首颗集成国际及中国商用密码双算法的通用MCU，可广泛应用于工业小型网关、DTU、小型PLC、工业风机等工业互联应用领域。”T2gesmc

另外工业应用场景相比消费应用场景，对MCU材料和工艺有着更加严苛的要求，首先必须满足工业级温度范围；其次对算力和稳定性也有更高的标准，雅特力科技(重庆)有限公司产品市场经理林金海表示：“将针对工业互联网推出基于Arm Cortex-M4最高主频288MHz的MCU，集成兼容IEEE-802.3 10/100Mbps以太网口控制器，能够助推工业互联网智能硬件端的发展。”T2gesmc

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边缘计算是工业互联网的核心目标，也是云计算的重要补充，它的一个显著特点是大大提高了处理近端数据的时效性，可实时分析和处理物联网节点收集的大量数据，减少云计算的时延和流量，对MCU的数据处理能力和网络连接能力有更高的要求。T2gesmc

最后在感应方面，智能工厂自动化和无人化管理需要精确、强大的感应技术，来感知和采集产品、设备和工业环境的各种状态信息。传感器将向智能化、微型化、多功能、低功耗、高精度等方向发展，提高工业互联网底层神经末梢的感知灵敏度。“基于在汽车雷达系统方面的经验，TI基于CMOS的SoC解决方案可以轻松开发雷达技术。” 梁建雄说到，最新的雷达感应技术可帮助智能工厂设计人员部署智能机器人手臂、协作式的机器人系统和无人化工厂管理。T2gesmc

新基建下工业互联网最大的价值便是工业应用的落地，其中包括激增的高质量传感器、可靠连接和数据分析，不断提高的智能节点自动化程度对传感器进行精密数据捕捉与位置跟踪要求也与日俱增。蔡振宇表示，近些年越来越多被提及的设备状态监测CBM则引入了以振动监测为核心的技术，把旋转设备的振动状态采集分析以进行产品性能、生产效率与附加值的进一步提升，这是最具现实经济意义也最容易落地的应用。T2gesmc

卫星互联网

卫星在导航定位、数据图像传输以及物联网方面有非常好的应用或者前途。当前随着技术进步，卫星发射的投入成本明显下降，各国纷纷将卫星互联网建设上升为国家的战略之一，卫星通信发展迎来新风口。T2gesmc

当前国外有不少卫星行业用户将网关放在低空卫星上，使用低功耗广域网进行物联网覆盖。黄旭东表示：“LoRa具有高灵敏度、传输距离长的特点，可以从卫星上通过LoRa技术接受地面网关的无线信号进行广域覆盖。”在森林、草原防火、地质灾害防护等方面，卫星加LoRa技术有其天然的组合优势，因为在那些地方往往没有电信网络。T2gesmc

卫星的制造、发射、通信、导航，都需要关键的芯片技术参与。与传统卫星不同，商用卫星更强调商用性，追求更低廉的发射成本、更小的尺寸以及更容易制造，这些特性有助于提高潜在运行的经济性。所以商用卫星在选择芯片时，更希望是体积更小、质量更好、成本又较优的芯片。T2gesmc

“高性能信号链产品广泛用于全球航空航天市场，对于商用卫星也发挥着至关重要的作用。” 蔡振宇表示，此外高频收发器平台技术在卫星通信频段中可以实现更高的选择率，利用其小尺寸和低功耗的特性，可将收发器的整体尺寸收小到一个数量级，为解决下一代卫星通信的难题提供解决方案和实例。T2gesmc

行业内能够提供符合航空航天标准产品和技术解决方案的公司不多，“ADI有40多年的经验，帮助一些创新商业卫星公司快速进入低地球轨道(LEO)和地球静止轨道(GEO)。”比如商用现货(COTS)塑料组件，可以帮助卫星系统方案厂商更快地进行原型制作，并保持相同的飞行板设计，耐辐射的同时节省板空间和重量，降低发射成本。蔡振宇表示，芯片厂商要做到这些，传统航空航天产品方面的经验以及端到端信号链设计能力缺一不可，拥有经QML-V认证的设施则是一个加分项，这是对宇航电子元器件的最高等级认证。T2gesmc

以新基建为契机，展望2021

半导体构筑了新基建的基石，新基建则给半导体行业带来了另一个超级机会。T2gesmc

二十年前，国家谈基建，谈的是铁路、公路、桥梁；而今天新基建的七个主要方向中有四个与信息直接相关：工业互联网、5G、数据中心和人工智能。5G和工业互联网解决的是信息渠道的问题，数据中心则是存储数据，人工智能则是怎么利用海量的数据。T2gesmc

随着信息容量的不断增大，数据不论是在传输，转换，存储和计算都需要用到越来越复杂的芯片，高速处理器用越来越多的场合。卢平认为：“大家往往只关注到这些处理器需要用最先进的工艺支撑，在单位面积内集成了更多的晶体管，也降低了处理器的功耗。其实还有一个很重要的需求，在于电源芯片的支持。数字电源、非线性控制、新的功率器件、新封装技术是解决未来处理器供电的创新点。”T2gesmc

梁建雄认为，纵观新基建所覆盖的多个领域中，半导体是新基建基础性和先导性的产业支撑。作为新基建的关键核心技术支撑，半导体行业将会继续主导新基建技术发展方向并加速项目的落地速度。同时为半导体行业的复苏带来转机，为半导体行业注入更多发展动力，给国内外的半导体企业带来新的增长机遇。T2gesmc

展望2021年，新基建建设的逐步展开将为半导体行业带来更多发展新机遇，“我们相信市场将逐步回暖，也会给半导体行业带来更多的增长空间。” 梁建雄说到，世界在变，TI的初心不变，“从1986年建立第一间办公室，我们在中国市场耕耘了近35年，TI也将持续投资中国市场，继续贴近中国客户的需求。”据悉，TI在2013年公布了成都制造基地的长期战略，未来15年内在成都投资100亿人民币，目前已经建成晶圆厂、封装测试厂、凸点加工厂和晶圆测试厂，形成了TI全球唯一一个一站式的制造中心。T2gesmc

林金海表示，5G和人工智能将迎来一个快速增长时期，新基建将带动国产芯片技术和生态链全面升级。应用终端产品的升级和迭代将对芯片算力、可靠性、安全性、传输带宽、存储能力等提出更高要求，促使国产芯片迎合新基建需求进行升级换代，并有望在众多领域中实现更高比例的国产化。T2gesmc

当前由先进计算推动的“第四次工业革命”，将再一次改变世界历史的发展轨迹——算力、算法、大数据成为新的生产力，人工智能成为先进计算的落地场景。从先知先觉的资本市场可以发现，全球市值排名前10名的公司，有7家是从事计算科技的公司。李科奕认为，2021年新基建中，半导体行业将围绕高性能的先进计算进行更加激烈的竞争，在云计算、边缘计算领域，CPU、GPU这些通用计算处理器开始和FPGA以及深度学习(神经网络)计算单元，或其他通讯领域的专用加速器异构融合。这种通用和专用计算单元之间的高效协同计算，就称之为异构计算，“可以肯定地说，异构计算已经成为先进计算中的主流架构”，CPU和GPU大厂在异构计算领域将通过收购或战略合作，补齐短板，构筑异构融合芯片的新赛道、创造新物种、搭建新生态。T2gesmc

原文发布于《国际电子商情》姊妹刊《电子工程专辑》2021年1月刊杂志T2gesmc