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五大半导体支柱撑起完整版图,解读物联网新巨头的“大视野”

来源:中国物联网  日期:2021/11/23 9:31:12   浏览次数:    我要收藏

五大半导体支柱撑起完整版图,解读物联网新巨头的“大视野”

物联网的核心是物物相连,由此对芯片产生了巨大的需求,用于计算、传输、连接等。根据IoT Analytics的最新报告预测,物联网半导体组件市场将以19%的复合年增长率增长,从2020年的330亿美元增长到2025年的800亿美元。其中,有四大组件将成为增长焦点:物联网微控制器(MCU)、物联网连接芯片组、物联网AI芯片组和物联网安全芯片组和模块。这一预测,与笔者近期对英飞凌采访所获信息高度吻合。

研究机构数据显示,在完成对赛普拉斯的收购后,2020年,英飞凌在物联网芯片领域,已经处于市场领先地位:微控制器市场方面排名第三,拥有14.6%的市场份额;Wi-Fi独立芯片领域排名第五,拥有9.8%的市场份额;安全芯片市场,则一直是行业第一,拥有26.3%的市场份额。那么,这家物联网新晋头部玩家对未来趋势有什么预测?如何进行产品定义、战略布局?

物联网设备

应该具备哪些关键特征?

英飞凌科技大中华区安全互联系统事业部市场与业务合作总监南铮认为,有四大领域在推动半导体行业的增长:一是能源增效,包括可再生能源发电、能源高效的传输、配送、储存和使用等;二是移动出行,包括新能源汽车,以及车周边的基础设施;三是数字世界的安全,数字环境中的身份识别、数据安全是最基础、最核心的部分;四是物联网和大数据,包括智能家居、智能楼宇、智能工厂、智能汽车等。

如何定义物联网设备?基本要素是什么?南铮表示,在物联网设备中,基本组成有五大硬件元素,包括:感知、计算、执行、连接和安全。这五大部分是具备全面功能的物联网设备所必须的,也是英飞凌一直倡导的——“连接现实世界与数字世界”的五个重要方向。他补充,通过整合了赛普拉斯的业务线之后,英飞凌的物联网版图更加完整,在这五大支柱领域都扮演着重要角色。

支柱一:感知

物联网的“起点”

作为物联网的起点,传感器负责从物联网设备的周边环境中获取数据。当前传感器面临的挑战主要包括:高可靠性、高精度,并且需要满足不同应用需求,如汽车、工业、消费类等不同场景的组合。

英飞凌的传感器解决方案有哪些独到优势?英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级市场总监廖明颂表示,首先,英飞凌的产品组合从模仿人的五官出发,包括:高精度的毫米波雷达、3D飞行时间摄像头等作为眼睛,信噪比较高的麦克风作为耳朵,世界上体积最小的CO2传感器作为鼻子,还有精准的气压传感器作为皮肤(感知),以及基于雷达技术的手势控制传感器等。

其次,通过对这些不同类型的传感器进行组合,能够提升能源效率、安全性和便利性。廖明颂强调,没有软件算法,传感器是不能独立运作的,因此需要通过MCU等导入算法,从而实现不同功能,获得数据并控制系统的运作。

他指出,毫米波雷达在英飞凌的传感器组合中具有重要意义,在Lite生命体征传感解决方案中,可用于老年人健康监测或睡眠模式检测。甚至在一款具有睡眠追踪功能的智能音箱中,融合了毫米波雷达、麦克风、温度和光传感器,可用于监测睡眠质量并提出个性化的睡眠改善建议。

此外,英飞凌一款基于光声光谱(PAS)原理的二氧化碳传感器堪称颠覆性器件,这也是一个新的开发方向。它小巧的封装中包含了传感器和MCU,比市面上典型产品尺寸缩小4倍,重量减轻3倍,可以给用户节省75%以上的空间,同时由于内置补偿算法,便于用户产品更快上市。该传感器可用于精准的小型化仪器,用于室内外空气质量监测,同时,也可以用于空气净化器、空调、通风系统的调控。

廖明颂强调,面向不同的应用场景,通常需要传感器的融合使用,实现更为智能的感知。凭借对系统的深刻理解,英飞凌可提供广泛的即用型解决方案,例如针对汽车、工业和消费类应用场景,能够提供高可靠性、高精确度、且满足不同应用需求的解决方案,加快产品上市。

支柱二:执行

第三代半导体价值凸显

“执行”是实现智能化的关键环节之一,它依据智能决策将微控制器的控制信号转换成机械运动或光、热等物理量,通过具体的动作来执行控制。

廖明颂解释说,例如打开空调、打开灯、打开窗户等等一连串需要具体执行的动作,其实都需要通过马达控制来达成任务,而这一过程有赖于功率半导体。英飞凌作为功率分立器件及模组领域领军者,能够优化发电、输电、配电、储能及用电环节,同时拥有涵盖硅材料和碳化硅、氮化镓两种第三代材料的全产品组合,能够提供涵盖瓦至兆瓦功率范围的高能效解决方案。

作为当前的主流技术,硅器件从低功率到高功率均有使用,目标电压范围是25V-1.7kV;而SiC目标电压范围是650V-3.3kV,针对高功率、中高开关频率;GaN目标电压范围为80V-650V,面向中功率应用。这些不同的材料分别面向不同的功率、不同的开关速度,从而提升功率密度、实现更紧凑的设计。廖明颂表示,第三代半导体对整体环境的效益、对碳排放目标也有重要的助益。

在电机驱动及控制方面,英飞凌可提供完整的解决方案。包括传感器、运动控制、MCU再到电源,并且通过不同的封装形式,提供适合不同需求、更有效益的解决方案。从感知到控制再到执行,英飞凌希望在这些方面引领IoT领域的半导体创新。

支柱三:计算

迎接边缘计算时代

英飞凌科技大中华区安全互联系统事业部市场经理彭涛认为,计算等同于物联网设备的“大脑”。当前,数据的处理和计算正在发生迁移,大数据处理正在从云计算为中心的集中式处理时代,跨越到以万物互联为核心的边缘计算时代。

与此同时,这也带来几大挑战,特别是在稳定的无线连接、多样的场景感知、安全的数据传输和实时的计算控制等方面,未来的边缘计算需要在这几大领域都做到卓越。而作为开发人员,他们更希望将物联网涉及的各个环节集成到一个平台上处理关键问题,从而降低开发的复杂性。

彭涛表示,英飞凌MCU在物联网应用中的核心优势,可以主要从三方面进行概括:连接、计算和创建。在物联网应用中,一站式的完整解决方案可以加速产品上市时间、降低产品开发成本,因此,英飞凌始终致力于提供完整的一站式解决方案。例如在典型的智能手表解决方案中,英飞凌提供了微控制器、无线连接、存储和人机接口产品,同时提供安全、设备保护、传感和无线充电产品,组合所有这些产品和软件,通过一站式完整解决方案提供给用户。

据彭涛介绍,英飞凌的MCU应用领域涵盖消费类和工业领域两大物联网赛道,在整合了赛普拉斯的MCU产品之后,形成了更加广泛的产品阵容。下一代MCU将会集成更多的内核,实现更低功耗、更高性能,增强边缘计算的ML/AI 功能、IoT云连接能力、以及MCU的加密功能,提供全套的硬件/软件开发工具平台。除此之外,英飞凌针对物联网应用开发了专用的软件和工具,ModusToolBox是一个跨平台的开发工具,除了和其它的集成开发环境一样,提供工程的创建、编辑、编译、调试、烧写等功能。

面向碎片化的物联网应用市场,用户往往需要帮助他们降低设计复杂度、加快产品上市时间。彭涛强调,英飞凌提供了一系列基于MCU、Wi-Fi和蓝牙等预认证的解决方案组合,例如针对智能温控器、智能门锁、智能手表等解决方案,就可以通过提供预构件模块,实现连接、安全、控制、管理的整体解决方案。此外,英飞凌还提供了微控制器+无线连接+安全等开发评估套件,通过硬件和软件平台组合,将开发物联网应用所需的计算、连接、云端等能力无缝地集成在一起,大大地降低了设计的复杂性。

支柱四:连接

物联网的核心和基础

英飞凌和赛普拉斯完成整合之后,在“连接”方面得到了进一步的强化,包括基于eSIM安全蜂窝连接、Wi-Fi、蓝牙、以及基于USB和USB-C的连接,可广泛应用于消费、商业、工业、汽车等多个领域的物联网应用。

英飞凌科技大中华区安全互联系统事业部市场经理贾智勇表示,为适应物联网的发展,无线连接技术特别是Wi-Fi、蓝牙等已经历了深刻的变革和长足的演进,注重智能化、多标准、多协议。Wi-Fi已经从早期的.11b,发展到现在的Wi-Fi 5、Wi-Fi 6/6E,在功耗、覆盖率、网络效率方面更具竞争优势。蓝牙则更注重易配置、互操作性,以及作为连接入口组网时的互联互通。

AIROC是英飞凌收购赛普拉斯之后推出的新品牌,主要面向智能家居、多媒体、智能可穿戴设备、办公和娱乐等应用。该系列既有Wi-Fi+蓝牙组合,也有单Wi-Fi、单蓝牙,或是经典蓝牙和BLE蓝牙双模的产品。贾智勇表示,首先从命名方式上,AIROC是空气(AIR)和岩石(ROCK)两个词的组合,英飞凌希望提供坚如磐石的无线连接。其次,论及AIROC在无线连接产品中的核心竞争力,主要具备五大优势:可提供丰富的、全新的产品阵容供用户选型;集成度方面,可提供不同平台稳定可靠的软件便于用户集成,ModusToolBox可以帮助简化软件整合的过程;可靠性方面,可提供各种复杂使用环境下的可靠、稳定连接;低功耗方面,包括芯片工艺、系统软件的集成方面,都提供了可行方案;高性能方面,优化的无线芯片设计支撑了吞吐量、功耗和远距离覆盖等方面的高性能表现。


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