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工业4.0推动半导体产业变局

2015-07-17 00:45
瑾年Invader
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  “具体来说,工业4.0的整体架构将大致由“云、网、端”三大部分组成。“云”是指工业大数据及工业云。对数据进行采集、反应和预测,形成可行为的大数据。“网”是指工厂内物联网及覆盖产业链整体的工业互联网。“端”是指智能机床、机器人、传感器、机器视觉等智能生产设备,AGV、服务机器人等智能物流设备。智能生产终端是核心。”章诚表示。

  就半导体技术在其中扮演的角色,Maurizio Skerl指出:“芯片处于整个工业4.0架构的基础,它解决的是上述架构中的联、感、知等基础问题和执行问题。具体到产品,则涉及工业传感器、微控制器、电子标签、和高效的功率器件等。具体来说,高精度的工业传感器是捕捉工业4.0环境下有效数握的关键,收集到有意义的数据后,高性能的微控制产品进行数据的分析和计算,从而发出指令对生产进行智能控制,微控制器再将指令传达给功率半导体,保障高能效地生产。此外,在整个生产流程中,数据的安全,设备的防伪贯穿始终,安全芯片可为智能生产的数据和信息安全提供保障。”

  技术趋势:在新需求之下形成

  工业4.0环境下的这样一种“云网端”系统结构的搭建,无疑会对底层的半导体技术形成新的更高要求。总结起来,大致包括几个重要趋势。首先,工业以太网的建设需要支持多协议的通信芯片。“工业以太网,互联互通、实时控制,进而实现安全、节能将是智能工厂的核心技术。”瑞萨电子通用解决方案中心综合营销部副部长王均峰在接受《中国电子报》记者采访时表示。具体而言,包括生产设备联网实现自律协调作业的M2M,通过网络获取大数据的应用,开发、销售、ERP、PLM、SCM等业务管理系统与实际生产过程之间的协同。因为现代智能工厂有四大关键点:一是要连接所有网络以拿到数据;二是要有智能机器;三是大数据,将所有设备、所有人连接后,所有数据都大批量传送到智能终端上;四是分析,得到数据后从中抓取出应的趋势来,提高设备状态的检测和预测。要确保上述要点的实现,王均峰认为:“高速传输、大数据、保证实时性安全性和节能均十分关键。而这正是工业以太网构建的要旨。”然而,不同厂商支持的工业以太网标准各不相同,包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、 CC-Link IE、DeviceNet、、EtherNet/IP、Modbus TCP、CANopen等。“这就需要开发同时支持多协议的通信芯片,当然开发过程中需要考虑以太网协议的实现、应用开发、硬件开发、一致性测试等,从开发到量产需要很长时间。”王均峰说。

  其次,端一级的智能机床、机器人等,需要高性能、低功耗、安全性的芯片产品支持。“其实,这一直是半导体厂商致力的方向。”英飞凌工来与多元化市场资深经理王亦菁表示,“在工业4.0中,连接到网络的设备无所不在。一方面,巨大的网络和大量的联网设备必然产生巨大的能耗;另一方面,高度智能化环境下的数据和信息安全是物联网发展的基本底线,物联网环境下敏感数据量越大,风险就越大,比如数据、ID、IP被盗用,数据被伪造或篡改,设备、服务器和网络被恶意操纵。因此,能效和安全是决定工业4.0实施能否成功的关键因素。”

  最后,高集成度也是应对工业4.0时代的必备条件,比如越来越多的半导体供应商开始将MCU与传感器加以整合。在工业自动控制系统中,传感器当处系统之首。类似于感官系统的传感器能快速、精确地获取信息并经受严酷环境的考验,是自动控制系统达到高水平的保证。可以说,没有众多质优价廉的工业传感器,就没有现代化工业的生产体系,更别谈工业4.0体系的构建。此外,具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性的无线传感器网络正在快速崛起,使传统实践中因成本等因素未能实现在线检测的某些重要工业过程参数的测量成为可能。“传感器网络是物联网的重要组成部分,MCU作为系统控制的核心器件需要采集加速度计、陀螺仪、磁力计、温湿度计等传感器的数据并进行分析处理,传感器使用的MEMS工艺和MCU制程有差异,两者的SOC整合在半导体技术上存在一定的挑战,但并不妨碍两者做为独立模块在物联网的广泛应用。”兆易创新产品经理金光一指出。

  产业变革:国际并购热潮与之相关?

  应对上述技术趋势,半导体企业势必在企业架构上做出一系列新调整,以适应新的市场形势。英飞凌便提出了从产品到系统的经营理念。“半导体公司的传统根本概念是把晶片越做越小,好让性能越来越好,并确保成本越来越低,这一直以来都是半导体企业所追求的创新。然而,我们的目标市场正展开一场新的变化,我们必须改良半导体本身,还要针对市场目前和未来的需求进行更多研发,然后才能满足市场及客户的需求。我们不再只是制造一种特殊功能的芯片,还要能针对拥有主动和被动元件的客户设计出一套完整且复杂的系统架构。如此一来,也会同时牵涉越来越多的系统软体开发工作。在理想的情况下,我们不接受客户订单制造客制化的个别元件,而是为客户提供协助他们在终端市场里拉开竞争差距的优质产品。这样的构想和行动,我们称之为‘从产品到系统’。这种行动步骤的目的是要确保我们也能持续不断的创新,藉此拉开自身领先同业的差距,并且稳固市场领导者的地位。”Maurizio Skerl表示。

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