本文來(lái)源：物聯(lián)傳媒

本文作者：梧桐

近年來(lái)，工業(yè)已成為我國(guó)的在國(guó)際上具有極強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)。今年九月，工信部數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)36.6萬(wàn)臺(tái)，比2015年增長(zhǎng)了10倍，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)穩(wěn)居全球第一；十月，我國(guó)頒布了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》；十一月，中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院發(fā)布了《中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展白皮書（2022 年）》。

可見，國(guó)內(nèi)關(guān)于工業(yè)的各項(xiàng)政策均已落地，為其未來(lái)發(fā)展提供了充分保障。而放眼國(guó)際，在更細(xì)分的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，工業(yè)同樣扮演著不可或缺的角色，根據(jù)Strategy Analytics數(shù)據(jù)，到2022年底，工業(yè)將成為物聯(lián)網(wǎng)收入的最大來(lái)源，占全球物聯(lián)網(wǎng)總收入的 21%。這其中，離不開所有設(shè)備的核心也即芯片的作用。

如今，隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、邊緣計(jì)算等詞匯進(jìn)入大眾視野，人們對(duì)工業(yè)的認(rèn)知又進(jìn)入一個(gè)新的高度。在這樣的時(shí)代浪潮下，如何布局發(fā)展工業(yè)成為芯片廠商最為關(guān)注的重點(diǎn)。在2022國(guó)際集成電路展覽會(huì)暨研討會(huì)的國(guó)際工業(yè)4.0技術(shù)與應(yīng)用論壇中，數(shù)位行業(yè)大佬針對(duì)該重點(diǎn)給出了各自的見解與分析，本文通過對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，共同探討如何創(chuàng)造新一輪的“工業(yè)革命”。

芯片產(chǎn)品如何尋找差異化

眾所周知，芯片在一個(gè)設(shè)備中充當(dāng)?shù)慕巧词谴竽X，決定了一臺(tái)設(shè)備的優(yōu)秀與否。同時(shí)，芯片也是決定一臺(tái)設(shè)備是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素。而評(píng)判一枚芯片好壞的指標(biāo)目前也逐漸統(tǒng)一，即是否能實(shí)現(xiàn)更低的延時(shí)和更廣的連接，并集成更多的接口。

細(xì)化到應(yīng)用場(chǎng)景中，兆易創(chuàng)新科技集團(tuán)股份有限公司生態(tài)市場(chǎng)經(jīng)理徐杰表示，工業(yè)上的應(yīng)用看重實(shí)時(shí)通信，對(duì)低延時(shí)各方面都有很強(qiáng)的要求，但說來(lái)容易做來(lái)難，因?yàn)橥ㄐ艆f(xié)議種類多而雜，若要滿足此需求，還需使芯片集成足夠多的接口。比如以太網(wǎng)、can、485等主流的通信協(xié)議，都需要支持這些變頻器件連接到主控面板或者PRC控制器。

另一方面，除了集成接口，還需提供相應(yīng)算法支持，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)的算法、功率轉(zhuǎn)化的算法等。據(jù)徐杰先生介紹，目前儲(chǔ)能賽道包括光伏、充電樁都有一定需求，其公司也已有較大出貨量。而在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，徐杰先生表示，通過豐富的GPR口連接到傳感器、外圍的存儲(chǔ)設(shè)備，也能實(shí)現(xiàn)豐富的通信需求，其應(yīng)用包括協(xié)作機(jī)器人等需要多個(gè)機(jī)器人實(shí)時(shí)通信并精準(zhǔn)控制的工作上。

除了可以在低延時(shí)上找到差異性，廣連接也是工業(yè)尤其物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一大需求。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面，互聯(lián)型的MCU在物聯(lián)網(wǎng)包括網(wǎng)關(guān)、PRC控制器都有廣泛的需求。但尋求差異性并不能局限于連接，而需要了解連接所帶來(lái)的附加價(jià)值。從徐杰先生所介紹兆易創(chuàng)新的產(chǎn)品中能發(fā)現(xiàn)其差異性的體現(xiàn)，首先是對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理如吞吐、緩存、儲(chǔ)存上，第二是針對(duì)視頻顯示應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整，提高其畫質(zhì)，增強(qiáng)使用體驗(yàn)。

不難看出，雖然高集成、低延時(shí)、廣連接已是芯片類產(chǎn)品的“老生常談”，但對(duì)應(yīng)不同場(chǎng)景和應(yīng)用，仍有非常多能夠體現(xiàn)產(chǎn)品差異化的地方，而對(duì)差異化的研究，則能有效提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

不過除了“內(nèi)卷”嚴(yán)重的老功能，芯片仍存在有待探索創(chuàng)新的功能，比如數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生如何運(yùn)作

數(shù)字孿生是近年來(lái)非?；馃岬母拍?，但相比其他概念化嚴(yán)重的新技術(shù)，數(shù)字孿生的使用價(jià)值會(huì)更高，尤其在工業(yè)上。以工廠為例，數(shù)字孿生就是將工廠等比例復(fù)刻到顯示器上，并將工廠各部分如產(chǎn)線、工具等數(shù)據(jù)錄入對(duì)應(yīng)位置，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的效果。

同樣，在元宇宙概念盛行的今天，數(shù)字孿生也被看作是元宇宙工業(yè)的基石。但比起仍被冠以泡沫之名的元宇宙，數(shù)字孿生則能帶來(lái)實(shí)打?qū)嵉氖找妫绕錇楣I(yè)帶來(lái)的價(jià)值非常高。

微軟中國(guó)區(qū)首席技術(shù)顧問管震提到了“價(jià)值鏈數(shù)字孿生化”。

“比如有工廠A，外協(xié)廠B，通過數(shù)字孿生使工廠透明化，能夠把工廠A、外協(xié)廠B里發(fā)生的事情來(lái)做對(duì)比和判斷，幫助企業(yè)總部更好地從企業(yè)級(jí)到供應(yīng)鏈級(jí)進(jìn)行分析。這些分析有很維度，無(wú)論你是管廠、管生產(chǎn)的、管設(shè)備的，還是管財(cái)務(wù)的、管進(jìn)銷存的、采購(gòu)的，都能通過得到這些數(shù)據(jù)幫助，做進(jìn)一步的判斷，而通過動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)還能幫忙做一些計(jì)劃和調(diào)整。”

——微軟中國(guó)區(qū)首席技術(shù)顧問管震

簡(jiǎn)單來(lái)說，數(shù)字孿生能夠根據(jù)不同的產(chǎn)線、設(shè)備得到的數(shù)據(jù)，改進(jìn)其能耗、工藝、運(yùn)維方式等，即為企業(yè)總部提供更好地決策方案。同時(shí)，通過透明化工廠的內(nèi)部狀況，能夠更好地對(duì)工廠進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制以及優(yōu)化。

針對(duì)目前工廠生產(chǎn)過程中“需求及時(shí)加，調(diào)度跑斷腿”的現(xiàn)象，管震先生提到，不要讓長(zhǎng)編效應(yīng)特別大的影響背后的生產(chǎn)和計(jì)劃，備料、庫(kù)存等事情，這個(gè)是數(shù)字孿生能干的事情。

但芯片和數(shù)字孿生之間有什么關(guān)系？前者又如何為后者服務(wù)呢？

據(jù)管震介紹，目前很多工廠需要用到大量的邊緣計(jì)算，因?yàn)闊o(wú)論如何都不可能使所有設(shè)備全部上云，畢竟上云不經(jīng)濟(jì)，并且邊緣計(jì)算的速度響應(yīng)都會(huì)更快一些。而在邊緣計(jì)算中，芯片即可提供較大作用。

一般芯片要具備兩個(gè)功能，第一是采集和規(guī)整數(shù)據(jù)，包括設(shè)備端、產(chǎn)業(yè)端的設(shè)備供應(yīng)商給出的OPC的服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，還有一些AGV、叉車的邊緣盒子中的數(shù)據(jù)。第二是上傳數(shù)據(jù)到云端，通過芯片的通信功能，將數(shù)據(jù)傳到云端進(jìn)行建模。

但其中仍有需要突破的地方——使數(shù)據(jù)具備一致性。數(shù)字孿生不止是展示工廠模型上的數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和比對(duì)，但前文提到，這些數(shù)據(jù)的來(lái)源不盡相同，其使用的協(xié)議、模型、格式也可能不同，現(xiàn)場(chǎng)采集的語(yǔ)言也不同，某些訂制系統(tǒng)下環(huán)境參數(shù)表示的方式也不同。

如何利用AI等技術(shù)處理好大量不同類型的數(shù)據(jù)，或是芯片廠商新的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。

但以上也只是單一創(chuàng)新技術(shù)下的應(yīng)用，對(duì)于芯片而言，其未來(lái)也不可能僅局限于數(shù)字孿生這一技術(shù)下，同樣，其面臨的挑戰(zhàn)也更多。

工業(yè)4.0下芯片的未來(lái)趨勢(shì)

據(jù)中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院助理研究員楊永魁博士介紹，目前有三種值得一提的芯片技術(shù)——工具鏈軟件、數(shù)字AI加速器、存算一體加速器。在論壇中，楊博士分析了三種技術(shù)的優(yōu)劣。

首先是工具鏈軟件，其優(yōu)勢(shì)為成本非常低，研發(fā)周期快，不需要改進(jìn)芯片的硬件框架，只需要把一些模型轉(zhuǎn)成CE，直接可以在MCU上跑，但其在算力跟功耗是并無(wú)太大優(yōu)勢(shì)。

第二是數(shù)字AI加速器，其算力功耗雖不亮眼，但比起工具鏈有一定優(yōu)勢(shì)。不過其成本相對(duì)較高，且單位面積的算力較小。

最后是存算一體加速器，其算力、功耗和成本都有一些優(yōu)勢(shì)。但是從其他維度看，存算一體加速器有一定局限性，比如在可編程性、靈活性方面無(wú)法與工具鏈軟件媲美，還有其穩(wěn)定性是目前最大的問題。

以上便是相對(duì)前沿且常用的芯片技術(shù)趨勢(shì)。而在技術(shù)以外，從生態(tài)的角度來(lái)說，芯片的應(yīng)用場(chǎng)景中常常出現(xiàn)軟件跟不上硬件的情況。

德州儀器（TI）技術(shù)支持經(jīng)理韓韜先生表示，在處理器設(shè)計(jì)中軟件的比重越來(lái)越高，原來(lái)的設(shè)計(jì)硬件是骨架，軟件是靈魂，目前國(guó)內(nèi)的制造商里在硬件方面的積累已足夠，但軟件生態(tài)中仍處于爬坡過程。目前業(yè)界的訴求是，軟件能夠保證一次投入且用到更多不同的產(chǎn)品形態(tài)中，讓更多的軟件實(shí)現(xiàn)兼容和復(fù)用。

結(jié)語(yǔ)

據(jù)《中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展白皮書（2022年）》稱，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正加速向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)滲透，已覆蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì) 45 個(gè)大類，在能源、醫(yī)療、石化、冶金等多個(gè)行業(yè)發(fā)揮賦能效應(yīng)，形成產(chǎn)業(yè)鏈上下游融通發(fā)展格局。

基于此，未來(lái)工業(yè)將為芯片廠商提供不小增量。而無(wú)論是在高集成、低延時(shí)、廣連接的需求中找差異化，還是在對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)中，芯片未來(lái)面臨的既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。