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一文读懂AIoT四大核心芯片

发布时间:2024-06-27 浏览:218次

“AIoT”即“AI+IoT”,即人工智能技术(AI)与物联网(IoT)在实际应 用中的落地融合。物联网采集底层数据,人工智能技术处理、分析数据 并实现相应功能,两项技术相互促进。AIoT的发展离不开四大“核芯”:泛智能—SoC、泛控制—MCU、泛通信—WiFi/蓝牙芯片、泛感知—传感器。

据 ABI Research 公司的数据,2019年全球物联网终端连接数量达到49.16亿,预计到2026年物联网终端连接数量将达到237.2亿。

四大核心芯片各显神通

AIoT发展的离不开四大核心芯片:SoC、MCU、通信芯片、传感器。SoC是数据运算处理中心,是实现智能化的关键。MCU是数据收集与控制执行的中心,辅助SoC实现智能化。WiFi/蓝牙芯片:数据传输的中心,远程交互的关键。传感器:数据获取的中心,感知外界信号的关键。

SoC芯片(System on Chip)又称系统级芯片,片上系统。是将系统关键部件集成在一块芯片上,可以实现完整系统功能的芯片电路。SoC是手机、平板、智能家电等智能化设备的核心芯片。

SoC芯片作为系统级芯片,集成有CPU、GPU、NPU、存储器、基带、ISP、DSP、WIFI、蓝牙等模块。

MCU(MicrocontrollerUnit),又称微控制器或单片机,是把CPU的频率与规格做适当缩减,并将内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级计算机。从而实现终端控制的功能,具有性能高、功耗低、可编程、灵活度高等优点。MCU一般分为4位、8位、16位、32位和64位。

MCU内部的功能部件主要是CPU、存储器(程序存储器和数据存储器)、I/O端口、串行口、定时器、中断系统、特殊功能寄存器等八大部分,还有一些诸如时钟振荡器、总线控制器和供电电源等辅助功能部件,此外,很多增强型单片机还集成了A/D、D/A、PWM、PCA、WDT等功能部件,以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口方式,这些使单片机更具特色、更有市场应用前景。

MCU由Intel率先提出,经过4位、8位、16位、32位乃至64位MCU迭代更新,已广泛应用于多种场景。目前市场上以8位和32位MCU为主,未来随着产品性能要求的不断提高,32位MCU的市场规模将进一步扩大。而在国内,现阶段8位、32位MCU企业居多,未来企业加大研发投入,将进一步实现MCU的国产替代。

MCU、MPU、SoC均可作为设备的主控,AIoT通常会将SoC、MCU搭配使用。

IoT设备联网的关键在于通信组网技术,包括有LoRa(远距离无线电)、Zigbee(短距离低速)、WiFi、NB-IoT(蜂窝网络)、蓝牙等。

Wi-Fi每4-5年左右会出现一次技术变革,变革的主要目的是提高带宽。WiFi 6的理论带宽达9.6Gbp;AP接入容量是11ac的4倍,支持更多的终端并发接入;终端功耗节约30%以上,满足物联网终端对低功耗的要求。因此,WiFi 6将在接下来3年成为WiFi市场的主力技术,可极大提高接入用户的体验。

通信方案主要有两种:单芯集成协议MCU和双芯MCU+通信芯片。单芯方案主要用于智能灯泡、智能插座等比较简单的控制电路;双芯片方案主要用于智能摄像头、智能音响等运算要求高的电路。

双芯结构会增加设计和生产过程中的复杂性和安全风险,例如存储在闪存中的网络安全密钥容易受到网络攻击、需要对不同软件开发工具进行更多投入、系统级应用没有技术支持等。物联网发展呈现通信协议+MCU集成趋势。

传感器是物和物之间得以相连的起点,是将接收到的物理感知转化为电信号的基本枢纽。作为物联网上游构件中最为基础的零部件之一,在各类物联场景中存在大量需求。传感器历经三个阶段,结构型传感器(1950-1969),固体传感器(1970-1999),智能传感器(2000-至今)。

传感器作为一种检测装置,接收被测量的信息,并将其转换为电信号或其他所需形式的信息,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的种类多样,如CIS、RF、雷达、指纹传感器等。

AIoT芯片产业全景

MCU

总体来说,MCU行业集中度高,国内厂商市占率较低。全球MCU供应商以国外厂商为主,行业集中度相对较高,全球MCU厂商主要为瑞萨电子(日本)、恩智浦(荷兰)、英飞凌(德国)、微芯科技(美国)、意法半导体等,TOP7头部企业市占率超过80%。

国外厂商IDM模式为主,国内厂商Fabless模式为主:国外大厂如意法半导体、瑞萨电子、德州仪器、微芯、英飞凌采用IDM模式,集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身;国外个别厂商如恩智浦以及大部分大陆厂商采用Fabless模式,只负责芯片的电路设计与销售;中国台湾企业盛群、松翰、新唐以及大陆厂商士兰微、华大半导体等采用IDM模式。

国内厂商集中在消费电子领域,国外厂商产品种类齐全,覆盖消费电子、汽车电子、工业控制领域,且产能分布较为均衡,国内厂商产能主要集中消费电子特别是家电领域,芯旺微、比亚迪等企业拥有车规级MCU产品,其他厂商尚处在研发或认证阶段。

国内外厂商产品位数相差不大:国外厂商如意法半导体、恩智浦、微芯科技等主流产品均为32位,部分国内厂商如中颖电子产品以8位为主,目前大部分国内厂商均具备32位产品生产能力,整体差距不大。

内核方面,各家厂商均以ARM内核为主,国内厂商主要使用ARM Cortex-M0/M3内核,国外厂商对性能更好的M4/M7内核使用率较低。另外部分国外厂商如微芯科技拥有自主开发的内核,国内厂商中芯旺微拥有自研内核。

SOC

SoC下游应用广泛,智能手机为最大应用。SoC主要应用于消费电子、IT、通信及汽车。在过去几年,消费电子占最大市场份额,对智能手机、4K电视等电子设备及TWS耳机、手表等智能可穿戴设备的需求不断增长,推动消费电子市场的增长。

传感器

传感器是物和物之间得以相连的起点,是将接收到的物理感知转化为电信号的基本枢纽。作为物联网上游构件中最为基础的零部件之一,在各类物联场景中存在大量需求。

5G时代下,新一轮的创新周期与补库存周期共振,消费、政策、产业智能化需求拉动智能化终端设备的出货,驱动相关芯片需求的快速增长。

另一个驱动因素是产业变迁,在产业变迁趋势下,我国AIoT市场增速快于全球平均值,AIoT相关芯片国产替代势不可挡。

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