工業(yè)4.0重塑半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

工業(yè)4.0對世界的影響絕不僅限于帶動了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，其全新市場需求必將推動各種微電子產(chǎn)品在技術(shù)層面的改變，進(jìn)而驅(qū)動半導(dǎo)體企業(yè)在產(chǎn)業(yè)層面做出調(diào)整。對提供底層技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，由于涉及自動機器人、仿真器、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，對工業(yè)的生產(chǎn)制造、庫儲、物流，甚至產(chǎn)品設(shè)計流程進(jìn)行改造，需要廣泛采用微電子產(chǎn)品，如處理器、傳感器和微控制器等。工業(yè)4.0在為半導(dǎo)體業(yè)提供市場機會的同時，也重塑著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

工業(yè)4.0是一個閉環(huán)

在先進(jìn)制造業(yè)代表德國提出工業(yè)4.0概念后，工業(yè)4.0已經(jīng)成為當(dāng)今熱詞，只要論及產(chǎn)業(yè)升級、制造業(yè)轉(zhuǎn)型，幾乎無人不談工業(yè)4.0。近日《中國電子報》記者采訪了德國最大的半導(dǎo)體廠商，也是德國工業(yè)4.0創(chuàng)始會成員之一英飛凌，其工業(yè)和多元化電子市場業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級總監(jiān)MaurizioSkerlj表示：“對于工業(yè)4.0，我們可以將其理解為通過聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)要素連接起來，不僅生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備將更加智能化，同時被生產(chǎn)和加工的產(chǎn)品本身也將變得智能，并積極參與到被生產(chǎn)和制造的流程中來?！?/p>

也就是說，工業(yè)4.0應(yīng)當(dāng)是一個閉環(huán)的過程。它推動的是工業(yè)的智能化升級，而非僅僅自動化，更重要的是推動信息化升級，即通過傳感、機器視覺等系統(tǒng)的應(yīng)用，形成大數(shù)據(jù)的采集、反應(yīng)和對未來的預(yù)測，在產(chǎn)品的開發(fā)和制造、產(chǎn)品的設(shè)計和制造、產(chǎn)品的質(zhì)量和管理體系三方面形成有效閉環(huán)。

“提到工業(yè)4.0，人們往往都會注意到工廠的智能化，卻忽視了智能產(chǎn)品。”MaurizioSkerlj強調(diào)，“事實上，工業(yè)4.0包括兩大要素：智能工廠和智能產(chǎn)品。智能產(chǎn)品有利于多個領(lǐng)域的改變，包括公司的生產(chǎn)物流管理、人機交互、未來工業(yè)生產(chǎn)過程管理等。

產(chǎn)品變得更加智能，可以在任何時候被定位、識別和溝通。在智能產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中，我們可以在每個產(chǎn)品中，通過植入電子標(biāo)簽或外部傳感的方式，在信息物理系統(tǒng)架構(gòu)下，讓產(chǎn)品告訴制造系統(tǒng)自己應(yīng)該被怎樣制造，并且知道它已經(jīng)做到什么步驟、下一步應(yīng)該做什么，并控制下一步應(yīng)該去哪個工廠?！?/p>

芯片扮演重要角色

那么，具備如此先進(jìn)理念的工業(yè)4.0應(yīng)當(dāng)如何落實呢？無疑，工業(yè)4.0是一個愿景，特別是在中國的制造業(yè)發(fā)展水平差異巨大，很多企業(yè)自動化階段尚沒有完成的時候。但是，它又是一個正在實施的漸進(jìn)過程?！斑@將是一個漸進(jìn)的過程，改造大致應(yīng)經(jīng)歷四個階段，分別是自動化升級、信息化升級、工廠內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)化、產(chǎn)業(yè)鏈整體互聯(lián)網(wǎng)化?！比A泰證券研究員章誠表示?！皩嵤┻^程中要注意幾大要素：更多地實現(xiàn)工廠自動化，各行業(yè)間橫向和縱向更深地互相融合，集中控制向分布式智能控制轉(zhuǎn)變，以及大數(shù)據(jù)的分析?！盡aurizioSkerlj表示。

“具體來說，工業(yè)4.0的整體架構(gòu)將大致由云、網(wǎng)、端三大部分組成?！啤侵腹I(yè)大數(shù)據(jù)及工業(yè)云。對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、反應(yīng)和預(yù)測，形成可行為的大數(shù)據(jù)?！W(wǎng)’是指工廠內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)及覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈整體的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)?！恕侵钢悄軝C床、機器人、傳感器、機器視覺等智能生產(chǎn)設(shè)備，AGV、服務(wù)機器人等智能物流設(shè)備。其中智能生產(chǎn)終端是核心?！闭抡\表示。

就半導(dǎo)體技術(shù)在其中扮演的角色，MaurizioSkerlj指出：“芯片是整個工業(yè)4.0架構(gòu)的基礎(chǔ)，它解決的是上述架構(gòu)中的聯(lián)、感、知等基礎(chǔ)問題和執(zhí)行問題。具體到產(chǎn)品，則涉及工業(yè)傳感器、微控制器、電子標(biāo)簽和高效的功率器件等。具體來說，高精度的工業(yè)傳感器是捕捉工業(yè)4.0環(huán)境下有效數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，收集到有意義的數(shù)據(jù)后，高性能的微控制產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和計算，從而發(fā)出指令對生產(chǎn)進(jìn)行智能控制，微控制器再將指令傳達(dá)給功率半導(dǎo)體，保障高能效地生產(chǎn)。此外，在整個生產(chǎn)流程中，數(shù)據(jù)的安全，設(shè)備的防偽貫穿始終，安全芯片可為智能生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和信息安全提供保障。”

新趨勢迎合新需求

工業(yè)4.0環(huán)境下的這樣一種“云、網(wǎng)、端”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建，無疑會對底層的半導(dǎo)體技術(shù)形成新的要求?？偨Y(jié)起來，大致包括幾個重要趨勢。首先，工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)需要支持多協(xié)議的通信芯片。“工業(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實時控制，進(jìn)而實現(xiàn)安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術(shù)?！比鹚_電子通用解決方案中心綜合營銷部副部長王均峰在接受《中國電子報》記者采訪時表示。具體而言，包括生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自律協(xié)調(diào)作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡(luò)獲取大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與實際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同。因為現(xiàn)代智能工廠有四大關(guān)鍵點：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù)；二是要有智能機器；三是大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上；四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出相應(yīng)的趨勢來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測和預(yù)測水平。要確保上述要點的實現(xiàn)，王均峰認(rèn)為：“高速傳輸、大數(shù)據(jù)、保證實時性安全性和節(jié)能均十分關(guān)鍵，而這正是工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的要旨?！比欢?，不同廠商支持的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)各不相同，包括PROFINET（RT/IRT）、EtherCAT、CC-LinkIE、DeviceNet、、EtherNet/IP、ModbusTCP、CANopen等?！斑@就需要開發(fā)同時支持多協(xié)議的通信芯片，當(dāng)然開發(fā)過程中需要考慮以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)、應(yīng)用開發(fā)、硬件開發(fā)、一致性測試等，從開發(fā)到量產(chǎn)需要很長時間?！蓖蹙逭f。

其次，端一級的智能機床、機器人等，需要高性能、低功耗、安全性的芯片產(chǎn)品支持。“這一直是半導(dǎo)體廠商致力的方向?！庇w凌工業(yè)與多元化市場資深經(jīng)理王亦菁表示，“在工業(yè)4.0中，高度智能化環(huán)境下的系統(tǒng)安全和信息安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本底線，特別是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下敏感數(shù)據(jù)量越大，風(fēng)險就越大，比如數(shù)據(jù)、ID、IP被盜用，數(shù)據(jù)被偽造或篡改，設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)被惡意操縱。因此，安全在工業(yè)4.0實施中起到了關(guān)鍵作用。”

最后，高集成度也是應(yīng)對工業(yè)4.0時代的必備條件，比如越來越多的半導(dǎo)體供應(yīng)商開始將MCU與傳感器加以整合。在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，傳感器當(dāng)處系統(tǒng)之首。類似于感官系統(tǒng)的傳感器能快速、精確地獲取信息并經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，是自動控制系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證?？梢哉f，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構(gòu)建。此外，具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在快速崛起，使傳統(tǒng)實踐中因成本等因素未能實現(xiàn)在線檢測的某些重要工業(yè)過程參數(shù)的測量成為可能?！皞鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，MCU作為系統(tǒng)控制的核心器件需要采集加速度計、陀螺儀、磁力計、溫濕度計等傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，傳感器使用的MEMS工藝和MCU制程有差異，兩者的SOC整合在半導(dǎo)體技術(shù)上存在一定的挑戰(zhàn)，但并不妨礙兩者作為獨立模塊在物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用?！闭滓讋?chuàng)新產(chǎn)品經(jīng)理金光一指出。

產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新變革加快

應(yīng)對上述技術(shù)趨勢，半導(dǎo)體企業(yè)勢必要在企業(yè)架構(gòu)上做出一系列新調(diào)整，以適應(yīng)新的市場形勢。英飛凌便提出了從產(chǎn)品到系統(tǒng)的經(jīng)營理念?！鞍雽?dǎo)體公司的傳統(tǒng)理念是把晶片越做越小，讓性能越來越好，并確保成本越來越低。這一直以來都是半導(dǎo)體企業(yè)所追求的創(chuàng)新。然而，我們的目標(biāo)市場正發(fā)生一場新的變化，我們需要深入了解我們客戶的產(chǎn)品、應(yīng)用和市場，然后基于這種理解，向客戶提供最高性價比的產(chǎn)品和解決方案，以幫助我們的客戶取得更大的成功。同時針對市場目前和未來的需求進(jìn)行更多產(chǎn)品研發(fā)。這樣的構(gòu)想和行動，我們稱之為‘從產(chǎn)品到系統(tǒng)’。這種行動步驟的目的是要確保我們也能持續(xù)不斷地創(chuàng)新，藉此拉開自身領(lǐng)先同業(yè)的差距，并且穩(wěn)固市場領(lǐng)導(dǎo)者的地位。”MaurizioSkerlj表示。

第二個重要變化是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與融合市場需求的快速變化和各廠商產(chǎn)品的日趨同質(zhì)化，單憑產(chǎn)品本身已難以贏得競爭優(yōu)勢，而必須針對不同應(yīng)用提供高附加值的整體解決方案。滿足不同客戶需求的整體解決方案，成為各半導(dǎo)體廠商的主要競爭手段，包括在工業(yè)領(lǐng)域的競爭。今年上半年以來，國際半導(dǎo)體行業(yè)出現(xiàn)并購熱潮，英特爾斥資167億美元收購ALTERA，博通公司宣布同意安華高科技的收購報價，恩智浦收購飛思卡爾，這背后的重要目的都包括豐富產(chǎn)品線、為客戶提供更完整解決方案。

第三個變化是生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)成為競爭焦點。目前半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)步入多元化且全面的商業(yè)競爭時代，從單純的產(chǎn)品競爭擴大到產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間的競爭。半導(dǎo)體業(yè)的競爭也不只在于技術(shù)，而在于誰能構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

相對國際半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展趨勢，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)存在著企業(yè)規(guī)模小、持續(xù)創(chuàng)新能力薄弱、核心技術(shù)缺失等問題。然而，工業(yè)4.0概念的提出以及國家推進(jìn)實施《中國制造2025》規(guī)劃，在給中國半導(dǎo)體企業(yè)提出挑戰(zhàn)的同時，也展現(xiàn)出了巨大的機遇。中國半導(dǎo)體企業(yè)應(yīng)當(dāng)順應(yīng)市場需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，做出相應(yīng)的調(diào)整?！啊吨袊圃?025》中將集成電路放在發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的首位。隨著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的黃金時期的到來，重點企業(yè)規(guī)模保持快速增長，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一定要抓住這個時間窗口?！敝袊雽?dǎo)體行業(yè)協(xié)會執(zhí)行副理事長兼秘書長徐小田表示。（本報記者陳炳欣）

來源：中國電子報

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