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“機器人+”時(shí)代開(kāi)啟,帶動(dòng)下一輪芯片潮?
來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)   發(fā)布日期:2023-02-20 08:39:11   瀏覽:5013次  

導讀:近日,工業(yè)和信息化部、教育部、公安部等十七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《機器人應用行動(dòng)實(shí)施方案》,提出了2025年制造業(yè)機器人發(fā)展目標以及機器人十大應用場(chǎng)景。業(yè)界認為,這一政策的發(fā)布,意味著(zhù)機器人時(shí)代的到來(lái),機器人將在更大范圍內得到應用,制造業(yè)機器人更將迎來(lái)...

近日,工業(yè)和信息化部、教育部、公安部等十七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《“機器人”應用行動(dòng)實(shí)施方案》,提出了2025年制造業(yè)機器人發(fā)展目標以及機器人十大應用場(chǎng)景。業(yè)界認為,這一政策的發(fā)布,意味著(zhù)“機器人”時(shí)代的到來(lái),機器人將在更大范圍內得到應用,制造業(yè)機器人更將迎來(lái)巨大發(fā)展機遇。

隨著(zhù)機器人技術(shù)的發(fā)展,機器人的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣,市場(chǎng)也相應的開(kāi)始發(fā)展。中國電子學(xué)會(huì )預計2022年,全球機器人市場(chǎng)規模將達到513億美元,2017至2022年的年均增長(cháng)率達到14%。波士頓咨詢(xún)公司研究報告顯示,全球機器人市場(chǎng)規模預計將在未來(lái)10年內增長(cháng)近10倍,到2030年全球機器人市場(chǎng)規模將達1600億至2600億美元。

01

機器人市場(chǎng)的騰飛

《“機器人”應用行動(dòng)實(shí)施方案》中包括十大應用重點(diǎn)領(lǐng)域分別是經(jīng)濟發(fā)展領(lǐng)域的制造業(yè)、農業(yè)、建筑、能源、商貿物流,社會(huì )民生領(lǐng)域的醫療健康、養老服務(wù)、教育、商業(yè)社區服務(wù)、安全應急和極限環(huán)境應用。

在工業(yè)機械領(lǐng)域,機器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)增長(cháng)強勁。制造業(yè)是本次發(fā)布的方案中首個(gè)提到的機器人應用領(lǐng)域。由于多國勞動(dòng)力縮減和人口老齡化造成勞動(dòng)力供應短缺和成本上升,提高流程效率和自動(dòng)化程度比以往任何時(shí)候都更加迫切。因此,在制造業(yè)和其他工作場(chǎng)所中,能夠執行各種操作和運輸任務(wù)的多軸機器人的使用范圍正在迅速擴大。通過(guò)推進(jìn)智能制造示范工廠(chǎng)建設,發(fā)展基于工業(yè)機器人的智能制造系統,將加快制造業(yè)數字化轉型、智能化變革。

除了工業(yè)機器人,三年疫情也讓服務(wù)機器人市場(chǎng)初具規模?挂呦盗袡C器人成為疫情防控的新生力量,“無(wú)接觸”的無(wú)人配送已成為新焦點(diǎn)。預計2022年,全球服務(wù)機器人市場(chǎng)規模達到217億美元。2024年,全球服務(wù)機器人市場(chǎng)規模將有望增長(cháng)到290億美元。

無(wú)論工業(yè)機器人還是服務(wù)機器人,這些機器人都在結合信息技術(shù)提升感知、計算、執行能力,在機器人智能化水平提升的同時(shí),對芯片的需求也在增加。那么哪些芯片產(chǎn)品有望受益呢?

02

機器人帶飛哪些芯片?

FPGA芯片

FPGA芯片在機器人領(lǐng)域應用時(shí)具有高速、并行、運算及引腳資源極其豐富、功能靈活、硬件直接實(shí)現算法、操作數存取機制簡(jiǎn)單高效、開(kāi)發(fā)調試手段直探硬件底層等優(yōu)點(diǎn)。在伺服驅動(dòng)器中應用FPGA是業(yè)界的常規做法,FPGA在執行圖像處理算法方面比CPU更強,是最優(yōu)方案;在執行人工智能算法時(shí),FPGA是與GPU并列的主流方案,而且在功耗方面具備非常大的優(yōu)勢。與 ASIC 開(kāi)發(fā)相比,除了縮短開(kāi)發(fā)和驗證周期之外,使用 FPGA 還意味著(zhù)在出現問(wèn)題時(shí)可以快速更改邏輯,或者在必要時(shí)可以對功能需求進(jìn)行修改或增強。

FPGA芯片的特性可以提高伺服控制性能、降低功耗;此外,FPGA 芯片可以通過(guò)提供包括 PCI Express 在內的多種硬件 IP,從而通過(guò)在確?偩(xiàn)連接可靠性的同時(shí)實(shí)現外圍邏輯集成,促進(jìn)電路的微型化并降低功耗。功耗的降低意味著(zhù)可以采用無(wú)風(fēng)扇外殼,從而不再需要容易磨損的機械部件,并避免吸入粉塵。

由于機器人,尤其是工業(yè)領(lǐng)域的機器人產(chǎn)品供應時(shí)間長(cháng),因此在維護方面的考慮需要延長(cháng)設備供應期,因為工業(yè)設備的使用壽命通常長(cháng)達 10 年或更長(cháng)。FPGA 延長(cháng)的產(chǎn)品生命周期可滿(mǎn)足工業(yè)領(lǐng)域客戶(hù)的需求。

MCU芯片

MCU是在機器人執行層里應用較多的選擇,作為工業(yè)機器人核心控制器件,MCU也會(huì )受惠于機器人市場(chǎng)的快速增長(cháng)。工業(yè)機器人單支機器手臂中,內建的控制器平均約有八成為MCU芯片。

對于機器人應用方向的MCU來(lái)說(shuō),除了提供易開(kāi)發(fā)的嵌入式平臺、設計工具外,建立MCU周邊完善的通訊環(huán)境處理各種工業(yè)通訊協(xié)議如USB,SPI等也是相當重要的。相較于傳統工業(yè)機器人,人形機器人有更復雜的運動(dòng)形態(tài),需要對電機的位置、方向、速度和扭矩進(jìn)行高精度控制。MCU可以執行電機控制所需的復雜、高速運算。目前機器人解決方案中包括單電機平臺(一顆MCU控制一個(gè)電機)、雙電機平臺(一顆MCU控制兩個(gè)電機), 其中雙電機平臺的兩個(gè)電機功率和小于單電機最大功率。

未來(lái)在更先進(jìn)工藝下設計的MCU,采用更高性能的內核,其性能將得到大幅度提升,市場(chǎng)需求將快速提升。在全球MCU市場(chǎng)蛋糕逐年增長(cháng)和國產(chǎn)MCU替代的大背景下,國內MCU廠(chǎng)商有望突破國外壟斷。

DSP芯片

DSP(Digital Signal Processing)即數字信號處理技術(shù),DSP芯片即指能夠實(shí)現數字信號處理技術(shù)的芯片。DSP芯片的內部采用程序和數據分開(kāi)的哈佛結構,具有專(zhuān)門(mén)的硬件乘法器,廣泛采用流水線(xiàn)操作,提供特殊的DSP指令,可以用來(lái)快速的實(shí)現各種數字信號處理算法。

DSP芯片自誕生以來(lái)得到了飛速發(fā)展,一方面得益于集成電路的發(fā)展,另一方面也得益于巨大的市常在短短數十年時(shí)間里,DSP芯片已在通信、雷達、圖像、軍事、儀器、自動(dòng)化、信號處理等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應用。

DSP芯片用在工業(yè)機器人領(lǐng)域,相當于起著(zhù)關(guān)節的作用,有了DSP的控制,機器人反應更迅速,行動(dòng)更精準。工業(yè)機器人在工作中需要處理大量的數據,隨著(zhù)工業(yè)機器人的應用日益廣泛和普及,DSP芯片在這方面的應用越來(lái)越多,重要性、經(jīng)濟性、實(shí)用性都會(huì )得到體現。

IGBT芯片

傳統工業(yè)控制及電源行業(yè)是支撐 IGBT 市場(chǎng)穩步發(fā)展的基石。工業(yè)控制是 IGBT 第一大應用領(lǐng)域,需求穩健增長(cháng)。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化的深化,廣泛部署的工業(yè)機器人和智能化機床都依賴(lài)于強大而靈活的交流電機、伺服電機以及節能的變頻器和電源裝置。

IGBT功率半導體器件是電力電子應用領(lǐng)域的核心器件。以電能為處理對象,通過(guò)電力電子技術(shù)對電能進(jìn)行整流、穩壓、開(kāi)關(guān)和變頻等,實(shí)現高效率和高品質(zhì)轉換。功率半導體器是構成電力電子變換裝置的核心器件,尤其是在大功率、大電流、高頻高速、低噪聲等應用領(lǐng)域起著(zhù)無(wú)法替代的關(guān)鍵作用,被廣泛應用于工控領(lǐng)域。

近年來(lái),我國變頻器、電焊機市場(chǎng)穩步增長(cháng),工業(yè)機器人市場(chǎng)加速發(fā)展,對應的工控 IGBT 市場(chǎng)也將穩步增長(cháng)。根據集邦咨詢(xún)數據,2020 年全球工控 IGBT 市場(chǎng)規模約為 140 億元,其中我國工控 IGBT 市場(chǎng)規模約為 53 億元,預計到 2025 年全球工控 IGBT 市場(chǎng)規模將達到 170 億元。

03

機器人芯片領(lǐng)域仍是國外企業(yè)的主場(chǎng)

從2020-2021年,全球FPGA市場(chǎng)增長(cháng)速度為16%,預計未來(lái)5年將持續保持良好增長(cháng)勢頭(約 12% ~15%的復合年增長(cháng)率),FPGA主要供應商有英特爾、賽靈思。英特爾通過(guò)提供處理器加FPGA,搭載OpenVINO工具套件和oneAPI,為多種應用場(chǎng)景提供了解決方案;賽靈思也擁有成熟的針對機器人的平臺,兩者在機器人領(lǐng)域較為領(lǐng)先。

傳統的MCU大廠(chǎng)也在機器人領(lǐng)域深有積累,TI提供全套機器人解決方案,瑞薩、恩智浦、Microchip、意法半導體、英飛凌等也提供有多種方案可選,這些企業(yè)可為機器人企業(yè)提供更多的元器件,而不是局限于主控芯片。

全球DSP主要生產(chǎn)商德州儀器、ADI、恩智浦、杰爾系統等,其中德州儀器占比最高。國內來(lái)看,歐美廠(chǎng)商產(chǎn)品仍占主要市場(chǎng),國內有DSP產(chǎn)品的企業(yè)有中電科38所,湖南進(jìn)芯、江蘇宏運技術(shù)、深圳市創(chuàng )成微電子、北京中科昊芯科技等。

除此之外,CPU也是工控領(lǐng)域的主要芯片。隨著(zhù)機器人的發(fā)展,需要在越來(lái)越多的環(huán)境下實(shí)現控制、抓取點(diǎn)分析、視覺(jué)目標識別等等,而這些都是需要算力的,僅僅一個(gè)FPGA是不夠的。在CPU產(chǎn)品領(lǐng)域,英特爾深有積累,近年來(lái)也有國產(chǎn)也有品牌已經(jīng)進(jìn)入,國芯科技的嵌入式CPU產(chǎn)品可廣泛應用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

隨著(zhù)5G、AI等技術(shù)在機器人領(lǐng)域越來(lái)越多的應用,機器人領(lǐng)域將迎來(lái)越來(lái)越多的芯片玩家。在主要AI芯片市場(chǎng)上一直穩步取得進(jìn)展的高通也發(fā)布了RB6機器人平臺,展示了在5G和AI的加持下機器人的強大實(shí)力。

04

結語(yǔ)

2022年12月,全國規模以上工業(yè)企業(yè)的工業(yè)機器人完成產(chǎn)量4萬(wàn)套。2022年112月全國規模以上工業(yè)企業(yè)的工業(yè)機器人累計完成產(chǎn)量44.3萬(wàn)套。2022年12月,全國規模以上工業(yè)企業(yè)的服務(wù)機器人完成產(chǎn)量49.1萬(wàn)套。2022年112月全國規模以上工業(yè)企業(yè)的服務(wù)機器人累計完成產(chǎn)量645.8萬(wàn)套。

機器人行業(yè)沒(méi)有彎道超車(chē)的機會(huì )。要實(shí)現硬科技行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,只有腳踏實(shí)地研發(fā)、持之以恒投入,才能打贏(yíng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰。從這一角度來(lái)看,機器人行業(yè)和半導體行業(yè)相似,都需要沉下心,穩住氣。

在機器人+時(shí)代到來(lái)之際,我們衷心期待更多國產(chǎn)芯片廠(chǎng)商能把握大勢,立于潮頭。

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