創(chuàng )維集團總工程師吳偉：智能電視發(fā)展的三大趨勢和十大需求

      對于國內各大廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，智能制造如今已不僅僅是一個(gè)響亮的口號，同時(shí)也是國內制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。那么，國內現在發(fā)展智能制造的必要性有哪些？智能制造中會(huì )用到哪些芯片？這些芯片又是如何應用的呢？在2017中國集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì )上，創(chuàng )維集團總工程師吳偉先生以智能電視發(fā)展為例，從智能制造及產(chǎn)品智能化兩個(gè)方面深入介紹了整機制造企業(yè)對芯片的需求。

為什么要搞智能制造

就目前國內制造業(yè)發(fā)展來(lái)看，發(fā)展智能制造主要有三個(gè)推動(dòng)因素：

1.政策驅動(dòng)。2015年5月8日，國家正式發(fā)布了《中國制造2025》規劃，智能制造試點(diǎn)示范、標準制定、新模式、互聯(lián)網(wǎng)+、量化融合、綠色制造、機器人裝備提升，各部委各項政策全方位支持，預計將投入5萬(wàn)億基金布局中國制造2025。

2.業(yè)務(wù)驅動(dòng)。隨著(zhù)我們國家國際化進(jìn)程的加快，國外訂單總量現在已經(jīng)遠遠超過(guò)了國內訂單，而國外訂單的特點(diǎn)是訂單數量多，單張訂單量小。以電視機為例，國內市場(chǎng)一年會(huì )有將近5000萬(wàn)臺的體量需求；而在國外，一些國家一年只有幾十萬(wàn)臺的需求量,有的國家有三四百萬(wàn)臺的訂單已經(jīng)算很多了。因而國內廠(chǎng)商要逐漸適應這種柔性化的生產(chǎn)模式。

3.用工驅動(dòng)。自2005年起的10年間，我國勞動(dòng)力成本上升了5倍，相較1995年的勞動(dòng)力成本則上升了15倍。目前在珠三角地區雇用一個(gè)一線(xiàn)產(chǎn)業(yè)工人所需費用一年要8萬(wàn)元左右，勞動(dòng)力成本的提升給制造成本帶來(lái)了巨大的壓力。而預計在未來(lái)3年，勞動(dòng)力成本將會(huì )繼續上漲6成，5年翻番，10年再翻番。

因此，在國內政策的推動(dòng)下，再加上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求及用工成本的劇增，生產(chǎn)自動(dòng)化及智能制造就迅速由最初的提出，開(kāi)始進(jìn)入細化執行階段。

智能制造整體的解決方案

      圖1所示為創(chuàng )維智能制造的解決方案。由圖可知，整個(gè)智能制造解決方案主要分為三層，從下到上依次是現場(chǎng)設備、傳輸網(wǎng)路和數據中心。

圖1 智能制造整體解決方案

      首先是最底層現場(chǎng)設備，包含工業(yè)機器人、智能物流、自動(dòng)控制PLC以及現場(chǎng)感知，這是智能制造的第一層。

      第二層是傳輸網(wǎng)絡(luò )。主要完成的工作是將現場(chǎng)設備及產(chǎn)品上傳來(lái)的數據通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行收集，通過(guò)eLTE及工業(yè)交換機實(shí)現設備之間的互聯(lián)互通，并將收集到的數據上傳到數據中心。

       第三層是數據中心。數據中心又可以分為支撐平臺和應用平臺，其主要功能是實(shí)現對產(chǎn)品及設備的控制，即為制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）主要實(shí)現的功能。MES系統承擔了整個(gè)智能過(guò)程中生產(chǎn)的調度、技術(shù)的管理、作業(yè)人員的調配、產(chǎn)品的追溯、柔性生產(chǎn)、能耗管理、物料管理、應急處置等。通過(guò)MES系統將數字化車(chē)間進(jìn)行聯(lián)通。而MES系統上端則包括智能經(jīng)營(yíng)、智能設計、智能決策，主要有企業(yè)資源計劃系統(Enterprise Resource Planning，ERP )以及產(chǎn)品生命周期管理系統（Product Lifecycle Management，PLM），將產(chǎn)品生命周期和生產(chǎn)計劃管理連接在一起。

智能制造用到的芯片

      在整個(gè)智能制造過(guò)程中，需要考慮兩個(gè)問(wèn)題，即“生產(chǎn)什么產(chǎn)品”和“采用什么生產(chǎn)設備”。吳偉先生在大會(huì )上舉例介紹了創(chuàng )維在實(shí)現智能制造過(guò)程中應用規模最大的兩類(lèi)集成電路——射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID，又稱(chēng)電子標簽）和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。

RFID芯片應用

      RFID可以應用在工裝板上，如圖2所示。傳統的工裝板只是一個(gè)插22V電源插頭的工裝板，而智能工裝板內置了RFID芯片作為產(chǎn)品信息化的接口，使得整個(gè)產(chǎn)品的數據和生產(chǎn)情況全部被記錄下來(lái)，避免了生產(chǎn)過(guò)程中諸如標簽貼錯、物料放錯等問(wèn)題，如果產(chǎn)生這些問(wèn)題，系統就會(huì )產(chǎn)生報警。從而實(shí)現了與MES系統、智能產(chǎn)線(xiàn)、自動(dòng)化設備的互通。另外，將RFID加裝到工裝板上，采用周期回收的方式，從而降低了投入成本。

圖2 系統各部分位置分布圖

      RFID可以應用在倉儲管理系統（Warehouse Management System，WMS）中。原來(lái)產(chǎn)品的流通，包括產(chǎn)品從生產(chǎn)線(xiàn)到整機倉庫，然后運到海外各地的各個(gè)分公司，這些都是人工完成的，人工執行就難免會(huì )出錯?，F在通過(guò)在托盤(pán)和貨架安裝RFID芯片作為WMS系統中的信息入口，從而實(shí)現了物料的入庫管理、出庫管理、盤(pán)點(diǎn)管理等，通過(guò)建立物料全過(guò)程批次管理，從而實(shí)現生產(chǎn)端、銷(xiāo)售端和物料的雙向追溯管理。

圖3 倉儲管理系統應用

       RFID芯片可以直接利用現有的SMT工藝植入電視機機芯的PCB板上。為什么要這樣做呢？主要有兩方面的原因。

      第一，對售后產(chǎn)品進(jìn)行追溯。電視機什么時(shí)候生產(chǎn)的，由哪個(gè)工人操作的，里面用的物料是由哪一個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的，只要售后服務(wù)人員發(fā)現機芯有問(wèn)題，這些信息就很容易通過(guò)RFID芯片查出。

      第二，防止串貨。例如某臺電視是賣(mài)給湖南的，如果在湖北發(fā)現了，我們就知道這個(gè)電視機是由湖南串到了湖北，串貨會(huì )對公司整個(gè)價(jià)格體系造成影響。之前為防止串貨，會(huì )在電視機上貼標簽，而現在這種老辦法已經(jīng)不管用了，一些串貨人員很容易就可以將標簽換掉。通過(guò)這一手段，可以有效避免串貨現象。

PLC的應用

PLC主要實(shí)現在智能制造過(guò)程中對生產(chǎn)設備的實(shí)時(shí)數據采集和監控。通過(guò)人機界面實(shí)現遠程監控和操作相應的自動(dòng)化設備，并實(shí)現全線(xiàn)生產(chǎn)設備的產(chǎn)品信息采集、狀態(tài)顯示、報警及故障處理功能，幫助操作員和管理者快速診斷出系統故障。例如，在系統中，包括視覺(jué)機器人、打螺釘機器人、貼標機器人，這些機器人有時(shí)需要同時(shí)作業(yè)，有時(shí)又需要分開(kāi)作業(yè)，如何控制并有序地調度這些機器人適時(shí)地工作就是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現的。

圖4 PLC在智能制造中的應用

智能電視對芯片技術(shù)的新需求

      就當下全球市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，智能電視主要有三大發(fā)展趨勢：大屏化、高清化和智能化。2017年，60英寸電視在全球市場(chǎng)總量占比已經(jīng)達到7%，4K電視占比達到35%，智能電視在占比達到48%。

圖5 智能電視的發(fā)展趨勢

      如圖6所示為2014～2017年中國智能電視零售量及零售量滲透率趨勢具體狀況。由圖中數據可知，國內智能電視目前的滲透率已經(jīng)接近90%，高清電視已經(jīng)接近35%，創(chuàng )維目前已經(jīng)高清電視的滲透率已經(jīng)在50%以上。

圖6 中國高清智能電視滲透率

      而隨著(zhù)國際和國內大屏化、高清化和智能化的發(fā)展趨勢，也將對芯片產(chǎn)業(yè)提出新的需求。

      第一，智能電視需要更快的CPU處理器。2016年之前電視機CPU一般都是32位的，而從2016年下半年開(kāi)始，采用64位的CPU電視機已經(jīng)成為當下4K電視的主流配置。由于現在智能電視會(huì )內置一些大型游戲和應用，這些游戲及應用是手機游戲無(wú)法比擬的，而大型游戲和應用的CPU 64位的趨勢已經(jīng)很明顯，這就導致了對64位CPU開(kāi)始產(chǎn)生高要求。同時(shí)“64bit”也是安卓8.0主要提升的功能之一，當下“64位CPU+安卓8.0+DDR4”的“三位一體”將會(huì )是智能電視新配置要求，這樣的配置也會(huì )使得智能電視的功用有更完美的發(fā)揮。

      第二，智能電視需要更強大的圖形及運算能力的GPU。由于未來(lái)4K游戲對圖形處理會(huì )有更高要求，因而智能電視需要GPU有更高性能。眾多GPU廠(chǎng)商也針對這一趨勢推出了更高性能的GPU，例如ARM推出了T6系列及以上的GPU。

      第三，智能電視要求更高的芯片工藝。創(chuàng )維2017年4月推出的全新OLED電視，其厚度只有3.6mm，這個(gè)厚度約為蘋(píng)果手機厚度的一半，因而創(chuàng )維稱(chēng)之為wallpaper（墻紙電視）的概念。而超薄電視則對我們的芯片工藝產(chǎn)生了更高的需求，之前42nm的芯片工藝已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當下智能電視對超輕薄的需求，智能電視的芯片開(kāi)始需要28nm及以上的芯片工藝。

第四，智能電視需要更大的存儲空間。要滿(mǎn)足用戶(hù)對大型游戲及應用的極致體驗，尤其是大型游戲需要更好的用戶(hù)體驗，因而需要速率更快、延時(shí)更小的Emmc5.0標準的閃存及DDR4。

第五，智能電視需要有更多的超清信號入口。如今業(yè)內誕生了諸多新標準，例如HDMI2.0、USB3.1、MHL3.1以及802.11A.C等新標準的出現。創(chuàng )維電視現在已經(jīng)可以支持USB 3.1，MHL 3.0等新標準，新的標準也對智能電視的芯片產(chǎn)生了新的要求。

第六，還有智能電視現在已經(jīng)不僅僅是看電視，加入了諸多如游戲、購物等需要和用戶(hù)互動(dòng)的功能，因而也需要應用更多新技術(shù)，例如手勢識別，因為電視機內部有很多互動(dòng)游戲需要用到手勢識別技術(shù)；再如人臉識別，智能電視配備人臉識別功能后，就可以快速地登錄和進(jìn)行無(wú)人關(guān)機、個(gè)性化配置等，例如如果智能電視識別出觀(guān)看者是老人，就可以推出一些老電影和老電視劇，如果是小朋友，就可以推送一些兒童節目，另外，如果小孩在看一些暴力電影，也可以自動(dòng)關(guān)掉電視。另外，6~9軸的空鼠控制（尤其是游戲應用）也會(huì )是智能電視的必備功能。這也是智能電視的一些新的應用及技術(shù)需求。

圖7 智能電視的交互技術(shù)應用

第七，智能電視的主芯片要適應多操作系統。我國家電產(chǎn)品出口的到世界各地，而不同的用戶(hù)人群由于用戶(hù)習慣及專(zhuān)利等問(wèn)題對界面及操作系統需求不同。例如，美國更傾向于用Linux操作系統，南美更傾向于用安卓操作系統。因而要求智能電視在設計的時(shí)候，主芯片必須兼容安卓和Linux這兩種，甚至更多的操作系統。

第八，智能電視需要適應全球平臺化需求。全球地面數字廣播飛速發(fā)展，例如美國的ATSC已經(jīng)到了3.0，歐洲的DVR已經(jīng)進(jìn)入第二代（DVR-T2），我國的DTMB也已經(jīng)發(fā)展到第二代。因為全球地面發(fā)射的標準都在發(fā)生非常大的變化，也都在適應高清的發(fā)展，所以這些新的標準也對智能電視芯片又產(chǎn)生了諸如軟件體系繁重，需要快速適應市場(chǎng)；要求單一平臺全球化，內置多任務(wù)解調器；通過(guò)安裝不同APK適應不同區域電視功能等新要求。

      第九，智能電視需要整合人工智能技術(shù)?，F在非?；馃岬木褪侨斯ぶ悄?，人工智能在智能電視上也已經(jīng)從今年開(kāi)始得到大規模應用，在高端產(chǎn)品甚至中端產(chǎn)品上，都已經(jīng)植入了人工智能。包括語(yǔ)音控制和人臉識別兩個(gè)方面。

       第十，智能電視需要整合AR技術(shù)。當下的智能電視其實(shí)已經(jīng)實(shí)現了AR功能，如圖所示，用戶(hù)可以在智能電視上體驗AR游戲，通過(guò)真實(shí)的人與虛擬的游戲 場(chǎng)景結合，加深用戶(hù)體驗。另外，現在通過(guò)智能電視的電視購物，用戶(hù)可以試穿喜歡衣服，從而方便選出更適合你穿的衣服。

圖8 AR/VR技術(shù)在智能電視中的應用