工業(yè)4.0推動(dòng)半導體產(chǎn)業(yè)變局

　　工業(yè)4.0對世界的影響絕不僅限于帶動(dòng)了制造業(yè)的轉型升級，對提供底層技術(shù)的半導體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，由于涉及自動(dòng)機器人、仿真器、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數據分析技術(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。而全新市場(chǎng)需求必將推動(dòng)各種微電子產(chǎn)品在技術(shù)層面的改變，進(jìn)而驅動(dòng)半導體企業(yè)在產(chǎn)業(yè)層面做出調整。在為半導體業(yè)提供市場(chǎng)機會(huì )的同時(shí)，也重塑著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)。

　　在國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》發(fā)展規劃之后，一場(chǎng)中國的工業(yè)4.0變革也在醞釀啟動(dòng)。這是一個(gè)巨大的而且難得的市場(chǎng)機遇。盡管中國集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，與國際先進(jìn)水平有顯著(zhù)差異——2014年集成電路進(jìn)口額雖然略有收窄，依然達到2176億美元，中國半導體企業(yè)仍應當抓住這個(gè)難得的時(shí)間窗口，在技術(shù)與企業(yè)運營(yíng)層面做出相應調整，而不應錯失發(fā)展機遇。

　　英飛凌：工業(yè)4.0是一個(gè)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)成為當今熱詞，只要論及產(chǎn)業(yè)升級、制造業(yè)轉型，幾乎無(wú)人不談工業(yè)4.0。近日《中國電子報》在采訪(fǎng)德國工業(yè)4.0理事會(huì )成員、半導體大廠(chǎng)英飛凌時(shí)，其工業(yè)和多元化電子市場(chǎng)業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級總監MaurizioSkerl表示：“對于工業(yè)4.0，我們可以將其理解為通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)要素連接起來(lái)，使得不僅生產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)設備更加智能化，同時(shí)被生產(chǎn)和加工的產(chǎn)品本身也將變得智能，并參與到被生產(chǎn)和制造的流程中來(lái)?！?/p>

　　也就是說(shuō)，工業(yè)4.0應當是一個(gè)閉環(huán)的過(guò)程。它推動(dòng)的是工業(yè)的智能化升級，而非僅僅自動(dòng)化，更重要的是推動(dòng)信息化升級，即通過(guò)傳感、機器視覺(jué)等系統的應用，形成大數據的采集、反應和對未來(lái)的預測，在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制造、產(chǎn)品的設計和制造、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(huì )注意到工廠(chǎng)的智能化，卻往往忽視了智能產(chǎn)品?！盡aurizioSkerl強調，“事實(shí)上，工業(yè)4.0包括兩大要素：智能工廠(chǎng)和智能產(chǎn)品。智能產(chǎn)品有利于多個(gè)領(lǐng)域的改變，包括公司的生產(chǎn)物流管理、人機交互、未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程管理等。產(chǎn)品變得更加智能，可以在任何時(shí)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(gè)產(chǎn)品中，通過(guò)植入電子標簽或外部傳感的方式，在信息物理系統架構下，產(chǎn)品能告訴制造流程自己應該被怎樣制造，自己知道它已經(jīng)做到什么步驟、下一步應該做什么，并控制下一步驟應該去哪個(gè)工廠(chǎng)?！?/p>

　　芯片：解決聯(lián)、感、知等基礎問(wèn)題

　　那么，具備如此先進(jìn)理念的工業(yè)4.0應當如何落實(shí)呢?無(wú)疑，工業(yè)4.0是一個(gè)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(dòng)化階段尚沒(méi)有完成的時(shí)候。但是，它又是一個(gè)正在實(shí)施的漸進(jìn)過(guò)程?！斑@將是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，改造大致應經(jīng)歷四個(gè)階段，分別是自動(dòng)化升級、信息化升級、工廠(chǎng)內的互聯(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?shí)施過(guò)程中要注意幾大要素：更多地實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化、各行業(yè)間橫向和縱向更深地互相融合，中國控制向分散智能控制轉變，以及大數據的分析?！盡aurizioSkerl表示。

　　“具體來(lái)說(shuō)，工業(yè)4.0的整體架構將大致由“云、網(wǎng)、端”三大部分組成?！霸啤笔侵腹I(yè)大數據及工業(yè)云。對數據進(jìn)行采集、反應和預測，形成可行為的大數據?！熬W(wǎng)”是指工廠(chǎng)內物聯(lián)網(wǎng)及覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈整體的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)?！岸恕笔侵钢悄軝C床、機器人、傳感器、機器視覺(jué)等智能生產(chǎn)設備，AGV、服務(wù)機器人等智能物流設備。智能生產(chǎn)終端是核心?！闭抡\表示。

　　就半導體技術(shù)在其中扮演的角色，MaurizioSkerl指出：“芯片處于整個(gè)工業(yè)4.0架構的基礎，它解決的是上述架構中的聯(lián)、感、知等基礎問(wèn)題和執行問(wèn)題。具體到產(chǎn)品，則涉及工業(yè)傳感器、微控制器、電子標簽、和高效的功率器件等。具體來(lái)說(shuō)，高精度的工業(yè)傳感器是捕捉工業(yè)4.0環(huán)境下有效數握的關(guān)鍵，收集到有意義的數據后，高性能的微控制產(chǎn)品進(jìn)行數據的分析和計算，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給功率半導體，保障高能效地生產(chǎn)。此外，在整個(gè)生產(chǎn)流程中，數據的安全，設備的防偽貫穿始終，安全芯片可為智能生產(chǎn)的數據和信息安全提供保障?！?/p>

技術(shù)趨勢：在新需求之下形成

　　工業(yè)4.0環(huán)境下的這樣一種“云網(wǎng)端”系統結構的搭建，無(wú)疑會(huì )對底層的半導體技術(shù)形成新的更高要求?？偨Y起來(lái)，大致包括幾個(gè)重要趨勢。首先，工業(yè)以太網(wǎng)的建設需要支持多協(xié)議的通信芯片?！肮I(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)控制，進(jìn)而實(shí)現安全、節能將是智能工廠(chǎng)的核心技術(shù)?！比鹚_電子通用解決方案中心綜合營(yíng)銷(xiāo)部副部長(cháng)王均峰在接受《中國電子報》記者采訪(fǎng)時(shí)表示。具體而言，包括生產(chǎn)設備聯(lián)網(wǎng)實(shí)現自律協(xié)調作業(yè)的M2M，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲取大數據的應用，開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務(wù)管理系統與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程之間的協(xié)同。因為現代智能工廠(chǎng)有四大關(guān)鍵點(diǎn)：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò )以拿到數據;二是要有智能機器;三是大數據，將所有設備、所有人連接后，所有數據都大批量傳送到智能終端上;四是分析，得到數據后從中抓取出應的趨勢來(lái)，提高設備狀態(tài)的檢測和預測。要確保上述要點(diǎn)的實(shí)現，王均峰認為：“高速傳輸、大數據、保證實(shí)時(shí)性安全性和節能均十分關(guān)鍵。而這正是工業(yè)以太網(wǎng)構建的要旨?！比欢?，不同廠(chǎng)商支持的工業(yè)以太網(wǎng)標準各不相同，包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、CC-LinkIE、DeviceNet、、EtherNet/IP、ModbusTCP、CANopen等?！斑@就需要開(kāi)發(fā)同時(shí)支持多協(xié)議的通信芯片，當然開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要考慮以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現、應用開(kāi)發(fā)、硬件開(kāi)發(fā)、一致性測試等，從開(kāi)發(fā)到量產(chǎn)需要很長(cháng)時(shí)間?！蓖蹙逭f(shuō)。

　　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?！捌鋵?shí)，這一直是半導體廠(chǎng)商致力的方向?！庇w凌工來(lái)與多元化市場(chǎng)資深經(jīng)理王亦菁表示，“在工業(yè)4.0中，連接到網(wǎng)絡(luò )的設備無(wú)所不在。一方面，巨大的網(wǎng)絡(luò )和大量的聯(lián)網(wǎng)設備必然產(chǎn)生巨大的能耗;另一方面，高度智能化環(huán)境下的數據和信息安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本底線(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下敏感數據量越大，風(fēng)險就越大，比如數據、ID、IP被盜用，數據被偽造或篡改，設備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )被惡意操縱。因此，能效和安全是決定工業(yè)4.0實(shí)施能否成功的關(guān)鍵因素?！?/p>

　　最后，高集成度也是應對工業(yè)4.0時(shí)代的必備條件，比如越來(lái)越多的半導體供應商開(kāi)始將MCU與傳感器加以整合。在工業(yè)自動(dòng)控制系統中，傳感器當處系統之首。類(lèi)似于感官系統的傳感器能快速、精確地獲取信息并經(jīng)受?chē)揽岘h(huán)境的考驗，是自動(dòng)控制系統達到高水平的保證?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒(méi)有現代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構建。此外，具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )正在快速崛起，使傳統實(shí)踐中因成本等因素未能實(shí)現在線(xiàn)檢測的某些重要工業(yè)過(guò)程參數的測量成為可能?！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據并進(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整合在半導體技術(shù)上存在一定的挑戰，但并不妨礙兩者做為獨立模塊在物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用?！闭滓讋?chuàng )新產(chǎn)品經(jīng)理金光一指出。

　　產(chǎn)業(yè)變革：國際并購熱潮與之相關(guān)?

　　應對上述技術(shù)趨勢，半導體企業(yè)勢必在企業(yè)架構上做出一系列新調整，以適應新的市場(chǎng)形勢。英飛凌便提出了從產(chǎn)品到系統的經(jīng)營(yíng)理念?！鞍雽w公司的傳統根本概念是把晶片越做越小，好讓性能越來(lái)越好，并確保成本越來(lái)越低，這一直以來(lái)都是半導體企業(yè)所追求的創(chuàng )新。然而，我們的目標市場(chǎng)正展開(kāi)一場(chǎng)新的變化，我們必須改良半導體本身，還要針對市場(chǎng)目前和未來(lái)的需求進(jìn)行更多研發(fā)，然后才能滿(mǎn)足市場(chǎng)及客戶(hù)的需求。我們不再只是制造一種特殊功能的芯片，還要能針對擁有主動(dòng)和被動(dòng)元件的客戶(hù)設計出一套完整且復雜的系統架構。如此一來(lái)，也會(huì )同時(shí)牽涉越來(lái)越多的系統軟體開(kāi)發(fā)工作。在理想的情況下，我們不接受客戶(hù)訂單制造客制化的個(gè)別元件，而是為客戶(hù)提供協(xié)助他們在終端市場(chǎng)里拉開(kāi)競爭差距的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。這樣的構想和行動(dòng)，我們稱(chēng)之為‘從產(chǎn)品到系統’。這種行動(dòng)步驟的目的是要確保我們也能持續不斷的創(chuàng )新，藉此拉開(kāi)自身領(lǐng)先同業(yè)的差距，并且穩固市場(chǎng)領(lǐng)導者的地位?！盡aurizioSkerl表示。

　　第二個(gè)重要變化是隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展與融合市場(chǎng)需求的快速變化和各廠(chǎng)商產(chǎn)品的日趨同質(zhì)化單憑產(chǎn)品本身已難以贏(yíng)得競爭優(yōu)勢而必須針對不同應用提供高附加值的整體解決方案。滿(mǎn)足不同客戶(hù)需求的整體解決方案，成為各半導體廠(chǎng)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(lái)，國際半導體行業(yè)出現并購熱潮，英特爾斥資167億美元現金收購ALTERA、博通公司宣布同意安華高科技的收購報價(jià)、恩智浦收購飛思卡爾，背后重要目的之一都有豐富產(chǎn)品線(xiàn)，為客戶(hù)提供更完整解決方案。

　　第三個(gè)變化是生態(tài)系統的建設成為競爭焦點(diǎn)。目前半導體行業(yè)已經(jīng)步入多元化且全面的商業(yè)競爭時(shí)代，從單純的產(chǎn)品競爭擴大到產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統間的競爭。半導體業(yè)的競爭也已不僅是技術(shù)，而在于看誰(shuí)能建構完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統。

　　這些變化趨勢都不是小規模半導體企業(yè)能夠完成的，半導體產(chǎn)業(yè)正變得越來(lái)越成熟，越來(lái)越集中?！按笳吆愦蟆弊兊迷絹?lái)越通行。

　　相對國際半導體業(yè)的發(fā)展趨勢，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步晚，存在著(zhù)企業(yè)規模小、持續創(chuàng )新能力薄弱，核心技術(shù)缺失等問(wèn)題。然而，工業(yè)4.0概念的提出以及國家推進(jìn)實(shí)施《中國制造2025》規劃，在給中國半導體企業(yè)提出挑戰的同時(shí)，也展現出了巨大的機遇。中國半導體企業(yè)應當順應市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，做出相應的調整。

　　“從國家安全角度來(lái)看，只有實(shí)現了底層集成電路的國產(chǎn)化，我國的信息安全才能得以有效保證。因此在國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》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(zhù)中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展黃金時(shí)期的到來(lái)，重點(diǎn)企業(yè)規模保持快速增長(cháng)。這將是一個(gè)巨大的而且是難得的市場(chǎng)，中國半導體產(chǎn)業(yè)應當抓住這個(gè)時(shí)間窗口，不應錯失?！敝袊雽w行業(yè)協(xié)會(huì )執行副理事長(cháng)兼秘書(shū)長(cháng)徐小田表示。

　　中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )集成電路分會(huì )副理事長(cháng)兼秘書(shū)長(cháng)于燮康認為：“當前全球集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了寡頭競爭時(shí)代，國內外集成電路企業(yè)兼并重組風(fēng)起云涌。國內集成電路企業(yè)要做大做強跟上步伐，靠閉門(mén)研發(fā)是不行的。要跟上市場(chǎng)需求趨勢，兼并重組是重要手段?！?/p>

　　工信部軟件與集成電路促進(jìn)中心主任盧山則認為應當加強在平臺和生態(tài)體系方面的建設，通過(guò)融合應用工業(yè)軟件、移動(dòng)互聯(lián)、云計算、大數據等新一代信息技術(shù)，加速工業(yè)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化、產(chǎn)品智能化、產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，進(jìn)而重構傳統制造業(yè)。