打造“硬科技” ，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新 ——EEVIA 年度中國電子 ICT 論壇
7月20日，EEVIA 年度中國電子 ICT 媒體論壇暨 2021 產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì )在深圳麗思卡爾頓酒店如期舉行。作為電子和ICT產(chǎn)業(yè)的資深咨詢(xún)公司，今年已經(jīng)是易維訊成功舉辦的第九屆產(chǎn)業(yè)論壇。
在國家大力倡導發(fā)展“硬科技”，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，強化先進(jìn)制造業(yè)的宏觀(guān)戰略背景，和后疫情時(shí)代產(chǎn)業(yè)數字化的技術(shù)創(chuàng )新環(huán)境下，技術(shù)趨勢如何發(fā)展，有哪些新技術(shù)的應用？論壇交流了多領(lǐng)域話(huà)題，涵蓋第三代半導體技術(shù)、智能駕駛、數字化轉型、無(wú)線(xiàn)快充、UWB(超寬帶)技術(shù)、大計算平臺等，足以覆蓋領(lǐng)域內工程師廣泛的興趣點(diǎn)。
來(lái)自ADI、英飛凌、艾邁斯歐司朗、NI、Qorvo、安謀科技、伏達半導體的技術(shù)專(zhuān)家高管們共聚一堂，為現場(chǎng)眾多行業(yè)媒體和業(yè)內技術(shù)專(zhuān)家觀(guān)眾詳盡解讀了各自最新技術(shù)和所屬鄰域的產(chǎn)業(yè)現狀和趨勢。
ADI：工業(yè)4.0數字化轉型洞察：無(wú)縫連接推動(dòng)工業(yè)創(chuàng )新
ADI中國區工業(yè)市場(chǎng)總監蔡振宇
蔡振宇在論壇上發(fā)布了ADI委托Forrester Consulting撰寫(xiě)的思想領(lǐng)導力白皮書(shū)，評估了工業(yè)數字化的現狀，深入分析工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的痛點(diǎn)，提出了ADI工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫連接的解決方案，幫助企業(yè)選擇合適的技術(shù)和方式脫離數字化轉型苦海！
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為智能工廠(chǎng)產(chǎn)業(yè)數字化提供了關(guān)鍵基礎設施和產(chǎn)業(yè)生態(tài)基礎，蔡振宇總結了推動(dòng)其發(fā)展的5大驅動(dòng)力：產(chǎn)能利用率及加速產(chǎn)品上市、供應鏈優(yōu)化、自動(dòng)化與機器人、面向定制化應用的靈活性與模塊化、綠色能源。
隨著(zhù)如今工廠(chǎng)中AI或連接的大量使用，節點(diǎn)上各個(gè)數據的收集，比如說(shuō)在工業(yè)里面的溫度、振動(dòng)等數據收集變得越來(lái)越方便，數據易獲性也越來(lái)越高。這對于連接的要求會(huì )越來(lái)越多，連接可靠性也越來(lái)越高，拿到足夠量的數據，即帶來(lái)大量的連接。所以我們提出：增強連接，邁向工業(yè)4.0的概念。連接是工業(yè)4.0第一步也是最重要的工作。
原先整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或者工業(yè)連接，都是比較獨立的，從設備端到控制端到應用端，最后有一個(gè)防火墻，沒(méi)有辦法跟真正的網(wǎng)絡(luò )去連接。我們現在提出，隨著(zhù)工業(yè)以太網(wǎng)或者這樣的一些標準提出，可以做到新的一個(gè)概念：直接從智能的終端產(chǎn)品到智能工廠(chǎng)，最后連接到真正的互聯(lián)網(wǎng)，達到IT和OT融合，把工廠(chǎng)數據跟現實(shí)的IT端融合。如圖所示，本來(lái)是垂直的網(wǎng)絡(luò )結構，未來(lái)就可能拓展成一個(gè)平面的垂直結構，這是在工業(yè)4.0上最大的區別。
對于現成工廠(chǎng)的數字化改造，用戶(hù)表示對其現有基礎設施可能很艱難，主要痛點(diǎn)來(lái)自以下三方面：
計劃外停機代價(jià)高昂
傳統系統和網(wǎng)絡(luò )無(wú)法支持現代數字化業(yè)務(wù)
缺少專(zhuān)業(yè)知識減緩了網(wǎng)絡(luò )改進(jìn)工作的速度
ADI解決方案提升連接質(zhì)量和能力
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是連接，把數據變成信息，信息變成決策，決策變成執行，從而推動(dòng)了生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的變革。ADI可拓展、安全的確定性以太網(wǎng)解決方案，可以提供邊緣至云端的無(wú)縫、安全連接技術(shù)，能夠將整個(gè)工廠(chǎng)相應的產(chǎn)品連接在一起，從過(guò)程控制到互聯(lián)運動(dòng)，比如電機轉動(dòng)，機器人等，甚至智能樓宇也同樣適用。隨后蔡振宇為現場(chǎng)觀(guān)眾“種草”了多款ADI的相關(guān)產(chǎn)品以及解決方案。
ADIN1300是一款具有低延遲特性的低功耗、單端口、千兆以太網(wǎng)收發(fā)器，主要設計用于工業(yè)以太網(wǎng)應用。此設計集成了高能效以太網(wǎng)(EEE)物理層器件(PHY)內核以及相關(guān)的通用模擬電路、輸入和輸出時(shí)鐘緩沖、管理接口和子系統寄存器以及MAC接口和控制邏輯，以便管理復位和時(shí)鐘控制以及引腳配置。
ADIN1100是一款面向工業(yè)以太網(wǎng)應用的低功耗單端口10BASE-T1L收發(fā)器，符合IEEE 802.3cg以太網(wǎng)標準，支持長(cháng)程10 Mb/s單對以太網(wǎng)應用。該器件集成了以太網(wǎng)PHY內核以及所有相關(guān)的模擬電路、輸入和輸出時(shí)鐘緩沖、管理接口控制寄存器和子系統寄存器以及MAC接口和控制邏輯，以便管理復位和時(shí)鐘控制以及引腳配置。
fido5100 和 fido5200 (REM 交換芯片) 是可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 6 (IPv6) 和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本 4 (IPv4) 交換機，可虛擬支持任意 2 層或 3 層協(xié)議。這兩種交換機經(jīng)個(gè)性化設置，可通過(guò)從主機處理器下載的固件支持所需的協(xié)議。
蔡振宇表示在未來(lái)工業(yè)環(huán)境中，采用更方便易用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接和傳輸將是一個(gè)大趨勢，但無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )目前面臨著(zhù)功耗以及可靠性?xún)纱筇魬?。即使是可靠性極高的無(wú)線(xiàn)傳輸方案，還是會(huì )有概率發(fā)生數據錯誤，這對控制端而言是一大難題?！癆DI提供的2.4GHz頻段的SmartMesh IP網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現達到99.999%的高數據傳輸可靠性，并且功耗極低。同時(shí)，SmartMesh還是一個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )，可以做到各個(gè)節點(diǎn)的時(shí)間精確同步，憑借以上特性，部署與維護便利的SmartMesh正在成為更多工業(yè)應用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò )連接補充選項，目前已經(jīng)被應用于全球數據中心、工業(yè)自動(dòng)化、風(fēng)力發(fā)電、輸油管線(xiàn)、交通運輸等領(lǐng)域?！?/span>此外，蔡振宇還提到隨著(zhù)5G的推廣，越來(lái)越多的趨勢會(huì )走向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念，5G的三大特性——高傳輸速率、海量連接和低時(shí)延（URLLC）使得5G+工業(yè)現場(chǎng)會(huì )形成一個(gè)很好的應用場(chǎng)景，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域工業(yè)機器人、機器人互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品會(huì )引入實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署日益普及，傳統工業(yè)轉型升級的挑戰將轉向如何高效采集設備運行數據，在數據傳輸過(guò)程中確保其安全性，以及如何利用這些數據來(lái)充分提升商業(yè)價(jià)值。蔡振宇強調道：“ADI公司擁有深厚的工業(yè)領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)知識、技術(shù)經(jīng)驗和廣泛的產(chǎn)品解決方案，將有效幫助客戶(hù)加速傳統工業(yè)向未來(lái)智能工廠(chǎng)的數字化升級過(guò)渡?！?/span>
英飛凌：低碳互聯(lián)時(shí)代的第三代半導體技術(shù)發(fā)展演進(jìn)
系統能效每提升1個(gè)百分點(diǎn)，都是對應用創(chuàng )新的一大挑戰。在當今的低碳互聯(lián)時(shí)代，英飛凌是唯一一家在電力全產(chǎn)業(yè)鏈上提供能效解決方案的半導體公司，其致力于發(fā)揮第三代半導體技術(shù)的潛力與優(yōu)勢，在發(fā)電、輸電、儲能以及用電等各個(gè)環(huán)節提升整體系統的能效。程文濤圍繞第三代半導體的低碳、高效特性分享產(chǎn)業(yè)洞見(jiàn)。目前市場(chǎng)的主流觀(guān)點(diǎn)是，第三代半導體并非為取代硅基半導體而來(lái)，“第三類(lèi)半導體”或許是最恰當的稱(chēng)呼。然而，卻有一些成立之初就做第三代半導體的公司，將取代硅基半導體作為企業(yè)發(fā)展愿景。程文濤提出的觀(guān)點(diǎn)是，在可見(jiàn)的未來(lái)，第三代半導體的替代愿景難以實(shí)現，因為在價(jià)格方面追平也仍需時(shí)日。再者，目前市面上有一些接近硅基半導體價(jià)格的三代半產(chǎn)品，實(shí)際上是以“催熟市場(chǎng)”為目的的商業(yè)行為，并不代表成本已經(jīng)降了下來(lái)。當前第三代半導體制造以 IDM 為主流，市場(chǎng)關(guān)注專(zhuān)業(yè)代工 Foundry 廠(chǎng)在未來(lái)會(huì )否有機會(huì )？針對這一熱點(diǎn)問(wèn)題，程文濤在問(wèn)答環(huán)節給出回應。他分析，這可分為碳化硅和氮化鎵兩方面來(lái)探討。首先，碳化硅要求在碳化硅上長(cháng)晶，由于碳化硅耐高溫、硬度高，制備和加工難度高、損耗大，主要是一些 IDM 廠(chǎng)商在做，且可以預見(jiàn)，長(cháng)期內門(mén)檻更高的碳化硅還將以 IDM 為主。在氮化鎵方面，主要是借助硅基氮化鎵技術(shù)，門(mén)檻較低，可以由 Foundry 和Fabless（IC設計公司）相結合，不過(guò)要做到高可靠性和高良率非常困難。立足汽車(chē)電子領(lǐng)域，英飛凌大力發(fā)展第三代半導體英飛凌是全球十大半導體公司之一，設有汽車(chē)電子、電源與傳感系統、工業(yè)功率控制及安全互聯(lián)系四大部門(mén)。能源效率、移動(dòng)出行、安全以及物聯(lián)網(wǎng)和大數據為推動(dòng)半導體產(chǎn)業(yè)成長(cháng)的四大領(lǐng)域，英飛凌的產(chǎn)品均所有涉及。就細分市場(chǎng)來(lái)看，英飛凌在汽車(chē)電子和功率半導體領(lǐng)域穩居全球市場(chǎng)首位，在微控制器市場(chǎng)則位列全球第三名。據程文濤介紹，英飛凌為電力產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)環(huán)節提供半導體，其中包括可再生能源、穩定高效用電及高效用電。由于電力損耗量驚人，公司的第三代半導體產(chǎn)品從這里切入，為碳中和目標做出自己的貢獻。程文濤重點(diǎn)提及，以第三代半導體材料為基礎的功率器件在性能上延續上一代半導體，在陽(yáng)光能源、數據中心、5G 等市場(chǎng)的應用值得期待，價(jià)格上更有望在未來(lái)降低。不過(guò)，當前市場(chǎng)上出現了一些低價(jià)產(chǎn)品，其實(shí)是用以提升第三代半導體產(chǎn)品市場(chǎng)滲透率的商業(yè)行為，而非成本降低所致。制造模式方面，氮化鎵難度較低可借助專(zhuān)業(yè)的晶圓代工廠(chǎng)，而碳化硅器件門(mén)檻較高，長(cháng)期內仍將以 IDM 模式為主流。第三代半導體助力功率器件省電到極致國際能源署的數據顯示，當前溫室氣體排放量的三分之二來(lái)自能源部門(mén)，全球能源需求的三分之一左右是用電需求。與此同時(shí)，發(fā)電等環(huán)節的能源損耗量可觀(guān)，能效正成為全球氣候目標的重要杠桿。 電源轉換在能效方面扮演關(guān)鍵地位，如何用很少的器件做到很高效率，關(guān)鍵就在于能源轉化。在能源轉換當中，第三代半導體就能發(fā)揮顯著(zhù)作用。碳化硅和氮化鎵二者的性能和產(chǎn)業(yè)鏈不同，但提高能源效率可視作二者的共同功能。碳化硅以高功率、高電壓為突出特征，可視作金剛石；氮化鎵具備最高開(kāi)關(guān)頻率特征，適用于快充等超高頻器件。由于硅基半導體性能正接近物理極限，不管 Mos 管做多好，都無(wú)法繼續降低導通損耗。以英飛凌為例，預計在未來(lái)幾年的兩代產(chǎn)品中就將接近硅極限，接下來(lái)需要以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體材料接棒，沿著(zhù)降低導通損耗這條路一直往下走。 當前國內****射頻功放已普遍采用氮化鎵，以及特斯拉自 Model 3 開(kāi)始采用碳化硅器件，成為碳化硅在功率轉換領(lǐng)域大量采用的標志性事件。除了提升能效，將器件做得更小也是第三代半導體材料的突出優(yōu)勢。以手機快充為例，功率在上百瓦等快充可以做到激光筆大小，就是因為借助了氮化鎵這一材料。5G ****帶寬高，每個(gè)器件覆蓋范圍小，這一市場(chǎng)也因需要更多器件，以縮小模塊體積為產(chǎn)品目標之一。同樣圍繞第三代半導體材料的應用，有個(gè)疑問(wèn)是不少人的相同困惑：為何對價(jià)格較為敏感的消費級快充產(chǎn)品卻率先采用第三代半導體？程文濤對此解釋道，如果第三代半導體商用規模不夠大，可靠性問(wèn)題則不足以暴露，將之應用于手機快充市場(chǎng)，可以首先驗證材料可靠性。未來(lái)，市場(chǎng)也將在工業(yè)等領(lǐng)域看到更多應用。 英飛凌的產(chǎn)品主要在結構設計上做差異化。比如，碳化硅采用的溝槽式結構，解決了大多數功率器件所面臨的可靠性問(wèn)題。許多產(chǎn)品難以在效率和長(cháng)期可靠性上取得平衡，溝槽式則可以較好應對。 5G、數據中心是第三代半導體目標 作為排名第一的可再生能源發(fā)電半導體供應商，英飛凌十分看好太陽(yáng)能發(fā)電。減碳目標的實(shí)現離不開(kāi)可再生能源。據國際能源署預測，到 2025 年，全球可再生能源發(fā)電有望超過(guò)燃煤發(fā)電。從投資來(lái)看，可再生能源發(fā)電投資迅速恢復，越來(lái)越大的比例用于電網(wǎng)的電力系統現代化和數字化建設。 數據中心是用電大戶(hù)，國內外云廠(chǎng)商電力消耗量巨大并由此產(chǎn)生大額電費。程文濤指出，應用第三代半導體技術(shù)后，能源效率會(huì )朝著(zhù) 98% 走。只要提升一點(diǎn)點(diǎn)，就能極大降低成本，因此數據中心市場(chǎng)會(huì )率先采用第三代半導體產(chǎn)品。 另一個(gè)重點(diǎn)市場(chǎng)是 5G，由于 5G 要求重新規劃網(wǎng)絡(luò )，以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )基礎設施能耗。數據流量和處理這些數據所需的用電量迅猛增長(cháng)，使得****運營(yíng)商迫切需要節省電費。推進(jìn)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，成本會(huì )是重要觀(guān)察點(diǎn)。借助規模經(jīng)濟、缺陷密度和產(chǎn)量的提高，以及新一代的技術(shù)升級，將使得寬禁帶功率半導體組件（WBG）價(jià)格迅速下降。在今年，氮化鎵和碳化硅價(jià)格相似，但都明顯高于硅。英飛凌預測，WBG最初的價(jià)值來(lái)自于性能提升，而隨著(zhù)價(jià)格下降，某些設計的系統成本將接近于硅的設計。程文濤補充，高頻領(lǐng)域很快就能看到爆發(fā)性增長(cháng)，而在能源轉換方面，電動(dòng)車(chē)可能看到放量。其他應用在日常生活還是比較少見(jiàn)，其阻力主要為價(jià)格成本及可靠性
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