物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

2016-09-09 13:36 测控要闻   来源:长江电子

导读物联网是指一种在约定的通信协议下,以传感网、射频识别(RFID)系统等信息传感设备及系统、条码与二维码、全球定位系统为技术基础,实现“人与物”全面互联,达到信息全面共享、智能化管理的信息网络。信息产业在以个人计算机为代表的第一次产业浪潮与以互联网、移动通讯网为代表的第二次产业浪潮中汲取力量,以崭新姿态迎接第三次产业浪潮——物联网的到来。  

物联网基本概念与发展历程

物联网是指一种在约定的通信协议下,以传感网、射频识别(RFID)系统等信息传感设备及系统、条码与二维码、全球定位系统为技术基础,实现“人与物”全面互联,达到信息全面共享、智能化管理的信息网络。信息产业在以个人计算机为代表的第一次产业浪潮与以互联网移动通讯网为代表的第二次产业浪潮中汲取力量,以崭新姿态迎接第三次产业浪潮——物联网的到来。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

经过多年界定,业内在对于物联网结构的定义上有了较为统一的认知,将其按照性质划分为三个层次。一是感知层,利用RFID射频技术、传感器等感知设备随时随地获取物体的信息,并通过短距离通信系统发送至第二层;二是网络层,通过各种电信网络与互联网的融合,实现信息采集与信息处理终端的互联,完成信息的实时传递;三是应用平台层,处理感知层获取的信息,并应用至对应模块。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

物联网的起源可以追溯至上世纪80年代。从1982年第一台联网设备网络可乐贩售机开始,设备与互联网连接的理念出现雏形;1999年,经过学者与研发人员多年探索, 物联网概念正式被阐明;2005年,国际电信联盟发布有关物联网的报告扩展物联网概念的范围;近十年来,物联网受关注度大幅提升,多领域、跨平台的联网格局在逐步显现。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

如今,物联网自诞生之日起已发展了三十多载,曾经模糊的概念早已幻化为扎实的应用。对应于三大层次,每个层次都有层出不穷的后起之秀与大显身手的老牌企业在探索;整个行业也在趋于开放式、大范围的发展,2016年注定将是物联网领域的关键时期。

四大产业刺激因素,发展助力器

随着信息技术的发展与社会生活的进步,物联网在消费需求、技术革新、企业布局、政策与资金引导四大因素的共同促进下,得到空前的关注并实现长足的发展。

智能概念引导消费需求升级

自智能手机、平板电脑等智能终端产品进入大众视野,“智能化”一词逐渐成为信息化时代最为重要的理念。“智能”可以从“智慧”与“能力”两方面理解, “智慧”指从感知到记忆和思维的过程,“能力”则是基于思维结果形成学习认知、行为决策的过程。一般意义上,“智能化”具有以下四大能力:感知能力、记忆思维能力、学习与自适应能力和行为决策能力。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

物联网以全面感知为起点,通过通讯模块、网络系统传送,再经由数据库、智能设备平台完成智能分析、处理、管理,提供能与外界信息关联的个性化服务,完美贴合“智能化”要求。不难发现,在高度信息化时代下,信息共享、处理、管理在物联网应用中具有重要地位,这些“信息”像人与物体的个性标签,是物联网服务智能化的关键。目前,“智能家居”、“智能交通”、“智能医疗”、“智能农业”等应用领域都在物联网技术的带领下以全速发展,便利生活各个方面。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

随着居民收入水平进一步的提升,特别是年轻一代的消费理念和消费潜力都成为中国消费发展新方向,大众对“智能化”与“信息化”的需求被激发,物联网市场随之扩大。

技术突破加速物联网体系构建

自20世纪90年代起,芯片工艺制程的进步速度达到前所未有的高度;2002年,制程打开纳米技术大门,以近十多年的时间达到1X纳米时代。技术革新速度之快是物联网芯片处理能力提升的推动力,大量的传感器、通信芯片在物联网感知层、网络层与终端设备中使用。各大芯片厂商在角逐市场的同时,深耕技术,促进整个半导体行业突飞猛进。老牌芯片企业英特尔自成立以来一直秉承着摩尔定律的信条,特别是在2006年,更是提出“Tick-Tock”(每两年时间更新处理器微架构与制程)来督促公司走在行业技术的前列。晶圆代工领袖台积电和后起之秀三星晶圆代工都在制程技术上不断发力,合力促进芯片技术进步。

 

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在通讯方面,移动网络从之前的模拟信号到现在的5G网络,连接技术从蓝牙到新兴起的WLAN, ZigBee,成长速度惊人。目前,物联网正处于连接大规模建立阶段,设备在通讯模块的协助下通过3G、4G、LTE和5G等移动网络、WiFi、蓝牙、 RFID、ZigBee等连接技术连接入网。随着网络连接基础设施系统逐步落地,设备入网数量会急速提升,为下阶段发展打下牢固根基。近日,根据爱立信公司的最新研究显示,到2018年, 连接设备数量将超过手机,成为最大类别的连接设备;2021年,全球连接设备达280亿台,其中有近160亿台将是物联网设备,超过总数一半以上。除此之外,联网设备的主要应用范围将囊括一切设备,从智能消费设备到制造、物流农业、医疗等各个领域。

 

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IC技术不断的跟进,一方面在技术上达到了物联网发展的要求,另一方面也迎合了消费者潜在需求。根据华强北电子元器件价格指数的走势,相较于2010年前的大幅波动,近五年来电子元器件的价格稳中有降,是电子信息技术向多领域的渗透的有利条件。

 

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除此之外,物联网架构标准化也是全球统一发展物联网建设关键一环,没有标准化的HTML式的数据交换标准会制约物联网的发展。物联网标准包含体系架构、网络、应用等各个方面,目前国外已ISO/IEC、oneM2M、3GPP、IEEE 等行业标准化制定组织。欧盟在发布 IoT ARM1.0架构模型后,努力推进 IoT ARM2.0 研究;ISO/IEC JTC1 也涉足物联网参考架构研制,提出六域模型;2015年,ITU-T 开设SG20,以物联网架构和协议为研究课题谋划相应标准。2016年7月,在经历2年研究后,NB- IOT(窄带物联网)标准落定,进入商用阶段,将进一步助力物联网的快速普及。

在IC制程不断推进,通讯技术与标准不断规范的背景下,信息获取、处理技术快速更迭,为物联网的发展提供了技术支撑。

企业参与推进全产业链布局

在需求与技术推动下快速发展的物联网必定是各大企业竞相追逐的领域,从大型企业到新兴企业,不仅吸引像谷歌、微软、苹果、英特尔、华为、小米这样的大型企业,还引领着轻盈有技术优势的小型企业参与到了“物联网”浪潮之中,足迹遍布三大层次。竞争的白热化督促着各大企业加紧并购扩充技术优势,在产品上下足功夫,推出新型产品满足市场需求。

 

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在并购案一一达成后,大企业都纷纷推出相应的技术、系统和终端产品。在操作系统方面,谷歌推出底层操作系统Brillo(智能家居)、Nest(智能家庭)和SideWalk(智能城市),还积极布局无人驾驶,力求构建物联网生态系统;微软也推出了协助企业的物联网版操作系统(Win10 IoT Core);苹果发布了智能可穿戴设备Apple watch;英特尔也积极开发物联网芯片。

硅谷投资公司FirstMark以《2016年物联网产业分布图》展示了物联网产业链的企业分布,显示着物联网领域的加速扩张趋势。

 

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在硬件公司、平台公司和服务终端公司的全方位渗透下,整个物联网生态圈正在加速形成。企业作为沟通客户与技术的连接体,能将市场最实质性的需求转化成产品,满足市场的需要。

资本政策助力新兴市场打开

物联网的发展当然离不开资金支持与政府政策扶持的协助。特别是对于资金不够充足的小公司,金融市场上的融资活动给赋有创新活力的初创公司带来发展动力。根据CB Insights发布的数据,物联网初创企业融资金额与成交数量均保持稳定增长,2015年共达成343宗交易,实现28.89亿美元,是2010年的近 4倍。在2015年下半年略有回落后,2016年第一季度融资表现强势的季度,达到8.46亿美元,较前一季度增长31%。其中,大宗融资交易包括 Jawbone的1.65亿美元F轮融资与Razer的7500万美元C轮融资,和智能门铃制造商Ring的6120万美元C轮融资。在资本市场的作用下,新兴企业能获得更大的进步空间,布局更为广阔的领域。

 

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产业政策方面,近年来美国、欧盟、日本、韩国、中国等国家皆纷纷将物联网提升至国家战略的层级,颁布相应的政策。政策上的支持给企业发展添足马力,相关优惠政策让企业能事半功倍,催化整个产业链的发展。

 

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我国地方政府也积极参与了物联网的建设。在“智慧城市”理念的引导下,各地政府纷纷响应号召,高度重视物联网产业。目前,中国已有28个省市将物联网提升至发展重点之一,物联网产业园建设风生水起,逐步已形成环渤海、长三角、珠三角以及中西部地区等四大产业聚集格局。其中,作为物联网产业发展重地,广东省布局最为迅速,力争2020年实现物联网市场规模7400亿元的目标,培育广州、东莞、惠州、佛山、顺德五大产业基地、深圳物联网产业创新先行区。

在四大趋势下推动下,物联网产业链逐步完善活跃,形成统一的物联网布局。通过下游市场需求的驱动,从下至上推动企业布局、完善技术能力,在相关资金与政策的扶持下,实现物联网市场的蓬勃发展。

 

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未来市场空间广阔,全球化潮流

在需求、技术、企业、资金政策四大环节的作用下,物联网市场表现活跃,市场规模增速明显。据IDC调查,在2013年,物联网市场规模明显小于智慧型和传统嵌入式系统,市场规模分别为1.6万亿美元和2.4万亿美元;2014和2015年,物联网市场逐步赶超,差距缩小;预计2016年,物联网市场规模将以2.9万亿美元实现超越智慧型和传统嵌入式系统的市场规模。并且随着物联网市场打开,两者差距会逐步扩大。

 

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根据麦肯锡的最新报告预测,全球物联网市场规模有望在2025年以前达到39000到111,000亿美元,预测结果囊括了物联网可能带动的新兴业务。这意味着物联网将有可能突破11%全球经济占有率,未来市场潜力无限。

 

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物联网快速推进,中国具有强机遇

对应于全球物联网市场的迅猛发展,我国物联网也具有极大发展机遇 ,增速强劲。2015年我国物联网市场规模大于7500亿元,并且2009年至2015年,我国物联网行业市场复合年均增长率达到 27.1%。据中国物联网研究发展中心的报道表明,到2018年,物联网行业市场规模预计将超过1.5万亿元,CAGR将超过30.0%,2020年我国物联网产业规模将达到2万亿。

 

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据全球移动网络运营商阳狮集团专业移动协会测算,2015年中国物物相连(M2M)数量已达7400万,而美国为5000万。预计到2020年,中国的物联网连接数将激增至3亿,增速强势。

除了巨大的市场空间,我国在物联网新机遇下拥有以下四大优势条件:

1、物联网标准制定主导国:2009年,我国与德国、美国、韩国成为物联网国际标准制定的发起国和主导国,在国际标准制定中具有重要话语权;2015 年,物联网标准化大会上,新成立的物联网标准工作组(WG10)宣布由中国专家继续担任物联网体系架构国际标准项目(ISO/IEC 30141)主编辑,这标志着我国在国际物联网标准指定上仍具有主导地位。我国拥有物联网标准制定权,将有利于实施更多国际标准项目,也会充分带动技术和产业发展。

2、八英寸晶圆片产能足。在半导体领域,制程先进化一直产业发展的助力因素。但在物联网产业中,不仅仅需要先进制程技术,还在个性化的要求下给各种特殊制程带来市场,8英寸硅片在退居市场二线多年以后又重获青睐。 根据SEMI的报告表明,2018年时,全球8寸晶圆产能将到每月543万片,与2006年产能持平,并且届时晶圆代工厂将覆盖全球43%的8寸晶圆产能,比2006年时提升14%。物联网的搭建需要大量传感器,许多器件将用到90nm以上制程的产品。从2016年起8寸晶圆厂重新火热,不仅扩产,还被列入新建的规划当中。

 

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在8英寸晶圆产能方面,目前晶圆代工第十名的华虹宏力拥有绝对优势,其由原上海华虹半导体和上海宏力合并而成,是世界领先的8英寸纯晶圆代工厂,提供覆盖1微米至90纳米工艺范围的制造能力。目前,华虹宏力拥有3条8英寸集成电路生产线,月产能达14.6万片,公司业务遍及全球各地。华虹宏力看好8英寸晶圆片的前景,力求加强8英寸技术的差异化,大力研发高成长、高附加值的差异化产品争夺细分市场并满足特定市场需求。

3、完整产业链布局。与全球巨头聚焦物联网领域同步,我国企业也紧随脚步纷纷布局物联网产业链。在平台建设方面,腾讯推出开放平台“QQ物联”,提供完整的物联网解决方案;阿里巴巴也将物联网建设纳入整体战略中,联合旗下阿里云、阿里智能、YunOS等事业群合力打造物联网平台。在通讯方面,中国移动和中国联通等通讯运营商也在电信建设上加足马力。截止目前,我国物联网产业已形成较为完整的产业链,涵盖芯片和设备等上游企业,软件平台、系统集成等中游供应商和电信运营、物联网服务等下游厂商。

 

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4、政策支持。由于物联网提高了信息化水平,在某些程度上能解决中国城市建设问题,便利居民生活,节约能源,减少浪费。据政府部门表示,智能公交系统已经在减少碳排放方面贡献巨大,每年能节省多达270万美元的燃油消耗。目前中国已有超过500个城市启动了智慧城市计划,未来10年总投资额将达2万亿元。

除此之外,物联网产业链是提升GDP,维持经济可持续发展的主要手段。根据埃森哲报告显示,如果仅考虑当前政策和投资趋势,到 2030年,物联网可为中国创造5000亿美元的GDP累计增长,为总GDP贡献0.3%的增速;如果在此基础上,提高本国吸收物联网技术的能力以及增加物联网投资,到2030年可提升1.3%, 累计增长达1.8万亿美元。

 

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因此,中国政府在建设物联网方面决心坚定。2015年,中国政府推出《中国制造2025》 的行动纲领,旨在将互联网云计算,大数据和物联网技术与制造业相整合,提升制造业智能化水平与附加值。

在以上因素的促进下,我国物联网领域不仅拥有市场需求,更有实力赢得物联网这次战役的胜利。

半导体受益发展,物联网核心

半导体在产业链中的地位

由于物联网的关键点在于实现“人与物”互联,采集信息、传输信息和处理信息都必须通过传感器、芯片的通讯功能与处理功能实现。 为了达到智能化理念,传感器与芯片的性能成为了最终物联网建设质量的成败点,其核心作用不言而喻。

 

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对应于半导体这个巨大的产业,传感器和芯片占据了巨大板块。由此可见,物联网的开发将会影响到几乎整个半导体产业链条。

 

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特别是与感知、传输和处理最相关的传感器、射频技术与微处理器等硬件业务将会在物联网领域起到至关重要的作用,把握整个物联网的命脉。

传感器:感知一切,捕获信息

传感器是一种把自然界中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号或其他所需形式的信息输出的检测装置,是物联网感知层的关键器件。其中,量测的物理量,包括温度、压力、磁性、光等;而化学量则包括pH值、浓度、纯度、湿度等;生物量包括脉搏、血压、心音等。传感器属于物联网的最前端,成为实现 “感知”功能最核心元件,也当仁不让的被称为部署物联网建设的基础环节。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

 

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传感器因其需要感知的事物繁多,市面上的传感器种类也达上百种。应用于物联网领域,用于感知贴近人类生活检测量的传感器市场更为广泛,例如应用于各种工业环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自动控、航空航太的压力传感器;应用于控制机器人手臂抓取物件力度大小的力量传感器;应用于智能驾驶、工业自动化中的影像传感器。

 

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随着建设物联网的步伐推进,需要采集的数据范围更加广泛,数据质量更加严苛,传感器的种类范围与技术要求逐步提升。20世纪90年,智能传感器的概念就被提出,其以微电子技术、计算机技术和自动测试技术为依托,实现高精准度、高稳定性、高性价比的特点。

未来,传感器不仅需要具备信息接收能力、发送能力、存储能力和处理能力,能和物联网同喜协议相互兼容,还需要更加微型化、智能化和可移动化。在传感器技术充分融合物联网特征后,市场前景明朗。根据高工产业研究院预测,全球传感器市场将保持20%以上的增速。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

近年来,我国在感知层建设方面也加大关注。《中国物联网“十二五”发展规划》明确指出,“十二五”期间物联网行业的发展重点是与物联网感知功能密切相关的制造业,相关传感器,仪器仪表及敏感元件等企业喜迎发展机遇。全国范围内100家相关骨干企业将也从中获益。随着政策落地,我国感知层进入新的发展阶段。从2014年产业结构来看,我国物联网感知层占整体市场规模的25%,网络层、应用层市场规模分别占34%、41%,感知层占比将会逐步扩大。根据国家工信部电子科学技术情报研究所的预测,2019年中国传感器市场规模将突破2800亿元,保持25%以上增速。

 

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MEMS传感器:微型多样,前景明朗

微机电系统(MEMS)是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等集合在一块或多块芯片上的微型集成系统。

MEMS系统一般由传感器、信息处理模块、执行器和通讯/接口单元等组成,通过传感器将信息转换为电信号,经过信号处理后,再转交执行器输出。

 

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以MEMS(微机电)技术作为支撑技术的MEMS传感器,与传统的机械工艺相比,它具有微型化、集成化、多样化、批量化等特点,符合物联网传感器未来趋势。

 

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在价格上,MEMS传感器近年来使用成本有进一步下降趋势。过去MEMS传感器多用于汽车领域,随着 MEMS逐渐在消费电子市场铺开,市场竞争者也增多,由于近年来智能移动终端价格敏感度极高, MEMS价格也顺势受到挤压。例如,加速度传感器的价格已由去年的1.5到2美元一路下降至现今的不到1美元,降幅巨大。:据Yole Development研究表明,,2001至2007年,MEMS传感器均价的CAGR为-6%;2007至2013年,MEMS传感器均价进一步下降,低至1美元,CAGR为-13%。对于物联网时代的大批量需求,MEMS传感器的高性价比特性将推动物联网发展。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

MEMS传感器主要有硅麦克风、陀螺仪、加速度器、磁力计、组合传感器、压力传感器、轮胎压力传感系统等。据Yole Development预测,2016年,惯性传感器和微流量传感器还是市场主流,占比均为24%左右。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

MEMS技术在物联网领域应用广泛,覆盖可穿戴设备、智能家居、医疗、工业4.0、智能汽车、智慧城市等多个细分领域,其中麦克风、体声波滤波器、压力传感器、温度传感器应用最为全面。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

尽管受到智能终端电子产品市场的影响,MEMS器件出货量有所下降;并且如今物联网仍然是小众市场,应用领域MEMS传感器需求尚小,但在随着物联网构建逐步完善,MEMS市场未来前景可观。Yole Development预计2015~2021年全球MEMS市场的复合年增长率(CAGR)为8.9%,将从119亿美元增长到200亿美元,同期全球 MEMS出货量的复合年增长率为13%。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

面对MEMS这块巨大的蛋糕,中国MEMS企业也在奋起直追。一方面,Silex正在兴建一条8英寸MEMS代工线;另一方面,中国厂商也在MEMS产品质量和种类上下足功夫。在产能和研发上的大力推进,中国MEMS厂商有望成为新星。

物联网芯片:连接处理,完善信息

当前所有整合于物联网概念的嵌入式系统,基本上都采用以低能耗著称的微控制器(MCU),集连接功能和处理功能于一体。

通讯功能:连接媒介,传输信息

区别于传统的在手机、平板等产品中常见的通讯功能,一般手机上的通讯芯片只负责连接和传输信号,对射频信号的处理和传输协议的解析由AP端来完成,而物联网庞大需求的驱动下,国际芯片设计大厂开始将MCU与通讯功能集成在一起,将通信协议TCP/IP写入MCU的方式实现数据传输,力求减小芯片尺寸、降低成本与功耗。

通讯方面,连接方式分为有线和无线两种。其中,有线技术是指通过布线,安装编程实现数据传输,以信号稳定,故障率低为特点,在工业领域应用广泛。由于物联网覆盖的入网设备和信息规模庞大,再加上考虑到无线通信技术组网更加便捷,无线连接技术成为了集成首选。首先,设备可通过无线方式链接到网关,网关是连接互联网的接口,然后再通过互联网将信息传输至终端。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

众多的无线连接技术中,WiFi、BT(蓝牙)、ZigBee这三种短距离技术应用最广泛和普遍,各有优劣,成为物联网无线连接最流行的通信协议。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

面对不同的细分市场,三大技术都在不断革新,它们都有着极大的发展前景。其中WIFI应用以其传输快、范围广的特点被认为是基础设施互联的发展重点。各大厂商都纷纷布局支持WIFI的MCU,如高通atheros4004、TI的CC3200、Realtek8711。根据最新数据显示, 2015年应用于物联网的WiFi芯片已经有每个月300-400万的出货量,而预计2016年出货量将突破1亿颗,市场体量不可估量。

近日,适合物联网应用的新版Wi-Fi——HaLow即将推出。这个版本的代号是802.11ah,其应用场景更为广泛,既适合可穿戴设备等个人设备,也适合工业领域,以及介于两者之间的应用。针对WIFI功耗过高的问题,HaLow采用900MHz频段,低于当前WiFi的2.4GHz和5GHz频段。再加上,HaLow的覆盖范围可以达到1公里,信号更强,抗干扰性强。Wi-Fi联盟透露, 2018年前802.11ah将完成的测试和认证。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

近日,适合物联网应用的新版Wi-Fi——HaLow即将推出。这个版本的代号是802.11ah,其应用场景更为广泛,既适合可穿戴设备等个人设备,也适合工业领域,以及介于两者之间的应用。针对WIFI功耗过高的问题,HaLow采用900MHz频段,低于当前WiFi的2.4GHz和5GHz频段。再加上,HaLow的覆盖范围可以达到1公里,信号更强,抗干扰性强。Wi-Fi联盟透露, 2018年前802.11ah将完成的测试和认证。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

当然除了这三大短距离无线技术,去年蜂窝通信(2/3/4G)模块全球市场也表现不凡,出货8000万片,并以每年25%的速度持续增长,据预测,2020年模块数量可达到一年2.5亿,2025年可升至一年20亿。今年刚制定的NB-loT芯片也将继续助力蜂窝通信市场的发展,打开新天地。

处理功能:分析要塞,处理信息

对应于最高平台应用层的需求,在大数据时代背景下,面对复杂多样的数据进行处理分析并完成反馈是实现客户管理需求的关键,因此处理芯片的海量信息处理的能力成为了物联网的重要突破点。市场调研机构IDC预计,未来全球数据总量年增长率将维持在50%左右,到2020年,全球数据总量将达到40ZB。其中,我国数据量将达到8.6ZB,占全球的21%左右。除了信息的海量性,物联网时代信息还具有多态性与异构性的特点。由于感知层的传感器、RFID系统存在多样性的特点,导致物联网数据不具有统一的特性,表现形式的不同,兼容问题凸显。因此,具备能够解决多态性与异构性,实现无差别信息传输的处理器成为物联网芯片处理能力基本要求。

目前,基本的物联网数据处理技术有:IPV6、中间件技术、云计算和超级计算机。面对未来海量数据的现实,芯片巨头英特尔拥有超过200个客户,其中前7家云计算领域公司的芯片需求量占到了三分之一,这7家公司分别是谷歌、亚马逊、微软、 Facebook、百度、阿里巴巴和腾讯。

不论是连接功能还是处理功能,芯片厂商只有设计出系统稳定且易于开发、芯片功耗低、射频连接性能稳定这三个方面特点的芯片才是物联网时代的宠儿。

NB-loT芯片:低耗远程,连接新宠

将LTE用于物联网的一个相对较新的变体是窄带物联网。与使用标准LTE的全部10MHz或20MHz带宽不同,使用包含12个15kHz LTE子载波的180kHz宽的资源块。数据速率在100kb/s到1Mb/s范围之内。这种更加简化的标准可以为联网设备提供很低的功耗。此外,它可以作为一种软件叠加被部署进任何LTE网络。窄带物联网的资源块能够很好地适配进标准LTE信道或保护带。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

物联网连接可分为三类:高速率类、中档类与LPWA类。其中,以低耗能、广覆盖、海量终端为主要特点的LPWA类连接在智能家居、环境监测领域需求巨大。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

为迎合LPWA类连接需求,3GPP专门为运营商定制了NB-IoT蜂窝解决方案。NB-loT采用了超窄带、重复传输、精简网络协定等设计,牺牲一定的速率、时效性、移动性满足LWPA物联网需求。NB-IoT有四个方面的应用优势。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

并且,区别于WiFi、BT(蓝牙)、ZigBee短距离无线技术,NB-IoT主要应用于长距离传输。还没等今年6月份标准确定,华为就确定发布集成了BB和AP、Flash和电池管理的NB-IoT芯片。其中AP包含三个ARM-M0内核,每个M0内核分别负责应用、安全、通信功能,旨在加强管理、降低成本和功耗,未来还会集成Soft SIM,进一步降低成本。除海思外,爱立信、高通都在积极研发生产该类芯片,很多芯片厂商都在谋划于今年支持NB-IoT。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

另一方面,NB-IoT标准得到了许多主流运营商的响应,预计2016年全球50家主流运营商将有会一半的数量支持NB-IoT。随着一大批测试网络出现,商用网络进入、消费类行业应用铺开,NB-IoT生态系统逐渐成型,或称为物联网时代革命性力量。

芯片市场:入网增多,市场可期

随着设备入网增多,物联网市场规模扩大,处于上游核心地位的半导体市场规模也会增长数十倍。根据Markets and Markets最新的调查报告表明,物联网芯片市场将从2015年的45.8亿美元成长至2022年时达到107.8亿美元。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

对应于细分应用前景,随着个人智能设备日益普及,可穿戴设备应用预计将占据最大的市场,并刺激连接芯片与微控制器(MCU)市场。虽然PC相关行业需求下滑,但在物联网、智能驾驶的拉动下,32位MCU市场需求强劲。根据中投顾问的数据显示,2014年的我国MCU市场规模增长6%,达到161亿美元;2018年市场规模将达到191亿美元,年复合增长率为4.4%;出货量方面,2018年可达到227亿套销量,年复合增长率为5.8%。

另外,物联网应用于交通运输领域使得车联网市场活跃,与其相关的传感器以及MEMS会随之增加、连网设备与MCU会进一步整合,半导体产业的潜在市场被激活。根据WTST的报告显示,2017、2018年会见证集成电路各细分行业市场的成长,实现集成电路各板块的集体丰收。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

近年来,与物联网相关的连接技术(射频)和处理技术(MCU)厂商成为并购标的的合适人选。这主要是因为各大芯片厂商都看准了未来新兴市场的发展方向。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

从终端市场角度看,物联网半导体市场成长性最高,大幅度超过其他领域,将驱动整个IC市场发展。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

预计2019年物联网半导体行业市场总额达到435亿美元,其中处理芯片达248亿美元,传感器达100亿美元,通讯芯片达86亿美元。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

未来方向:低耗安全,个性多样

低能耗

尽管在工业领域,设备则不需要考虑过多功耗问题,未来大规模入网实现后,一些手持设备、可穿戴设备需要满足长时间待机需求,超低功耗整体解决方案十分关键。对于芯片厂商,传输速度与数据大小在不同场景下有多样化要求,通讯与处理功能得实现也不必统一。一般来说,处理与传输数据大小、传输速度都与能耗成正比。

 

物联网市场迅猛发展 “中国芯”如何把握机会?

一方面,面对不同细分市场,处理好数据大小、传输速度与能耗三者的关系;另一方面,提升技术,在同等数据量与速度要求下尽可能降低能耗。

安全

海量数据不仅仅给芯片处理能力提出挑战,安全问题也成为芯片厂商差异化布局的关键。微控制器作为最主要的物联网处理器已然成为可以保护基础架构和元器件免于攻击的有效平台,成为物联网安全的第一道关卡。多种应用环境就与芯片集成与整合都加大了安全型芯片的难度。厂商要多考虑如何能提升验证质量、授权效率,实现数据安全传递。

个性化

针对个性化的要求,业内对于FPGA在物联网领域的应用也猜想频频。FPGA,即现场可编程门列阵,在芯片出厂后,客户可根据不同场景(比如数据加密)进行重新编程,能应对物联网个性化需求趋势,FPAG的一大优点就在于灵活性上,它能动态的把计算资源调度和适配到各种物联网的使用场景上。再加上,FPGA拥有并行计算优势, 能够提高吞吐量,缩短响应时间,提高能效。

英特尔很早就开始瞄准FPGA的应用前景,一度投资了16家物联网和智能硬件相关的创业公司,并且已经收购了Altera。而Altera是一家专业 FPGA芯片厂商。除此之外,英特尔在Computex2015上展示了大量基于FPAG实现的物联网解决方案,涵盖安防、工业自动化和智能家居板块。

 

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应用场景:广泛涉足,优化生活

物联网半导体市场按应用场景进行划分,由可应用的层面扩展到生活、生态、生产各个领域,包含穿戴式芯片、汽车芯片、智能电表芯片等。

 

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根据IC Insights2014年的报告显示,“智慧城市”、“工业控制”、“智能家居”、车联网”、“可穿戴设备”分别为物联网半导体应用市场第一至第五名。其中,“智能家居”、“车联网”、“可穿戴设备”半导体市场成长性明显,2013年至2018年CAGR分别达32.8%、43.8%、46.9%,市场规模达10亿美元、15亿美元、5.28亿美元,可穿戴式装置的成长动力最强劲。

 

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可穿戴芯片:全身配备,便捷随心

2012年,谷歌眼镜一经推出,可穿戴设备进入大众生活。大多智能终端厂商发现智能手机市场收窄的趋势,逐步备战可穿戴市场。一般,可穿戴设备被定义为一种可穿戴于身上并便于携带的微型电子设备,利用小型电子零件组成,体积小、便捷性高。目前,主流产品形态包括手腕支撑类、脚支撑类、和头部支撑类以及其他形态。现如今,可穿戴设备概念也在扩大其定义外围,凡是以软件和数据交互理念为支撑的可携带设备都纳入其中, VR(虚拟现实)技术也属于可穿戴技术的行列。VR以提供三维环境中的沉浸感觉为亮点,可应用于城市规划、水利电力、地质灾害等众多领域,进一步扩大可穿戴设备的市场前景。

 

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根据前瞻产业研究院数据显示,2015年中国可穿戴设备市场规模为125.8亿元,增速高达471.8%。;预计2016年保持52.9%的增速;到 2020年出货量将达到8300万台,未来5年复合增长率为28.5%。而全球方面,可穿戴设备及周边市场规模到2018年将超过120亿美元。随着物联网的持续发展,可穿戴电子产品所能提供的价值的逐步增加,位于可穿戴设备产业链上游的芯片厂商也会加大可穿戴芯片的出货量和开发力度。

可穿戴设备硬件方案可分为低功耗简单功能和高功耗复杂功能两类。可穿戴主芯片分为MCU和AP(应用处理器)两种,手环多采用MCU,手表多数采用AP,一小部分采用高性能MCU。

 

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各大芯片厂商都力求在可穿戴热潮中赢得份额,开发系列产品,适配相应终端设施。今年5月31日,高通推出了专注于可穿戴智能设备的全新骁龙Wear 1100芯片, 是其2月份正式发布可穿戴设备平台“Wear”以来的第二款芯片。骁龙Wear 1100芯片支持Cat1调制解调器、WiFi和蓝牙,可通过高通“iZat”技术提供定位追踪服务。

 

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除了处理器外,传感器也在可穿戴设备中运用广泛,特别是运动传感器、环境传感器和生物传感器。但由于使用环境受限,软硬件部分能处理的环境还较为固定,当环境发生巨大改变时,日常穿戴的体验会下降。因此,传感器技术需要能适应日常的开放式环境。

汽车芯片:覆盖全车,智能交通

根据物联网万物相联的理论,在庞大的网络体系中,作为交通代步的汽车必定是“万物”中的重要一环。联网后的汽车通过信息传输,建立属于自己的档案,给驾驶者提供行车导航、安全防范、汽车跟踪等多项功能。根据中国物联网校企联盟的定义,车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。通过 GPS、RFID、传感器、摄像头图像处理等设备传递获取信息;通过通讯技术传输车辆信息;通过计算分析,规划最佳路线、信号灯时间等。智能交通、智能信息服务、智能车辆控制的一体化网络,是物联网技术在交通领域的典型应用。

车联网产业主要包括 5 大环节, 分别是汽车生产商、 芯片及硬件设备制造商、 网络运营商、 软件及数据服务商和运营服务提供商。其中芯片制造商作为终端设备的必备部件,作用巨大。

 

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英特尔、高通、博通、NXP等芯片大厂均看好车联网市场,着手布局卡位,重点集中于连接技术和智能系统。随着物联网市场规模的扩大,入网车辆的增多,芯片制造商的潜在机遇凸显。

 

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德州仪器曾表示,2000年一辆汽车采用的芯片颗数低于10颗,至目前已经使用100颗以上,需求大增超过十倍;至2020年,每辆汽车会采用近千颗芯片。再加上,在我国汽车市场持续火热销,2015年机动车保有量达2.79亿量,其中汽车保有量达1.72亿量,占比达61.6%。汽车市场与车联网市场的双重发力必将为车联网半导体市场开辟新天地。

 

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风险提示:

系统性风险:电子行业发展不及预期。

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