工业物联网是半导体企业待挖的金矿

单祥茹

工业物联网（HOT）主要描述了机器到机器（M2M）的通信，并且有望影响制造业新一波技术创新。通过传感器、高级分析和智能决策，IIoT将深刻改变现场资产与企业的连接和沟通方式。IDC预计，在制造业、消费业、运输业和公用事业部门的引领下，2019年全球物联网支出将达到7450亿美元。其中，在物联网解决方案上花费最多的前两个行业分别是离散制造（1190亿美元）、过程制造。IDC预计，制造商今年在Hot上花费将达到1970亿美元，相比在智能家居、个人健康和车联网等消费物联网上的支出1080亿美元高出很大一截。

可以预见的是，新一波工业物联网浪潮的到来将对半导体企业的业务带来较大影响。为此，本刊记者采访了两家对智能制造以及工业物联网保持高度关注的半导体企业，以下为其主要观点。

智能制造为半导体行业带来巨大商机

智能制造这个概念源于人工智能的研究，它把制造自动化的概念扩展到柔性化、智能化和高度集成化，并将逐渐成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容。智能制造极大地提高了制造业的自动化和控制水平以及生产效率。根据德勤的调研，中国工业企业智能制造五大部署重點分别为：数字化工厂、设备及用户价值深挖、工业物联网、重构商业模式以及人工智能（AI）。涉及到的相关技术包括：工业软件、传感器技术、通信技术、人工智能、物联网、大数据分析等。

安森美半导体亚太区现场应用工程经理彭宗良在接受本刊记者采访时表示，智能制造的发展，使得工业系统中的半导体含量显著增加，其中将涉及感知、联接、处理、致动等关键构建模块。例如，机器视觉和机器人应用将需要大量的高性能图像传感器，而这些图像传感器将朝着更高分辨率、更紧凑、更低功耗的方向发展。此外，数据检测、分析、预测性维护等需要温度、湿度、液位等同样需要各种微型低功耗传感器。为提高工业系统能效，还需要更多高能效的功率器件、电源管理方案和电机控制方案。比如中高压MOSFET、超级结MOSFET、电源模块、碳化硅（SiC）方案、无刷直流（BLDG）电机等产品的需求量将大幅上升。要实现智能制造，一个高效、安全、可靠的信息交换网络必不可少，因此，经认证的联接方案在工业控制中也是至关重要的一环。

罗姆半导体（上海）有限公司技术中心高级经理周劲在接受采访时表示，公司一直在智能制造领域有较大投入，目前主要推进两大举措，一是自有工厂的智能化，二是与各种各样的企业进行合作，提出解决方案。

第一个举措，为了推进自有工厂的智能化，发挥所擅长的传感器无线通信技术，组合MCU，将感应用IoT装置配置到自有工厂的各处，罗姆半导体目前正在导入这种仅在现有设备上追加配置就可以做到“可视化”的解决方案。同时，根据收集的大量数据，由人工或者AI来分析与制造品的关联性，关联各种各样的参数，打造更加智能的制造环境。

第二个举措，罗姆正在与很多企业展开合作并提出解决方案。譬如，服务器、云、AI，服务等。为了能够给那些希望简单地、短时间内导人智能制造的企业提供解决方案，罗姆现阶段选择首先在现有的制造设备上容易组装的解决方案上开展合作。

罗姆半导体还提出，对元器件厂商来说，通过为各种各样的制造现场提出合适的解决方案，能够增加作为解决方案的构成部分——半导体的需求，从这一点来讲，这是非常让人期待的领域。

工业物联网在推进过程中还有一些亟待解决的问题

工业物联网在智能制造推进过程中发挥着重要作用，安森美和罗姆半导体的专家均表示，在工业物联网的推进过程中仍存在一些需要解决的问题。

在工业物联网推进过程中，能源挑战和安全风险是必须面对的两大问题。能源问题的解决，一方面要从技术上实现设备和器件的低功耗，另一方面，全新的能量采集技术将有用武之地。

据彭宗良介绍，安森美半导体从电源管理人手推出了一系列面向工业物联网的低功耗和能量采集的创新产品和方案。比如最新的低压降稳压器（LDO）NCP171产品，静态电流只有50nA，专为低占空比的物联网系统而设计;智能无源无线传感器（SPS）基于RFID，从测量信号中采集能量，可监测温度、湿度、液位等各种参数;能量采集蓝牙低功耗（BLE）开关集成了业内最低功耗的RSL10 SIP和采埃孚股份公司（ZF Friedrichshafen AG）的高能效能量采集开关。其中，RSL10的超低功耗支持从开关的振动中采集足够的能量，免电池，免维护。BLE太阳能电池多传感器平台完全由可再生能源或从传感器周围采集的能量供电，实现持续免电池的传感器监测和数据传输到云网关。安全风险是工业物联网在实施过程中必须解决另一难题，彭宗良表示，当设备联接到云服务提供商如亚马逊网络服务（AWS），微软Azure和谷歌等，需要对方案启用传输层安全性（TLS）。此外，还会面临智能网络系统的兼容性和可扩展性问题，因此需要完整的智能网络将独立的智能点联接起来，以实现智能设备之间的信息交换。

罗姆半导体同样拥有可用于工业物联网的电源解决方案，但在本次采访中，周劲还重点谈了对传感器技术和通信技术的看法。他说： “在IoT不可或缺的无线通信LSI和模块中，要充分考虑各个领域或国家开展业务认证和兼容性问题。”

2019年初发布的Wi-SUN FAN，是一个向常规Wi-SUN添加多跳功能，实现低消费、长距离、高可靠性无线通信的标准。罗姆半导体自Wi-SUN Alliance成立之初便参与了策划，并一直关注新规格的演进，实现了对应产品的早期开发。在标准的普及上，罗姆在日本作为Wi-SUN Alliance创始成员持续参与推广活动，积累了良好的市场业绩，尤其是在电力仪表上表现突出。

工业物联网解决方案日益丰富和成熟

面对工业物联网的巨大市场潜力，各企业在解决方案上也有较大投入。彭宗良表示，安森美半导体相继推出了一系列支持感知、联接、处理、致动等关键构建模块的高能效创新方案、完整的原型平台及设计工具，助力推进智能制造。

在感知方面，安森美半导体提供视觉、环境等全面的感知方案，是工业机器视觉行业的佼佼者，同时具备CMOS和CCD图像传感器技术，产品分辨率从100K到5000万像素，以高动态范围（HDR）、全局快门、近红外增强（NIR+）、RGB-IR、功率可扩展性等关键成像技术实现高性能成像;公司创新的智能无源无线传感器（SPS）从测量信号中采集能量，可实现数据分析、实时监控和预测性维护;物联网传感器开发套件结合尖端智能传感器技术及行业最低功耗的蓝牙低功耗（BLE），开箱即用，提供超低功耗监测。在联接方面，安森美半导体还有各种低功耗互联方案支持不同的协议，包括BLE、Sigfox、Zigbee、SubGHz、Mesh等，今年6月收购的Quantenna Communications公司是Wi-Fi技术的领导者，显著增强了安森美的联接应用能力。此外，安森美半导体还准备了一系列能量采集方案以解决能源挑战，如BLE能量采集开关、BLE太阳能电池多传感器平台。

在工业4.0的旗帜下，全球范围内正掀起利用AI和IoT等先进技术改革制造业的热潮。周劲表示，“机器健康状况监测”解决方案的重要性日益凸显，改方案可以通过检测工厂内部的环境条件和设备状态来预防设备故障。为此，罗姆半导体开发出种类繁多的传感器、兼容各类无线标准的无线设备/模块以及低功耗MCU，为用于机器健康状况检测的传感器终端的低功耗化和无线通信化提供附加值。

Wi-SUN FAN这种无线通信方式适用于数公里以下范围内需要众多监视器的设备，因不会产生通信费，所以对于需要长期使用的产业机器来说是非常合适的解决方案。针对Wi-SUNFAN无线通信标准，罗姆开发了专门用于Wi-SUN FAN的IC和模块等新产品。这些产品不仅适用于各种仪表和工厂，未来也可用于不断推进的数据中心和百万瓦级太阳能的监视、电力稳定供给用的蓄电池监视等各种各样的设备监视场景。

在基于能量收集的超低功耗短距离无线通信技术EnOceany，EnCcean Alliance是主导开发并推进利用能量采集技术的无线无源通信技术的企业团体，其主要目的是，面向节能建筑实现无线无源无保养技术的国际标准化。目前，由包括建筑领域和电气领域企业在内的全球300家以上的加盟企业构成。罗姆半导体是首家来自亚洲的发起者，利用現有的各种传感器技术、低功耗技术，对无源的EnOcean元器件进行提案，并与电池厂家合作，根据实际情况对电池也提出了适合的解决方案。

现在，工业物联网的发展为半导体行业带来了巨大商业机会。然而二者又是相互依存的关系，半导体行业为工业物联网的实现奠定了坚实的技术基础，使得工业物联网的潜力得以释放。在这种情况下，那些真正有创新能力的公司将经受住时间的考验并脱颖而出。