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缺缺缺!IoT行业的“芯”选择是什么?

2021-7-9 15:35:43  171
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“最初,没有人在意这场灾难,直到这场灾难和每个人息息相关。”

这是电影《流浪地球》的开头,预示着一场即将来临的危机。如今,这句话正在现实中应验,不过,这次遭遇危机的是芯片



从PS5断货、智能家电纷纷涨价,到智能汽车交期大排长队,“芯片荒”正在和每个人的生活发生交集。
全球“缺芯”到底到了什么程度?光天化日之下,就连劫匪都打上了芯片的主意。据香港文汇报报道,6月16日下午,香港街头上演了一场“芯片大劫案”,一物流公司运输的价值约500万港元高价芯片被劫。
迄今为止,全球依然在蔓延“缺芯”危机。芯片短缺涉及到的行业已经从汽车蔓延到智能手机游戏机等行业,甚至是家电业也无法逃脱。高盛的一份报告指出,此次全球面临的半导体缺乏问题,将会给全球169个行业造成一定的打击。



数据咨询机构Strategy Analytics技术服务副总监Sravan Kundojjala在形容缺芯的严重程度时这样说到:“几乎每个行业都受到短缺的影响,前沿芯片和成熟节点芯片都存在不足。半导体短缺致使几乎所有公司的营收都受到了打击。”
全球“缺芯”形势严峻,众多厂商面临停产、拒单、涨价的局面。其中,智能设备的“核心大脑”MCU芯片在“缺芯潮”中最先受到影响,缺口巨大。
IoT“寒武纪”碰上MCU芯片“冰河纪”
MCU(micro Controller Unit),中文名称为微控制单元。MCU集成了系统运行所需的处理器CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口,一颗MCU仅需要配备适当的外部电路就可实现计算机系统的功能。因此,MCU又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。
小到耳机,大到汽车等消费级和工业级电子设备的核心零部件,可以说,只要是需要处理器的场景,都有MCU的用武之地。比如,汽车所有电子控制单元的必备组件正是MCU,一辆汽车搭载上百颗MCU芯片,缺一颗芯片就影响整辆汽车的生产。对于消费级智能设备来说,MCU主控方案、AC-DC芯片、PFC芯片等占整机成本约10%-15%。
物联网市场的快速增长也刺激了MCU出货的快速增长。研究机构IoT Analytics数据显示,2020年,全球IoT连接数过去10年保持30.8%的年复合增长率。2025年全球连接数预计将达到215亿个。研究机构IC Insight预计,今年全球MCU市场规模有望达到223亿美元,同比增长超过7%。
应用需求快速增长,MCU的供给却非常紧俏。据悉,生产MCU所需的晶圆,不少供应商涨价幅度在20%左右,个别晶圆厂甚至翻倍涨价。晶圆的紧缺也让MCU产品的交货周期从正常的8-10周左右不断延长,就算是对供应链把控能力较强的国际大厂,也都出现交期延长的情况,有的延长最多达4倍。
伴随芯片交期延长的还有产品价格上涨,国内大部分MCU芯片原厂的产品价格上涨5%-20%,有国际大厂还在缺芯背景下发布了两份涨价通知。在这种情况下,加上代理商、渠道商囤货、炒货,MCU出现价格上涨最高十几倍的疯狂行情。
从需求角度看,受疫情影响,平板电脑、笔记本电脑的需求扩张,家电、工控等行业的国产化替代需求提升,以及汽车电子智能化、大小家电智能化和TWS耳机等下游领域需求激增,多重因素下,MCU的需求快速增长;从供给方面分析,多数晶圆厂扩产一般较为谨慎,目前市场上多数MCU均生产自8寸线,而8寸线扩产极为有限,且由于疫情导致海外供应链不畅、美国雪灾、瑞萨大火等原因进一步影响供给,MCU供不应求现象愈发严重。
MCU价格飞涨的同时,部分负责设备通信的芯片如433芯片、外围器件等纷纷告急。物联网设备和智能家电巨头只能通过涨价和延迟产品生产,被动应对芯片紧缺,对于中小家电和物联网设备公司,缺芯更是难以承受的压力。
IoT芯片的“他山之石”
一边是短时间内无法解决的“MCU芯片荒”,另一边是日益增长的智能设备需求,硬件开发者们将目光投向了“他山之石”——联网芯片。
在应用层面,联网芯片是智能设备对外的通信站,负责发射、接收射频信号,同时将数据信息整合发送给MCU芯片进行通信,从而满足设备智能化的使用需求。包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、NB-IoT、LTE Cat.1等协议在内的联网芯片充当了从屋内到户外智能设备的翻译官角色。



在智能设备的早期阶段,MCU和联网芯片各司其职,MCU负责设备操控,联网芯片负责通信,两者之间泾渭分明。随着技术优化,联网芯片的算力逐渐增强,开始替代MCU芯片的部分功能,以嵌入式Wi-Fi联网芯片BK7231N为例,这款32位的联网芯片内置运行速度最高可到120MHz,而普通的MCU芯片通常只有32MHz到64MHz。此外,联网芯片内置2Mbyte闪存和256KB RAM也远远高于一般MCU芯片64Kbyte闪存和8KB RAM的配置。
在此背景下,芯片行业出现异构集成的显著趋势。所谓的异构集成,简单理解就是通过将不同功能的芯片集成到同一个封装中满足应用需求,可以实现更高性能、更低功耗和更低成本。
例如,紫光展锐在2019年推出国内首款支持Wi-Fi 5+蓝牙5.0+MCU的IoT芯片,采用ARM Cortex-M33双核CPU,工作频率高达442MHz,兼顾了低功耗和成本需求;瑞芯微同年发布的IoT芯片更是将CPU升级为双核Cortex-A35架构,主频达到1.6GHz,NPU峰值算力高达3.0TOPs。
整体而言,相比于传统的MCU芯片,IoT联网芯片在性能和功耗上具有明显优势,在智能终端芯片市场的份额越来越高,并正在向更为广泛的应用领域扩展。MCU和联网芯片两者之间界限逐渐消融,联网芯片成为“芯片荒”难题下的最优解。
弯道超车的窗口期
联网芯片和MCU芯片融合的产品并非是新鲜产物,但为何没有蔚然成风?
根本原因在于联网芯片的开发门槛高。要掌握联网芯片的开发,必须要有Linux的编程基础和射频芯片的开发经验,还要对Wi-Fi、Zigbee、蓝牙等协议栈有所了解。对于想要使用IoT联网芯片进行开发的企业而言,必须要配备基线工程师、应用工程师等研发人员才能完成一整套开发。与之相比,MCU芯片就简单得多,不需要系统配置就可使用。
如何通过IoT芯片实现弯道超车?全球领军IoT云平台涂鸦智能给出了一份完美答案。
今年6月,涂鸦智能正式推出“替芯计划”,旨在帮助开发者化解缺芯难题,快速实现产品智能化。涂鸦提供联网芯片+SDK、云模组+SDK、品类免开发方案、云模组OpenCPU对接等解决方案,通过云模组或芯片的主控能力,替代原有MCU芯片,实现“一芯”两用——既是MCU,又是联网模组。



涂鸦IoT开发平台致力于帮助开发者降低开发门槛,提供模组SDK ,封装了 HAL硬件层、系统层、网络层、OTA等接口函数,只需调用相关接口函数进行应用代码开发,无需关心复杂的功能逻辑,即可快速完成产品智能化。涂鸦IoT开发平台云端一体化的开发能力,让开发者切换不同芯片开发时更流畅,轻松上手,能帮助开发者降低开发成本。目前,通过涂鸦免MCU方案落地的SKUs数量超8000款,已覆盖电器、户外出行、传感、电工等领域。



可以预见的是,MCU芯片的短缺在一年内都无法缓解,据Susquehanna Financial Group (SIG) 的最新研究显示,5月整体芯片交期为18周,较4月增加7天,这是2017年SIG开始追踪以来最长的交货时间,比2018年的高峰多逾一个月。这也表明了芯片制造仍难以跟上需求。数据咨询机构Strategy Analytics技术服务副总监Sravan Kundojjala表示,“目前,业内大多数公司预计半导体短缺将持续到2023年。”
而这段“缺芯”的时间,正是留给硬件开发者抢占市场的窗口期。
在今年国内外芯片整体产能紧缺的情况下,如果开发者能抓住IoT芯片的变革趋势并且投入开发,化挑战期为窗口期,将率先抢占市场先机。



正如电影《流浪地球》中,人们逐渐意识到了灾难的降临和每个人紧密相连,想方设法做出改变,逃离被吞噬的命运。

这时,人们才回过神,留给我们的时间,不多了。

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