带你看2020年物联网最新风向!
时间:2020-03-27 09:35

  12月12日,物联网领域最受瞩目的2019年第六届中国物联网大会在深圳南山区科兴科学园国际会议中心盛大开幕。

  自2014年开始,电子发烧友网已连续举办了六届年度盛会。今年大会聚焦的主题是“新物联,智世界”,“新”是指物联网5G网络连接时代已经到来,“智”是依托人工智能(AI)赋能打造万亿IoT市场。

  电子发烧友总经理张迎辉指出,全球电子产业在2019年迎来很多新的挑战,这种变化对中国芯片企业或者专注于创新的工程师朋友来说,是几十年来前所未有的机遇,因为很多企业在市场下滑的时候,才能格外重视工程师的创新能力,才会急切想要开发出更多新的产品。2019年PC、手机和传统消费电子增长都出现一些停滞,物联网市场成为众望所归的新兴增量市场。

  近几年来,电子终端产品在增加无线联接功能之后,通过大数据、云计算和AI技术,为物联网进一步赋能,AIoT(物联网)和人工智能进一步融合,需要更多软件工程师或者硬件工程师更多协同合作,这种趋势将会成为后续物联网产品创新中的重要一环。更重要的是,更多的传统企业跨界加入到物联网产业中,终端产品市场由过去的集中化和批量化变成碎片化,差异化和小批量化,产生很多新的行业细分的需求。

  根据电子发烧友分析师最新调研数据显示,2017年以来,中国物联网市场进入实质性发展阶段,全年市场规模突破1万亿元,预计2019年将突破1.5万亿规模。物联网应用的本质是替代人工、提升管控效率、为企业带来价值。郭露认为,物联网应用大规模爆发需要两个充分条件,一是物联网整体解决方案成本小于所替代的人力的成本;二是给企业带来的收益可以覆盖使用解决方案的成本。

  电子发烧友分析师郭露表示,2019年,在新型智慧城市建设及5G加速部署的带动下,智慧灯杆在全国试点城市逐步推开。在5G和AI技术不断结合的推动下,中国物联网在行业应用市场细分化全面推开,在智能家居、智慧城市、工业物联网形成为主流的细分市场。但是目前IoT市场处于不成熟阶段,在小范围、示范性及碎片化、长尾领域增长趋势越来越明显,大规模应用驱动不足。应用场景和细分市场增量的不确定性对物联网企业是巨大挑战。

  2019年,物联网应用呈现突飞猛进的趋势也带动了物联网芯片和器件的发展。以NB-IoT芯片为例,芯片量产出货的企业,包括紫光展锐、华为海思、中兴微电子等。2019年华为出乎量将达到5000万颗,是2018年的3倍。郭露表示,虽然市场可期,但是也存在一定的难点,例如客户的定制化需求比较多,同行之间的激烈竞争,行业的利润值也在持续走低。所以建立基于应用端的健康生态需要特别引起重视。

  Qorvo亚太区无线连接事业部高级行销经理Frank Ma指出,物联网领域无线通信协议众多,彼此之间互相争夺发展空间,在智能家居领域表现尤其明显,蓝牙、WIFI、Zigbee、NB-IoT和5G。到底那个标准能赢得市场呢?Frank Ma认为,业界要从标准覆盖的范围、速度、容量、频率、时域、光谱和电池续航考虑。在Frank Ma看来,WiFi 6的杀手锏在于,分布式WiFi及One Pod Per Room的设计将在最大程度上实现对整个住宅的网络覆盖。WIFi6的速率比较WIFi5也有显著提升,比WIFi5的速率提升40%,下行速率未来可以达到1Gps。

  Frank Ma表示,作为全球领先的射频解决方案提供商,Qorvo从家用到高性能全球广域蜂窝网,能够提供优化的射频解决方案。比如Qorvo在2019年推出了全球首款双频 Wi-Fi 6 前端模块(FEM)--- QPF4800。这款新 FEM 非常适合 Wi-Fi 6 用户端设备(CPE),它将提供HD/4K视频所需的性能和物联网(IoT)所需的效率集合在一起。从应用层面来说,智能门锁的一个芯片都要多协议支持,Qorvo也提供支持Zigbee、NB-IoT协议的射频前端解决方案。

  “人工智能时代到来,很大的问题就是数据,5G商用,终端接入网扩容大,实时性要求提高,它会大大增加边缘侧数据的流量,但因为网扩容成本高、延迟大,接入网与网的带宽矛盾就会更加突出。边缘计算势在必行”。地平线副总裁&AIOT芯片方案产品线第六届中国物联网大会高峰论坛上指出。“边缘侧智能设备大规模爆发的趋势,使数据成为如今AI芯片领域最大的挑战。”

  张永谦表示,衡量AI芯片的真实性能时有四个关键指标,包括每瓦可以进行每秒多少次计算(TOPS/Watt,能源为计算的效率),每美元进行每秒多少次计算(TOPS/$,算力成本),算力的利用率(Utilization Rate),以及这些AI有效计算量最终以什么样的效率成AI的性能(AI Perf./TOPS,算力为AI性能输出的效率)。实现其中的三个关键要素是,芯片架构、算法和编译器。在处理图像实例中,地平线最新发布的“旭日二代”芯片将计算资源利用率从57%提升到95%,将单帧带宽消耗从141.9M降到34.4M,单帧计算延迟从43ms降低到25ms。

  张永谦指出,地平线从成立之初到现在,自身的独特定位:软硬一体化的AI芯片方案提供商。2015年7月,地平线成立之时是国内第一家提出来要做专用AI芯片,也是台积电全球第一家AI芯片流片的公司,2017年12月旭日1.0发布,一年后这款芯片的出货量达到六位数,2019年10月29日,地平线发布了旭日二代边缘 AI 芯片。

  针对客户需要快速将AI技术和解决方案集成到智能产品的市场需求痛点,地平线推出了完整芯片工具链——“天工开物(Horizon OpenExplorer )”,工具链兼备可视化调优调试工具、丰富的算法样例,能够为不同类型客户提供全面的赋能服务。

  张永谦总结说,工具链就是让有能力的客户有自己的数据,可以在地平线已经提供的一套标准的、软硬结合的AI芯片的框架上,包括提供的基础算法模型上,他们可以针对自己看重的差异化的场景、垂直化的场景,用自己的数据训练自己的模型,就是把地平线提供的东西和差异化的内容结合在一起,这样的效率更高。”

  “2010年全球的物联网设备数量已达20亿,到2018年年底,全球物联网设备的数量达到90亿个,年复合增长率是20.9%。2018年,中国物联网产值规模规模达到1.33万亿,未来增长空间巨大。”Silicon Labs IoT产品亚太区市场营销经理邱意分析说,“物联网应用更加多样性,智慧家庭、智能工厂、智能安防细分市场已经涌现。但在农业、畜牧业,这些市场在今天感受不是特别明显。”

  物联网市场发展离不开四大要素:第一、传感器,帮助物联网终端进行信息数据的采集;第二是计算、处理。3、数据采集、处理之后,采用或者无线的连接方式将数据传输出去。4、信息收集完成之后需要在云端管理、处理或者进行相应的回复。

  Silicon Labs IoT产品亚太区市场营销经理邱意指出,首先,Silicon Labs提供各式各样的传感器,包括温湿度传感器。

  其次,MCU上,Silicon Labs所有MCU的垂直应用都覆盖到,从8bit MCU到以Arm Cortex-M为核心的32bit MCU。物联网微处理器性能要求是低功耗、小尺寸、很多终端节点。针对物联网需求,Silicon Labs开发出了整合无线bit MCU的单芯片。

  第三、Silicon Labs在无线联接的基础上与之相匹配的无线Soc平台。统一的硬件平台几乎可以覆盖全球所有的物联网主流的频段,在所有的2.4G以及Sub 1G无线频段上,这个平台通过不同的匹配链都可以支持。此外,体现在对主流无线协议的支持,通过单一的硬件平台可以同时支持包括2.4G的低功耗蓝牙、蓝牙Mesh或者Zigbee、WiFI以及各种各样无线私有协议。

  第四、芯片和硬件的高度灵活配置,应对物联网不同的应用场景。邱意表示,因应物联网的需求,Silicon Labs也在近期推出新一代无线通信MCU–Wireless Gecko Series 2。此款产品整合了目前最普及的Zigbee、Thread、蓝牙和Z-Wave等通讯协议,此系列产品的无线传输范围,比市面上同等级产品高出2倍,同时也强化抗干扰设计,产品的效能与稳定性得以同时兼顾。

  未来,随着物联网技术相关方案的渗透会越来越快,乃至整个系统协作的效率会提得更高,Silicon Labs将会有更多专门针对垂直的应用的相关解决方案提供给客户。

  “由数据驱动的第五代计算浪潮已经开始,三大核心驱动力分别来自5G、IoT和AI,这些驱动力带来很多不同算力的需求。”Arm中国安全市场总监王骏超认为,“物联网将创造更多的数据,5G引领数据传输的新方式,而AI的处理能力让更多算法和应用闪亮登场。”

  王骏超表示,从1991年到2017年,26年时间基于ARM芯片的出货量达到1000亿,2019年底达到1500亿,其中绝大部分都是M系列的芯片,还有一部分是A系列,常用在手机、平板电视里。预计将在2021年达到2000亿的出货量,增长速度非常快。ARM在全球有530多的授权的客户,有超过1000家技术合作伙伴来驱动整个ARM的生态。

  王骏超分析说,ARM推出基于ARM V8M架构的“星辰”处理器,是M系列的,主要是用于支持嵌入式物联网市场,星辰处理器支持ARM平台安全架构(PSA)。同时,它也支持山海安全解决方案。Arm中国的“山海”安全方案是一套由硬件,软件,和云服务开发包组成的全栈解决方案,面向物联网设备,降低安全设计门槛。做一个芯片,除了CPU还要配套总线互联系统,包括安全加解密,有隔离的安全软件。这几方面是我们国内研发产品的重点。

  Arm在2002年开始进入中国市场,在过去的十几年里,Arm致力于把产品核心技术及架构引入中国,已与紫光展锐、海思半导体、地平线、瑞芯微、晶晨半导体、全志科技、飞腾等中国芯片公司进行了深入合作,目前中国客户累计出货量已超过160亿,在中国芯片市场占据了极高的市场份额。

  王骏超强调,ARM的愿景,希望赋能中国芯。其产品线覆盖了小到摄像头的互联网小设备需求,大到云端数据中心的服务器设备,未来ARM会利用中国本土化研发的优势,从自己研发的产品出发,希望更好的支持国内的客户,为中国芯片产业发展贡献力量。

  毫米波雷达技术在过去的十多年从军用化产品逐渐因自动驾驶、ADAS高级驾驶辅助系统而民用市场。上海矽杰微电子研发副总经理朱欣恩在中介绍了毫米波雷达芯片与模组的发展情况。毫米波雷达通过发射无线电波和接收回波,根据收发之间的时间差测得目标的数据。24G和77G已经是国际上规范运用于ADAS车载雷达的频段。这主要是为了避开在100G HZ以下的通讯频段当中的两个吸收峰对电磁波不太友善的影响。

  雷达芯片的工艺选择的不同影响着它的集成度和工作频率。化合物半导体在射频和微波、毫米波的射频上非常优异,几乎所有高频电都是用三五化合物半导体来做,但是集成度非常差。CMOS体现出工艺不断被提升,线宽不断减小,集成度不断加深,但它能提供的射频性能往往较弱。因此,现在选择比较多的是锗硅Bi-CMOS工艺,兼顾性能与集成度。而40nm和28nm CMOS工艺正成为新的选择。

  毫米波雷如何应用于物联网,朱欣恩以24GHz毫米波雷达为例,它避免了红外、超声波等需要在面板上开孔的不美观,以及2.4G信号在大面积铺设的干扰等问题,在外观、、性能等达到了平衡,因此非常适合用于智能家居。车用方面,毫米波不受雨雪、大雾、雾霾,包括弱光甚至的影响,比激光雷达和摄像头更有优势。同时,毫米波雷达在智慧交通、智慧社区中都已经得到大量的落地应用。

  上海矽杰微电子前身是上海微技术工业研究院的RFIC部门,于2016年获得专业基金公司投资后,运营。专注于毫米波雷达芯片开发开发了具有国内自主知识产权的首颗高度集成24GHz雷达SOC,同时公司在开发一系列的24GHz和77GHz的高集成度产品。最新发布了24GHz毫米波雷达收发机SOC——SRK2401。该芯片为全球首款,同时集成了带调制功能的小数分频锁相环、两个发射通道和四个接收通道的24GHz雷达SOC芯片。

  最新发布了24GHz毫米波雷达收发机SOC——SRK2401。该芯片为全球首款,同时集成了带调制功能的小数分频锁相环、两个发射通道和四个接收通道的24GHz雷达SOC芯片。

  新品77GHz雷达芯片SRW3401已进入工程样品阶段,另一款采用FD-SOI 工艺的77GHz雷达芯片正在研发中。同时,矽杰微还发布了应用于IoT领域的RKB1159动目标测距雷达模块,和RKB1208多目标轨迹雷达模块等产品,毫米波雷达将在智能家居、安防、ADAS等领域得到广泛的应用。

  随着5G的正式商用,各大运营商面临着2G/3G/4G/5G四张网络并行、四代用户兼营的运营挑战,从长远规划来看实施2G/3G的退网清频并向4G网络迁移在全球范围内已是大势所趋。聚焦国内,传统2G网络依旧具有覆盖范围广、在网物联网用户数量庞大的特点,因此如何使这部分用户平稳过渡已成为通讯业必须面对的重大课题。

  紫光展锐工业电子产品规划部部长李占博谈到上述现状时,也介绍了紫光展锐如何发力布局物联网市场。“面对时代的机遇,紫光展锐在终端侧进行了完整的物联网芯片部局,拥有成熟的NB-IoT,LTE Cat.1 bis,eMTC,Cat.4产品解决方案。可以全方位满足物联网全场景应用需求。”李占博说道。

  他进一步分析说,在众多场景中,Cat 1在物联网领域的意义或许更为重要。目前60%的物联网连接需要窄带网络提供服务,而中低速率的物联网设备需要Cat 1或eMTC网络提供服务,只有10%左右高速业务需要4G Cat 4以上或5G eMBB提供服务。回顾我们目前蜂窝物联网产业生态,可以明显的看出,窄带业务和高速业务已有成熟的网络和产业生态,而占比30%的中低速率物联网网络和相关产业生态还相对空白。因此,发展Cat 1网络及相关产业,对于补齐物联网主要场景需求,弥平中低速物联网断层,实现蜂窝物联网应用的平滑演进具重要意义。

  展锐最近发布的春藤8910DM Cat.1 bis芯片平台填补了低功耗窄带物联网与传统宽带物联网之间的蜂窝通信方案空白。Cat.1相比NB-IoT、2G模组在网络覆盖、速度和延时上具有优势,相比传统LTE Cat.4模组则拥有更低的成本和功耗,同时适配当前国内的4G网络,非常适用于对性价比、时延性、覆盖范围、通信速度有要求的应用场景。

  在Cat.1的技术和产品方案层面,展锐拥有成熟的方案平台,丰富的技术积累,并已实现规模量产。目前春藤8910DM已完成中国30个省市65个城市的规模场测,并在全球范围内,完成了45个国家,共157家运营商的场测工作。搭载春藤8910DM的三款模组产品也已正式推出,分别是:中国移动ML302,有方N58和广和通L610模组,可广泛应用于共享经济、金融支付、公网对讲、能源、工业控制等场景。另外,在移动终端市场,基于春藤8910DM的modem已实现了在全球范围的百万级规模量产。

  做物联网智能化产品,是否买一个无线模块,把总线调通就可以了?是德科技大中国分销市场经理饶骞在开场提出这个问题,其背后的深意是物联网模块并非如此简单,在实际应用中它的连接可靠性、低功耗等性能需要严格的考量。

  饶骞指出,若出现性能不达标的问题时,可能的原因有模块、射频通讯、或者电池,这些因素都可能导到最终产品指标与设计时有所偏差。

  对于物联网终端设计的可靠性,必须要通过一系列的测试从而得以保障。是德科技的测试设备提供对通讯的精确评估,以及精确评估电池、功耗等指标,帮助工程师设计出真正满足市场需求的终端产品。

  通常物联网模组的测试包括,一是利用射频项目分析仪,测试模块的发射性能;二是矢量信号源测试接收性能。三是直流电源分析仪,测试模块的低功耗。饶骞以一款NB-IoT模块为例,解析了测试中存在的问题。测试传输频率时,若频率出现偏差,可能是硬件或软件的原因。用矢量信号源来测试接收功率,一般物联网模块为了降低能耗,当它发现信号太弱时会关机或进入休眠状态,但如果它没有准确的判断接收功率,就会做出错误的选择。

  另外,模块的周围有可能带外来杂散,这些干扰对模块的性能也有影响。在低功耗分析方面,物联网模块进入低功耗休眠状态或者活动状态时的电流以及状态快速变化时的功耗等,也需要用直流电源分析仪进行测试。还有电池寿命的评估,可以使用直流电源分析仪,将各个场景下可能工作的电流波形全部捕获,再进行镜像反转,模拟产品的整个工作场景,查看运行状态的功耗,从而进行评估。

  饶骞指出,在实际应用中他看到很多物联网终端的性能都不尽如人意,例如井下的智能传感器尽然需要外接一根天线到地面来接收信号,这样的设计了其应用场景的拓展。物联网终端设备归根到底还是要通过测试的辅助达到设计的优化。

  BOSCH大中华区市场总监扶彬表示,物联网传感器的设计挑战来自于三方面,一是技术本身,传感器在尺寸、功耗、精度等各方面能否达到所需。二是物联网应用的碎片化,例如计步器放在不同的设备里面都要根据不同的情景进行优化。三是系统的整合。传感器要进行信息的传输,最后才能让设备做出判断。因此,BOSCH认为智能传感器是针对这三个方面比较好的解决方案。

  智能传感器是单芯片整合多种传感,比如加速度计、三轴陀螺仪,气压计等越来越多品种的传感器整合,整合以后测量多种物理量,同时还有内置的运算单元,一个非常小的MCU。当传感器再加运算单元整合在一起,就叫智能传感器。

  过去对BOSCH的印象都是以汽车著称,2018年财年BOSCH全年销售额约6000多亿人民币,其中60%仍然来自于汽车相关的营收。但是BOSCH从今年开始已经在做的转型,希望在接下来的数十年,BOSCH作为物联网公司被大家熟知。近五年,BOSCH MEMS传感器出货量排名全球第一。截止2018年底,BOSCH传感器已经出货超过100亿颗芯片。

  BOSCH MEMS传感器分为四大类,包括惯性类传感器、类解决传感器、智能传感器、光学微系统。这些传感器已经广泛智能穿戴、监测、扫地机器人等多种多样的应用场景当中。

  传感器的边缘智能逐渐成为未来的发展方向,扶彬表示,BOSCH很早就开始了人工智能布局,在各个业务部门引入人工智能项目,到目前为止已经进行超过150个项目。从传感器的角度,边缘智能是整个AI算法可以在设备本地完成,优势在于个性化、数据安全性、实时反应,低延时,以及低功耗。

  在物联网操作系统领域,RT-Thread最近获得了新一轮亿元融资,引起了业界广泛关注。此次中国IoT大会上,RT-Thread创始人及CEO熊谱翔进行了RT-Thread如何构建开源中立的IoT OS生态等主题分享。

  AIoT是时下的热门也是未来趋势,物联网是一个平台,人工智能更多是控制的中枢。边缘计算提供相应基础的能力,物联网、边缘计算和AI三位一体。一系列物联网设备又离不开芯片。这里可以分为三类:一是属于很小的微控制器,相对应的资源也是很低。二是中间连接的SoC芯片,主要的特点是带无线连接能力,比如wifi、蓝牙、zigbee等。三是高端MPU或者AI处理器会逐渐出现,把AI的加速单元放到处理器里面。这些构建了物联网体系丰富多彩的芯片。

  碎片化是物联网的一大特点,这不仅意味着应用需求的多样化,也意味着对工程师来说,涉及的东西太多太杂,他们的点在于是否有统一的平台,让他们更好更方便的设计应用。这里就不得不提及IoT软件平台,软件本身的特点可以将碎片化的东西进行抽象,形成统一的API模式,为工程师的设计开发提供便利。

  从2006年诞生开始,RT-Thread已经走过13年的时间,形成完整的软件平台,拥有自主内核,国产可控,且开源免费。RT-Thread提供丰富的面向不同应用的软件包,支持不同的脚本和编程语言,针对物联网连接芯片,可以加入相应的网络协议栈,支持其联网能力,此外还可支持丰富的音视频流。此外,还提供物联网传感器的框架,让传感器的开发使用更方便,以及增强连续和传感的安全性。

  为了降低开发门槛,今年底将推出集成开发,尤其配合MCU厂商,让芯片的使用更简单,包括调试支持,原码编辑,工程管理,外设计算器的查看等。还有对linux接口的支持等等。

  目前在音频流领域,RT-Thread已经大量应用在故事机,据介绍华南地区的故事机出货至少三分之一都使用了RT-Thread的智能流方案。此外,在智能音箱、智能穿戴 、家电面板等智能设备上都可以通过RT-Thread实现流畅的应用。

  熊总表示,无生态不OS,RT-Thread目前已经获得40家芯片厂商的密切支持,一些芯片厂商对外的参考方案都是基于RT-Thread。3家大的方案和模组厂商,还有5家知名设备厂商,也都是合作伙伴。RT-Thread最看重合作,对于RT-Thread来说,是帮助合作伙伴完成产品。

  同时,RT-Thread也在大力投入社区生态建设,线上论坛、人才培养计划等。熊总说,我们的核心就是以开发者为中心,让他们有一套顺手好用的操作系统和平台。

  根据物联网连接场景的划分,中低速业务占比达30%,它要求低延时,低成本和高速移动。LTE Cat.1芯片将在这部分业务中得到巨大的机会。

  传统LTE Cat.1芯片基于LTE Cat.4芯片裁剪,成本较高。2019年,紫光展锐等公司发布专门针对LTE Cat.1 BIS进行系统优化的芯片平台,其成本更优:芯片复杂度更低,模组硬件架构更简单,外围成本更低;通信制式更适合:Cat.1 BIS+GSM双模;功能更丰富:支持GNSS、WiFi、BT,支持VoLTE。

  中移物联有限公司高级产品经理梁小华介绍说,中移物联推出的ML302是基于紫光展锐Cat.1 BIS芯片平台推出的LTE Cat.1模组,有着比NB-IoT、2G模组更好网络覆盖、更快的速度、更低的延时,比传统LTE Cat.4模组更低的成本、更低的功耗,非常适用于对性价比、时延性、网络覆盖、通信速度有一定要求的应用场景。OneMo标准封装、兼容全系4G模组,OneMo标准Open CPU架构令开发更便捷;提供OneNET、OneLink、OneMO一站式云管端解决方案。

  梁小华表示,Cat.1商用时机已经,中国移动OneMO加速物联网连接,明年将看到更多项目落地。

  此次圆桌论坛重点探讨了“产业焦虑,IoT新机遇在哪里”的话题,来自中移物联有限公司高级产品经理梁小华、是德科技大中国分销市场经理饶骞、Slicon Labs IoT产品亚太区市场营销经理邱意、探境科技有限公司研发副总裁宋健等嘉宾就物联网的落地、物联网与AI与5G以及安全等问题进行了观点碰撞与交流。

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