工業(yè)4.0對世界的影響絕不僅限于帶動了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，對提供底層技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，由于涉及自動機器人、仿真器、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，對工業(yè)的生產(chǎn)制造、庫儲、物流，甚至產(chǎn)品設(shè)計流程進行改造，需要廣泛采用微電子產(chǎn)品，如處理器、傳感器和微控制器等。而全新市場需求必將推動各種微電子產(chǎn)品在技術(shù)層面的改變，進而驅(qū)動半導(dǎo)體企業(yè)在產(chǎn)業(yè)層面做出調(diào)整。在為半導(dǎo)體業(yè)提供市場機會的同時，也重塑著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
在國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》發(fā)展規(guī)劃之后，一場中國的工業(yè)4.0變革也在醞釀啟動。這是一個巨大的而且難得的市場機遇。盡管中國集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，與國際先進水平有顯著差異——2014年集成電路進口額雖然略有收窄，依然達到2176億美元，中國半導(dǎo)體企業(yè)仍應(yīng)當(dāng)抓住這個難得的時間窗口，在技術(shù)與企業(yè)運營層面做出相應(yīng)調(diào)整，而不應(yīng)錯失發(fā)展機遇。
英飛凌：工業(yè)4.0是一個閉環(huán)
在先進制造業(yè)代表德國提出工業(yè)4.0概念后，工業(yè)4.0已經(jīng)成為當(dāng)今熱詞，只要論及產(chǎn)業(yè)升級、制造業(yè)轉(zhuǎn)型，幾乎無人不談工業(yè)4.0。近日《中國電子報》在采訪德國工業(yè)4.0理事會成員、半導(dǎo)體大廠英飛凌時，其工業(yè)和多元化電子市場業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級總監(jiān)MaurizioSkerl表示：“對于工業(yè)4.0，我們可以將其理解為通過互聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)要素連接起來，使得不僅生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備更加智能化，同時被生產(chǎn)和加工的產(chǎn)品本身也將變得智能，并參與到被生產(chǎn)和制造的流程中來。”
也就是說，工業(yè)4.0應(yīng)當(dāng)是一個閉環(huán)的過程。它推動的是工業(yè)的智能化升級，而非僅僅自動化，更重要的是推動信息化升級，即通過傳感、機器視覺等系統(tǒng)的應(yīng)用，形成大數(shù)據(jù)的采集、反應(yīng)和對未來的預(yù)測，在產(chǎn)品的開發(fā)和制造、產(chǎn)品的設(shè)計和制造、產(chǎn)品的質(zhì)量和管理體系三方面形成有效閉環(huán)。
“提到工業(yè)4.0，人們往往都會注意到工廠的智能化，卻往往忽視了智能產(chǎn)品。”MaurizioSkerl強調(diào)，“事實上，工業(yè)4.0包括兩大要素：智能工廠和智能產(chǎn)品。智能產(chǎn)品有利于多個領(lǐng)域的改變，包括公司的生產(chǎn)物流管理、人機交互、未來工業(yè)生產(chǎn)過程管理等。產(chǎn)品變得更加智能，可以在任何時候被定位、識別和溝通。在智能產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中，我們可以在每個產(chǎn)品中，通過植入電子標(biāo)簽或外部傳感的方式，在信息物理系統(tǒng)架構(gòu)下，產(chǎn)品能告訴制造流程自己應(yīng)該被怎樣制造，自己知道它已經(jīng)做到什么步驟、下一步應(yīng)該做什么，并控制下一步驟應(yīng)該去哪個工廠。”
芯片：解決聯(lián)、感、知等基礎(chǔ)問題
那么，具備如此先進理念的工業(yè)4.0應(yīng)當(dāng)如何落實呢?無疑，工業(yè)4.0是一個愿景，特別是在中國的制造業(yè)發(fā)展水平差異巨大，很多企業(yè)自動化階段尚沒有完成的時候。但是，它又是一個正在實施的漸進過程。“這將是一個漸進的過程，改造大致應(yīng)經(jīng)歷四個階段，分別是自動化升級、信息化升級、工廠內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)化、產(chǎn)業(yè)鏈整體互聯(lián)網(wǎng)化。”華泰證券研究員章誠表示。“實施過程中要注意幾大要素：更多地實現(xiàn)工廠自動化、各行業(yè)間橫向和縱向更深地互相融合，中國控制向分散智能控制轉(zhuǎn)變，以及大數(shù)據(jù)的分析。”MaurizioSkerl表示。
“具體來說，工業(yè)4.0的整體架構(gòu)將大致由“云、網(wǎng)、端”三大部分組成。“云”是指工業(yè)大數(shù)據(jù)及工業(yè)云。對數(shù)據(jù)進行采集、反應(yīng)和預(yù)測，形成可行為的大數(shù)據(jù)。“網(wǎng)”是指工廠內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)及覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈整體的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。“端”是指智能機床、機器人、傳感器、機器視覺等智能生產(chǎn)設(shè)備，AGV、服務(wù)機器人等智能物流設(shè)備。智能生產(chǎn)終端是核心。”章誠表示。
就半導(dǎo)體技術(shù)在其中扮演的角色，MaurizioSkerl指出：“芯片處于整個工業(yè)4.0架構(gòu)的基礎(chǔ)，它解決的是上述架構(gòu)中的聯(lián)、感、知等基礎(chǔ)問題和執(zhí)行問題。具體到產(chǎn)品，則涉及工業(yè)傳感器、微控制器、電子標(biāo)簽、和高效的功率器件等。具體來說，高精度的工業(yè)傳感器是捕捉工業(yè)4.0環(huán)境下有效數(shù)握的關(guān)鍵，收集到有意義的數(shù)據(jù)后，高性能的微控制產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)的分析和計算，從而發(fā)出指令對生產(chǎn)進行智能控制，微控制器再將指令傳達給功率半導(dǎo)體，保障高能效地生產(chǎn)。此外，在整個生產(chǎn)流程中，數(shù)據(jù)的安全，設(shè)備的防偽貫穿始終，安全芯片可為智能生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和信息安全提供保障。”
技術(shù)趨勢：在新需求之下形成
工業(yè)4.0環(huán)境下的這樣一種“云網(wǎng)端”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建，無疑會對底層的半導(dǎo)體技術(shù)形成新的更高要求。總結(jié)起來，大致包括幾個重要趨勢。首先，工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)需要支持多協(xié)議的通信芯片。“工業(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實時控制，進而實現(xiàn)安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術(shù)。”瑞薩電子通用解決方案中心綜合營銷部副部長王均峰在接受《中國電子報》記者采訪時表示。具體而言，包括生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自律協(xié)調(diào)作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡(luò)獲取大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與實際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同。因為現(xiàn)代智能工廠有四大關(guān)鍵點：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù);二是要有智能機器;三是大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上;四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出應(yīng)的趨勢來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測和預(yù)測。要確保上述要點的實現(xiàn)，王均峰認為：“高速傳輸、大數(shù)據(jù)、保證實時性安全性和節(jié)能均十分關(guān)鍵。而這正是工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的要旨。”然而，不同廠商支持的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)各不相同，包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、CC-LinkIE、DeviceNet、、EtherNet/IP、ModbusTCP、CANopen等。“這就需要開發(fā)同時支持多協(xié)議的通信芯片，當(dāng)然開發(fā)過程中需要考慮以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)、應(yīng)用開發(fā)、硬件開發(fā)、一致性測試等，從開發(fā)到量產(chǎn)需要很長時間。”王均峰說。
其次，端一級的智能機床、機器人等，需要高性能、低功耗、安全性的芯片產(chǎn)品支持。“其實，這一直是半導(dǎo)體廠商致力的方向。”英飛凌工來與多元化市場資深經(jīng)理王亦菁表示，“在工業(yè)4.0中，連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備無所不在。一方面，巨大的網(wǎng)絡(luò)和大量的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必然產(chǎn)生巨大的能耗;另一方面，高度智能化環(huán)境下的數(shù)據(jù)和信息安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本底線，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下敏感數(shù)據(jù)量越大，風(fēng)險就越大，比如數(shù)據(jù)、ID、IP被盜用，數(shù)據(jù)被偽造或篡改，設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)被惡意操縱。因此，能效和安全是決定工業(yè)4.0實施能否成功的關(guān)鍵因素。”
最后，高集成度也是應(yīng)對工業(yè)4.0時代的必備條件，比如越來越多的半導(dǎo)體供應(yīng)商開始將MCU與傳感器加以整合。在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，傳感器當(dāng)處系統(tǒng)之首。類似于感官系統(tǒng)的傳感器能快速、精確地獲取信息并經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，是自動控制系統(tǒng)達到高水平的保證。可以說，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)體系，更別談工業(yè)4.0體系的構(gòu)建。此外，具有低能耗、低成本、易使用和泛在感知等特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在快速崛起，使傳統(tǒng)實踐中因成本等因素未能實現(xiàn)在線檢測的某些重要工業(yè)過程參數(shù)的測量成為可能。“傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，MCU作為系統(tǒng)控制的核心器件需要采集加速度計、陀螺儀、磁力計、溫濕度計等傳感器的數(shù)據(jù)并進行分析處理，傳感器使用的MEMS工藝和MCU制程有差異，兩者的SOC整合在半導(dǎo)體技術(shù)上存在一定的挑戰(zhàn)，但并不妨礙兩者做為獨立模塊在物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用。”兆易創(chuàng)新產(chǎn)品經(jīng)理金光一指出。
產(chǎn)業(yè)變革：國際并購熱潮與之相關(guān)?
應(yīng)對上述技術(shù)趨勢，半導(dǎo)體企業(yè)勢必在企業(yè)架構(gòu)上做出一系列新調(diào)整，以適應(yīng)新的市場形勢。英飛凌便提出了從產(chǎn)品到系統(tǒng)的經(jīng)營理念。“半導(dǎo)體公司的傳統(tǒng)根本概念是把晶片越做越小，好讓性能越來越好，并確保成本越來越低，這一直以來都是半導(dǎo)體企業(yè)所追求的創(chuàng)新。然而，我們的目標(biāo)市場正展開一場新的變化，我們必須改良半導(dǎo)體本身，還要針對市場目前和未來的需求進行更多研發(fā)，然后才能滿足市場及客戶的需求。我們不再只是制造一種特殊功能的芯片，還要能針對擁有主動和被動元件的客戶設(shè)計出一套完整且復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)。如此一來，也會同時牽涉越來越多的系統(tǒng)軟體開發(fā)工作。在理想的情況下，我們不接受客戶訂單制造客制化的個別元件，而是為客戶提供協(xié)助他們在終端市場里拉開競爭差距的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。這樣的構(gòu)想和行動，我們稱之為‘從產(chǎn)品到系統(tǒng)’。這種行動步驟的目的是要確保我們也能持續(xù)不斷的創(chuàng)新，藉此拉開自身領(lǐng)先同業(yè)的差距，并且穩(wěn)固市場領(lǐng)導(dǎo)者的地位。”MaurizioSkerl表示。
第二個重要變化是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與融合市場需求的快速變化和各廠商產(chǎn)品的日趨同質(zhì)化單憑產(chǎn)品本身已難以贏得競爭優(yōu)勢而必須針對不同應(yīng)用提供高附加值的整體解決方案。滿足不同客戶需求的整體解決方案，成為各半導(dǎo)體廠商的主要競爭手段，包括在工業(yè)領(lǐng)域的競爭。今年上半年以來，國際半導(dǎo)體行業(yè)出現(xiàn)并購熱潮，英特爾斥資167億美元現(xiàn)金收購ALTERA、博通公司宣布同意安華高科技的收購報價、恩智浦收購飛思卡爾，背后重要目的之一都有豐富產(chǎn)品線，為客戶提供更完整解決方案。
第三個變化是生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)成為競爭焦點。目前半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)步入多元化且全面的商業(yè)競爭時代，從單純的產(chǎn)品競爭擴大到產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間的競爭。半導(dǎo)體業(yè)的競爭也已不僅是技術(shù)，而在于看誰能建構(gòu)完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
這些變化趨勢都不是小規(guī)模半導(dǎo)體企業(yè)能夠完成的，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正變得越來越成熟，越來越集中。“大者恒大”變得越來越通行。
相對國際半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展趨勢，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步晚，存在著企業(yè)規(guī)模小、持續(xù)創(chuàng)新能力薄弱，核心技術(shù)缺失等問題。然而，工業(yè)4.0概念的提出以及國家推進實施《中國制造2025》規(guī)劃，在給中國半導(dǎo)體企業(yè)提出挑戰(zhàn)的同時，也展現(xiàn)出了巨大的機遇。中國半導(dǎo)體企業(yè)應(yīng)當(dāng)順應(yīng)市場需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，做出相應(yīng)的調(diào)整。
“從國家安全角度來看，只有實現(xiàn)了底層集成電路的國產(chǎn)化，我國的信息安全才能得以有效保證。因此在國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》中將集成電路放在發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的首位。隨著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展黃金時期的到來，重點企業(yè)規(guī)模保持快速增長。這將是一個巨大的而且是難得的市場，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住這個時間窗口，不應(yīng)錯失。”中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會執(zhí)行副理事長兼秘書長徐小田表示。
中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會集成電路分會副理事長兼秘書長于燮康認為：“當(dāng)前全球集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了寡頭競爭時代，國內(nèi)外集成電路企業(yè)兼并重組風(fēng)起云涌。國內(nèi)集成電路企業(yè)要做大做強跟上步伐，靠閉門研發(fā)是不行的。要跟上市場需求趨勢，兼并重組是重要手段。”
工信部軟件與集成電路促進中心主任盧山則認為應(yīng)當(dāng)加強在平臺和生態(tài)體系方面的建設(shè)，通過融合應(yīng)用工業(yè)軟件、移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，加速工業(yè)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化、產(chǎn)品智能化、產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，進而重構(gòu)傳統(tǒng)制造業(yè)。