产业观察:汽车之后,机器人将成半导体产业新蓝海

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集微网报道 (文/陈炳欣)随着新一轮科技的革命和产业变革,机器人市场不断扩大。《中国机器人产业发展报告(2022年)》预测,2024年全球机器人市场规模有望突破650亿美元。半导体在经历了PC、移动通信之后,汽车正在成为第三个拉动的大市场。但在汽车之后,机器人有望成为新的主力市场。

四大细分领域共同加速

人们一般将机器人产业划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三大类型。而人形机器人随着技术的进步也已进入产业化的早期阶段。这几个细分市场近年来的增长速度都在加快。

早期的机器人主要应用领域在工业,如汽车制造、船舶制造、化工、3C电子等,替代工人从事重体力劳动或高精度、恶劣环境下的工作。近年来,工业机器人的应用领域开始扩展,从搬运、上下料、焊接、喷涂等,扩展到装配、打磨、抛光等高精度、高灵敏度场景。

服务机器人、特种机器人的发展也在加快。随着视觉、压力等各种传感器的应用、控制算法的优化以及人工智能技术的发展,服务机器人的智能水平大幅提升,已经开始进入清洁服务、教育娱乐、家庭陪伴、迎宾导购、送餐等方面。特种机器人随着功能、外在形态和制动方式不断进步,在物流配送、应急救援、医疗手术、深海探测、空间探索、国防等场景下获得了广泛应用。

人形机器人在人工智能、5G、大数据、云计算等技术不断创新之下,也获得了进一步发展的基础。据高盛预测,人形机器人2035年市场规模将达1520亿美元,届时将与电动汽车市场旗鼓相当,相当于2021年智能手机市场规模的三分之一。

近年来,中国机器人市场保持了快速增长的势头。中国工业机器人和服务机器人销售额占全球比重分别从2017年的28.2%和18.2%提高到2021年的42.9%和28.5%。未来,随着下游需求市场的扩大,机器人的几个领域的发展都将持续向好,以工业机器人为例,预计2023年市场规模将达99亿美元。

三大趋势半导体作用关键

从技术上看,未来机器人产业将呈现三大发展趋势。一是跨行业的技术融合不断加深。今后,数字技术、通信技术、大数据、云计算,以及人工智能等技术,将在机器人产业中汇聚融合不断推进。比如5G技术凭借高速率、低时延、大连接的特点,将机器人接入云端网络,将机器人的运行状况数据实时传输,分析工作效率,检测运行状态,并与激光雷达、地理信息系统(GIS)等新兴技术越来越紧密结合,使机器人的形态不断丰富、功能持续增强。

二是人机交互能力持续提高。早期机器人是按照事先设定的程序开展工作,但是近年来生成式AI与传感技术有所突破,使机器人的人机交互能力持续提高。具体来看,人机交互近几年人机交互技术从之前只能接受固定命令,到现在通过大量的深度学习和图像训练,可以精准进行不同场景下的语音语义&图像识别,应用端主要体现在智能家居等领域。

三是向通用智能的方向发展。智能化意味着机器人获得一定的在复杂场景下自主解决问题的能力,依托于知识图谱数据库、在应用场景数据中进行训练习得的算法,机器人具备了全域感知、智能决策、准确执行等能力。智能化的机器人能够感知理解环境变化,并自主地对环境变化作出快速、准确的决策和响应。未来机器人将更加智能和灵活。

作为基础,在上述技术趋势中,半导体都发挥了关键作用。MCU在机器人执行层有很多应用。工业机器人单支机器手臂中,内建的控制器平均约有八成为MCU芯片。作为工业机器人的核心控制器件,MCU将受惠于机器人市场的快速增长。人形机器人有更复杂的运动形态,需要对电机的位置、方向、速度和扭矩进行高精度控制。MCU可以执行电机控制所需的复杂、高速运算。未来MCU将采用更高性能的内核,性能将得到大幅度提升。

在执行电机控制中,MCU并不能替代DSP的作用。DSP芯片内部采用程序与数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,可以快速地实现各种数字信号处理算法。在机器人领域,有了DSP的控制,机器人反应更迅速,行动更精准。

FPGA芯片具有高速、并行运算、功能灵活、硬件可编程等优点。在伺服驱动器中应用FPGA是业界的常规做法。与 ASIC 开发相比,除了缩短开发和验证周期之外,使用 FPGA 还意味着在出现问题时可以快速更改逻辑,或者在必要时可以对功能需求进行修改或增强。

IGBT功率半导体器件是电力电子应用领域的核心器件。以电能为处理对象,通过电力电子技术对电能进行整流、稳压、开关和变频等,实现高效率和高品质转换。机器人市场加速发展,对应的工控 IGBT 市场也将稳步增长。

国内机器人市场前景广阔

中国在机器人产业方面已经形成较为完整的产业链。中国企业在精密减速器、高性能伺服驱动系统、智能控制器、智能一体化关节等关键技术和部件领域的技术进步明显。随着国家持续加大基础研究和产业共性研究的支持,企业研发投入和市场拓展力度的不断加大以及数字科技等新兴领域技术与机器人技术的深度融合,中国机器人产业的创新能力将继续提升。

10月20日,工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》,指出人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术,有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品,将深刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局。当前,机器人技术加速演进,已成为科技竞争的新高地、未来产业的新赛道、经济发展的新引擎,发展潜力大、应用前景广。

当然,国内机器人产业在技术水平和产品质量特别是关键基础零部件的稳定性与可靠性以及高速、高精、重载等高端整机产品方面与发达国家尚存差距。比如广泛应用于工业机器人中的MCU,传统MCU大厂有着深厚积累,TI提供全套机器人解决方案,瑞萨、恩智浦、Microchip、意法半导体、英飞凌等也提供有多种方案可选。全球DSP主要生产商德州仪器、ADI、恩智浦、杰尔系统等,其中德州仪器占比最高。特别是在新兴的生成式人工智能领域,英伟达的GPU具有绝对技术优势。高通也发布了RB6机器人平台,展示了在5G和AI的加持下机器人的强大实力。

我国企业应抓住机器人产业发展机遇,发挥国内市场规模大、数字经济发达等优势,加速推进机器人与5G、物联网、人工智能、扩展现实等数字技术深度融合,加快半导体相关技术的发展,在下一个新兴市场强先布局。

责编: 张轶群
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