智能化、數字化給硬科技產業帶來的六大應用創新
2024-11-13 14:52:58 Nancy，EETOP隨著Google Gemini AI的發布，算力需求邊持續增長，對AI算力的強勁需求，帶動了AI應用的飛速發展。這不僅僅是技術上的一次重大突破，更被看成是一個產業競爭格局的重要調整。據傳，Google Gemini AI 2.0會在今年12月發布。該版本在AI模型選擇界面中已經可以預覽到，初步測試結果表明，與Gemini 1.5 Pro相比，新版本的響應速度有了顯著的提升。
當前，科技創新的力量正在以前所未有的速度拓寬行業邊界。硬科技成為推動產業變革和經濟增長的強勁動力，不僅是新質生產力的穩固基石，也有望引領和支撐起更多的生產力高峰。把握硬科技行業發展脈絡，就必須回歸技術和創新本身。在近日由E維智庫召開的第12屆中國硬科技產業鏈創新趨勢峰會暨百家媒體論壇上，包括艾邁斯歐司朗、Qorvo、RAMXEED、飛凌微電子、安謀科技和清純半導體在內的多家企業技術大咖都分享了在各自專注領域的硬科技產業創新趨勢，尤其對端側AI的發展給予了高度的關注，并認為智能汽車是當前技術創新最活躍也是最具前景的領域。
“當前，從整個市場的芯片制造廠商來說，大家基本上達成共識，AI NPU對于消費類產品是未來重點投入的對象。”安謀科技產品總監鮑敏祺分享說：“從之前LLM的發布可以看到，包括OPPO、vivo、小米、榮耀、華為等頭部終端廠商，都有這類的解決方案。當然，這一解決方案并不是說只用端側的大模型，完全放棄云端。”
端側和云端，這二者是非常不同的。端側的優勢在于時效性和數據本地的安全性。而在云端，有更強的能力，能夠獲得更大的理解力。從整個目前國際、國內一些主流端側大模型實際部署的體量來看，整個端側大模型目前還是集中在10b以下的體量。整個端側大模型常用的是語言類模型或者是文生圖。但從目前的發展上來看，語言類模型肯定不是端側模型最后應用的終點。對于理解，不光是語言，仍然影響到比如圖片的輸入、音頻的輸入或者視頻的輸入，這些才是我們平時能夠接觸到的各式各樣的場景。
當然，端側AI的發展也面臨著諸多挑戰。首先是成本、功耗和生態系統，一方面是希望各種存儲的介質在未來的演進中能夠進一步提高它的存儲度、提高它的帶寬能力；另一方面，常規來說，很多端側設備整個芯片面積的預算還是會非常吃緊，包括計算資源。其次是功耗，在整個AI里面，很多程度上是來源于數據的搬運，特別用于外層的搬運，也會大幅提升功耗。再有，軟件和工具的成熟度，持續需要優化和支持。
安謀科技自研的“周易”NPU，針對端側AI的快速發展帶來的成本、功耗和生態系統挑戰進行了三重升級。在微架構方面，它在保留CNN能力的基礎上，針對Transformer進行了優化，克服了實際計算中的瓶頸。會上，鮑敏祺還重點分享了下一代“周易”NPU的大致架構及其所具備的能力。首先從生態上來，無論是Wenxin、Llama、GPT等模型，這些都已經做了對應的部署。同時在端側，它整個覆蓋面非常廣，面向PAD、PC、Mobile等各類場景都有一定的產品形態或者configuration能夠適配到。對于汽車應用，不管是IVI還是ADAS，針對性的可以有最高320tops能夠提供。
鮑敏祺表示：“我們認為，未來會是一種多模態場景。對于端側的產品，未來的方向肯定是每個應用都能為用戶提供個性化的體驗，并根據用戶的使用習慣逐步進行定制化訓練，以實現精準適配每個人的需求。這樣的個性化服務才能真正提高用戶的黏度。”AI大模型的諸多優勢，如創造價值、提升效率以及帶來更優質的體驗，正是其價值所在。
端側SoC與視覺處理芯片的融合發展
現在越來越多探索開始關注在端側做一個完整感知的處理或跟中央計算機配合做預處理，再反饋給后端，形成更加有效的處理方案，像智能車載、智能家居、物聯網、機器視覺等。其中車載落地的應用場景落地越來越多，如車內DMS駕駛員監控。駕駛員的狀態是影響駕駛安全非常重要的環節。現在輔助駕駛L2或L3都需要駕駛員能夠在一些情況下能夠監管，如駕駛員的疲勞、聲音等狀態等，把這些數據反饋出來，起到報警或提示的作用。飛凌微首席執行官兼思特威副總裁邵科分享說：“對駕駛員監控，在今年7月份已經是歐洲強制性的法規，每一輛新車都會配置這個功能，我們預期在3-5年之內國內這方面的應用應該會越來越多。” 
再有就是電子后視鏡。傳統后視鏡白天會有很好的效果，但是到晚上，物理鏡子就很難達到晚上能看清楚的功能。去年開始，電子后視鏡也有法規，允許替換現有物理的鏡子。對整個圖像傳感器還有成像都提出了更高的要求，不僅白天需要達到和原來物理鏡子同樣的效果，晚上還要更好提升夜視的性能。
隨著應用落地越來越多，對攝像頭的規格也提出越來越高的要求，如更高的分辨率、更好的成像性能、更多的攝像頭組合等，隨之對圖像性能的要求越來越高，對處理性能也越來越高。
基于這些市場上的需求及應用方案上的思考，飛凌微今年推出了M1系列三款產品，分別是用于車載上面的高性能ISP和兩顆用于在車載的端側視覺感知預處理的輕量級SoC。邵科介紹：“ISP能夠接800萬像素的圖像數據或能夠接兩顆300萬像素的圖像數據，不管是應用在車載的ADAS還是影像類的產品，還是像今年以來法規已經落地的后視鏡等方面，都有比較好的應用的落地。而SoC新品，則加入了輕量級的包括CPU、NPU的算力，從而讓端側系統具備AI處理的能力。”
當把圖像傳感器跟端側SoC進行組合，就能在模組端實現非常輕量化的應用，實現更好的成像。如在后視攝像頭上給它添加識別的算法。常規后視攝像頭可能只是倒車的時候才會去看。但是在端側具備一定小的算力之后，在倒車的時候，還能夠檢測行人和物體，能夠避免一些潛在的影響駕駛安全事情的發生。
交互革新，Sensor Fusion 打造觸控新體驗
“只要你愿意，Sensor Fusion可以去替換所有的物理開關。它可以讓人機交互體驗更加流暢，界面更加時尚”，Qorvo中國高級銷售總監江雄在會上分享了Sensor Fusion在手機領域的最新應用。蘋果iPhone16有一個拍照功能，是單獨的一個按鍵，這個按鍵用的技術就是壓力傳感器。他表示：“未來，包括很多大廠出的手機都會專門把拍照功能放進來。當然這不只是一個拍照，大家都把它定義為AI鍵，這個鍵是會有多用途的，但是技術都是用Force Sensor來做。” 
據介紹，Qorvo的Sensor Fusion方案集成了MEMS傳感器、ASIC芯片、機電一體化結構和軟件，顛覆了傳統物理按鍵的操作模式，全面提升觸控板的操作體驗。在智能交互的趨勢下，給消費者提供更炫酷的工業設計、更享受的操作體驗是科技產品創新的方向。未來的人機交互將更加注重視覺交互、聲音感知和觸覺感知，通過手勢識別、表情識別、眼球追蹤、語音指令控制設備等技術實現更直觀、更自然的控制方式。隨著人工智能技術的不斷深入發展，人機交互和智能交互必將會推動更多新的應用場景和商業模式。
SiC在車載電驅&供電電源的廣闊前景
近年來，在新能源汽車中采用SiC的趨勢越來越顯著。從2017年特斯拉發布第一款基于SiC主驅的汽車，到2020年前后我國以比亞迪為代表的企業也發布了基于SiC主驅的汽車。據統計，2023年公開的國產SiC車型合計142款，乘用車76款，僅僅在2023年新增的款式大概是有45款。
清純半導體(寧波)有限公司市場經理詹旭標分享說：“事實上，整個新能源汽車采用SiC的市場已經完全被打開。目前，主驅應用的主流器件還是以1200V SiC MOSFET為主。當然，400V的平臺目前也是采用750V的SiC在做一些替代。”
SiC MOSFET的最大特點是原理上不會產生如IGBT中常見的尾電流，它是近年來MOSFET行業進行技術迭代的主要方向，表現出顯著的性能提升。SiC MOSFETS的低導通電阻和低開關損耗，給新能源洗車帶來了兩個非常顯著的好處：
l 第一，提升新能源汽車的續航里程。首先，得益于SiC MOSFETS的低導通電阻、低開關損耗。對比以前硅的IGBT方案，整個電機的控制器系統有望能降低70%的損耗，從而能增加5%的行駛里程。
l 第二，解決補能焦慮的問題。目前整個行業通過提升充電的功率來解決這一部分的問題，預計在2025年，我們可以體驗到15分鐘補電80%的電能。
除新能源汽車主驅之外，充電樁也是采用SiC最活躍的市場。隨著新能源汽車800V平臺的出現，主流充電模塊從15、20kW向30、40kW發展，輸出電壓范圍300Vdc-1000Vdc，并且具備雙向充電功能，以達到V2G/V2H等技術要求。這一趨勢促使越來越多的充電模塊企業開始采用SiC MOS方案。
雖然，SiC半導體產業發展非常迅猛，但整個SiC市場仍然是以國外企業占主導地位。據Yole預計，2025年全球SiC市場規模將接近60億美元，并且年符合增長率預計到36.7%左右。目前整個市場的頭部5家企業市場份額合計高達91.9%。如果把第六、第七名加進去統計，整個市場份額可能會達到95%-98%。這些企業基本是以國外為主，目前國內的占比是非常小的。
不過，國內在SiC材料、器件量產已進入內卷和洗牌快車道。主驅芯片國產替代已經起步，并將逐步上量。除了在主驅上的應用，目前在光伏、儲能包括充電模塊，這些市場競爭都是非常激烈的，并且由于整個市場的激烈或者產能過剩導致主流器件的價格也是快速下降。隨著全球SiC材料的產能快速擴展，目前中國SiC器件設計跟制造也相應地得到快速的發展，并且產能也是持續在擴展。
雖然，SiC MOSFET在乘用車主驅應用目前仍依賴進口，“但SiC功率器件在光儲充的國產替代已經大批量應用，成功推進2-3年，規模持續擴大，部分企業已率先完成100%國產替代。”詹旭標堅定的表示：“ 從長遠來看，只有提高整個企業的競爭力還有技術迭代來實現整個技術降本，這是SiC企業賴以生存的唯一途徑。我相信未來2~3年后局面肯定會有大幅改善。”
FeRAM在智能存儲領域有絕對優勢
智能電網包括充電樁、光伏變流器，都是這幾年對新一代Memory要求比較多的行業。從2020年之后到現在，光伏、逆變器、儲能對FeRAM的需求量都在增加。光伏是發電之后DC要變為AC，里面需要逆變器，變為AC之后，還要存儲下來。
此外，在汽車、船舶、工程機械等方面的應用中，傳統的座艙電子對成本要求很高，一般是用EEPROM、NOR Flash。但是在新能源，附加價值比較高一些的汽車電子，選擇FeRAM應用的則較多。歐洲在前兩年宣布要做“電池護照”，2027年后，進入歐洲市場的所有新能源單電池必須持有符合要求的“電池護照”。RAMXEED（原富士通半導體）總經理馮逸新分析說：“如果需要電池護照作為通行，必須要有一個高端Memory做鋪墊。FeRAM無疑就是唯一能推動電池護照系統的Memory。”
工廠自動化也是FeRAM的主要應用方向。近年來，包括施奈德、西門子、中國臺灣的臺達、中國知名的數控機床供應商、中國排名前五的FA供應商等，都開始采用高端的memory，尤其是在編碼器的應用最為突出。馮逸新分享說：“在工廠自動化控制和新能源汽車的領域里，現在磁式旋轉編碼器發展是一個潮流。”
此外，FeRAM還在醫療監護、Gaming、云計算、5G通訊、樓宇自動化、標簽和智能卡應用等領域的需求量都非常大。5G未來的發展是需要高速的Memory來完成，基地局和用戶之間還需要一個中繼器，這里面也需要高速的Memory。
Memory，主要是NOR Flash，NAND Flash和DRAM，這兩個Memory占了市場的98%，剩下的2%是利基市場（Niche Market），包括FeRAM、ReRAM、EEPROM、MRAM和SARM。FeRAM在里面扮演著一個絕對優勢的角色。同樣，FeRAM也可以更換EEPROM、SARM、MRAM。其實FeRAM在市場上的應用量并不算大，主要的瓶頸有兩個，一是容量太小，目前最大容量是8Mbit；二是成本比較高，限制了發展。下一代高速FeRAM最大的特點是寫入周期和訪問周期從120ns變為35ns。
“富士通未來計劃第一步是高速化，從120ns變為35ns。第二步是大容量化，從目前的8Mbit做到32Mbit甚至更高。”馮逸新表示：“我們將在2025年之后開始研發，根據市場的需求，我們可以把速度做得更快。”
“第三生活空間”的營造，離不開智能氛圍燈
汽車，被形象的稱為“第三生活空間”。它是我們除了家和辦公室以外，待在里面時間最長、能夠感受到“待著”的場景。這個場景里面，需要很多燈光的輔助來做氛圍的營造。 
艾邁斯歐司朗高級市場經理羅理分享說：“有一個明顯的趨勢，信息顯示的豐富程度正日益增強。它不再是簡單的一個燈條，勾勒出一個線條的形狀，而是更多地承擔了信息的交互，是人與車及整個車內智能相關的載體。比如做音樂律動，承載不同駕駛模式的變換，或是感受用戶情緒的變換而提供不同的光照亮度或者顏色的變化，甚至可以根據車外駕駛場景進行一些提示，而且它還可以跟車內智能表面等相結合創造更多的應用場景。”
這些場景的營造，給LED帶來了一定的技術難點。比如LED使用顆粒數越來越多，怎樣平衡成本和數量的關系；怎么保證不同供應商的RGB混色是均勻、和諧的，且不會在變色時有很多延時或花花綠綠的變色。在分享中，羅理為大家展示了幾個經典的應用場景：第一個是指示和交互場景；第二個是一些信息的加強，包括情感的連接；第三個是智能表面，跟織物或者隱藏式按鈕相結合的應用場景。第四個是跟安全性相關。
羅理表示：“這些應用場景還有很多背后的邏輯需要去打通。比如整車有幾百顆LED，整個系統的架構都需要隨之改變。如果按傳統分布式的架構，需要的節點數量會非常多，而且每個節點都需要驅動等，會是非常復雜的，也意味著未來OTA升級的時候會遇到很多困難。”
這正是我們做OSP開放式架構的原因。通過OSP開放協議，免除了MCU廠家的限制，很多國產MCU也已經調試通過。而且通過CAN收發器的物理層可以實現穩定的跨板連接。通過OSP，只需要雙絞線和高低電頻，就可以用一個SPI接口串聯高達1,000顆的RGBi。
