文|半導體產業縱橫

近日，工業和信息化部、教育部、公安部等十七部門聯合發布《“機器人﹢”應用行動實施方案》，提出了2025年制造業機器人發展目標以及機器人十大應用場景。業界認為，這一政策的發布，意味著“機器人﹢”時代的到來，機器人將在更大范圍內得到應用，制造業機器人更將迎來巨大發展機遇。

隨著機器人技術的發展，機器人的應用領域越來越廣，市場也相應的開始發展。中國電子學會預計2022年，全球機器人市場規模將達到513億美元，2017至2022年的年均增長率達到14%。波士頓咨詢公司研究報告顯示，全球機器人市場規模預計將在未來10年內增長近10倍，到2030年全球機器人市場規模將達1600億至2600億美元。

01、機器人市場的騰飛

《“機器人﹢”應用行動實施方案》中包括十大應用重點領域分別是經濟發展領域的制造業、農業、建筑、能源、商貿物流，社會民生領域的醫療健康、養老服務、教育、商業社區服務、安全應急和極限環境應用。

在工業機械領域，機器人產業市場增長強勁。制造業是本次發布的方案中首個提到的機器人應用領域。由于多國勞動力縮減和人口老齡化造成勞動力供應短缺和成本上升，提高流程效率和自動化程度比以往任何時候都更加迫切。因此，在制造業和其他工作場所中，能夠執行各種操作和運輸任務的多軸機器人的使用范圍正在迅速擴大。通過推進智能制造示范工廠建設，發展基于工業機器人的智能制造系統，將加快制造業數字化轉型、智能化變革。

除了工業機器人，三年疫情也讓服務機器人市場初具規模。抗疫系列機器人成為疫情防控的新生力量，“無接觸”的無人配送已成為新焦點。預計2022年，全球服務機器人市場規模達到217億美元。2024年，全球服務機器人市場規模將有望增長到290億美元。

無論工業機器人還是服務機器人，這些機器人都在結合信息技術提升感知、計算、執行能力，在機器人智能化水平提升的同時，對芯片的需求也在增加。那么哪些芯片產品有望受益呢？

02、機器人帶飛哪些芯片？

FPGA芯片

FPGA芯片在機器人領域應用時具有高速、并行、運算及引腳資源極其豐富、功能靈活、硬件直接實現算法、操作數存取機制簡單高效、開發調試手段直探硬件底層等優點。在伺服驅動器中應用FPGA是業界的常規做法，FPGA在執行圖像處理算法方面比CPU更強，是最優方案；在執行人工智能算法時，FPGA是與GPU并列的主流方案，而且在功耗方面具備非常大的優勢。與 ASIC 開發相比，除了縮短開發和驗證周期之外，使用 FPGA 還意味著在出現問題時可以快速更改邏輯，或者在必要時可以對功能需求進行修改或增強。

FPGA芯片的特性可以提高伺服控制性能、降低功耗；此外，FPGA 芯片可以通過提供包括 PCI Express 在內的多種硬件 IP，從而通過在確保總線連接可靠性的同時實現外圍邏輯集成，促進電路的微型化并降低功耗。功耗的降低意味著可以采用無風扇外殼，從而不再需要容易磨損的機械部件，并避免吸入粉塵。

由于機器人，尤其是工業領域的機器人產品供應時間長，因此在維護方面的考慮需要延長設備供應期，因為工業設備的使用壽命通常長達 10 年或更長。FPGA 延長的產品生命周期可滿足工業領域客戶的需求。

MCU芯片

MCU是在機器人執行層里應用較多的選擇，作為工業機器人核心控制器件，MCU也會受惠于機器人市場的快速增長。工業機器人單支機器手臂中，內建的控制器平均約有八成為MCU芯片。

對于機器人應用方向的MCU來說，除了提供易開發的嵌入式平臺、設計工具外，建立MCU周邊完善的通訊環境處理各種工業通訊協議如USB，SPI等也是相當重要的。相較于傳統工業機器人，人形機器人有更復雜的運動形態，需要對電機的位置、方向、速度和扭矩進行高精度控制。MCU可以執行電機控制所需的復雜、高速運算。目前機器人解決方案中包括單電機平臺（一顆MCU控制一個電機）、雙電機平臺（一顆MCU控制兩個電機）， 其中雙電機平臺的兩個電機功率和小于單電機最大功率。

未來在更先進工藝下設計的MCU，采用更高性能的內核，其性能將得到大幅度提升，市場需求將快速提升。在全球MCU市場蛋糕逐年增長和國產MCU替代的大背景下，國內MCU廠商有望突破國外壟斷。

DSP芯片

DSP（Digital Signal Processing）即數字信號處理技術，DSP芯片即指能夠實現數字信號處理技術的芯片。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。

DSP芯片自誕生以來得到了飛速發展，一方面得益于集成電路的發展，另一方面也得益于巨大的市場。在短短數十年時間里，DSP芯片已在通信、雷達、圖像、軍事、儀器、自動化、信號處理等眾多領域得到廣泛的應用。

DSP芯片用在工業機器人領域，相當于起著關節的作用，有了DSP的控制，機器人反應更迅速，行動更精準。工業機器人在工作中需要處理大量的數據，隨著工業機器人的應用日益廣泛和普及，DSP芯片在這方面的應用越來越多，重要性、經濟性、實用性都會得到體現。

IGBT芯片

傳統工業控制及電源行業是支撐 IGBT 市場穩步發展的基石。工業控制是 IGBT 第一大應用領域，需求穩健增長。隨著工業自動化的深化，廣泛部署的工業機器人和智能化機床都依賴于強大而靈活的交流電機、伺服電機以及節能的變頻器和電源裝置。

IGBT功率半導體器件是電力電子應用領域的核心器件。以電能為處理對象，通過電力電子技術對電能進行整流、穩壓、開關和變頻等，實現高效率和高品質轉換。功率半導體器是構成電力電子變換裝置的核心器件，尤其是在大功率、大電流、高頻高速、低噪聲等應用領域起著無法替代的關鍵作用，被廣泛應用于工控領域。

近年來，我國變頻器、電焊機市場穩步增長，工業機器人市場加速發展，對應的工控 IGBT 市場也將穩步增長。根據集邦咨詢數據，2020 年全球工控 IGBT 市場規模約為 140 億元，其中我國工控 IGBT 市場規模約為 53 億元，預計到 2025 年全球工控 IGBT 市場規模將達到 170 億元。

03、機器人芯片領域仍是國外企業的主場

從2020-2021年，全球FPGA市場增長速度為16%，預計未來5年將持續保持良好增長勢頭（約 12% ~15%的復合年增長率），FPGA主要供應商有英特爾、賽靈思。英特爾通過提供處理器加FPGA，搭載OpenVINO工具套件和oneAPI，為多種應用場景提供了解決方案；賽靈思也擁有成熟的針對機器人的平臺，兩者在機器人領域較為領先。

傳統的MCU大廠也在機器人領域深有積累，TI提供全套機器人解決方案，瑞薩、恩智浦、Microchip、意法半導體、英飛凌等也提供有多種方案可選，這些企業可為機器人企業提供更多的元器件，而不是局限于主控芯片。

全球DSP主要生產商德州儀器、ADI、恩智浦、杰爾系統等，其中德州儀器占比最高。國內來看，歐美廠商產品仍占主要市場，國內有DSP產品的企業有中電科38所，湖南進芯、江蘇宏運技術、深圳市創成微電子、北京中科昊芯科技等。

除此之外，CPU也是工控領域的主要芯片。隨著機器人的發展，需要在越來越多的環境下實現控制、抓取點分析、視覺目標識別等等，而這些都是需要算力的，僅僅一個FPGA是不夠的。在CPU產品領域，英特爾深有積累，近年來也有國產也有品牌已經進入，國芯科技的嵌入式CPU產品可廣泛應用于工業控制領域。

隨著5G、AI等技術在機器人領域越來越多的應用，機器人領域將迎來越來越多的芯片玩家。在主要AI芯片市場上一直穩步取得進展的高通也發布了RB6機器人平臺，展示了在5G和AI的加持下機器人的強大實力。

04、結語

2022年12月，全國規模以上工業企業的工業機器人完成產量4萬套。2022年1—12月全國規模以上工業企業的工業機器人累計完成產量44.3萬套。2022年12月，全國規模以上工業企業的服務機器人完成產量49.1萬套。2022年1—12月全國規模以上工業企業的服務機器人累計完成產量645.8萬套。

機器人行業沒有彎道超車的機會。要實現硬科技行業的高質量發展，只有腳踏實地研發、持之以恒投入，才能打贏關鍵核心技術攻堅戰。從這一角度來看，機器人行業和半導體行業相似，都需要沉下心，穩住氣。

在機器人+時代到來之際，我們衷心期待更多國產芯片廠商能把握大勢，立于潮頭。