文|半导体产业纵横

近日，工业和信息化部、教育部、公安部等十七部门联合发布《“机器人﹢”应用行动实施方案》，提出了2025年制造业机器人发展目标以及机器人十大应用场景。业界认为，这一政策的发布，意味着“机器人﹢”时代的到来，机器人将在更大范围内得到应用，制造业机器人更将迎来巨大发展机遇。

随着机器人技术的发展，机器人的应用领域越来越广，市场也相应的开始发展。中国电子学会预计2022年，全球机器人市场规模将达到513亿美元，2017至2022年的年均增长率达到14%。波士顿咨询公司研究报告显示，全球机器人市场规模预计将在未来10年内增长近10倍，到2030年全球机器人市场规模将达1600亿至2600亿美元。

《“机器人﹢”应用行动实施方案》中包括十大应用重点领域分别是经济发展领域的制造业、农业、建筑、能源、商贸物流，社会民生领域的医疗健康、养老服务、教育、商业社区服务、安全应急和极限环境应用。

在工业机械领域，机器人产业市场增长强劲。制造业是本次发布的方案中首个提到的机器人应用领域。由于多国劳动力缩减和人口老龄化造成劳动力供应短缺和成本上升，提高流程效率和自动化程度比以往任何时候都更加迫切。因此，在制造业和其他工作场所中，能够执行各种操作和运输任务的多轴机器人的使用范围正在迅速扩大。通过推进智能制造示范工厂建设，发展基于工业机器人的智能制造系统，将加快制造业数字化转型、智能化变革。

除了工业机器人，三年疫情也让服务机器人市场初具规模。抗疫系列机器人成为疫情防控的新生力量，“无接触”的无人配送已成为新焦点。预计2022年，全球服务机器人市场规模达到217亿美元。2024年，全球服务机器人市场规模将有望增长到290亿美元。

无论工业机器人还是服务机器人，这些机器人都在结合信息技术提升感知、计算、执行能力，在机器人智能化水平提升的同时，对芯片的需求也在增加。那么哪些芯片产品有望受益呢？

FPGA芯片在机器人领域应用时具有高速、并行、运算及引脚资源极其丰富、功能灵活、硬件直接实现算法、操作数存取机制简单高效、开发调试手段直探硬件底层等优点。在伺服驱动器中应用FPGA是业界的常规做法，FPGA在执行图像处理算法方面比CPU更强，是最优方案；在执行人工智能算法时，FPGA是与GPU并列的主流方案，而且在功耗方面具备非常大的优势。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。

FPGA芯片的特性可以提高伺服控制性能、降低功耗；此外，FPGA 芯片可以通过提供包括 PCI Express 在内的多种硬件 IP，从而通过在确保总线连接可靠性的同时实现外围逻辑集成，促进电路的微型化并降低功耗。功耗的降低意味着可以采用无风扇外壳，从而不再需要容易磨损的机械部件，并避免吸入粉尘。

由于机器人，尤其是工业领域的机器人产品供应时间长，因此在维护方面的考虑需要延长设备供应期，因为工业设备的使用寿命通常长达 10 年或更长。FPGA 延长的产品生命周期可满足工业领域客户的需求。

MCU是在机器人执行层里应用较多的选择，作为工业机器人核心控制器件，MCU也会受惠于机器人市场的快速增长。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。

对于机器人应用方向的MCU来说，除了提供易开发的嵌入式平台、设计工具外，建立MCU周边完善的通讯环境处理各种工业通讯协议如USB，SPI等也是相当重要的。相较于传统工业机器人，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。目前机器人解决方案中包括单电机平台（一颗MCU控制一个电机）、双电机平台（一颗MCU控制两个电机）， 其中双电机平台的两个电机功率和小于单电机最大功率。

未来在更先进工艺下设计的MCU，采用更高性能的内核，其性能将得到大幅度提升，市场需求将快速提升。在全球MCU市场蛋糕逐年增长和国产MCU替代的大背景下，国内MCU厂商有望突破国外垄断。

DSP（Digital Signal Processing）即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片的内部采用程序和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，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

DSP芯片自诞生以来得到了飞速发展，一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于巨大的市场。在短短数十年时间里，DSP芯片已在通信、雷达、图像、军事、仪器、自动化、信号处理等众多领域得到广泛的应用。

DSP芯片用在工业机器人领域，相当于起着关节的作用，有了DSP的控制，机器人反应更迅速，行动更精准。工业机器人在工作中需要处理大量的数据，随着工业机器人的应用日益广泛和普及，DSP芯片在这方面的应用越来越多，重要性、经济性、实用性都会得到体现。

传统工业控制及电源行业是支撑 IGBT 市场稳步发展的基石。工业控制是 IGBT 第一大应用领域，需求稳健增长。随着工业自动化的深化，广泛部署的工业机器人和智能化机床都依赖于强大而灵活的交流电机、伺服电机以及节能的变频器和电源装置。

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。功率半导体器是构成电力电子变换装置的核心器件，尤其是在大功率、大电流、高频高速、低噪声等应用领域起着无法替代的关键作用，被广泛应用于工控领域。

近年来，我国变频器、电焊机市场稳步增长，工业机器人市场加速发展，对应的工控 IGBT 市场也将稳步增长。根据集邦咨询数据，2020 年全球工控 IGBT 市场规模约为 140 亿元，其中我国工控 IGBT 市场规模约为 53 亿元，预计到 2025 年全球工控 IGBT 市场规模将达到 170 亿元。

从2020-2021年，全球FPGA市场增长速度为16%，预计未来5年将持续保持良好增长势头（约 12% ~15%的复合年增长率），FPGA主要供应商有英特尔、赛灵思。英特尔通过提供处理器加FPGA，搭载OpenVINO工具套件和oneAPI，为多种应用场景提供了解决方案；赛灵思也拥有成熟的针对机器人的平台，两者在机器人领域较为领先。

传统的MCU大厂也在机器人领域深有积累，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，这些企业可为机器人企业提供更多的元器件，而不是局限于主控芯片。

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。国内来看，欧美厂商产品仍占主要市场，国内有DSP产品的企业有中电科38所，湖南进芯、江苏宏运技术、深圳市创成微电子、北京中科昊芯科技等。

除此之外，CPU也是工控领域的主要芯片。随着机器人的发展，需要在越来越多的环境下实现控制、抓取点分析、视觉目标识别等等，而这些都是需要算力的，仅仅一个FPGA是不够的。在CPU产品领域，英特尔深有积累，近年来也有国产也有品牌已经进入，国芯科技的嵌入式CPU产品可广泛应用于工业控制领域。

随着5G、AI等技术在机器人领域越来越多的应用，机器人领域将迎来越来越多的芯片玩家。在主要AI芯片市场上一直稳步取得进展的高通也发布了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。

2022年12月，全国规模以上工业企业的工业机器人完成产量4万套。2022年1—12月全国规模以上工业企业的工业机器人累计完成产量44.3万套。2022年12月，全国规模以上工业企业的服务机器人完成产量49.1万套。2022年1—12月全国规模以上工业企业的服务机器人累计完成产量645.8万套。

机器人行业没有弯道超车的机会。要实现硬科技行业的高质量发展，只有脚踏实地研发、持之以恒投入，才能打赢关键核心技术攻坚战。从这一角度来看，机器人行业和半导体行业相似，都需要沉下心，稳住气。

在机器人+时代到来之际，我们衷心期待更多国产芯片厂商能把握大势，立于潮头。