工業(yè)4.0對世界的影響絕不僅限于帶動了制造業(yè)的轉型升級，對提供底層技術的半導體產業(yè)來說，由于涉及自動機器人、仿真器、云計算、物聯(lián)網以及大數據分析技術等，對工業(yè)的生產制造、庫儲、物流，甚至產品設計流程進行改造，需要廣泛采用微電子產品，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品在技術層面的改變，進而驅動半導體企業(yè)在產業(yè)層面做出調整。在為半導體業(yè)提供市場機會的同時，也重塑著半導體產業(yè)。
在國務院印發(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，中國半導體企業(yè)仍應當抓住這個難得的時間窗口，在技術與企業(yè)運營層面做出相應調整，而不應錯失發(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已經成為當今熱詞，只要論及產業(yè)升級、制造業(yè)轉型，幾乎無人不談工業(yè)4.0。近日《中國電子報》采訪了德國最大的半導體廠商，也是德國工業(yè)4.0創(chuàng)始會成員之一英飛凌，其工業(yè)和多元化電子市場業(yè)務部微控制器業(yè)務高級總監(jiān)Maurizio Skerlj表示：“對于工業(yè)4.0，我們可以將其理解為通過聯(lián)網將相關要素連接起來，不僅生產線和生產設備將更加智能化，同時被生產和加工的產品本身也將變得智能，并積極參與到被生產和制造的流程中來。”
也就是說，工業(yè)4.0應當是一個閉環(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)的應用，形成大數據的采集、反應和對未來的預測，在產品的開發(fā)和制造、產品的設計和制造、產品的質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品?！?/span>Maurizio Skerlj強調，“事實上，工業(yè)4.0包括兩大要素：智能工廠和智能產品。智能產品有利于多個領域的改變，包括公司的生產物流管理、人機交互、未來工業(yè)生產過程管理等。產品變得更加智能，可以在任何時候被定位、識別和溝通。在智能產品的生產流程中，我們可以在每個產品中，通過植入電子標簽或外部傳感的方式，在信息物理系統(tǒng)架構下，產品能告訴制造流程自己應該被怎樣制造，自己知道它已經做到什么步驟、下一步應該做什么，并控制下一步驟應該去哪個工廠?！?/span>
芯片：解決聯(lián)、感、知等基礎問題
那么，具備如此先進理念的工業(yè)4.0應當如何落實呢?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?！斑@將是一個漸進的過程，改造大致應經歷四個階段，分別是自動化升級、信息化升級、工廠內的互聯(lián)網化、產業(yè)鏈整體互聯(lián)網化。”華泰證券研究員章誠表示?！皩嵤┻^程中要注意幾大要素：更多地實現工廠自動化、各行業(yè)間橫向和縱向更深地互相融合，集中控制向分布式智能控制轉變，以及大數據的分析?！?/span>Maurizio Skerlj表示。
“具體來說，工業(yè)4.0的整體架構將大致由“云、網、端”三大部分組成。“云”是指工業(yè)大數據及工業(yè)云。對數據進行采集、反應和預測，形成可行為的大數據?！熬W”是指工廠內物聯(lián)網及覆蓋產業(yè)鏈整體的工業(yè)互聯(lián)網?！岸恕笔侵钢悄軝C床、機器人、傳感器、機器視覺等智能生產設備，AGV、服務機器人等智能物流設備。智能生產終端是核心?！闭抡\表示。
就半導體技術在其中扮演的角色，Maurizio Skerlj指出：“芯片處于整個工業(yè)4.0架構的基礎，它解決的是上述架構中的聯(lián)、感、知等基礎問題和執(zhí)行問題。具體到產品，則涉及工業(yè)傳感器、微控制器、電子標簽、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)境下有效數握的關鍵，收集到有意義的數據后，高性能的微控制產品進行數據的分析和計算，從而發(fā)出指令對生產進行智能控制，微控制器再將指令傳達給功率半導體，保障高能效地生產。此外，在整個生產流程中，數據的安全，設備的防偽貫穿始終，安全芯片可為智能生產的數據和信息安全提供保障?！?/span>
技術趨勢：在新需求之下形成
工業(yè)4.0環(huán)境下的這樣一種“云網端”系統(tǒng)結構的搭建，無疑會對底層的半導體技術形成新的更高要求?？偨Y起來，大致包括幾個重要趨勢。首先，工業(yè)以太網的建設需要支持多協(xié)議的通信芯片?！肮I(yè)以太網，互聯(lián)互通、實時控制，進而實現安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術?！比鹚_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，包括生產設備聯(lián)網實現自律協(xié)調作業(yè)的M2M，通過網絡獲取大數據的應用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務管理系統(tǒng)與實際生產過程之間的協(xié)同。因為現代智能工廠有四大關鍵點：一是要連接所有網絡以拿到數據;二是要有智能機器;三是大數據，將所有設備、所有人連接后，所有數據都大批量傳送到智能終端上;四是分析，得到數據后從中抓取出應的趨勢來，提高設備狀態(tài)的檢測和預測。要確保上述要點的實現，王均峰認為：“高速傳輸、大數據、保證實時性安全性和節(jié)能均十分關鍵。而這正是工業(yè)以太網構建的要旨。”然而，不同廠商支持的工業(yè)以太網標準各不相同，包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、 CC-Link IE、DeviceNet、、EtherNet/IP、Modbus TCP、CANopen等?！斑@就需要開發(fā)同時支持多協(xié)議的通信芯片，當然開發(fā)過程中需要考慮以太網協(xié)議的實現、應用開發(fā)、硬件開發(fā)、一致性測試等，從開發(fā)到量產需要很長時間?！蓖蹙逭f。
其次，端一級的智能機床、機器人等，需要高性能、低功耗、安全性的芯片產品支持?！斑@一直是半導體廠商致力的方向?！庇w凌工業(yè)與多元化市場資深經理王亦菁表示，“在工業(yè)4.0中，高度智能化環(huán)境下的系統(tǒng)安全和信息安全是物聯(lián)網發(fā)展的基本底線，特別是物聯(lián)網環(huán)境下敏感數據量越大，風險就越大，比如數據、ID、IP被盜用，數據被偽造或篡改，設備、服務器和網絡被惡意操縱。因此，安全是在工業(yè)4.0實施中起到了關鍵作用。”
最后，高集成度也是應對工業(yè)4.0時代的必備條件，比如越來越多的半導體供應商開始將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受嚴酷環(huán)境的考驗，是自動控制系統(tǒng)達到高水平的保證。可以說，沒有眾多質優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現代化工業(yè)的生產體系，更別談工業(yè)4.0體系的構建。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絡正在快速崛起，使傳統(tǒng)實踐中因成本等因素未能實現在線檢測的某些重要工業(yè)過程參數的測量成為可能。“傳感器網絡是物聯(lián)網的重要組成部分，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據并進行分析處理，傳感器使用的MEMS工藝和MCU制程有差異，兩者的SOC整合在半導體技術上存在一定的挑戰(zhàn)，但并不妨礙兩者做為獨立模塊在物聯(lián)網的廣泛應用。”兆易創(chuàng)新產品經理金光一指出。
產業(yè)變革：國際并購熱潮與之相關?
應對上述技術趨勢，半導體企業(yè)勢必在企業(yè)架構上做出一系列新調整，以適應新的市場形勢。英飛凌便提出了從產品到系統(tǒng)的經營理念。“半導體公司的傳統(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體企業(yè)所追求的創(chuàng)新。然而，我們的目標市場正展開一場新的變化，我們需要深入了解我們的客戶的產品、應用和市場，然后基于這種理解，向客戶提供最高性價比的產品和解決方案，以幫助我們的客戶取得更大的成功。同時針對市場目前和未來的需求進行更多產品研發(fā)，這樣的構想和行動，我們稱之為‘從產品到系統(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，藉此拉開自身領先同業(yè)的差距，并且穩(wěn)固市場領導者的地位?！?span style="font-family:Times New Roman;">Maurizio Skerlj表示。
第二個重要變化是隨著技術的不斷發(fā)展與融合市場需求的快速變化和各廠商產品的日趨同質化單憑產品本身已難以贏得競爭優(yōu)勢而必須針對不同應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，成為各半導體廠商的主要競爭手段，包括在工業(yè)領域的競爭。今年上半年以來，國際半導體行業(yè)出現并購熱潮，英特爾斥資167億美元現金收購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)的建設成為競爭焦點。目前半導體行業(yè)已經步入多元化且全面的商業(yè)競爭時代，從單純的產品競爭擴大到產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)間的競爭。半導體業(yè)的競爭也已不僅是技術，而在于看誰能建構完整的產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
這些變化趨勢都不是小規(guī)模半導體企業(yè)能夠完成的，半導體產業(yè)正變得越來越成熟，越來越集中?！按笳吆愦蟆弊兊迷絹碓酵ㄐ?。
相對國際半導體業(yè)的發(fā)展趨勢，我國的集成電路產業(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，在給中國半導體企業(yè)提出挑戰(zhàn)的同時，也展現出了巨大的機遇。中國半導體企業(yè)應當順應市場需求和產業(yè)發(fā)展趨勢，做出相應的調整。
“從國家安全角度來看，只有實現了底層集成電路的國產化，我國的信息安全才能得以有效保證。因此在國務院印發(fā)《中國制造2025》中將集成電路放在發(fā)展新一代信息技術產業(yè)的首位。隨著中國半導體產業(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，中國半導體產業(yè)應當抓住這個時間窗口，不應錯失?！敝袊雽w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：“當前全球集成電路產業(yè)已經進入了寡頭競爭時代，國內外集成電路企業(yè)兼并重組風起云涌。國內集成電路企業(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?！?/span>
工信部軟件與集成電路促進中心主任盧山則認為應當加強在平臺和生態(tài)體系方面的建設，通過融合應用工業(yè)軟件、移動互聯(lián)、云計算、大數據等新一代信息技術，加速工業(yè)企業(yè)互聯(lián)網化、產品智能化、產業(yè)生態(tài)化，進而重構傳統(tǒng)制造業(yè)。