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物联网集成电路芯片技术的演进,在于元器件和模块的异构集成技术 。对于物联网传感模块的技术演进可以归纳为一系列的产品,有7代,包括大型工业智能传感器、第一代物联网传感器、下一代物联网传感器、物联网集成传感器、传感网络、综合系统、印刷电子等 。如下图:

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物联网传感技术路径演进图

第一代物联网传感器模块已经面世,这些模块与其他电子元器件封装而成,集成了传感模块的物联网芯片,为工程应用提供新的功能 。今天,这样的物联网设备有很多,如Nest智能温控器(谷歌收购)、智能叉子、智能喷头等,还包括可穿戴设备、家庭和楼宇自动化设备等 。

未来的集成传感器是物联网专用的集成传感器 。因此其具有极低的功耗和成本(基于MEMS的传感器),所以非常适合大批量生产和大规模部署应用 。这种传感器应用于工业领域、工程环境、危险化学物质等方面 。物联网集成传感器的另一个应用是进行汽车运动状态监控,而无人驾驶、自动驾驶技术是当下研究热点,故该类集成传感器有着广阔的应用场景 。

物联网集成电路芯片分类

物联网集成电路芯片是根据市场导向,按应用需求提出的一类适合在物联网工程中应用的集成电路芯片 。

物联网(LOT)就是将设备、物体连网、然后基于此实现服务 。为了实现这一目标,物联网系统设备需要一个三层架构:核心层设备、中间层设备和边缘层设备 。

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根据物理网三层次学说,在物联网核心层要做信息运算、决策处理,需要有运算处理芯片,即物联网处理器;在物联网中间层主要做信息传输工作,无限传输需要射频处理芯片,有限传输需要路由、交换芯片;在物联网边缘层,信息感知需要传感器件或集成了电源管理部分、能量获取部分、传感器陈列部分的IC芯片 。在执行部件中,需要运算处理部分、功率驱动部分的IC芯片 。

综上所述,物理网集成电路芯片基本上分为如下几种 。

运算处理芯片:各种不同位数、不同频率的物联网处理器 。
通信芯片:射频基带芯片、路由、交换芯片 。
各类物联、化学、生物、运动信息传感芯片、功率驱动芯片 。
集传感模块、通信模块、处理模块为一体的低成本无源芯片 。

物联网集成电路芯片架构包括传感器件、处理器、片上和片外存储器、I/O接口等 。芯片的设计、生产、封装的新方法、新工艺也在不断涌现,包括定制ASIC方法、EAD环境中设计SOC的流层、用于网络和服务器的2.5D芯片工艺以及用于MEMS和传感器(阵列)集群的 fan_out晶圆级芯片封装技术 。在开发用于汽车、医疗设备和工业控制系统的物联网芯片上还要考虑数据保密、信息安全的问题 。

通用物联网集成电路芯片的设计目标不只是覆盖一种应用,还可以处理多种应用 。IoT IC 虽然有很多通用版本 。但在一些案例中,物联网集成电路设计工程师会进行专用物联网集成电路芯片的设计,然后尝试为其他物联网项目重新利用它们(设计复用) 。将来,会有更多针对特定应用而专门设计的物联网专用芯片面市 。

物联网芯片产业圈构建

物联网被称为继互联网之后,信息产业的第三次浪潮 。在很多方面,物联网是与应用软件市场对应的硬件市场,正在全世界释放新的一轮嵌入式技术创新 。而作为物联网产业的上游主导企业,半导体厂商均加快推出物联网产品,包括芯片和开放平台,以期望自己构建的生态系统可以引领物联网革命 。物联网IC产业生态圈,如下图:

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中国的科技企业普遍遵循两条发展道路:一条是以华为为代表的“重科技”路线,通过技术研发驱动增长;另一条则是以阿里巴巴、京东等企业为代表的商业模式创新路线,倚仗商业变革重新创造增长动能 。

我国每年的集成电路产品进口金额已超过石油进口金额,在普及率极高的智能手机行业,包括CPU、存储器、各类感应元器件基本依赖国外企业 。可以说,补强中国自己的芯片产业短板已迫在眉睫 。

从“从芯到云”,大数据、大互联、大安全、云计算是一个巨大的产业,物联网产业有巨大的市场空间 。物联网的产业版图,是一个从“芯”到“云”的信息产业生态系统 。