物联网从愿景走向现实， 由半导体技术引路

意法半导体(ST)总裁兼CEO Jean-Marc Chery

在物联网时代，我们的愿景是让数十亿智能物联网设备实现互联互通；让几乎任何系统都可以利用互联网和云计算生态系统实现创新，让物联网产品变得更智能、感知力更强。物联网将使世界变得更智能，其中包含四大部分：智能产品、智能家居/智慧城市、智能工厂、智能驾驶。

智能驾驶：更安全、更环保和更智联

在智能驾驶方面，汽车行业通过不断把物联网产品应用起来， 将能使驾驶变得更安全、更环保和更智联。简单来说，车联网能够实现更多服务，网联汽车将掀起车辆安全的变革，V2X(车与外界通信)将实现更安全、更快速的出行，以及环保。

SiC在推动电动汽车普及上的意义

SiC是赋能电动汽车的一个关键技术，对续航里程延长、电池尺寸变小( 或可靠性提高)、充电更快速高效来说具有重要意义。SiC MOSFET和Si IGBT相比，能在多项性能指标上实现显著提升，例如，在750V时能效提高约8%到12%， 开关损耗约为1/ 7，芯片尺寸约为1/5，总损耗降低约50%。

不同智能工业项目之间的联系以及市场机遇

物联网是一种全球性的趋势，在世界各地都有不同的智能工业项目：在中国有中国制造2025，在德国有工业4.0，在美国有工业物联网(IIoT)。智能工业中有些共同的主题，即工厂和机器变得越来越智能、越来越有意识，而传感器则为它们赋予这些能力。传感器与本地分布式的智能结合在一起，可以提供非常强的功能，进而促进人机合作。如此一来，工人的角色会发生巨大变化，工厂会变得更有连接性，从而实现更好的数据收集，并将其上传到云上去。

这样的数据收集非常必要，在万物互联的时代，数据收集可以提供很多的分析和见解。为了使机器变得更加智能、风险更小，对于新工厂来说，可以在建厂的时候通过无线或者有线网络的方式将数据收集设备安装进去，而对于旧工厂来说，由于没有这样的设备，就需要去改造工作场所而使其变得更加安全。

我们可以通过相应的技术来监测电器设备，使它们漏电的可能性更小；也可以通过相应的技术来监测能耗，使其降低，在有些情况下甚至可以降低30%以上。智能监控系统也可以大范围使用，从而持续监控每台机器，进而实现预测性维护。

到2021年，我们会看到很多这样的智能技术投入使用。这些都意味着巨大的机会。到底如何抓住这些机会呢？在所有这些机会中，首先是有大量的联网设备。到那时，互联的水、电、气表以及工业物联网设备的数量将新增8 亿左右。另一个巨大的机会是工业用电动机— 这些电动机目前在全球的安装量在3亿左右，并将以每年10%的速度增长，占到全球能耗的30%左右。因此，我们要对这些电动机进行监控，查看它们是否以必要或高效的方式进行运作— 什么时候出现故障，什么时候效率不高— 这样就可以降低能耗。

远程状态监测及预测性维护

原则上，越早检测到缺陷，修复缺陷的成本就越低，维护也越方便，生产停机时间也就越短。直到最近，设备专家以及维护人员在监控失效方面仍然没有很好的手段。他们使用离线式手持传感器检测，这些传感器基于节能或超声传感的原理，是非常落后的。而今天利用低成本的半导体解决方案和高智能的算法，就可将传感器放在机器上进行实时监测。这样就可以预处理很多数据，并将其传送到本地设备或者云端上去。现在我们有非常小、非常智能的传感器，这些传感器带有微处理器、电源管理电路以及有线或无线连接支持。相比传统的监控方案，它们可以提供巨大的优势，进而实现预测性维护。

对于物联网产业的发展，半导体行业提供很多基本要素，包括传感、驱动、处理、安全、连接、调节、保护、电动机控制以及电源管理。

传感功能可以收集数据，而使物联网设备能够感知周围状况。处理功能则使设备拥有智能—其会涉及不同的功能， 包括先进数据处理功能，以及人工智能功能。除此之外，安全性也非常重要。安全可以保护数据的完整性— 通信过程中如果数据不完整，通信的结果就会受到影响，而使IoT整个链路不再完整。连接性则可实现与本地设备或云的连接。此外，还需要考虑对电动机控制设备的保护以及电能管理。所有这些功能都需要以可升级、可扩展的方式来提供，也就是说性能可以变高或变低，可以选择，这样才可以满足不同的物联网设备的需求。半导体器件可以实现这些功能，而且它们的成本也不高，性价比却非常高。

物联网设计的基本要素缺一不可        

谈到这些问题或者功能需求时就必须综合考虑，上述基本要素缺一不可。半导体器件如果充分利用，我们将在物联网时代大有可为。但物联网设计要应对很多挑战，包括选择正确的传感器种类、自适应连接、低功耗设备与能效、智能处理(包括AI)，以及多维度的安全防护。对于连接性来说，需求多种多样，既有非常短距离的连接，也有非常长距离的连接，有无线连接也有有线连接，它们所传输的数据量也各不相同。对于工厂中现有的有线连接，有些技术非常合适，比如IO-Link或者工业以太网。对于新安装的场合，无线连接或许可以提供非常多的好处，而对于远程设备，比如智能电表、水表或者智能传感器，或许可以考虑远程的广域网，因为这些场合下需要传输的数据量非常少。

5G技术对半导体提出的要求

5G未来会给我们带来巨大潜力，会对物联网世界带来巨大变革。5G网络在数据速率方面会带来很大的提升。另外在时延方面以及连接质量方面也会带来巨大的改善。这非常重要， 对车联网尤其如此。车联网需要实时、快速地交换大量数据， 连接的可靠性要求非常高。对工业界来说，有些对时延敏感的服务和设备，比如工业机器人和无人机，会需要持续的连接和实时的数据传输。而NB-IoT也可以提供非常优化的解决方案，从而实现最低的成本和最低的功耗，主要是针对时延不敏感的场合。对于吞吐量要求不高的场合，在物联网时代确实有很多。通过这样的技术部署，我们就可以在5G时代满足更多的物联网用例。

本文为《观点》杂志文章。