在貿易緊張局勢持續、經濟增長緩慢和芯片短缺的情況下，半導體市場出現了自2021年以來的首次市場增長。物聯網繼續變得越來越重要。

《2023年物聯網芯片組和物聯網模塊趨勢報告》中的10個趨勢，展示了物聯網采用者的需求以及半導體OEM/ODM如何滿足這些需求。

為什么這很重要?

對于物聯網供應商而言：在高度動態的市場中，物聯網芯片企業必須保持領先地位，以繼續保持領先地位，例如，實現更小、更高效、更強大的物聯網設備。

對于物聯網設備/設備制造商而言：物聯網芯片創新不僅會帶來新的市場機會，例如人工智能、新的連接性和更高的能效，還會帶來需要緩解的新挑戰。

物聯網半導體技術在復雜的半導體市場環境中不斷發展

盡管貿易緊張局勢持續、經濟增長緩慢和芯片短缺，但半導體市場從2023年第一季度到2023年第二季度出現了微妙的復蘇跡象。23年第二季度是自21年第四季度以來的首次積極變化，市場環比增長4.2%。

目前，許多總體趨勢正在推動市場回升，包括：

•  對人工智能芯片組的需求不斷增長
•  需要更強大的、甚至是全球性的模塊化和可擴展的物聯網連接
•  希望將數據分析和存儲移至更靠近邊緣的位置
•  推動更小芯片設計和高效冷卻

在這個復雜的市場中，近年來主要半導體企業的物聯網收入份額普遍上升，對于許多大型芯片企業來說，目前已經超過其收入的10%，在某些情況下甚至超過了20%。

最新的《2023年物聯網芯片組和物聯網模塊趨勢報告》，提供了在當前市場環境中可以觀察到的各個物聯網趨勢的大量示例。雖然我們無法在一篇文章中涵蓋所有這些趨勢，但我們將在這里展示報告中的54個物聯網半導體趨勢中的10個，以及每個趨勢的示例。

1、基于芯片的物聯網設備架構的使用

半導體芯片OEM/ODM正在采用基于小芯片的架構。小芯片是一種設計概念，它允許在單個封裝中使用具有不同工藝節點尺寸的多個芯片。這種設計允許快速原型設計和更短的上市時間，所有這些都降低了生產成本。小芯片是具有不同復雜性的物聯網設備的理想選擇，從一次性RFID標簽到集成傳感器、人工智能芯片、處理、內存和連接的高級駕駛輔助系統。

2022年11月，AMD推出了RadeonRX7900XTX和RadeonRX7900XT顯卡。這些尖端卡采用AMD的下一代RDNA3架構，采用集成5nm和6nm工藝節點的芯片設計，每瓦性能比RDNA2提高54%，人工智能性能提高2.7倍。

2、物聯網芯片設計中越來越多地采用RISC-V

許多物聯網設備企業在設計芯片時，都轉向開放標準指令集架構RISC-V。RISC-V具有高能效和可定制性，并且由于其透明、開源特性和ISA合規性而被認為是安全的。其模塊化設計可實現高效的資源利用，這對于不同的物聯網部署而言具有成本效益。

例子：

2023年8月4日，一批主要半導體行業參與者聯手投資一家新企業，旨在促進RISC-V架構的采用。其目的是加快基于RISC-V的創新產品的開發和商業化，它將成為可用于半導體行業的基于RISC-V的產品、參考架構和解決方案的單一來源。

3、將冷卻技術整合到芯片/PCB設計中，用于更小的節點芯片

縮小芯片尺寸是一個大趨勢，目標是尺寸小到3nm和2nm，預計這一趨勢將推動物聯網和通用人工智能芯片的發展。這一趨勢帶來了三個明顯的問題：

• 更高的功率密度：更小、更先進的芯片具有更高的功率密度，并且由于在更小的區域中增加了電路而產生更多的熱量。
• 減少散熱表面積：較小的外形尺寸通常意味著可用于散熱的表面積較少，從而使有效散熱變得更具挑戰性。
• 熱阻：較小的外形尺寸也會導致芯片本身的熱阻較高。隨著芯片縮小，熱量傳播和消散的空間就會減少，從而導致熱阻增加。

為了緩解這些挑戰，半導體企業正在開發和采用多種冷卻技術，來管理和幫助散發運行期間產生的熱量，包括：散熱器、風扇和鼓風機、液體冷卻、均溫板、相變冷卻和熱電冷卻。

例子：

在其iEP-5000G系列工業物聯網控制器中，Asrock采用銅熱管來解決散熱問題。熱管是嵌入在PCB下面的管狀裝置，在溫度超過要求極限的PCB區域周圍循環。Asrock包括iEP-5000G的外殼上的散熱片和內部熱管。

4、物聯網處理器創新著眼于節能的未來

隨著處理器性能、連接性和緊湊性的進步，對能源效率的需求也在不斷提高。由于這種需求，基于mcu的超低功耗soc正在上升。企業正在利用創新的節能方法來延長電池壽命并優化性能。

例子：

2023年3月，意法半導體發布了STM32WBA52，它將藍牙LE(BLE)5.3連接與超低功耗模式、ARMPSA認證的3級和SESIP3安全性，以及為開發人員提供的廣泛外設選擇相結合。它由一個運行在100兆赫的ARMCortex-M33內核增強，以獲得額外的計算能力。STM32WBA52mcu具有意法半導體的低功耗DMA和靈活的省電狀態，具有快速喚醒時間。根據意法半導體的公告，這些功能可以將MCU功耗降低高達90%。

5、增強蜂窩和衛星連接，簡化業務和全球覆蓋

5GRedCap或5GNR-Light是在3GPP第17版中引入的，作為需要中層物聯網連接的物聯網用例的新規范。5GRedCap是當前5G技術的增強版，而不是5G的輕型版本。它提供了吞吐量、電池壽命、復雜性和物聯網設備密度的平衡。

目前，中間層物聯網設備依靠LTECat-4實現廣域無線連接和移動性。對于此類中端案例，5GRedCap將與LTECat-4直接競爭，因為它在20MHz的相似帶寬上運行，并在下行和上行分別提供150mbps和50mbps的類似吞吐量。作為上一代技術，LTECat-4的網絡支持壽命將相對較短，而作為下一代技術的5GRedCap的壽命將更長。

此外，物聯網設備市場正在見證結合衛星和蜂窩技術的先進連接解決方案的出現，為物聯網應用的全球覆蓋和連接鋪平了道路。這些應用可以超越地面網絡的限制，擴大物聯網設備的全球覆蓋范圍。

例子：

2023年3月，廣和通宣布在全球推出新的RedCap模塊系列FG132-NA。這些模塊提供了更高的能源效率，擴展了物聯網場景的多樣性，支持5GSA并向后兼容LTECat4網絡。它們具有高達220Mbps的下行速度和100Mbps的上行速度，可確保制造工廠，IPC和智能電網等各種應用的可靠網絡性能。

此外，廣和通于2023年7月在MWC上海2023上發布了非地面網絡模塊MA510-GL(NTN)。該模塊采用高通9205S調制解調器，符合3GPPRelease17標準，旨在滿足全球物聯網市場的需求，并支持使用高度彈性的GEO衛星通信和蜂窩連接。

6、人工智能芯片組在邊緣設備中的集成不斷提高

隨著企業不斷尋找更快、更安全地做出更好決策的方法，對實時數據分析和數據隱私的需求正在迅速增長。這種需求推動了新型邊緣設備的開發，這些設備具有強大的芯片組，使人工智能應用能夠在本地運行，而無需將數據發送到云端。本地化人工智能處理可減少延遲，實現快速決策，并保護數據，因為數據不會傳輸到場所之外。

例子：

在2023年漢諾威工業博覽會上，研華展示了三個工業人工智能平臺，每個平臺都基于不同的NvidiaGPU：

• MIC-733-AO，基于NvidiaJetsonAGXOrin
• MIC-711-OX，基于NvidiaJetsonOrinNX
• MIC-711-OA，基于NvidiaJetsonOrinNano

GPU具有不同的性能級別，JetsonAGXOrin是最強大的，JetsonOrinNano是入門級。

7、提高本地工業硬件解決方案的處理能力

一些工業自動化供應商最近升級了他們的硬件，例如工業PC，具有更快的芯片組和功能。這些升級使工業硬件能夠在本地存儲和分析數據，并且具有多核支持的IPC可以基于軟件的PLC。2023年新芯片技術的例子，包括英特爾的i9處理器(RaptorLake)和Nvidia的JetsonAGX。

推動這一舉措的是四個客戶需求因素：

• 將一些軟件應用從云端遷移到邊緣
• 更快的數據處理和分析
• 當企業改造使用不同協議的舊資產時，處理多個連接并轉換多個協議
• 更好地控制從企業傳感器網絡收集的數據，以及本地數據的存儲和檢索

例子：

2022年11月，倍福宣布其C60XX系列ipc的新成員C6040，該產品具有幾個新功能。該設備基于英特爾的RaptorLake技術，該技術允許更好的緩存，因此，更好的實時功能。不久之后，在2023年3月，倍福重點介紹了其進一步增強的C6043IPC，其中包括用于人工智能加速的英偉達RTXA4500GPU。

8、在物聯網網關中采用基于RaspberryPi和Arduino的芯片組

為了順應本地工業硬件解決方案中處理能力更強的趨勢，物聯網網關制造商正在其設備中采用RaspberryPi和基于Arduino的系統。這些設備最初用于原型設計，由于其經濟性、可用性和大型社區支持(主要由開發人員和愛好者組成)，現已進入市場工業物聯網網關解決方案。此外，這些系統還提供各種連接選項，例如WiFi、以太網和藍牙，這對于物聯網網關至關重要。

例子：

2023年1月，Artila電子發布了Matrix-310，這是一款基于Espressifesp32的工業物聯網網關，使用Xtensa雙核32位LX6處理器，提供高達240MHz的頻率。用戶可以通過Arduino的板管理器安裝ESP32Arduino核心，使用ArduinoIDE對matrix-310進行編程和開發應用。ArduinoIDE支持FreeRTOS，這是一個開源的實時操作系統，可以用來管理ESP32板上的多個任務。

9、越來越多地使用RAN加速器，正在推動蜂窩通信基礎設施采用OpenRAN/vRAN架構

隨著通信服務提供商繼續在全球范圍內推出5G，并展望2030年左右6G技術的未來推出，他們對開放、靈活、虛擬和可編程的無線接入網絡(RAN)基礎設施越來越感興趣，以實現更好的性能、可擴展性、并節省成本。RAN加速器有助于提高RAN性能，它們是旨在增強RAN性能的定制硬件組件或軟件模塊。它們可以基于FPGA、GPU或ASICS，用于卸載系統中通用處理器的處理任務。

支持RAN加速的著名架構有OpenRAN和虛擬化RAN(vRAN)：

OpenRAN是一種促進開放接口和標準使用的架構，可實現更加模塊化和靈活的網絡基礎設施，其中來自不同供應商的組件可以無縫協作。

vRAN是一種使用虛擬化技術實現網絡功能的架構，其中各種網絡功能作為在通用硬件平臺上運行的軟件來實現，而不是在專門的設備上執行。

電信運營商可以選擇OpenRAN來促進網絡異構性、減少供應商鎖定，并通過開放接口和可互操作的網絡元件促進創新。另一方面，通過利用虛擬化技術在通用硬件平臺上實現RAN功能，選擇vRAN可以幫助實現更大的網絡可伸縮性、靈活性和成本效益，從而使網絡升級和維護更加直接和經濟。

例子：

2022年2月，戴爾展示了基于MarvellOCTEONCNF10S基帶處理器的OpenRAN加速卡。一年后，戴爾還宣布與各行業領導者合作，以增強其面向RAN環境的開放基礎設施。

2023年1月，英特爾推出了最新的第四代英特爾至強可擴展處理器，采用英特爾vRANBoost，這是一款旨在將5G和4G的vRAN加速直接集成到英特爾至強SoC上的新芯片。該處理器經過優化，可提高數據包和信號處理、負載平衡、人工智能和機器學習以及電源管理實施的性能。因此，不再需要自定義第1層加速卡。通過消除對外部加速卡的需求，csp可以減少其vran的組件需求。這反過來又可以顯著節省計算功率，簡化解決方案設計，并降低csp的總擁有成本。

10、芯片到云安全性的進步

隨著連接設備數量的不斷增加，網絡攻擊和未經授權的訪問的風險也隨之增加。物聯網芯片技術供應商正在積極地將安全功能融入其產品中，并遵守行業特定的法規和標準。其中一組標準是IEC62443OT標準系列。獲得此認證的產品必須從設計的早期階段就遵守特定的產品開發要求。

例子：

2023年3月，Eurotech宣布其ReliaGATE10-14多業務物聯網邊緣網關符合IEC62443標準，并根據以下規定進行了組件級安全測試:

• IEC62443-4-1，它定義了安全的產品開發過程
• IEC62443-4-2定義了嵌入式設備、網絡組件、主機組件和軟件應用的技術要求
• psa認證的1級，在PCB上嵌入了TPM2.0IC。

隨著越來越多的供應商集成這些技術來保護使用蜂窩連接的物聯網設備，eSIM和iSIM技術正在興起。這些技術結合了嵌入式安全元件，與傳統SIM卡相比提供了先進的安全功能。嵌入式安全元件充當非對稱加密的硬件信任根，確保安全的端到端通信。

這對物聯網半導體企業意味著什么

根據本報告中發現的趨勢，物聯網半導體供應商應該問自己5個關鍵問題：

• 能源效率：我們是否專注于提高處理器的能源效率，并將超低功耗模式和創新的節能方法，集成到我們的新芯片設計中?
• 人工智能：我們如何在人工智能芯片市場中定位自己，哪些合作伙伴或收購可以推動我們在這一領域的增長?
• RISC-V：我們企業如何加快向RISC-V架構的過渡，或將RISC-V架構納入我們的物聯網芯片設計中，以獲得競爭優勢?
• 散熱：隨著芯片技術向3nm和2nm節點發展，半導體公司計劃如何幫助客戶解決與更高功率密度、更小散熱表面積相關的熱挑戰?
• 芯片架構：我們是否在為客戶的物聯網產品，探索基于芯片架構的潛在優勢，以及我們如何利用它來降低生產成本和上市時間?

這對物聯網半導體器件/設備制造商意味著什么

基于本報告中發現的趨勢，物聯網半導體設備制造商應該問自己的5個關鍵問題：

• 新連接：我們是否正在探索LTECat1bis和衛星連接方面的機會，以增強物聯網設備的全球覆蓋范圍和連接?
• 散熱：我們如何優化PCB設計以采用高效的散熱方法?
• 能源效率：如何利用新推出的芯片的節能特性，來提高物聯網設備的性能和電池壽命?
• 邊緣計算：如何利用更快的芯片組來增強本地數據處理和分析能力，以及將軟件應用從云端轉移到邊緣的潛在好處是什么?
• 人工智能：我們需要在物聯網設備中添加哪些人工智能功能，以滿足未來客戶對邊緣人工智能推理的需求?