物联网半导体的兴起

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费城半导体指数追踪了全球30家最大半导体公司的价值,在过去五年中增长了5倍(从2016年1月的80美元增至2021年1月的416美元)。该指数不仅轻松击败了飞黄腾达的纳斯达克指数(在同一时间段内上涨了2.8倍),还击败了云计算等其他科技指数(例如,SKYY指数在同一时间段内上涨了3.5倍)。

 

 

半导体——表现强劲的科技行业

半导体企业这种惊人的价值表现可归因于许多因素。IoT Analytics首席执行官Knud Lasse Lueth在评论研究结果时表示:“最值得注意的是,由于一些新兴技术需要更多、更高价值的半导体元件,该行业从中获利。关键驱动因素包括大数据分析、移动通信、游戏、互联和半自动汽车,以及在很大程度上,互联物联网(IoT)设备的快速增长。”

物联网分析公司高级分析师Satyajit Sinha补充道:

“根据我们的估计,活跃的物联网设备连接数量从2015年的36亿增长到2020年的117亿。到2025年底,我们预计物联网连接总数将达到300亿个。物联网半导体市场的崛起是广泛的,涉及大多数行业领域,包括工业、汽车、能源和公用事业以及医疗保健。”

近年来,智能手表和小型无线配件等消费物联网设备的需求量特别高,这促使几年前还没有生产物联网设备的几家公司进入物联网生态系统(例如,许多智能手机制造商)。

当前的物联网设备爆炸将继续推动物联网半导体市场,并可能在更高的生产量下导致进一步的半导体创新。IoT Analytics关于这一主题的最新报告预测,IoT半导体组件市场将以19%的复合年增长率增长,从2020年的330亿美元增长到2025年的800亿美元。特别是,四个组件将成为焦点:物联网微控制器(MCU)、物联网连接芯片组、物联网AI芯片组和物联网安全芯片组和模块。

推动物联网半导体发展的四大关键因素

1. 物联网微控制器(MCU)

与许多其他技术主题相比,物联网具有一组不同的用例和应用程序。所有这些应用程序都需要不同级别的性能和功能。通常,mcu(而不是mpu)非常适合提供所需的灵活性(例如,在处理能力方面),同时为应用程序提供非常经济的硬件选择。

一个有趣的趋势是,物联网MCU现在已经从通用MCU演变而来,有时正在成为物联网应用特定的MCU,以满足特定物联网应用的确切要求(例如,在2020年第4季度,恩智浦推出了S32K3汽车物联网MCU系列)。

基于这些趋势,IoT Analytics预计,IoT MCU在一般MCU市场的渗透率将从2019年的18%增长到2025年的29%。尤其是32位mcu,它可以在诸如著名的Raspberry-Pi之类的设备中找到,代表了物联网应用的最佳位置。

 

 

2. 物联网连接芯片组

物联网连接芯片组是所有物联网连接设备的核心,是最大的物联网半导体市场(2020年占所有物联网半导体的35%)。近年来,由于缺乏全球公认的物联网连接标准,以及不同用例和应用程序的不同要求,导致了各种各样的连接选项。

蜂窝物联网。蜂窝芯片组目前在物联网连接芯片组的市场增长中扮演着重要角色。IoT Analytics预计,在5G(用于低延迟和高带宽的IoT应用)和LPWA(用于低功耗、低带宽、低成本的IoT应用)的推动下,2020-2025年间,全球蜂窝IoT芯片组市场的复合年增长率将达到37.5%。许可/蜂窝LPWA市场和非许可LPWA市场推动了基于LoRa的芯片组和基于NB IoT的芯片组继续主导这一细分市场。

无线局域网。WLAN芯片组由新的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E标准驱动,这些标准为物联网Wi-Fi芯片组市场创造了高增长机会。Wi-Fi 6的吞吐量几乎是Wi-Fi 5的四倍,升级Wi-Fi 6为带宽要求更高的物联网应用打开了大门,例如增强现实耳机。

蓝牙。物联网蓝牙芯片组市场目前由音频娱乐和智能家居设备驱动。相对较新的Bluetooth 5芯片组市场主要集中在物联网应用程序上,使新兴应用程序能够使用信标和基于位置的服务(如资产跟踪)以及针对多个应用程序和用例的更大灵活性。

3. 物联网AI芯片组

许多应用程序需要更复杂的数据分析,并且需要实时执行这些数据分析。近年来,这使得物联网边缘对嵌入式人工智能芯片的需求不断增加。IoT Analytics预计,2019-2025年间,全球IoT AI芯片组的复合年增长率将达到22%。

这种增长是由三种不同类型的芯片组提供的并行计算驱动的:gpu、asic和fpga。基于FPGA的AI芯片组对于云计算和5G时代都具有特别重要的意义。这些芯片有助于减少延迟,改善内存访问,并使设备之间的通信更加节能。传统上,数据中心使用FPGA作为CPU的侧车加速器。

然而,最近,微软等公司已经开始在高速以太网直接连接到FPGA而不是CPU的数据通道中使用FPGA。

4. 物联网安全芯片组和模块

根据诺基亚的《2020年威胁情报报告》,物联网设备目前占观察到的受感染设备的32.7%。到2020年,物联网感染的比例增加了100%。物联网设备威胁的增加需要不断调整安全解决方案。在许多情况下,传统的软件安全性被认为不足以满足整个安全体系结构的要求。因此,在从边缘设备到云的数据流的同时,有一个独特的需求来保护硬件。

尽管公司在实现嵌入式硬件安全性方面通常有各种选择,但在MCU/SoC级别实现嵌入式硬件安全性被证明是最可取的,因为它允许数据安全地通过内部总线。这可以通过将安全元素(SE)和物理不可压缩函数(PUF)嵌入设备内的系统来实现。

另一个重要的安全特性是secure enclave/PUF中的“密钥注入”和加密密钥管理,以确保设备的安全身份,并创建设备内以及从设备到云的数据流的安全隧道。这种集成支持使用非对称加密的“硬件信任根”。它还为数据从芯片到云的安全流动创建了一个安全隧道,确保了静态和传输中的数据安全。

 

 

见解

物联网半导体市场仍处于起步阶段。随着被归类为“物联网”的半导体组件的渗透率预计将从2019年的7%增长到2025年的12%,物联网MCU、物联网连接芯片、物联网AI芯片组和物联网安全芯片组等主题在未来几年将变得越来越重要。很难想象半导体指数能在未来五年内再增值5倍。但可以肯定的是,物联网比以往任何时候都将成为这些半导体公司的驱动力,并能提供重要的新业务。

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