智能電視發(fā)展對(duì)芯片的創(chuàng)新需求

作者 / 吳偉 孫彥竹 姜曉飛 深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司 (廣東 深圳 518108)

吳偉，深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司總工程師，研究方向：電視技術(shù)研發(fā)及工程技術(shù)管理;孫彥竹，總工程師辦公室副主任工程師，研究方向：標(biāo)準(zhǔn)化及項(xiàng)目管理;姜曉飛，總工程師辦公室工程師，研究方向：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及項(xiàng)目管理。

摘要：從智能電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)出發(fā)，分別從智能制造和智能產(chǎn)品兩方面探討對(duì)芯片的創(chuàng)新需求，同時(shí)芯片在制造中的應(yīng)用。

0 引言

　　對(duì)于國(guó)內(nèi)各大廠商來(lái)說(shuō)，智能制造如今已不僅僅是一個(gè)響亮的口號(hào)，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。那么，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在發(fā)展智能制造的必要性有哪些?智能制造中會(huì)用到哪些芯片?這些芯片又是如何應(yīng)用的呢?本文試圖從智能化制造及產(chǎn)品本身智能化兩個(gè)方面深入介紹了整機(jī)制造企業(yè)對(duì)芯片的創(chuàng)新需求。

1 制造需求

1.1 造產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)

　　就目前國(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展來(lái)看，發(fā)展智能制造主要有三個(gè)推動(dòng)因素：

　　1)政策驅(qū)動(dòng)。2015年5月8日，國(guó)家正式發(fā)布了《中國(guó)制造2025》規(guī)劃，智能制造試點(diǎn)示范、標(biāo)準(zhǔn)制定、新模式、互聯(lián)網(wǎng)+、量化融合、綠色制造、機(jī)器人裝備提升，各部委各項(xiàng)政策全方位支持，預(yù)計(jì)將投入5萬(wàn)億元基金布局中國(guó)制造2025。

　　2)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)。隨著我們國(guó)家國(guó)際化進(jìn)程的加快，國(guó)外訂單總量現(xiàn)在已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)內(nèi)訂單，而國(guó)外訂單的特點(diǎn)是訂單數(shù)量多，單張訂單量小。以電視機(jī)為例，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一年會(huì)有將近5000萬(wàn)臺(tái)的體量需求;而在國(guó)外，一些國(guó)家一年只有幾十萬(wàn)臺(tái)的需求量,有的國(guó)家有三四百萬(wàn)臺(tái)的訂單已經(jīng)算很多了。因而國(guó)內(nèi)廠商要逐漸適應(yīng)這種柔性化的生產(chǎn)模式。

　　3)用工驅(qū)動(dòng)。自2005年起的10年間，我國(guó)勞動(dòng)力成本上升了5倍，相較1995年的勞動(dòng)力成本則上升了15倍。目前在珠三角地區(qū)雇用一個(gè)一線產(chǎn)業(yè)工人所需費(fèi)用一年要8萬(wàn)元左右，勞動(dòng)力成本的提升給制造成本帶來(lái)了巨大的壓力。而預(yù)計(jì)在未來(lái)3年，勞動(dòng)力成本將會(huì)繼續(xù)上漲6成，5年翻番，10年再翻番。

　　因此，在國(guó)內(nèi)政策的推動(dòng)下，再加上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求及用工成本的劇增，生產(chǎn)自動(dòng)化及智能制造就迅速由最初的提出，開(kāi)始進(jìn)入細(xì)化執(zhí)行階段。

1.2 造整體的解決方案

　　從設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、服務(wù)保障、管理等方面進(jìn)行智能制造頂層方案設(shè)計(jì)，消除信息孤島，搭建能有機(jī)整合MES、ERP、PLM、數(shù)字化車間等智能制造各子系統(tǒng)的智能制造平臺(tái)框架。

　　整個(gè)智能制造解決方案主要分為三層(如圖1)，從下到上依次是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、傳輸網(wǎng)路和數(shù)據(jù)中心。

　　首先是最底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包含工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)物流、自動(dòng)控制PLC以及現(xiàn)場(chǎng)感知，這是智能制造的第一層。

　　第二層是傳輸網(wǎng)絡(luò)。主要完成的工作是將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及產(chǎn)品上傳來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行收集，通過(guò)eLTE及工業(yè)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，并將收集到的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心。

　　第三層是數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心又可以分為支撐平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品及設(shè)備的控制，即為制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)主要實(shí)現(xiàn)的功能。MES系統(tǒng)承擔(dān)了整個(gè)智能過(guò)程中生產(chǎn)的調(diào)度、技術(shù)的管理、作業(yè)人員的調(diào)配、產(chǎn)品的追溯、柔性生產(chǎn)、能耗管理、物料管理、應(yīng)急處置等。通過(guò)MES系統(tǒng)將數(shù)字化車間進(jìn)行聯(lián)通。而MES系統(tǒng)上端則包括智能經(jīng)營(yíng)、智能設(shè)計(jì)、智能決策，主要有企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning，ERP )以及產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)(Product Lifecycle Management，PLM)，將產(chǎn)品生命周期和生產(chǎn)計(jì)劃管理連接在一起。

1.3 制造對(duì)芯片的需求

　　在整個(gè)智能制造過(guò)程中，需要考慮兩個(gè)問(wèn)題，即“生產(chǎn)什么產(chǎn)品”和“采用什么生產(chǎn)設(shè)備”。本文舉例介紹創(chuàng)維在實(shí)現(xiàn)智能制造過(guò)程中應(yīng)用規(guī)模最大的兩類集成電路——射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID，又稱電子標(biāo)簽)和可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。

1.3.1 RFID芯片應(yīng)用

　　RFID可以應(yīng)用在工裝板上，如圖2所示。傳統(tǒng)的工裝板只是一個(gè)插22 V電源插頭的工裝板，而智能工裝板內(nèi)置了RFID芯片作為產(chǎn)品信息化的接口，使得整個(gè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)情況全部被記錄下來(lái)，避免了生產(chǎn)過(guò)程中諸如標(biāo)簽貼錯(cuò)、物料放錯(cuò)等問(wèn)題，如果產(chǎn)生這些問(wèn)題，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。從而實(shí)現(xiàn)了與MES系統(tǒng)、智能產(chǎn)線、自動(dòng)化設(shè)備的互通。另外，將RFID加裝到工裝板上，采用周期回收的方式，從而降低了投入成本。

　　RFID可以應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(Warehouse Management System，WMS)中，如圖4。原來(lái)產(chǎn)品的流通，包括產(chǎn)品從生產(chǎn)線到整機(jī)倉(cāng)庫(kù)，然后運(yùn)到海外各地的各個(gè)分公司，這些都是人工完成的，人工執(zhí)行就難免會(huì)出錯(cuò)?，F(xiàn)在通過(guò)在托盤和貨架安裝RFID芯片作為WMS系統(tǒng)中的信息入口，從而實(shí)現(xiàn)了物料的入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、盤點(diǎn)管理等，通過(guò)建立物料全過(guò)程批次管理，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)端、銷售端和物料的雙向追溯管理。

　　RFID芯片可以直接利用現(xiàn)有的SMT工藝植入電視機(jī)機(jī)芯的PCB板上，如圖5。為什么要這樣做呢?主要有兩方面的原因。

　　第一，對(duì)售后產(chǎn)品進(jìn)行追溯。電視機(jī)什么時(shí)候生產(chǎn)的，由哪個(gè)工人操作的，里面用的物料是由哪一個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的，只要售后服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)機(jī)芯有問(wèn)題，這些信息就很容易通過(guò)RFID芯片查出。

　　第二，防止串貨。例如某臺(tái)電視是賣給湖南的，如果在湖北發(fā)現(xiàn)了，我們就知道這個(gè)電視機(jī)是由湖南串到了湖北，串貨會(huì)對(duì)公司整個(gè)價(jià)格體系造成影響。之前為防止串貨，會(huì)在電視機(jī)上貼標(biāo)簽，而現(xiàn)在這種老辦法已經(jīng)不管用了，一些串貨人員很容易就可以將標(biāo)簽換掉。通過(guò)這一手段，可以有效避免串貨現(xiàn)象。

1.3.2 PLC的應(yīng)用

　　PLC主要實(shí)現(xiàn)在智能制造過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)全線生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)品信息采集、狀態(tài)顯示、報(bào)警及故障處理功能，幫助操作員和管理者快速診斷出系統(tǒng)故障。例如，在系統(tǒng)中，包括視覺(jué)機(jī)器人、打螺釘機(jī)器人、貼標(biāo)機(jī)器人，這些機(jī)器人有時(shí)需要同時(shí)作業(yè)，有時(shí)又需要分開(kāi)作業(yè)，如何控制并有序地調(diào)度這些機(jī)器人適時(shí)地工作就是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2 智能電視

2.1 發(fā)展和趨勢(shì)

　　就當(dāng)下全球市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，智能電視主要有三大發(fā)展趨勢(shì)：大屏化、高清化和智能化，如圖6所示。2017年，60英寸電視在全球市場(chǎng)總量占比已經(jīng)達(dá)到7%，4K電視占比達(dá)到35%，智能電視在占比達(dá)到48%。

　　如圖7所示為2014～2017年中國(guó)智能電視零售量及零售量滲透率趨勢(shì)具體狀況。由圖中數(shù)據(jù)可知，國(guó)內(nèi)智能電視目前的滲透率已經(jīng)接近90%。

2.2 智能電視對(duì)芯片的創(chuàng)新需求

　　隨著國(guó)際和國(guó)內(nèi)大屏化、高清化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，也將對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)提出新的需求。

　　第一，智能電視需要更快的CPU處理器。2016年之前電視機(jī)CPU一般都是32位的，而從2016年下半年開(kāi)始，采用64位的CPU電視機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)下4K電視的主流配置。由于現(xiàn)在智能電視會(huì)內(nèi)置一些大型游戲和應(yīng)用，這些游戲及應(yīng)用是手機(jī)游戲無(wú)法比擬的，而大型游戲和應(yīng)用的CPU 64位的趨勢(shì)已經(jīng)很明顯，這就導(dǎo)致了對(duì)64位CPU開(kāi)始產(chǎn)生高要求。同時(shí)“64 bit”也是安卓8.0主要提升的功能之一，當(dāng)下“64位CPU+安卓8.0+DDR4”的“三位一體”將會(huì)是智能電視新配置要求，這樣的配置也會(huì)使得智能電視的功用有更完美的發(fā)揮。

　　第二，智能電視需要更強(qiáng)大的圖形及運(yùn)算能力的GPU。由于未來(lái)4K游戲?qū)D形處理會(huì)有更高要求，因而智能電視需要GPU有更高性能。眾多GPU廠商也針對(duì)這一趨勢(shì)推出了更高性能的GPU，例如ARM推出了T6系列及以上的GPU。

　　第三，智能電視要求更高的芯片工藝。創(chuàng)維2017年4月推出的全新OLED電視，其厚度只有3.6 mm，這個(gè)厚度約為蘋果手機(jī)厚度的一半，因而創(chuàng)維稱之為wallpaper(墻紙電視)的概念。而超薄電視則對(duì)我們的芯片工藝產(chǎn)生了更高的需求，之前42 nm的芯片工藝已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)下智能電視對(duì)超輕薄的需求，智能電視的芯片開(kāi)始需要28 nm及以上的芯片工藝。

　　第四，智能電視需要更大的存儲(chǔ)空間。要滿足用戶對(duì)大型游戲及應(yīng)用的極致體驗(yàn)，尤其是大型游戲需要更好的用戶體驗(yàn)，因而需要速率更快、延時(shí)更小的eMMC5.0標(biāo)準(zhǔn)的閃存及DDR4。

　　第五，智能電視需要有更多的超清信號(hào)入口。如今業(yè)內(nèi)誕生了諸多新標(biāo)準(zhǔn)，例如HDMI2.0、USB3.1、MHL3.1以及802.11A.C等新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。創(chuàng)維電視現(xiàn)在已經(jīng)可以支持USB 3.1，MHL 3.0等新標(biāo)準(zhǔn)，新的標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)智能電視的芯片產(chǎn)生了新的要求。

　　第六，還有智能電視現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是看電視，加入了諸多如游戲、購(gòu)物等需要和用戶互動(dòng)的功能，因而也需要應(yīng)用更多新技術(shù)，例如手勢(shì)識(shí)別，因?yàn)殡娨暀C(jī)內(nèi)部有很多互動(dòng)游戲需要用到手勢(shì)識(shí)別技術(shù);再如人臉識(shí)別，智能電視配備人臉識(shí)別功能后，就可以快速地登錄和進(jìn)行無(wú)人關(guān)機(jī)、個(gè)性化配置等，例如如果智能電視識(shí)別出觀看者是老人，就可以推出一些老電影和老電視劇，如果是小朋友，就可以推送一些兒童節(jié)目，另外，如果小孩在看一些暴力電影，也可以自動(dòng)關(guān)掉電視。另外，6~9軸的空鼠控制(尤其是游戲應(yīng)用)也會(huì)是智能電視的必備功能。這也是智能電視的一些新的應(yīng)用及技術(shù)需求。

　　第七，智能電視的主芯片要適應(yīng)多操作系統(tǒng)。我國(guó)家電產(chǎn)品出口的到世界各地，而不同的用戶人群由于用戶習(xí)慣及專利等問(wèn)題對(duì)界面及操作系統(tǒng)需求不同。例如，美國(guó)更傾向于用Linux操作系統(tǒng)，南美更傾向于用安卓操作系統(tǒng)。因而要求智能電視在設(shè)計(jì)的時(shí)候，主芯片必須兼容安卓和Linux這兩種，甚至更多的操作系統(tǒng)。

　　第八，智能電視需要適應(yīng)全球平臺(tái)化需求。全球地面數(shù)字廣播飛速發(fā)展，例如美國(guó)的ATSC已經(jīng)到了3.0，歐洲的DVR已經(jīng)進(jìn)入第二代(DVR-T2)，我國(guó)的DTMB也已經(jīng)發(fā)展到第二代。因?yàn)槿虻孛姘l(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)都在發(fā)生非常大的變化，也都在適應(yīng)高清的發(fā)展，所以這些新的標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)智能電視芯片又產(chǎn)生了諸如軟件體系繁重，需要快速適應(yīng)市場(chǎng);要求單一平臺(tái)全球化，內(nèi)置多任務(wù)解調(diào)器;通過(guò)安裝不同APK適應(yīng)不同區(qū)域電視功能等新要求。

　　第九，智能電視需要整合人工智能技術(shù)?，F(xiàn)在非?；馃岬木褪侨斯ぶ悄?，人工智能在智能電視上也已經(jīng)從今年開(kāi)始得到大規(guī)模應(yīng)用，在高端產(chǎn)品甚至中端產(chǎn)品上，都已經(jīng)植入了人工智能。包括語(yǔ)音控制和人臉識(shí)別兩個(gè)方面。

　　第十，智能電視需要整合AR技術(shù)。當(dāng)下的智能電視其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了AR功能，用戶可以在智能電視上體驗(yàn)AR游戲，通過(guò)真實(shí)的人與虛擬的游戲 場(chǎng)景結(jié)合，加深用戶體驗(yàn)。另外，現(xiàn)在通過(guò)智能電視的電視購(gòu)物，用戶可以試穿喜歡衣服，從而方便選出更適合你穿的衣服。

3 結(jié)論

　　由芯片推動(dòng)產(chǎn)品智能化及產(chǎn)品的智能化制造首先對(duì)于消費(fèi)者而言，滿足個(gè)性化的定制需求，提升了產(chǎn)品智能型提高生活品質(zhì)，同時(shí)可以追溯產(chǎn)品的透明化及信息化保障合法權(quán)益;對(duì)企業(yè)而言，產(chǎn)品智能性能提升加大產(chǎn)品在市場(chǎng)的占有率，同時(shí)加強(qiáng)企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品的管控能力，解決銷售的串貨問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的快速追溯與召回;對(duì)市場(chǎng)而言，有利建設(shè)遵法守法誠(chéng)信的市場(chǎng)環(huán)境，完善產(chǎn)品的監(jiān)督機(jī)制，提升產(chǎn)品在國(guó)際商場(chǎng)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)技術(shù)領(lǐng)域而言，提升中國(guó)芯片在市場(chǎng)上的占有率及競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)我國(guó)芯片行業(yè)的快速發(fā)展。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第4期第28頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。