湖南阳光技术学校
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更新时间:2021-12-03 17:38
文 | 半导体产业纵横
汽车缺芯的现象已经成为全世界都在关注的问题,为了解决汽车缺芯的问题各国政府、汽车厂商和半导体厂商都在协调产能。不主攻汽车半导体的台积电在汽车半导体产品的关键组件 MCU 产量比去年提高了 60%,同时更是有多家国内外汽车大厂宣布要研发芯片以缓解缺芯问题。在各方的努力之下,我们看到一些停工的车企,如丰田、通用下半年的产量开始呈恢复状态。大众汽车的首席财务官表示已经看到芯片的供应趋于稳定。
然而,在各界目光集中在距离生活较近的汽车行业时,那些距离日常生活较远的行业也正在承受着缺芯之痛,而工控行业就是其中之一。11 月 23 日,施耐德电气发布通知函,称由于缺少以太网芯片的供应将在全球范围内暂停相关产品的销售且不接受订单,可见,缺芯已经影响到了工业控制领域的头部企业。如果这一问题不解决,缺芯对工业的影响将更加严重。
起源于德国的工业 4.0,是指用数据驱动人工智能来完成工业的转型,其关键包括:物联网、数字化转型、数字孪生、运用 AI 和大数据规划生产等。这一概念的实现有助于打造具有国际竞争力的制造业,从而为提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国铺平道路。而在工业 4.0 中,由于工控自动化可以实现制造业降本增效,因此工控自动化被视作工业 4.0 的必然趋势。来源:头豹研究院工控自动化中涉及的环节有很多,整体概括来说主要分为控制层、驱动层、执行层,而无论在哪一层面半导体都是其中不可缺少的关键器件。单就一个以太网通讯模块来说,其中包含 MCU、IC chip、SDRAM 芯片等。如果是更复杂的控制层,还会需要 CPU、显卡、BIOS 芯片等控制芯片。
变频器缺货背后的工控行业缺芯之痛
或许是因为没有如特斯拉那般的明星企业,又或许是离大众太远,工控领域的 " 芯病 " 似乎并未引起重视。但实际上,工控产品的缺芯已经反映在多个层面,包括 PLC、DCS、变频器等产品的缺货。其中变频器的交货期已经从 4-6 周延长到 16-24 周。
变频器在工控中的作用是通过改变交流电机供电的频率和幅值 , 从而改变其运动磁场的周期,以平滑控制电动机转速。变频器靠内部 IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。变频器中的 IGBT、电流传感器都需要 MCU 进行控制。但相对于汽车行业,一台车就需要几十上百的 MCU 需求,一台变频器一颗 MCU 的需求显得微不足道。
除了单台机器需求量级的差距,就汽车市场和变频器市场的规模也存在巨大的差距。数据显示,2020 年中国汽车制造业营业收入达到 8.16 万亿元,而中国变频器行业的 2019 年的市场规模则为 495 亿元。在这样的规模差距之下,变频器厂商的议价能力、订单优先级都无法与汽车制造商相提并论。
而变频器并不是工控领域唯一缺货的产品,工控领域的缺芯问题急需走到台前。
工控 MCU 国产替代仍有难度
根据 IC Insights 数据,工控 / 医疗占全球 MCU 下游应用市场的 25%。但这样巨大的市场,目前仍被被国外厂商占据大部分市场份额。根据前瞻产业研究院数据,2019 年全球 MCU 被前五大厂商占据超 80%;而中国 MCU 市场份额也被国外厂商分走 80% 以上。
2019 年全球 MCU 市场格局,来源:前瞻产业研究院2019 年中国 MCU 市场格局,来源:中金公司研究部MCU 在工业领域难以实现国产替代的原因主要是工业领域对 MCU 性能严格的要求。以变频器为例,其内部都是大功率电子元件,因此 MCU 需要具备一定的耐高温和低温能力。同时,变频器工作的工业环境面临着电磁波干扰、腐蚀气体、震动和冲击等考验,这就需要 MCU 的稳定性。
消费级 / 工业级 / 汽车级 MCU 区别,来源:中金公司研究部湖南阳光工控自动化培训学校开设的工控自动化专栏汇集了石柱工控自动化培训,石柱工控自动化培训课程大全,常年面向石柱地区招生,我们有众多经验丰富的工控自动化专业老师,为您量身制定工控自动化课程,为选择石柱工控自动化培训班的广大学员提供了全面的课程介绍和教学。
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