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

吳偉，深圳創維-RGB電子有限公司總工程師，研究方向：電視技術研發及工程技術管理;孫彥竹，總工程師辦公室副主任工程師，研究方向：標準化及項目管理;姜曉飛，總工程師辦公室工程師，研究方向：產品開發及項目管理。

摘要：從智能電視產業發展的趨勢出發，分別從智能制造和智能產品兩方面探討對芯片的創新需求，同時芯片在制造中的應用。

0 引言

　　對于國內各大廠商來說，智能制造如今已不僅僅是一個響亮的口號，同時也是國內制造業發展的一個重要方向。那么，國內現在發展智能制造的必要性有哪些?智能制造中會用到哪些芯片?這些芯片又是如何應用的呢?本文試圖從智能化制造及產品本身智能化兩個方面深入介紹了整機制造企業對芯片的創新需求。

1 制造需求

1.1 造產業驅動

　　就目前國內制造業發展來看，發展智能制造主要有三個推動因素：

　　1)政策驅動。2015年5月8日，國家正式發布了《中國制造2025》規劃，智能制造試點示范、標準制定、新模式、互聯網+、量化融合、綠色制造、機器人裝備提升，各部委各項政策全方位支持，預計將投入5萬億元基金布局中國制造2025。

　　2)業務驅動。隨著我們國家國際化進程的加快，國外訂單總量現在已經遠遠超過了國內訂單，而國外訂單的特點是訂單數量多，單張訂單量小。以電視機為例，國內市場一年會有將近5000萬臺的體量需求;而在國外，一些國家一年只有幾十萬臺的需求量,有的國家有三四百萬臺的訂單已經算很多了。因而國內廠商要逐漸適應這種柔性化的生產模式。

　　3)用工驅動。自2005年起的10年間，我國勞動力成本上升了5倍，相較1995年的勞動力成本則上升了15倍。目前在珠三角地區雇用一個一線產業工人所需費用一年要8萬元左右，勞動力成本的提升給制造成本帶來了巨大的壓力。而預計在未來3年，勞動力成本將會繼續上漲6成，5年翻番，10年再翻番。

　　因此，在國內政策的推動下，再加上產業發展的需求及用工成本的劇增，生產自動化及智能制造就迅速由最初的提出，開始進入細化執行階段。

1.2 造整體的解決方案

　　從設計、工藝、生產、服務保障、管理等方面進行智能制造頂層方案設計，消除信息孤島，搭建能有機整合MES、ERP、PLM、數字化車間等智能制造各子系統的智能制造平臺框架。

　　整個智能制造解決方案主要分為三層(如圖1)，從下到上依次是現場設備、傳輸網路和數據中心。

　　首先是最底層現場設備，包含工業機器人、自動物流、自動控制PLC以及現場感知，這是智能制造的第一層。

　　第二層是傳輸網絡。主要完成的工作是將現場設備及產品上傳來的數據通過物聯網關進行收集，通過eLTE及工業交換機實現設備之間的互聯互通，并將收集到的數據上傳到數據中心。

　　第三層是數據中心。數據中心又可以分為支撐平臺和應用平臺，其主要功能是實現對產品及設備的控制，即為制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)主要實現的功能。MES系統承擔了整個智能過程中生產的調度、技術的管理、作業人員的調配、產品的追溯、柔性生產、能耗管理、物料管理、應急處置等。通過MES系統將數字化車間進行聯通。而MES系統上端則包括智能經營、智能設計、智能決策，主要有企業資源計劃系統(Enterprise Resource Planning，ERP )以及產品生命周期管理系統(Product Lifecycle Management，PLM)，將產品生命周期和生產計劃管理連接在一起。

1.3 制造對芯片的需求

　　在整個智能制造過程中，需要考慮兩個問題，即“生產什么產品”和“采用什么生產設備”。本文舉例介紹創維在實現智能制造過程中應用規模最大的兩類集成電路——射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID，又稱電子標簽)和可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。

1.3.1 RFID芯片應用

　　RFID可以應用在工裝板上，如圖2所示。傳統的工裝板只是一個插22 V電源插頭的工裝板，而智能工裝板內置了RFID芯片作為產品信息化的接口，使得整個產品的數據和生產情況全部被記錄下來，避免了生產過程中諸如標簽貼錯、物料放錯等問題，如果產生這些問題，系統就會產生報警。從而實現了與MES系統、智能產線、自動化設備的互通。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可以應用在倉儲管理系統(Warehouse Management System，WMS)中，如圖4。原來產品的流通，包括產品從生產線到整機倉庫，然后運到海外各地的各個分公司，這些都是人工完成的，人工執行就難免會出錯。現在通過在托盤和貨架安裝RFID芯片作為WMS系統中的信息入口，從而實現了物料的入庫管理、出庫管理、盤點管理等，通過建立物料全過程批次管理，從而實現生產端、銷售端和物料的雙向追溯管理。

　　RFID芯片可以直接利用現有的SMT工藝植入電視機機芯的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，對售后產品進行追溯。電視機什么時候生產的，由哪個工人操作的，里面用的物料是由哪一個生產廠家生產的，只要售后服務人員發現機芯有問題，這些信息就很容易通過RFID芯片查出。

　　第二，防止串貨。例如某臺電視是賣給湖南的，如果在湖北發現了，我們就知道這個電視機是由湖南串到了湖北，串貨會對公司整個價格體系造成影響。之前為防止串貨，會在電視機上貼標簽，而現在這種老辦法已經不管用了，一些串貨人員很容易就可以將標簽換掉。通過這一手段，可以有效避免串貨現象。

1.3.2 PLC的應用

　　PLC主要實現在智能制造過程中對生產設備的實時數據采集和監控。通過人機界面實現遠程監控和操作相應的自動化設備，并實現全線生產設備的產品信息采集、狀態顯示、報警及故障處理功能，幫助操作員和管理者快速診斷出系統故障。例如，在系統中，包括視覺機器人、打螺釘機器人、貼標機器人，這些機器人有時需要同時作業，有時又需要分開作業，如何控制并有序地調度這些機器人適時地工作就是通過PLC來實現的。

2 智能電視

2.1 發展和趨勢

　　就當下全球市場發展來看，智能電視主要有三大發展趨勢：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總量占比已經達到7%，4K電視占比達到35%，智能電視在占比達到48%。

　　如圖7所示為2014～2017年中國智能電視零售量及零售量滲透率趨勢具體狀況。由圖中數據可知，國內智能電視目前的滲透率已經接近90%。

2.2 智能電視對芯片的創新需求

　　隨著國際和國內大屏化、高清化和智能化的發展趨勢，也將對芯片產業提出新的需求。

　　第一，智能電視需要更快的CPU處理器。2016年之前電視機CPU一般都是32位的，而從2016年下半年開始，采用64位的CPU電視機已經成為當下4K電視的主流配置。由于現在智能電視會內置一些大型游戲和應用，這些游戲及應用是手機游戲無法比擬的，而大型游戲和應用的CPU 64位的趨勢已經很明顯，這就導致了對64位CPU開始產生高要求。同時“64 bit”也是安卓8.0主要提升的功能之一，當下“64位CPU+安卓8.0+DDR4”的“三位一體”將會是智能電視新配置要求，這樣的配置也會使得智能電視的功用有更完美的發揮。

　　第二，智能電視需要更強大的圖形及運算能力的GPU。由于未來4K游戲對圖形處理會有更高要求，因而智能電視需要GPU有更高性能。眾多GPU廠商也針對這一趨勢推出了更高性能的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。創維2017年4月推出的全新OLED電視，其厚度只有3.6 mm，這個厚度約為蘋果手機厚度的一半，因而創維稱之為wallpaper(墻紙電視)的概念。而超薄電視則對我們的芯片工藝產生了更高的需求，之前42 nm的芯片工藝已經無法滿足當下智能電視對超輕薄的需求，智能電視的芯片開始需要28 nm及以上的芯片工藝。

　　第四，智能電視需要更大的存儲空間。要滿足用戶對大型游戲及應用的極致體驗，尤其是大型游戲需要更好的用戶體驗，因而需要速率更快、延時更小的eMMC5.0標準的閃存及DDR4。

　　第五，智能電視需要有更多的超清信號入口。如今業內誕生了諸多新標準，例如HDMI2.0、USB3.1、MHL3.1以及802.11A.C等新標準的出現。創維電視現在已經可以支持USB 3.1，MHL 3.0等新標準，新的標準也對智能電視的芯片產生了新的要求。

　　第六，還有智能電視現在已經不僅僅是看電視，加入了諸多如游戲、購物等需要和用戶互動的功能，因而也需要應用更多新技術，例如手勢識別，因為電視機內部有很多互動游戲需要用到手勢識別技術;再如人臉識別，智能電視配備人臉識別功能后，就可以快速地登錄和進行無人關機、個性化配置等，例如如果智能電視識別出觀看者是老人，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目，另外，如果小孩在看一些暴力電影，也可以自動關掉電視。另外，6~9軸的空鼠控制(尤其是游戲應用)也會是智能電視的必備功能。這也是智能電視的一些新的應用及技術需求。

　　第七，智能電視的主芯片要適應多操作系統。我國家電產品出口的到世界各地，而不同的用戶人群由于用戶習慣及專利等問題對界面及操作系統需求不同。例如，美國更傾向于用Linux操作系統，南美更傾向于用安卓操作系統。因而要求智能電視在設計的時候，主芯片必須兼容安卓和Linux這兩種，甚至更多的操作系統。

　　第八，智能電視需要適應全球平臺化需求。全球地面數字廣播飛速發展，例如美國的ATSC已經到了3.0，歐洲的DVR已經進入第二代(DVR-T2)，我國的DTMB也已經發展到第二代。因為全球地面發射的標準都在發生非常大的變化，也都在適應高清的發展，所以這些新的標準也對智能電視芯片又產生了諸如軟件體系繁重，需要快速適應市場;要求單一平臺全球化，內置多任務解調器;通過安裝不同APK適應不同區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。現在非常火熱的就是人工智能，人工智能在智能電視上也已經從今年開始得到大規模應用，在高端產品甚至中端產品上，都已經植入了人工智能。包括語音控制和人臉識別兩個方面。

　　第十，智能電視需要整合AR技術。當下的智能電視其實已經實現了AR功能，用戶可以在智能電視上體驗AR游戲，通過真實的人與虛擬的游戲 場景結合，加深用戶體驗。另外，現在通過智能電視的電視購物，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 結論

　　由芯片推動產品智能化及產品的智能化制造首先對于消費者而言，滿足個性化的定制需求，提升了產品智能型提高生活品質，同時可以追溯產品的透明化及信息化保障合法權益;對企業而言，產品智能性能提升加大產品在市場的占有率，同時加強企業對于產品的管控能力，解決銷售的串貨問題，實現產品質量問題的快速追溯與召回;對市場而言，有利建設遵法守法誠信的市場環境，完善產品的監督機制，提升產品在國際商場的綜合競爭力;對技術領域而言，提升中國芯片在市場上的占有率及競爭力，促進我國芯片行業的快速發展。

　　參考文獻：

　　[1]王曉華,周曉光,孫百生.基于RFID技術的倉儲管理系統設計[J].物流技術,2006,26(6):16-24.

　　[2]陳艷麗,王家學,劉緒強.物聯網寬帶PLC家電系統設計實現方案[J].電子元器件應用，2012,14(Z1):1-4.

　　本文來源于《電子產品世界》2018年第4期第28頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。