2023年，物聯網行業風起云涌。在10月10日迪拜舉辦的第十四屆全球移動寬帶論壇上，華為高級副總裁、運營商BG總裁李鵬表示，在5G NR和NB-IoT等技術支持下，全球移動物聯網連接數突破30億，“物超人”拐點已經出現。

盡管全球貿易緊張局勢持續，而且某些地區經濟增長放緩，但是半導體市場在今年第一季度到第二季度出現了微妙的復蘇跡象。高通、英飛凌、博通、聯發科等主要半導體公司的物聯網收入普遍上升，目前已經超過收入的10%，在某些情況下超過20%。IoT Analytics發布最新的十大物聯網半導體設計和技術趨勢，本文進行詳細解讀。


在這里，首先非常高興的通知大家！由電子發燒友和慕尼黑華南電子展聯合主辦的2023第十屆IoT大會將于2023年10月30日-31日在深圳國際會展中心（寶安新館）舉行。希望了解IoT行業最新市場趨勢和技術走向，與ST、高通、博世、ARM、中移物聯、華邦、奉加科技等企業大咖面對面交流物聯網新品和解決方案的工程師、采購商和電子上下游伙伴們，一定不要錯過這場盛會。

趨勢一、基于Chiplet小芯片架構在物聯網設備廣泛使用

半導體芯片 OEM/ODM 正在采用基于小芯片的架構。Chiplet 是一種設計概念，可以在單個封裝中使用具有不同工藝節點尺寸的多個芯片。這種設計可以實現快速原型設計并縮短上市時間，同時降低生產成本。小芯片非常適合復雜程度各異的物聯網設備，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員輔助系統。

2022 年 11 月，AMD 推出了 Radeon RX 7900 XTX 和 Radeon RX 7900 XT 顯卡。這些尖端顯卡采用 AMD 的下一代 RDNA 3 架構，采用結合了 5nm 和 6nm 工藝節點的小芯片設計，每瓦性能比 RDNA 2 提高多達 54%，人工智能性能提高 2.7 倍。

趨勢二、RISC-V在物聯網芯片設計中的應用增加

2010年誕生于美國伯克利大學的RISC-V，是一種指令集標準，而指令集標準是設計處理器芯片的基礎。近些年RISC-V發展迅速。如今，市場上已有超過100億個RISC-V核心，2025年RISC-V架構芯片有望突破800億顆。

許多物聯網設備公司在設計芯片時正在轉向開放標準指令集架構RISC-V。RISC-V是節能和可定制的，并且由于其透明，開源的性質和ISA一致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來說具有成本效益。
華為海思自研了RISC-V模擬電視（ATV）主處理芯片，小米生態鏈企業華米科技發布了RISC-V可穿戴處理器，紫光展銳發布了針對TWS藍牙耳機的春藤5842和春藤5882。

2023年8月4日，高通、NXP、英飛凌、博世和Nordic五家半導體廠商宣布達成合作，共同投資成立一家RISC-V公司，推進RISC-V下一代硬件的開發。這家公司成立的目的是加快基于RISC-V的創新產品的開發和商業化，它將作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。

趨勢三、將冷卻技術引入芯片/PCB，以設計更小節點芯片

芯片尺寸縮小是大勢所趨，臺積電已將芯片工藝制程縮小至3nm和2nm，這一趨勢預計將推動物聯網和通用 AI 芯片的發展，并帶來了三個不同的問題：

一、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，由于在更小區域中增加了電路而產生更多的熱量。
二、減少散熱表面積：
三、熱阻：較小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。

為了應對這些挑戰，半導體公司正在開發和采用多種冷卻技術，以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。

趨勢四、物聯網處理器的創新聚焦節能

隨著處理器在性能、連接性和緊湊性方面的進步，對能效的需求也隨之提高。為了應對這種需求，基于超低功耗MCU的SoC正在興起。公司正在利用創新的節能方法來延長電池壽命并優化性能。

2023年3月，意法半導體公司宣布推出STM52WBA5，這款芯片將藍牙LE（BLE）3.3連接與超低功耗模式、ARM PSA認證的3級和SESIP33安全性以及面向開發人員的多種外設相結合。

它是基于ST現有的STM32U5平臺開發，加上其ULP射頻和Arm Cortex M33 100MHz內核，讓STM32WBA52具有了高效和超低功耗。STM52WBA90 MCU具有意法半導體的低功耗DMA和靈活的省電狀態以及快速喚醒時間。根據意法半導體的公告，這些功能可以將MCU功耗降低多達90%。

同樣在今年3月，安森美半導體公司推出了NCV-RSL15，這是一款汽車級無線微控制器。NCV-RSL15的一個顯著成就是其通過EEMBC認證為業界最低功耗安全的無線微控制器。為了最大限度地降低功耗，NCV-RSL15 集成了專有的智能感應電源模式，可在低至 36 nA 的電流下工作。該微控制器因其藍牙連接而脫穎而出，專為各種應用量身定制，例如智能車輛訪問，胎壓監測系統（或TPMS）和安全帶檢測。

趨勢五、增強蜂窩和衛星通信連接，簡化運營和提升物聯網覆蓋

輕量化5G Redcap或 5G NR-Light 在 3GPP 第 17 版中引入，作為需要中端物聯網連接的物聯網用例的新規范。5G RedCap提供了吞吐量、電池壽命、復雜性和 IoT 設備密度的平衡。

目前，中端物聯網設備依靠LTE Cat4實現廣域無線連接和移動性。5G RedCap將直接與LTE Cat4競爭此類中端情況，因為它在類似的20 MHz帶寬上運行，并在下行鏈路和上行鏈路中分別提供150和50 Mbps的類似吞吐量。LTE Cat4作為上一代技術，網絡支持的壽命相對較短，而5G RedCap作為下一代技術，將具有更長的壽命。

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道路。這些應用可以超越地面網絡的限制，并在全球范圍內擴大物聯網設備的覆蓋范圍。

今年3月，高通（Qualcomm）搶先業界，推出首款支持5G輕量化設計的Snapdragon X35調制解調器芯片后，移遠通信隨后推出輕量化5G RedCap模組Rx255C系列。廣和通（Fibocom）宣布全球推出新的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，并支持5G SA和與LTE Cat 4網絡的向后兼容性。

在MWC2023期間，廣和通推出了支持衛星通信功能的模組MA510-GL（NTN），并聯合高通在展會現場進行了NB-IoT融合NTN的業務演示。MA510-GL（NTN）符合3GPP Release 17演進標準，利用高軌GEO（地球靜止軌道）衛星通信和全球LTE Cat.M/NB1/NB2蜂窩網絡連接，具有功耗低、體積小、可靠性高等特點，能為海上運輸、應急通信、農村地區的科學研究等全球物聯網場景提供豐富的應用業務。

趨勢六、AI芯片在邊緣設備中的集成度不斷提高

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。這種需求推動了具有強大芯片組的新邊緣設備的開發，使AI應用程序能夠在本地運行，而無需將數據發送到云。

ST微控制器和數字IC產品部(MDG)總裁Remi El-Ouazzane表示，STM32N6采用的是Cortex-55內核，具有機器視覺處理能力與神經網絡硬件加速器，具有卓越的安全性能。這款處理器首次集成了ISP和神經網絡處理（NPU）單元的MCU，采用了ST自行研發的NPU IP——Neural-Art加速器。而STM32N6之后，未來在STM32MP2上也會專門配備Neural-ART加速器。邊緣人工智能在整個行業發展中將會成為一個非常重要的方向。

趨勢七、本地工業硬件解決方案處理能力提升

一些工業自動化供應商最近升級了他們的硬件，如IPC（工業個人計算機），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，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（Raptor Lake）和英偉達的Jetson AGX。

2022 年 11 月，Beckhoff 宣布推出 C60XX 系列 IPC 的新成員 C6040，該設備基于英特爾全新的 Raptor Lake 技術，可實現更好的緩存，從而實現更好的實時功能。2023 年 3 月，Beckhoff 重點介紹了其進一步增強的 C6043 IPC，其中包括用于 AI 加速的 Nvidia RTX A4500 GPU。

趨勢八、在IoT網關中采用基于樹莓派和Arduinos的芯片組

隨著本地工業硬件解決方案中處理能力提高的趨勢，IoT網關制造商正在將基于Raspberry Pis和Arduino的系統納入其設備。

這些設備最初用于原型設計，由于其可負擔性、可用性和大型社區支持（主要由開發人員和愛好者組成），已進入市場上的工業物聯網網關解決方案。

2023 年 1 月，Artila Electronic 發布了 Matrix-310。這是一款基于 Espressif ESP32 的工業物聯網網關，采用 Xtensa 雙核 32 位 LX6 處理器，提供高達 240 MHz 的頻率。

趨勢九、RAN 加速器廣泛使用，正推動蜂窩通信設施采取開放式 RAN/vRAN 架構

隨著通信運營商繼續全球范圍內推出5G商用，并且業界預計2030年6G開啟商用。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，以提高性能、可擴展性和成本節約。幫助推動 RAN 性能的是 RAN 加速器，這是旨在增強RAN性能的定制硬件組件或軟件模塊。它們可以基于 FPGA、GPU 或 ASIC，用于從系統中的通用處理器卸載處理任務。

2023 年 4 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 vRAN Boost 技術，該芯片旨在直接在英特爾至強 SoC 上集成 5G 和 4G 的 vRAN 加速。該處理器已經過優化，可提高數據包和信號處理、負載平衡、AI 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 層加速器卡。通過消除對外部加速器卡的需求，CSP 可以降低其 vRAN 的組件要求。這反過來又可以顯著節省計算能力，簡化解決方案設計，并降低CSP的總擁有成本。

趨勢十、從芯片到云端物聯網設備安全，認證標準在持續進步

隨著物聯網連接設備數量的不斷增加，網絡攻擊和未經授權訪問的風險也在增加。物聯網芯片技術供應商正在積極將安全功能整合到其產品中，并遵守行業特定的法規和標準。其中一套標準是IEC 62443系列OT標準。獲得此認證的產品必須從設計的早期階段就符合特定的產品開發要求。

2023 年 10 月，Eurotech 公司宣布其 ReliaGATE 14–62443 多業務物聯網邊緣網關符合 IEC IEC 62443標準，并按照以下法規進行了組件級安全性測試，這包括兩個部分：一是IEC 62443-4-1，定義了安全產品開發流程；二是IEC 62443-4-2，定義了嵌入式設備網絡組件、主機組件和軟件應用程序的技術要求。它也是PSA認證的1級，在PCB上嵌入了TPM 2.01C。

隨著eSIM 和 iSIM 技術正在興起，越來越多的供應商正集成這些技術，以保護使用蜂窩連接的物聯網設備。這些技術結合了嵌入式安全元件，與傳統 SIM 卡相比，提供了更先進的安全性。嵌入式安全元素充當了硬件的信任根，用于非對稱加密，確保了安全的端到端通信。