工控领域芯片厂商高附加值的底层逻辑

工控领域芯片厂商高附加值的底层逻辑主要源于核心半导体技术的创新应用、技术融合带来的性能提升、满足工业场景的定制化需求以及技术储备与多样性优势，以下为详细阐述：

核心半导体技术的创新应用

• 嵌入式AI技术：通过STM32Cube.AI和NanoEdge AI Studio等软件，将训练好的人工神经网络(ANN)部署到各种STM32 MCU上。这种技术促进了工业自动化系统从集中式向分布式转型，在工业领域，当原本在中央控制器完成的分析下移到传感器和控制系统附近时，可实现更高效的端到端解决方案。利用MCU的先进控制能力和算力，分布式自动化方法能大大降低数据传输带宽要求和中央控制器算力要求，还有助于提高现场总线网络通信的实时能力，因为现场数据经过预先分析，服务提供商得到的是数据解析程度更高的数据。

  

• VIPower技术：是意法半导体开发的功率器件制造技术，为中/高功率工业设备带来功率控制、保护和诊断功能。该技术在单片集成纵向双扩散MOS功率器件及其温度传感器和电流传感器、CMOS晶体管和高压元器件，用于设计功率模拟混合信号集成电路。最新一代VIPower技术中，TrenchFET沟槽效应功率管与以前的DMOS结构相比，将Ron导通电阻降低了35%，从而降低工业自动化模块的耗散功率，提高鲁棒性和可靠性，还可提供附加的预测性维护功能（包括过温，过流，欠电压报警和关闭状态下负载开路检测功能）。它特别适合应用于自动化控制器中来控制各种执行器、继电器、电机、灯具、阀门、电泵、接触器，以及任何需要自动化控制及需要电流保护功能的电力负载。

  

• BCD技术：包含一系列硅半导体制造工艺，在单颗芯片上集成了双极晶体管（用于设计精确模拟功能）、CMOS晶体管（设计数字电路）和DMOS晶体管（设计电源和高压元件）三种不同技术的优势。与分立器件相比，单片集成这些技术具有可靠性更高、电磁干扰更低、芯片面积更小等优势。该技术广泛应用于电源管理、模拟数据采集和电执行器，在工业控制系统中，一方面能通过增加电流隔离，增强PLC模块之间的通讯安全性以及可靠性；另一方面，也可以开发紧凑封装，减少PLC模块尺寸。2021年5月，该技术还获得了IEEE的里程碑奖。

  

• 新材料和先进工艺技术：随着第三代半导体材料的兴起，以碳化硅、氮化镓为代表的新材料，具有高导热率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等特点，使得能源转化更加高效。同时，半导体生产工艺越来越先进，由原来的250nm演变到今天的7nm、5nm技术，所生产的芯片在性能上大幅度提升的同时，芯片集成度更高，能耗更小，并且进一步提升工业控制精度，增强工控系统的稳定性。例如国民技术率先在40nm及更高工艺技术上进行32位MCU产品规划及开发，大大提升芯片运算能力和系统集成度，以满足工业控制系统革新的需求。

技术融合带来的性能提升

• MCU性能提升：对于MCU而言，其技术已经从传统的8/16bit MCU转向32bit，并要求更高性能。随着工业4.0的深入，对MCU的要求不仅在于实时控制功能，也要求MCU具备一定的算力，来应对智能工业的挑战。例如国民技术的N32G45x系列MCU在工业中最为典型的应用便是伺服控制器，其对于主控制器的高速运算，实时控制，高速模拟采样，工业通讯总线和可靠性等方面都有着非常高的要求。同时，国民技术正在基于最为先进的Arm Cortex - M7内核，使用最新工艺平台打造集超高性能、高集成度、支持新一代工业总线和先进电机控制算法等优势技术特性于一体的MCU系列产品。MCU产品关键技术的提升，使得工业控制应用的控制精度，响应速度，转换效率等都有非常大的提高，并且更加智能化。

  

• 多技术协同作用：意法半导体结合软件技术、优化制造技术等，在多项技术的共同作用下，达到提高可靠性、降低电磁干扰、减小芯片面积等目的。例如嵌入式AI技术与MCU的结合，以及VIPower、BCD等制造技术的优化，都为工控芯片带来了更全面的性能提升，满足了工业控制系统对芯片的多样化需求。

满足工业场景的定制化需求

• 不同层级需求：工业控制系统可以分成几个类别，最底层是传感和执行，其功能是快速和有效地执行控制，在输入输出方面对MCU有一定的要求，如高精度ADC，有些场合需要低功耗，以及对执行部件的控制驱动；中间层是驱动，包括驱动控制和显示控制，需要MCU具备一定的算力，丰富的接口能在系统中与多种外部执行模块连接，并且完成对多个电机的控制，实现复杂电机算法；最上层是控制层，通过高级总线技术和下层连接并与云端做交互，需要MCU具有较高的算力，特别是DSP的能力。芯片厂商针对不同层级的需求，开发出具有特定功能的芯片产品，满足了工业场景的定制化需求，从而提高了产品的附加值。
• 特定应用场景：VIPower技术特别适合应用于自动化控制器中来控制各种执行器、继电器、电机、灯具、阀门、电泵、接触器，以及任何需要自动化控制及需要电流保护功能的电力负载。BCD技术广泛应用于电源管理、模拟数据采集和电执行器等特定应用场景。芯片厂商根据这些特定应用场景的需求，对芯片进行优化设计，提高了芯片在相应场景下的性能和可靠性，增加了产品的附加值。

技术储备与多样性优势

• 国际头部芯片企业优势：国际头部芯片企业在产品性能、技术多样性、技术储备等方面具有相当大的优势。例如意法半导体关注点较广，包括结合软件技术、优化制造技术等，这些优势交织在一起为下游客户能提供更高的附加值，从而使产品能够攫取更多的利润。
• 国内芯片企业的成长路径：反观国内芯片企业，主要发力点依然还在性能方面，即使关注点有所放开，有时候也有些力不足，但这是国内芯片企业成长与追赶的必经之路。随着国内芯片企业不断加大研发投入，提升技术水平和创新能力，逐渐缩小与国际头部企业的差距，未来也将在工控领域获得更高的附加值。

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