物联网行业发展深度报告分享

时间: 2019-10-10 20:18    来源: 未知   
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  759696.com,在这个物联网快速发展的时代,许多行业人士都尤为关注物联网行业的一举一动。下面,小编为大家分享一则物联网行业发展深度报告,希望对大家有所帮助!

  物联网(IoT,InternetofThings)最早由美国麻省理工学院(MIT)自动识别中心(Auto-IDCenter)在1999年提出,早期定义为依靠射频识别(RFID,RadioFrequencyIdentification)技术和设备,按照约定的通信协议与互联网相结合,使物品信息实现智能化识别和管理,实现物品信息互联而形成的网络。

  2005年11月17日在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS,WorldSummitontheInformationSociety)上,国际电信联盟(ITU,InternationalTelecommunicationsUnion)发布了《ITU因特网报告2005:物联网》,正式提出了物联网概念。物联网时代中,一切物体可以通过互联网主动进行数据交换与控制,当时报告指出射频识别、传感器技术、纳米技术、智能嵌入将得到广泛应用。

  中国工信部对物联网的定义:物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装臵对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征。

  目前的互联网主要包括每一个人的虚拟映射和虚拟物体(货币、道具等等),而物联网时代无论是物理世界中存在的物体抑或是虚拟物品都在网络世界中存在自主标识。物体可以实现与物体间自主的数据交流、环境感知、自主反应、智能控制。

  在物理网时代,人类将实现真正的数字化生存。在物联网框架下实现对现实世界的数据化、智能化。

  目前主流看法认为物理网可以代替分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层相当于人体的皮肤和五官,网络层相当于人体的神经中枢和大脑,应用层相当于人的社会分工。

  感知层主要通过传感器技术与无线传感网络(WSN)实现对现实世界的信息采集与物体识别。网络层通过互联网、移动互联网各类通信协议与技术实现物理世界与虚拟世界的对接。

  应用层则是人类社会功能的聚合,智能交通、智能生活、智能制造、智能物流等等不胜枚举。

  在物联网时代通过广泛互联的新硬件实现海量数据的采集与针对性的场景化智能生活体验,由软件企业提供专业化的大数据应用,由互联网企业建立统一的云端服务平台。在未来互联网企业建立的生态圈中,硬件是直接接触C端的入口,端、云、网架构中的物质基础。

  随着物联网的发展,通过APP挨个控制各种硬件,或者不同体系产品难以协作的局面都将被打破,场景化体验将会推动具有强粘性的网络生态圈快速发展,形成具有很强包容力的网络场景,各种应用于服务都将聚集于少数的几个生态圈,诸如苹果、谷歌、BAT、乐视、小米等等。

  对于网络平台而言,完全依靠自身实现对人类生活的全覆盖并不具备可操作性,而具备开放心态,整合社会资源,吸纳更多垂直服务商,实现生态链企业共同发展的平台才具备在物联网时代中成功的机会。

  随着网络平台的建立,除了少数虚拟应用(互联网游戏等)以外,大量的应用将是以线O方式呈现,线上大数据、云计算能力与线下服务落地、硬件终端能力都将成为企业的竞争力。

  物联网时代中,包括健康、交通、医疗、教育、家居、社区等等诸多应用都适合建立垂直服务体系,这也就意味着无论是目前的线下服务商、硬件制造商、软件提供商都将有机会建立属于自己的垂直服务体系。所以我们也确实看到这三类企业也都在进行这样的转型。

  我们相信在未来垂直服务体系推进中,线下地推能力,服务落地能力将成为企业致胜的关键问题,也将是各大企业竞争的资源。

  转型过程中的企业,最重要的竞争力来自于人才与资源,人才方面关注公司的激励机制、企业家的分享精神、适应新时代新事物的学习能力;资源方面关注公共事业性领域的优质线下资源获取能力与卡位。

  ICInsights数据显示,2014年具备连网及感测系统功能的物联网整体产值约483亿美元,同比增长21%,到2018年规模可望达到1036亿美元,2013年至2018年复合成长率也将达21%。

  据工业和信息化部数据,2014年我国整个物联网的销售收入达到6000亿元以上。近几年我国物联网产业发展的综合增长率达到了30%以上,充分体现了其强劲的发展势头。

  我国传感器产业整体素质参差不齐,高端产品自给率不足。根据赛迪顾问统计:截至2013年底,我国从事传感器的研制、生产和应用的企事业单位共2000多家,从事微系统研制、生产的企业有50多家,产品种类共计6000多种,年总产量40多亿只,市场销售额突破1000亿元。但我国传感器小型企业占比近七成,产品以低端为主,高端产品进口占比较大,其中传感器约60%,传感器芯片约80%,MEMS芯片基本100%。

  过去的二十多年间我们生活的世界发生了巨大的变革,计算机、互联网、手机、智能手机不断改变着人们的生活方式。在智能手机和移动互联网高度普及的今天,我们已经完全进入了数字信息化时代。而随着物联网的兴起,我们的生活将由数字化进一步迈向智能化,生活方式将会变得更加的简单、专注、高效。

  在这样一个基于物联网的智能生活时代,传统意义上的互联网入口概念将会变得泛在化,目前聚焦于智能手机上的用户注意力和时间将被越来越多的智能硬件分散和去中心化。最终形成海量入口-数据处理-服务平台的产业格局。

  海量的入口将包括智能穿戴、智能家居、智能汽车、智能城市等等人们生活中可以普遍接触到的硬件产品。

  智能穿戴产品是将人体自身连入物联网的最佳选择。智能穿戴产品是个性化、移动化的硬件产品,具有极强的数据搜集能力,能够将人类生活、运动、身体、思维等信息数据化的功能。

  这将为未来潜在的商业开发提供数据基础;为用户决策提供信息支持,成为全面协助个人信息处理与决策的智能化个人助理。

  智能穿戴作为一个新产品市场,其发展将遵循风暴市场理论。根据风暴市场理论,一种新产品、新技术的生命周期主要包括早期市场:激动人心的新产品推出;鸿沟:大众市场尚不能接受不成熟的新产品;风暴:大众普遍接受,产品供不应求;主街:市场发展繁荣,深入挖掘市场;生命终止。

  其中鸿沟阶段是产品能否成为市场主流的关键,一旦跨越鸿沟,意味着行业发展进入快车道,进入发展非常快速的风暴市场时期,需求增长快于生产的增长。也就是目前市场常说的从0到1的过程。

  而后风暴市场,也即是主街市场阶段,则是生产快速上升,产品供需紧张状况缓解,出现一定程度的供过于求状况,在这个阶段市场的竞争将聚焦于性价比。也就是所谓的从1到N或者说经常面临到破坏性创新的阶段。

  目前的智能穿戴行业,仍处于尚未跨越鸿沟的早期市场,而跨越鸿沟的最佳方法就是找到所谓的杀手级应用(KillerApp)。一种产品的成功不能简单依靠硬件的产品设计,更重要的来自于硬件产品背后的应用、服务。iPhone曾经的成功很大程度上看正是iOS操作系统和Appstore商业模式的成功。

  对于穿戴式设备,目前仍处于行业的培育期,商业模式远谈不上成熟,从未来应用的方向上看,医疗保健、信息娱乐、健身运动类需求将成为未来市场空间最大、增长速度最快的方向。

  特别是医疗保健与健身运动是目前模式成熟,潜在需求巨大的市场,也是目前各家穿戴式产品都在着力开发与耕耘的市场。尤其是在欧美发达国家,具有广泛的社会基础,近2年保持着极高的发展速度。

  说对于智能穿戴的应用市场,我们认为应该将健康与医疗方向分开去看。目前阶段受到产品技术的限制,在无创情况下获取的健康数据的准确度尚无法达到医疗级使用,这也意味着应用于医疗的智能穿戴市场仍是尚未真正启动的潜力市场,由于医疗方向所具有的专业性,将会是垂直属性较强的蓝海市场。

  而目前各类穿戴产品更多专注于健康、娱乐、社交等需求,因为相比于明确的医疗需求,这是更具有普适性的应用需求,具有广泛的用户基础,网络效应强,用户黏着度高,成为互联网企业必争之地。

  根据智能穿戴产品的基本诉求,我们认为穿戴式设备对轻薄化要求将成为产品设计的硬约束条件,进而限制电池容量的配臵,并导致对交互方式、电力供给、材料设计、近场通讯等方面产生一系列影响。

  从目前的趋势看,智能穿戴设备的出货量与日俱增,最成熟的手环类产品已经形成诸如Jawbone、Fitbit、Misfit、小米等数个品牌,而2015年苹果AppleWatch开始销售后将进一步推动行业的发展,为未来的高速成长奠定基础。预计2018年全球穿戴式设备出货量将接近2亿支,复合增长率高达60%。

  智能家居将成为人们最重要的生活场所家庭的数据入口。家庭是人类最重要的生活场所,人们大部分的生活消费数据都产生于此,因此这里同样也成为了各大厂商的必争之地。所谓智能家居,主要是以家庭住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术,将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。

  2014年1月,互联网巨头谷歌宣布,以32亿美元现金收购美国智能家居公司NestLabs,从而点燃了整个科技界对智能家居的激情。

  NestLabs是由iPod之父TonyFadell与团队成员MattRogers离开苹果后创建了智能家居品牌,并分别发布了智能恒温器Nest与智能烟雾探测器NestProtect,而两款产品皆因为出色的工业设计与超前理念获得业界一致口碑,成为智能家居潮中最具代表性的品牌。

  2011年10月Nest推出首个产品智能家居温度控制计,售价250美元;2013年10月推出第二款产品智能家庭烟雾报警器,售价129美元。两年多时间,公司的智能家居温度控制计出货量已接近120万,每个月销量在4万部左右,在美国市场占有率达到了1%。而光温度控制计一项产品,Nest已经获得了至少3亿美元的营收。

  智能家居未来将分两个阶段推进。第一阶段是数字化、网络化、信息化阶段;第二阶段将是从数字化到智能化的真正演进。

  第一阶段是数字化、网络化、信息化阶段。目前我们所关注到的安全防护、环境监测、能源管理、照明管理、家庭娱乐等等正是在逐步建立起一个数字化、网络化的家居环境。这一阶段将是原本由不同厂商生产,标准不同,风格不同的家用设备,开始具备互联互通、远程控制的功能。

  这一阶段的真正爆发时点将是在初步建立完整的家庭控制网络,形成一定的整合平台之后。

  正如苹果产业链也经历了从iPhone到iPhone4四年的储备与发展,形成了完善的AppStore内容体系,进而带动了智能手机整个行业行的爆发。

  这一过程中,具有建立平台能力,具有用户粘性的企业,最具市场竞争力,也最有希望获取最大的市场份额,成为服务云的提供商。标准之争将是各参与者博弈的重点,正如Android系统横扫iPhone以外的手机操作系统一样。由于智能家居网络化的特征,我们认为成本低廉、适用性强、通用性好、贴近客户的标准最具有生命力。

  第二阶段是从数字化到智能化的真正演进。真正智能化的家居生活将会使家居控制从被动、程式化走向主动、人性化的控制方式。基于人工智能、云计算、大数据挖掘与预测建立的全新生活模式。

  小米的硬件免费模式可能成为智能家居的推广方式。目前智能家居的瓶颈主要来自与成本方面,智能家居同传统家电相比,售价大幅提升,降低了用户购买欲望。而小米以硬件免费模式推行智能家居,注重智能家居硬件的接口效应,首先以低价硬件大量铺开市场,将用户圈入在以MIUI平台作为核心的生态,以后续运维、服务、互联网内容作为主要盈利来源。

  目前全球智能家居产业处于发展初级阶段,较大产业规模尚未形成,但近几年一直保持30%以上高速增长,预计2017年全球智能家居市场规模将有望达到960亿美元。国内作为最具潜力的消费市场,预计未来三年复合增长率有望高达近50%,2017年达到近千亿市场规模。

  汽车作为人类最重要的交通工具,同样也是物联网最重要的入口之一,车联网蓬勃兴起。车联网依托于云计算、大数据技术、通信技术、搜索技术、导航、多媒体技术、支付等互联网工具,围绕用户的车生活,整合线上与线下资源,为用户提供完整和全面的智慧出行服务。

  而智能汽车作为车联网的硬件入口,将成为车联网的主要载体。智能汽车将具备更多与外界互联、互动的功能,实现汽车的平台化,使汽车从代步工具转变为集娱乐、社交等为一体的平台。

  智能汽车作为车联网的数据入口,同样也已成兵家必争之地,传统车企和IT巨头都围绕这一入口展开激烈争夺。

  传统车企利用自身在汽车领域的技术积累,具有一定先发优势。它们更加关注车辆自身安全适用性,并图谋在智能汽车技术上最大程度为汽车锦山添花。各大厂商车载系统功能类似,主要用以实现导航、远程语音服务、互联网、影音娱乐、生活服务等五大基本功能。其他包括紧急救援防盗追踪、道路救援、保养通知等智能通信服务。

  而IT巨头则依靠自身在互联网领域的科技优势,聚焦智能车载系统核心技术开发及整体解决方案。除导航、娱乐、通信等基本服务外,还将手机等终端上的应用扩展到汽车屏幕上,汽车成为智能手机的外接设备,侧重人车交互,智能终端成为车载系统核心。

  谷歌和苹果凭借强大的后台数据、网络技术、智能软件的支持,能够很好地实现车与云端的互联,显然是这一领域最有竞争力的互联网企业,而国内的一些互联网公司也纷纷和车企合作开发智能汽车,力图抢占市场份额,比如乐视携手北汽,阿里巴巴携手上汽,腾讯携手富士康以及和谐汽车等。

  且不论车企和互联网企业在这场竞争中孰高孰低,在看好智能汽车这一点上观点却是一致的。不论是真的生产“互联网+汽车”,还是把车载应用更好地前装到整车产品中,只要能实现互联网企业的优势资源与汽车企业的优势资源相结合本身就是巨大成功,汽车智能化已经是不可逆转的大趋势。

  智慧城市是物联网发展的集大成。智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。通过智能计算技术的应用,使得城市管理、教育、医疗、

  房地产、交通运输、公用事业和公众安全等城市组成的关键基础设施组件和服务更互联、高效和智能。其实质是利用先进的信息技术,实现城市智慧式管理和运行,进而为城市中的人创造更美好的生活,促进城市的和谐、可持续成长。

  从技术发展的视角,智慧城市建设要求通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用,智能电网、智能交通、智能社区等等子行业在智慧城市的大体系下相互联系,共同发展。从社会发展的视角,智慧城市还要求通过维基、社交网络、FabLab、LivingLab、综合集成法等工具和方法的应用,实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的知识社会环境下的可持续创新,强调通过价值创造,以人为本实现经济、社会、环境的全面可持续发展。

  智慧城市包含的面是非常的广泛,不仅有我们前面提到的智能穿戴、智能家居、智能汽车,还有智能交通、智能物流、智能能源、智能环保、智能医疗等方方面面。在整个智慧城市中,我们认为在任何一个细分领域都将会有两类玩家,一类是以Google、阿里、腾讯等互联网巨头为核心的云玩家,他们会利用自己互联网端云的优势,渗透到每一个细分子领域,去对行业内商业模式进行颠覆;而另一类则是原来这个领域的传统玩家,他们利用互联网来改造自己的行业,提升行业竞争力,最终实现行业整体效率的提高,保护自身在行业内的利益。

  物联网时代的到来,给现代工业制造创造了巨大的发展机遇,同时也带来了不小的挑战。一方面,以物联网为重要基础设施的工业4.0蓬勃兴起,我们的工业制造由自动化走向智能化、信息化。另一方面,物联网快速发展本身又对我们的工业制造提出了非常高的要求,需要高度柔性化、智能化的工业制造水平。两者相辅相成,缺一不可,这正是由物联网本身具有的特性所决定的。

  工业革命这个概念最早在18世纪中期开始使用,用以描述在经济和社会环境、劳动和生活状况上发生的深刻而持久的变革,人类由此从农业社会进入工业社会。而第二次工业革命则是始于20世纪初经济、生产和劳动上的转变,促成这一转变的是密集的机械化、电的广泛使用以及商品大众生产的出现。20世纪70年代中期,受益于可编程逻辑控制器的广泛使用,产品和生产自动化产生巨大进步,此即第三次工业革命。

  现在我们即将步入第四次工业革命(工业4.0),这次变革将是和第二次及第三次工业革命一样具有划时代的意义。软件不再仅仅是为了控制仪器或者执行某补具体的工作程序而编写,也不再仅仅被嵌入产品和生产系统里。产品和服务借助于互联网和其他网络服务,通过软件、电子及环境的结合,生产出全新的产品和服务。越来越多的产品功能无需操作人员介入,而变成自主生成。

  工业4.0将是基于信息物理融合系统(Cyber-PhysicalSystem,简称CPS)。CPS是是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统,是计算进程和物理进程的统一体。CPS包含了无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程,使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。智能的网络世界与物理世界融合产生的CPS亦称“工业物联网”。

  在“工业4.0”时代,每个工厂企业都将建立“数字企业平台“,通过开放接口将虚拟环境与基础架构融为一体,从而构成信息物理融合系统(CPS),生产自动化系统将升级为信息物理融合生产系统(CPPS)。智能工厂系统完全不同于传统的工厂自动化系统,智能工厂采用面向服务的体系架构,对应于传统自动化系统的现场级使用物联网技术;对应于控制级采用CPPS信息物理融合生产系统;同时,对应的监控管理级连接到安全可靠和可信的云网络主干网,采用服务互联网提供的服务。

  物联网在推动工业制造走向智能化、信息化、柔性化的过程中,又反过来对其提出了更高的要求。在物联网时代,智能终端由单一的智能手机快速实现多样化,从而对硬件产品的需求将呈现爆炸式增长。这主要是来自于产品种类多样化带来的增长,而对单一产品需求量可能反而会减少。并且终端产品的更新换代速度将会加快,产品生命周期大幅缩短。

  因此,这些变化都将会对企业的制造能力提出更高要求,必须要能够根据市场需求的变化快速调整产品生产种类、样式、数量。从而要求我们的生产线由原来简单的自动化,向智能化、柔性化方向转变,这样才能够抓住物联网浪潮下硬件制造业的巨大机会。

  物联网浪潮大势所趋已经成为必然,现在已经成为被一致认可的事实。物联网的到来将使数据入口从单一的智能终端快速多样化,智能硬件需求将呈现爆发式增长。未来,我们认为硬件机会将主要呈现在两个方向,一个是符合物联网功能需求的产品,另一个是满足物联网对产品性能需求的加工工艺。

  首先从产品来看,物联网的感知层的全方位铺开,将给硬件产品带来巨大的机会,主要包括感知信息的传感器,传输信息的通讯技术,处理信息的处理器。而从制造工艺来看,物联网对产品微型化、集成化和多样化都有非常高的要求,从而在给SiP封装和3D打印带来巨大机会。

  物联网的发展离不开大规模传感网络的铺设。传感器是能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。同时也是物联网感知层的关键技术,是物联网整个产业的基础,也是整个产业链中需求量最大、最基础的环节。

  预计2014年全球传感器市场规模约为1260亿美元,但受益于物联网的快速铺开,传感器市场规模呈现加速增长的趋势。目前,国内传感器市场规模为865亿元,约占世界传感器市场的10%左右,未来增速将显著快于全球市场。

  传感器种类繁多,原理各异。按应用来分,可分为力敏、光敏、电压敏、热敏、气敏、磁敏和湿敏等7类;按工作原理来分,传感器可分为电参数式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器、半导体式传感器、波式和辐射式传感器等;而按级别来分,传感器可分为商用、民用、工业、军用、汽车、航空和航天等类别。最后按照其制造工艺,可以将传感器区分为:集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器等。

  MEMS传感器成为物联网时代传感器发展方向。物联网需要大规模的传感网络作为支撑,每件智能硬件上均有数个甚至数十个传感器进行数据采集。物联网对传感器无所不在的需求催生了对传感器的四个要求:低成本,微型化,智能化,网络化,而最能满足以上需求的MEMS传感器也自然成为物联网时代传感器的发展趋势。

  MEMS(MicroelectroMechanicalSystems微机电系统)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。

  MEMS传感器的应用十分多样,例如智能终端以及智能硬件上的消费型应用,需要温湿度、压力、运动传感器等;高可靠产品,如用于汽车电子的MEMS传感器;用作物联网监测节点信息,比如温湿度、压力、气体、流量、风向采集等MEMS传感器;此外还有用于医疗的MEMS生物芯片产品等。

  受益于物联网的兴起,MEMS市场规模开始快速提升。据YoleDevelopment预测,自2013年至2017年MEMS市场规模将从124亿美元增至190亿美元,年复合增速高达12.7%,远高于半导体行业市场增速。由于MEMS器件的单价会逐年下降,出货量的增长将更加迅速,预计到2018年出货量达235亿个,年复合增长率高达20.3%。

  现阶段MEMS传感器主要需求来源于消费电子,其中又以运动传感器为主。运动传感器是目前MEMS传感器应用最成熟市场。包括加速剂,陀螺仪,磁力传感器和压力传感器等产品,在游戏机、手机、电视遥控、数码相机等产品中已有大量应用。

  不过,随着智能穿戴产品的推出,医疗MEMS产品将迎来爆发契机。作为或可与智能手机相比拟的划时代产品,智能穿戴有着和人体长时间接触的天然特性,因此使它的医疗应用具有巨大开发价值,极大的催生了物联网医疗需求,也使得医疗用MEMS深度受益,包括血压计、助听器、呼吸器和呼吸机、睡眠呼吸暂停测试仪、活动检测器、物理治疗设备等MEMS传感器的需求量会大大增加。

  因此,医疗用MEMS将会是未来几年增长最快的领域,2017年医疗MEMS市场规模将超过40亿美元,相较2013年扩大了将近两倍,年复合增长率高达25%。

  MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性科学,具有较高的技术壁垒与开发成本,目前产能主要集中在欧美厂商手中。根据YoleDevelopment的统计,目前全球MEMS销售额排名前三位的企业分别是Bosch,ST和TI。前20名企业中仅有AAC一家国内企业,主要以生产MEMS麦克风为主。

  同半导体类似,MEMS产业链主要分为设计,制造,封装三部分。MEMS制造主流采用CMOS标准化工艺,可以与半导体工艺相结合,进入壁垒最高。而设计方面,由于MEMS传感器专门化很强,导致基本每种不同的产品就要采取不同工艺,极大的增加了其技术难度,此外,MEMS传感器的ASIC芯片的技术壁垒和专利壁垒也极高。封装相对来说壁垒较低,容易布局,但基本属于来料加工模式,易受上下游挤压,利润水平最低。

  国内MEMS市场规模约占世界20%左右,但主要依赖于进口。目前国内的MEMS传感器处于产业化前期阶段,种类较少,且多是惯性器件以及压力传感器等中低端产品。设计方面国内供应商主要有上海微系统所,沈阳仪表所,北京微电子所等,另外歌尔声学在MEMS麦克风领域掌握了核心设计技术,且成功切入了苹果产业链;制造方面主要有中芯国际;封装方面,通富微电、晶方科技、苏州固锝、士兰微等均有布局。

  物联网最终的目的是要做到把世界上任何物体都连接起来,都能够有址可循,从油轮、火车、飞机到传感器、MCU都被连成一个整体,将物理世界和信息世界联系起来。在这个过程中,信息的采集和处理,到决策的制定和执行均需要在网络中高效、准确的完成,因此高速、可靠、方便快捷的信息传输手段将扮演重要的角色。

  物联网通信将主要分为两大类,一类是基于射频的RFID将大有可为,另一类是基于无线通信技术的蓝牙、Zigbee、WLAN也将充满机会。这两类技术都有一个共同特点就是功耗必须非常低,从而满足终端足够长的续航时间。

  RFID(RadioFrequencyIdentification)技术,又称无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。正如每个人都拥有自身份证号码,RFID可以当作每一件物体的独一无二的“身份证”,也是物联网中每个物体进行识别、通信、互联的基础。

  RFID全产业链由七个环节构成,主要包括1)芯片设计与制造;2)天线)标签封装(把天线和芯片封装在一起成为RFID标签);4)读写设备设计与制造;5)中间件;6)应用软件;7)系统集成等内容。

  RFID产业链七个环节基本符合“微笑曲线”,产业链最上游的芯片设计和制造,以及产业链最下游的系统集成,在整个产业链上拥有最高的附加值。而处于产业链中游的标签封装环节则拥有最低的附加值。

  芯片设计制造,特别是UHF芯片设计制造在产业链中技术壁垒最高;系统集成应用行业进入壁垒较高;特别是UHF-RFID芯片领域,虽然涉入厂商众多,但大多还处于小批量生产或试产阶段,同国外意联,恩智浦,英频捷等领先厂商推出的成熟产品相比尚有较大差距。而处于中间环节的RFID标签封装,读写器制造等偏向资本密集型,门槛较低,国内RFID厂商大多数集中于此。

  RFID应用十分广泛,基本涉及到我们生活的方方面面。其中在物流、交通、既然弄等行业都已经有了一定的规模应用。物流领域主要用在物流过程中的货物追踪,信息自动采集,仓储应用,港口应用,快递等方面。交通领域主要用在高速ETC,出租车管理,公交车枢纽管理,铁路机车识别等方向。金融领域未来将主要应用在极具潜力的金融支付方向。

  目前,国内RFID下游应用最大的领域分别为金融支付,身份识别和交通管理,分别站到整体应用的21.2%,12.4%和11.6%。此外,国内RFID还主要应用于军事防务,资产管理,物流仓储,防盗防伪标签等领域。而细分行业领域,防盗/防伪追溯,物流仓储及交通管理子行业均为增长较快领域,值得关注。

  工作频率是RFID最重要的特点之一,工作在不同频段或频点上的电子标签具有不同特点。RFID应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分。典型的工作频段有:LF(低频,30-300kHZ)、HF(高频,3-30MHZ)、UHF(超高频,300-1200MHZ)、微波(2.45GHZ或5.8GHZ)。

  HF频段标签是目前最成熟的应用,而UHF频段相比HF频段具有读取距离远,抗冲撞多标签同时读取(一次读取多个标签);识别速度快,高速移动物体识别;寿命长;高可靠性&保密性;读写性能更加完善等多种特点。但是由于成本限制以及随着UHF标签制造技术的成熟,成本正在快速下降,因此UHF标签市场高速成长,份额不断扩大。

  作为物联网最成熟应用,RFID产业也迎来了快速的增长,全球RFID产业市场规模早已超过百亿美元,并以年均20%速度持续增长。国内市场14年RFID产业市场规模也达到了311亿人民币,并在未来数年内保持30%左右的增长速度。根据IDTechEx数据,2014年全球RFID标签总量达到69亿枚。

  物联网的出现使得各种物体之间的无缝连接成为了可能,也标志着更加全面的互联互通成为了可能。物联网带来的是更全面的互联互通,它意味着互联互通的对象从较高智能的计算机和手机,到低智能的一般物体,连接方式也从不断追求更高速向高速与低速相结合。因此,物联网对应的无线网络需求可以分为两类,一类是以蓝牙、ZigBee为代表的低速无线网络传输协议;另一类是以WiFi为代表的无线宽带网络。

  蓝牙((BlueTooth)作为一种短距离低功耗传输协议,在物联网时代优势明显,其主要目的是为了替换一些个人用户携带的有线设备。从而蓝牙也成为了目前市场使用最普遍的短距离通信技术,广泛使用在移动设备(手机、PDA)、个人计算机与无线外围设备。同时蓝牙技术还被大量地应用于GPS设备、医疗设备,以及游戏平台(ps3、wii)等各种不同领域。

  据咨询机构IHS预测,受益于智能终端的快速普及,全球蓝牙芯片出货量稳步增长,预计2014年有望达到近25亿颗,年复合增长率约为15%。并且我们认为随着以智能穿戴。智能家居为代表的物联网的兴起,全球蓝牙芯片出货量还将有望呈现加速增长的态势。

  ZigBee协议是最早出现在无线传感网领域的无线通信协议,是无线传感网领域最为著名的无线通信协议,无线传感网则是物联网的一个典型应用。ZigBee最大的特点是低功耗、可组网、可靠性强、能耗低,从而在工业、家庭自动化控制和工业遥测遥控领域优势明显。

  ZigBee低功耗优势突出,在低耗电待机模式下,2节5号电池可支持一个节点工作6~24个月甚至更长,相比较蓝牙能工作数周、WiFi仅能工作数小时。低成本体现在通过简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制的要求,而且免协议专利费,每块芯片价格大约为2美元。ZigBee具有大规模组网的能力,每个网络65000个节点,而每个蓝牙网络只有8个节点。在可靠性方面,ZigBee有很多方面进行保证。物理层采用了扩频技术,能够在一定程度上抵抗干扰,MAC应用层(APS部分)有应答重传功能。

  目前市场上ZigBee芯片提供商有:TI(Chipcon),Freescale,Ember,Jennic,Atmel,Integration,NEC,OkI,Renesas等9家。其中TI,Frescale,Ember,Jennic是市场上主导的供应厂商,这四大厂商基本上垄断了整个90%的市场份额。四大巨头势力都比较均衡,Jennic之前在整体实力和名气上可能稍有欠缺,但自从被NXP收购后,至少在行业影响力方面可以和其它三家的竞争对手平分秋色了。

  WiFi是当今社会应用最为广泛,为大众最为熟知的一种通讯技术,同样也是物联网背景下重要无线通讯方式之一,是无线宽带技术的代表。WiFi相对于蓝牙和ZigBee两种通讯方式优势在于有更大的带宽,能够实现更快的交互功能,对于物联网中需要进行大量信息传输的地方,WiFi则成为了最佳选择。

  低成本低功耗证优势保证MCU在物联网时代的高速发展。物联网是把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络,当面对的都是单纯的数据,并不需要追求无止境的运算效能时,低成本低功耗的MCU足以完成对物联网系统信息的收集和控制。在物联网时代硬件数量将达百亿量级,每件设备都将配备一个低功耗的MCU,物联网将成为推动MCU市场发展的一个巨大动力。

  根据Mclean的报告,全球MCU将保持持续快速增长,出货量大幅提升。预计2018年全球出货量将超过250亿颗,对应年复合增长率为8%。不过受到MCU单价下降的影响,销售金额增速将慢于出货量的增速,年复合增长率约为5%,预计全球市场规模将达到近200亿美元。

  目前,国内MCU市场规模约为32亿美元,仅占全球市场份额的20%左右。预计未来相较于全球市场增长将会更为强劲,年复合增长率在9%左右,2018年市场规模达到45亿美元。

  智能硬件形态的指数级增长为FPGA同样带来商机。一方面,FPGA目前在通信领域已有着广泛应用,而物联网时代带给通信领域增长的动力不言而喻,FPGA也将因此受益。另一方面,物联网时代,集成化与轻薄化的智能硬件的发展趋势可能要求一个物体在具有数个甚至数十个芯片的同时保持较小的尺寸,这时FPGA的低功耗与高集成能力使得其在要求集成化和微小化兼具的智能硬件中有着广阔的应用前景。

  此外,智能硬件形态指数级增长,同时物联网硬件更新换代加快,如果每一款硬件都专门研制相应的ASIC与之相配的话成本较高,此时FPGA芯片拥有有ASIC芯片无法比拟的灵活性的优势就体现的淋漓尽致。

  目前FPGA技术主要掌握在括Xilinx、Altera、Lattice等少数厂家手中,其中Xilinx和Altera两家占据了全球近90%市场份额。国内方面,同方国芯拥有军用/通信FPGA的核心技术,并且在FPGA国产化替代过程中有望深度受益。

  电池在当前的生活中已经广泛应用在手机、平板、家用电器等设备中作为动力源。在物联网时代,随着智能穿戴、新能源汽车等产业的兴起,电池的应用会更加广泛,成为最重要的动力来源之一。

  锂电池仍为主要动力。电池的发展历经了多个阶段,从最早的铅蓄电池,铅晶蓄电池,到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池,发展到铅酸蓄电池、太阳能电池等等。而锂电池是目前最令人瞩目的明星。锂离子电池具有高能量密度、高比容量、较长的循环使用寿命、较快的充放电速度、较小的自放电、无记忆性、灵巧轻便、环境友好等多指标的综合优点,使得当前还难以找到另外的成熟的替代材料,因此在预计未来数年甚至十数年内,锂离子电池仍会是全球消费类电子产品的首选电池,锂电池市场会保持高速增长。

  根据IIT的统计数据,2014年全球锂电池市场规模与总需求量分别达到168亿美元和44Gwh,相较10年的110亿美元和22Gwh的数据有着巨大提升。而到2018年该数字将提升到305亿美元与83Gwh,将近提升一倍。

  硬件微型化凸显电池创新需求。智能穿戴、新能源汽车等产业的兴起使得作为其动力源的电池技术的地位愈发重要。智能硬件微小化的趋势使得电池的同样需要向微小化发展。然而根据简单计算公式:电池电量=能量密度*电池体积,电池体积的缩小会严重影响其续航能力。

  在智能手机、平板等终端上,由于可以保证一定的电池体积,其续航能力的问题尚未凸显。但到了智能穿戴时代,由于硬件本身的体积相较智能手机进一步缩小,也对电池提出了更高的要求。但由于技术的限制,现有市面上可穿戴产品的续航能力并不尽如人意,AppleWatch续航时间甚至只有18个小时。续航能力不足在某种程度上限制了智能硬件的市场发展。

  新能源汽车同样面临续航困境,目前技术下电动汽车一次充电续航里程为200公里左右,为200公里的续航里程要付出数个小时的充电时间。相对的,传统燃料汽车仅用几分钟时间加满油可以行驶超过一倍的距离,电动汽车付出的时间成相当之高,这也是导致电动汽车难以普及的重要原因之一。电池技术的革新有着极大的必要性,在电池容量、充放电速度、电池尺寸等方面均亟待突破。

  铝电池横空出世,电池新革命蓄势待发。日前刊登在Nature的一篇关于铝电池的论文引发了人们对铝电池的热情。斯坦福大学的研究人员利用新的电极材料与电解液,克服了铝离子电池传统的固有缺点,具有使用时间长,成本低,容量大,可折叠,不易燃,寿命长,更环保等种种优点,而最大的看点在于极快的充电速度:对比目前锂离子电池一般数个小时的充电时间,新型电池1分钟之内即可完成充电工作,如能成功普及,对于现有的电动汽车、智能可穿戴等产业的影响是革命性。

  诚然目前的铝离子电池主要还停留在实验室阶段,首先是成本较高,正极材料采用CVD泡沫石墨,电解液采用离子液体,在使得铝电池循环寿命和安全性大大提升的同时,其成本也是大规模商业化普及所难以承受的。其次铝电池现有的能量密度比起主流的锂电池低很多,因此数年内铝电池大规模替代锂电池尚且不现实。但随着新材料、新工艺的推广,以铝电池为代表的新型电池可能会改变电池产业生态格局,同时极大的推动整个可穿戴设备、新能源汽车等产业的普及推广。电池新革命已蓄势待发。

  电池产业链将全面受益。电池的构成包括正极、负极、隔膜、电解液,其他的相关产业还包括电源保护系统等,上述电池相关产业链环节在正在进行或即将到来的电池革命中均将深度受益。而对于续航能力的提升,在提高电池本身性能的同时,降低硬件本身的功耗也是十分重要的。电源管理芯片,电源管理模组,功率半导体已广泛应用,对降低功耗,提高电能利用率作用明显。在关注电池本身的同时,不能忽视其周边产业的需求和提升。

  物联网时代的硬件将存在两个很明显的趋势。首先对于单个硬件要求功能多样化,体积微小化,实现低功耗;而从硬件整体来看,种类将会呈现爆炸式增长,并且单一硬件的生命周期还将大幅缩短。

  这两大趋势也就同时催生了物联网时代制造工艺的两个重要发展方向:模块化与多样化。在这样一个趋势下,SIP封装技术与3D打印制造技术将大有可为。

  正如相机、收音机、MP3、蜂窝移动电话、传呼机等等硬件所实现的功能如今被一个智能手机所近乎完美的替代,同样的,在物联网时代,越来越多的功能被要求集成到单个硬件上,同时还要保证硬件本身的轻薄、便携、易用。这样的趋势也就使得硬件内部芯片及相关零部件集成化和微小化的需求越来越强烈,SiP封装技术将成为这一趋势下的最大受益者。

  SiP(SysteminPackage),即系统级封装,在一个封装中组合多种IC芯片和多种电子元器件(如分立元器件和埋臵元器件),在一个封装中集成诸如数字电路、模拟电路、RF、存储器和接电路等多种电路,以实现图像处理、语音处理、通讯功能和数据处理等多种功能。从而能够很好的满足物联网时代硬件高集成度、体积微小化的趋势。而相较于更为高端的SoC(SystemonaChip)技术又有成本低和开发周期短的显著性优势。

  SiP技术可以分为两个层级:一个是基于芯片封装级别的SiP,以半导体产业链上封测环节的企业为代表,如日月光、长电科技、华天科技;一个是基于PCBA级别的SiP,以电子制造服务企业为代表,如环旭电子。

  在半导体技术演进路径上,IC封装SiP趋势非常明显,并且随着物联网的到来,这一趋势还将呈现加速发展之势。物联网时代,对于硬件产品的要求是要求集成度提高的同时还需要降低生产成本。然而随着芯片制造工艺制程的不断提高,希望通过提高工艺制程来降低芯片体积提高集成度难度越来越大,成本越来越高。SiP技术则是直接在芯片封装环节进行系统集成,这样能够在满足产品集成度要求的情况下,大大降低生产难度,在成本上也能满足产品需求。

  随着AppleWatch的正式登场,PCBA级SiP技术也成为了最热门的话题,同样也是未来物联网时代的重要发展趋势。

  从苹果披露的产品设计可以看出,小小的一块S1模组中整合了多颗芯片以及大量的电子元器件,产品精密度达到了目前工业水平的极致。采用SIP技术可以实现:1、减少系统开发时间,加速产品进入市场;2、集成不同半导体工艺技术芯片;3、采用隔间屏蔽方式解决芯片间电磁干扰问题;4、减少PCB主板布线复杂度,缩短元件连接路程;5、节省主板面积,实现多维空间利用;6、节省后续SMT工序

  从目前的技术趋势看,移动电子产品中射频通信模块、触摸屏控制模块、摄像头模块、指纹支付模块、计算存储控制模块、传感器模块等都具备从PCBA独立成为模块的条件。从iPhone6拆解看,由于产品紧凑度的不断提升,PCBA面积不断缩小,产品的模块化将大大有利于未来iPhone产品的薄型化、轻型化。

  受到移动电子产品行业轻薄化、模块化的趋势推动,结合产业链调研信息,我们预测2015年将在智能手机中出现新的应用突破,大大打开SIP业务的发展空间,突破速度超越市场预期。而从长期看,SIP市场从2013年到2017年可望实现10倍的行业增长。

  物联网时代的硬件多样性,以及硬件生命周期的大幅缩短激发了敏捷、柔性制造的需求,而3D打印技术堪称柔性制造的高级阶段,采用该制造工艺能带来制造复杂物品不增加成本、产品多样化不增加成本、零时间交付、设计空间无限、材料无限组合、精确的实体复制等等一系列优点,在要求柔性制造,快速响应的未来物联网市场上具有广阔的应用前景。特别是在制作小批量,构型复杂的硬件方面,对比传统机加工手段优势尤为巨大。

  事实上3D打印并非新鲜技术,早在上个世纪50年代美国就出现“增材制造”的初步概念,60年代末金属3D打印技术兴起,到80年代已经实现了商业化。市场上已然出现多种面对企业用户或者家庭用户的3D打印机,在军工、高端制造业等特殊领域也早有应用(例如北航王华明团队采用激光3D打印技术制作的飞机结构件)。然而3D打印也有其缺点所在,比如精度较低,制造部件大小受限,大规模量产成本反而高于传统工艺等。

  目前3D打印技术受到现有发展阶段的限制,因此还尚未得到大规模的工业应用,目前主要还是应用于概念测试和模具开发领域。但随着技术的不断进步,3D打印在未来物联网硬件爆炸的时代有着巨大的用武之地。据WohlersAssociate预计,2017年全球3D打印市场规模有望达到50亿美元,2021年更是会达到108亿美元,行业呈现加速增长态势。


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