推动物联网芯片发展的四个关键要素

预计归类为“ IoT”的半导体组件的渗透率将从2019年的7％增长到2025年的12％。

推动物联网半导体发展的四个关键要素是：MCU，连接芯片，AI芯片以及安全芯片和模块。

物联网芯片的日益普及将迫使芯片制造商更加关注典型的物联网要求（例如，超低功耗，更小尺寸，内置安全性）

设备制造商应该看到大量专门针对物联网设计的新芯片。

IoT Analytics是物联网（IoT）和工业4.0的市场洞察力和竞争情报的领先提供商，它对物联网半导体市场进行了广泛的研究，认为芯片在技术领域的表现稳健。

IoT Analytics追踪体现全球30家最大半导体公司的费城半导体指数，在过去五年中增长了5倍（从2016年1月的80美元增加到2021年1月的416美元）。该指数不仅轻松击败了纳斯达克指数（在同一时间范围内增长了2.8倍），还击败了其他技术指数，例如云计算（SKYY指数在同一时间范围内增长了3.5倍）。

半导体：强劲领先的技术领域

半导体公司这种惊人的价值表现可以归因于许多因素。IoT Analytics首席执行官Knud Lasse Lueth对研究结果发表评论说：“最值得注意的是，该行业已从从几种新兴技术的更多和更高价值的半导体组件的需求中获利。关键驱动因素包括大数据分析，移动通信，游戏，互联和半自动驾驶汽车，以及物联网（IoT）设备的快速增长。”

IoT Analytics高级分析师Satyajit Sinha补充说：“根据我们的估计，活跃的物联网设备连接数量将从2015年的36亿增加到2020年的117亿。到2025年底，我们预测总共将有300亿个物联网连接。物联网半导体市场的兴起广泛，涉及大多数行业领域，包括工业，汽车，能源和公用事业以及医疗保健。”

近年来，诸如智能手表和较小的无线配件之类的消费物联网设备的需求特别高，这促使几年前没有制造物联网设备的几家公司进入物联网生态系统（例如，许多智能手机制造商）。

当前的物联网设备爆炸式增长将继续推动物联网半导体市场，并可能在产量提高的情况下进一步推动半导体创新。IoT Analytics关于此主题的最新报告预测，IoT半导体组件市场将从2020年的330亿美元增长到2025年的800亿美元，达到19％的复合年增长率。特别是，以下四个组件将成为人们关注的焦点：IoT微控制器（MCU），IoT连接芯片组，IoT AI芯片组以及IoT安全芯片组和模块。

推动物联网芯片发展的四个关键要素

IoT Analytics将IoT芯片定义为可以单独或共同为IoT设备或其他IoT设备的功能做出贡献的那些芯片组件。因此，一些芯片组件符合IoT的标准。

我们的研究表明，以下四个方面非常重要：

1.物联网微控制器（MCU）

与许多其他技术主题相反，物联网具有一组典型的用例和应用程序。所有这些应用程序都需要不同级别的性能和功能。通常，MCU（而不是MPU）非常适合提供所需的灵活性（例如，在处理能力方面），同时为应用程序提供非常经济的硬件选择。有趣的趋势是IoT MCU现在已经从通用MCU演变为某些特定于IoT应用的MCU（例如，在2020年第四季度，恩智浦推出了S32K3汽车IoT MCU）系列。

借助这些趋势，IoT Analytics预计IoT MCU在一般MCU市场中的渗透率将从2019年的18％增长到2025年的29％。特别是32位MCU，例如，众所周知的Raspberry Pi代表了IoT应用的最佳选择。

2.物联网连接芯片组

物联网连接芯片组是所有物联网连接设备的核心，代表了最大的物联网芯片市场领域（2020年占所有物联网半导体的35％）。近年来，缺乏全球公认的物联网连接标准，以及来自不同用例和应用的不同要求导致了各种各样的连接选项。

IoT Analytics确定21种主要的（从半导体的角度来看）物联网连接标准，其中包括蜂窝物联网（例如3G或4G），WLAN（例如Wi-Fi）和有线连接。

蜂窝芯片组在物联网连接芯片组的市场增长中起着重要作用。 IoT Analytics预计，受5G（用于低延迟和高带宽IoT应用）和LPWA（用于低功耗，低带宽，低成本物联网应用）。经过蜂窝/LPWA许可和未许可LPWA技术都推动了这一市场，基于LoRa的芯片组和基于NB-IoT的芯片组将继续主导这一市场。

无线局域网。WLAN芯片组由新的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E标准驱动，这些标准为物联网Wi-Fi芯片组市场创造了高增长机会。 Wi-Fi 6的升级吞吐能力几乎是Wi-Fi 5的四倍，因此为带宽要求更高的IoT应用（例如头戴式AR应用）打开了大门。

蓝牙。IoT蓝牙芯片组市场目前受音频和娱乐以及基于智能家居的设备推动。相对较新的Bluetooth 5芯片组市场主要专注于IoT应用程序，并通过信标和基于位置的服务（例如资产跟踪）和针对多个应用程序和用例的更大灵活性，使新兴应用成为可能。

3.物联网人工智能芯片组

许多应用程序寻求更复杂的数据分析，并希望实时进行这些数据分析。近年来，这对物联网边缘嵌入式AI芯片提出了越来越高的需求。IoT Analytics预计，2019-2025年间，全球IoT AI芯片组将以22％的复合年增长率增长。这种增长是由三种不同类型的芯片组提供的并行计算驱动的：GPU，ASIC和FPGA。基于FPGA的AI芯片组对于云以及5G时代都至关重要。这些芯片有助于减少延迟，改善内存访问并使设备之间的通信更加节能。传统上，数据中心使用FPGA作为CPU的辅助加速器。

但是，最近，诸如Microsoft之类的公司开始在高速以太网直接连接到FPGA而不是CPU的数据路径中使用FPGA。

4.物联网安全芯片组和模块

根据诺基亚的《2020年威胁情报报告》，物联网设备现在占观察到的受感染设备的32.7％。到2020年，物联网中毒份额增加了100％。物联网设备威胁的增加要求对安全解决方案的不断调整。在许多情况下，传统软件安全性对于整体安全性体系而言是不够的。因此，迫切需要确保从边缘设备到云的数据流以及硬件的安全。

尽管公司通常在实现嵌入式硬件安全性方面有多种选择，但事实证明，在MCU / SoC级别上实现它是最可取的，因为它允许数据安全地流过内部总线。这可以通过将安全元素（SE）和物理不可克隆功能（PUF）引入嵌入式系统来完成。

另一个重要的安全功能是安全区域/ PUF中的“密钥注入”和加密密钥管理，以确保设备的安全身份，并创建在设备内部以及从设备到云的数据流的安全通道。这种集成实现了具有非对称加密的“硬件信任根”。它还为从芯片到云的数据安全流创建了安全通道，从而确保了静态数据和传输数据的安全性。

总结

物联网半导体市场仍处于起步阶段。随着被归类为“IoT”的半导体组件的渗透率不算提升，诸如IoT MCU，IoT连接芯片，IoT AI芯片组和IoT安全芯片组等主题在未来将变得越来越重要年。很难想象，半导体指数会在未来五年内再增加5倍。但是可以肯定的是，物联网比以往任何时候都将成为这些半导体公司的驱动力，并可以提供重要的新业务爆发点。