如今随着机器人技术的发展，机器人的应用领域越来越广，市场也开始相应发展。 中国电子学会预测，2022 年全球机器人市场规模将达到513 亿美元，2017-2022 年年均增长率为14%。根据波士顿咨询集团的研究报告，全球机器人市场预计将未来10 年增长近10倍，到2030 年，全球机器人市场规模将达到1600 亿至2600 亿美元。
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为了促进机器人行业的稳步增长和全面进步，2023年初，我国工业和信息化部携手其他16 个部门共同发布了《“机器人+”应用行动实施方案》。该方案明确了到2025 年制造业领域机器人发展的具体目标，并列举了机器人在不同领域的十大重点应用场景。这一重要政策的推出，标志着一个以“机器人+”为核心的新时代的开启，预示着机器人技术将在更广泛的领域得到推广和应用，尤其是在制造业，机器人将面临前所未有的发展空间。
截至目前，我们正处于该方案承上启下的关键时期。当下无论是工业领域的机器人还是服务于日常生活的服务型机器人，它们都在通过与信息技术的深度融合，不断增强自身的感知、数据处理和执行任务的能力。随着智能化水平的不断提升，机器人对高性能芯片的依赖也日益增强。那么，在这个“机器人+”的新时代，哪些芯片将会因此迎来快速发展的机遇呢？
1 FPGA（现场可编程门阵列）芯片
随着科技的飞速发展，机器人智能化已经成为当今科技领域的一大趋势。这一趋势不仅体现在商业应用、工业领域，也渗透到了创客项目和日常生活中。目前，机器人智能化的重点在于持续优化机器人的整体架构，包括提升机器人的感知能力和控制精准度。这对器件的性能提出了很高的要求。
图1FPGA作为一种灵活的硬件平台，可以应用于小节点的分散控制和大节点的高效FPGA SoC控制，以实现精准控制的任务。通过FPGA 加速计算，可以有效降低驱动反应时间，提高系统运行速度，从而在优化机器人应用方面具有优势。
FPGA的这些特性使得它在机器人领域具有广泛的应用前景。随着机机器人智能化的发展中发挥更加重要的作用。在伺服驱动方面，FPGA 的应用已经成为行业内的标准做法。特别是在执行图像处理算法时，FPGA 的表现优于CPU，被认为是最佳解决方案。而在执行人工智能算法时，FPGA与GPU并列为主流方案，且在功耗上有明显优势。与ASIC（专用集成电路）开发相比，FPGA 的使用不仅缩短了开发和验证周期，还允许在出现问题时迅速调整逻辑，或者在需要时修改或增强功能需求，这种灵活性是FPGA 的一大亮点。
图2FPGA 芯片的这些特性可以有效提升伺服控制性能并降低功耗。它还提供了包括PCI Express 在内的多种硬件IP，确保总线连接的可靠性的同时，促进了外围逻辑的集成，实现了设备的小型化和低功耗。低功耗设计意味着设备可以使用无风扇外壳，从而避免了易磨损的机械部件和灰尘的侵入，提高了机器人的可靠性和维护周期。
在机器人行业中，尤其是工业应用领域，设备的供货周期较长是一个考虑因素。由于工业设备的设计寿命通常在10 年甚至更长，因此延长产品生命周期对于满足客户需求至关重要。FPGA 正好满足了这一点，它的使用可以延长产品的维护和更新周期，适应工业领域对长期稳定运行的需求。
图3因此，在当前的工业和商业环境中，FPGA 技术正被积极采用和推广，以满足日益增长的设计需求并实现成本控制。FPGA 的灵活性和高性能使其成为推动机器人智能化的理想选择。
在机器人领域，FPGA 的应用尤为突出。商用服务机器人通过集成动态感知算法和物联网（IoT）技术，能够更自然地与人类进行交互，提升用户体验。在工业领域，机械手臂等自动化设备使用FPGA 进行控制，不仅提高了生产效率，还减少了人力需求，提升了安全性。
图4随着智能化的深入，机器人将成为现代社会不可或缺的一部分。因此，优化机器人的性能和智能化水平成为行业的重要任务。FPGA以其高性能和成本效益，为机器人技术的进步提供了强有力的支持。通过FPGA 的优化，机器人能够实现更快速、更精准的控制，从而提高整体性能和用户体验。
FPGA技术的应用和发展对于机器人智能化至关重要。它不仅推动了机器人技术的进步，也为行业的创新和发展提供了新的可能性。随着技术的不断进步和应用领域的不断扩大，FPGA 将继续在机器人智能化领域发挥重要作用，助力行业实现更高水平的智能化和自动化。
FPGA市场在全球机器人领域正经历着快速增长，其年均复合增长率达到了16.4%。这一增长速度在全球范围内是显著的，而中国市场的发展势头更是强劲，预计其年均复合增长率将达到23.1%，显示出中国FPGA市场的巨大潜力。
中国FPGA行业在市场规模和需求量上均呈现出上升趋势。这得益于国内对于FPGA 技术的需求不断增加，尤其是在机器人、汽车、工业和数据中心等关键领域。这些领域的快速发展推动了FPGA 芯片的需求，预计未来几年，这些领域的需求将持续增长。
全球范围内，FPGA 芯片的需求预计也将保持增长。随着机器人技术的进步、汽车行业的电动化和自动化、工业4.0 的推进以及数据中心的扩展，FPGA 芯片在这些领域中的应用将变得更加广泛。这些趋势表明，
FPGA的发展空间是巨大的，无论是国内还是全球市场，都为FPGA技术的创新和应用提供了广阔的舞台。
2 微控制器单元（MCU）
微控制器单元（MCU）在机器人执行层中的应用非常广泛，它作为工业机器人的核心控制组件，随着机器人市场的快速增长而受益匪浅。在工业机器人的单个机械臂中，MCU 芯片通常占据了大约80% 的内置控制器市场份额。2022 年中国MCU 市场规模达到493.2 亿元，较上年增长13.67%。而中商产业研究院的分析师预测，2023年中国MCU市场规模将进一步扩大，达到531.2亿元。
在微控制器单元（MCU）的全球市场中，几家大型厂商占据了主导地位。瑞萨电子、恩智浦、微芯科技、意法半导体和英飞凌等国际知名企业，凭借其卓越的技术实力、丰富的产品线以及广泛的客户基础，在全球MCU市场中占据了显著的市场份额。这些公司通过持续的技术创新和产品优化，不断推动MCU技术的发展。
在国内市场之中，国外厂商如瑞萨电子、恩智浦、意法半导体等依然占据着主导地位。这些公司凭借其先进的技术和强大的品牌影响力，在中国市场中占据着较大的市场份额。然而，国内MCU厂商的发展势头也不容小觑，他们正迅速崛起，逐步在国内外的机器人市场中占据一席之地。
例如，兆易创新、中颖电子等国内企业在MCU领域取得了显著的进展。这些企业通过不断的创新和技术升级，逐渐提高了产品的性能和可靠性，使得国内MCU产品在国际市场上更具竞争力。
随着国内外MCU厂商的不断发展壮大，市场竞争也日益激烈。为了在竞争中脱颖而出，各厂商纷纷加大研发投入，推出更具创新性和竞争力的产品。这种竞争态势促使厂商不断提升自身技术水平，推动整个行业的持续发展。
目前，随着技术的不断进步，全球MCU厂商在制造工艺、芯片设计、功耗控制等方面进行了持续的创新，以提高产品的性能并降低成本。例如，意法半导体与三星晶圆代工厂合作开发了基于18 纳米全耗尽绝缘体上硅（FD-SOI）技术的先进制造工艺。这种新工艺技术有望使嵌入式处理应用的性能和功耗实现巨大的飞跃。
作为工业机器人核心控制器件，MCU等控制芯片必将受惠于工业机器人市场的快速增长。据悉，特斯拉机器人有40 个伺服电机相对应一台特斯拉机器人拥有80个MCU芯片，对应MCU 价值量大约200 美金。预计到2025 年特斯拉机器人的出货量将达到100 万台以上，对应的MCU增量市场约为2亿美金。
对于面向机器人应用的MCU，除了提供易于开发的嵌入式平台和设计工具之外，建立围绕MCU 的完整通信环境也至关重要。这包括处理USB、SPI等各种工业通信协议，以确保机器人各部分之间的高效通信。与传统工业机器人相比，类人机器人的运动模式更为复杂，这就要求对电机的位置、方向、速度和力矩进行高精度的控制。MCU能够执行这些任务所需的复杂、高速计算，使得机器人能够精确地执行各种动作。
目前的机器人解决方案主要包括单电机平台和双电机平台。在单电机平台中，一个MCU控制一个电机，而在双电机平台中，一个MCU可以同时控制两个电机。
值得注意的是，双电机平台的两个电机功率之和通常小于单个电机的最大功率，这种设计可以更有效地分配资源和提高效率。
3 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）
传统的工控和电源行业为IGBT 市场的稳定发展提供了坚实的支撑。在这些领域中，工业控制尤为突出，成为IGBT最大的应用市场，其需求持续上升。随着工业自动化技术的不断进步和普及，工业机器人和智能机床的广泛应用变得越来越依赖于高性能的交流电机、伺服电机，以及节能型变频器和电源装置，这些都离不开IGBT 功率半导体器件的支持。
IGBT功率半导体器件在电力电子应用中扮演着至关重要的角色。它们主要处理电能，通过电力电子技术实现电能的整流、稳压、开关和变频，从而实现电能的高效和高质量转换。
这些器件在大功率、大电流、高频、高速、低噪声等特殊应用环境中具有不可替代的重要性，因此在工业控制领域得到了广泛的应用。
在过去的几年中，中国的逆变器和电焊机市场保持了稳定的增长态势，而工业机器人市场的发展更是呈现出加速趋势。这些因素共同推动了工控IGBT市场的稳步增长。根据最新的数据，我国IGBT行业的产量在过去几年中呈现稳定增长的趋势。从2019年到2021年，我国IGBT的产量分别为1550万只、2020 万只和2580 万只。这一增长趋势表明，我国IGBT 行业正在快速发展，并且预计将继续保持这一势头。
具体到2023 年，预计我国IGBT 的产量将增长至3624 万只。这一预测基于我国IGBT 行业的持续增长和技术进步，以及IGBT 在工业自动化、新能源汽车、电力系统等领域的广泛应用。
此外，根据《国内IGBT模块市场发展趋势报告》的预测， 到2029 年， 全球IGBT模块市场规模将增长至765.36亿元，而中国IGBT 模块市场规模也将持续扩大。这一预测表明，我国IGBT 模块市场在全球范围内具有重要的地位，并且在未来几年内将继续保持增长势头。这一增长趋势不仅反映了IGBT 技术在工业控制领域的重要地位，也预示着IGBT 市场将继续作为电力电子行业的一个关键部分，为工业自动化和智能化的发展提供强有力的技术支撑。
在我国智能机械产业的发展过程中，虽然取得了显著的进步，但与发达国家相比，仍存在一定的差距。目前，我国智能机械市场规模约占全球的20%，但主要集中在低端产品，中高端产品的市场份额不足5%。在技术层面，我国的智能机械主要采用通用处理器来完成各种任务，而且大部分是国外产品的“代工”。
以工业机器人为例，国内30 多家机器人企业虽然推出了15 种以上的工业机器人产品，但产品类型较为单一，可靠性和稳定性不足。同时，中国企业在一些核心零部件上还处于“跟风”状态，与国外企业相比仍有较大差距。比如在激光雷达领域，国外企业基本掌握了核心技术和制造工艺。截至2018 年6 月30 日，国产激光雷达产品在性能上只能达到进口产品的40% 至50%。激光雷达技术作为人工智能与机器人技术融合的基础之一，其发展对于推动智能机械行业的发展至关重要。然而，与美欧等发达地区相比，我国在智能机械核心芯片技术方面还面临着不小的挑战。
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