家電產(chǎn)品全面智能化升級(jí) MCU市場(chǎng)迎來(lái)新機(jī)遇

家電行業(yè)的智能化風(fēng)潮在幾年前就開(kāi)始了，這幾年變得更加明顯和快速。不論是傳統(tǒng)的黑電、白電，還是近年來(lái)發(fā)展迅猛的廚電生活電器和智能小家電，均不同程度地加入了智能化元素。目前智能家電添加的智能化功能包括智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警、語(yǔ)音交互、攝像頭等。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和信息化程度的提高，以及人們對(duì)智能家電產(chǎn)品需求的提升，家電產(chǎn)品的智能化將會(huì)成為未來(lái)家電產(chǎn)品的主要形態(tài)。全國(guó)家用電器工業(yè)信息中心數(shù)據(jù)顯示，2018年智能冰箱的市場(chǎng)份額從31.7%增長(zhǎng)到39.7%；智能空調(diào)的市場(chǎng)滲透率已超過(guò)30%，成為了用戶(hù)選購(gòu)的新趨勢(shì)；智能洗衣機(jī)（具有WiFi或者自動(dòng)投放功能的型號(hào)），零售額份額也從36.6%上升到39.8%。

圖1：2009~2018年家用電器營(yíng)業(yè)收入及增長(zhǎng)率情況。（數(shù)據(jù)來(lái)源：Wind）

家電智能化促進(jìn)MCU市場(chǎng)增長(zhǎng)

在今年3月份上海舉辦的中國(guó)家電及消費(fèi)電子博覽會(huì)（AWE）上，我們看到了很多知名家電、消費(fèi)電子和跨行企業(yè)展示的大量智能家電產(chǎn)品，比如帶體感雷達(dá)的空調(diào)、支持觸摸屏幕的冰箱、可識(shí)別衣物材質(zhì)的洗衣機(jī)、可自動(dòng)鑒別油煙濃度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小的抽油煙機(jī)、帶有攝像頭和路徑規(guī)劃的掃地機(jī)器人等等。

在這些智能家電產(chǎn)品中，空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、吸塵器等白電和小家電產(chǎn)品是增長(zhǎng)主力。而所有這些產(chǎn)品的智能化都離不開(kāi)一個(gè)關(guān)鍵的核心器件——微控制器（MCU）。

圖2：2018年中國(guó)冰箱的智能化份額上升到了39.7%。(來(lái)源：中國(guó)家用電器研究院)

從ICInsights公布的關(guān)于MCU的報(bào)告來(lái)看，2018年MCU全球銷(xiāo)售額為186億美元。出貨量達(dá)到306億顆，預(yù)計(jì)2019年?duì)I收將保持9%增長(zhǎng)率，增長(zhǎng)至203.57億元，并有望在2022年創(chuàng)下238.75億美元的歷史新高年收入記錄。

圖3：2019~2022年全球MCU市場(chǎng)規(guī)模及出貨量預(yù)測(cè)。（來(lái)源：ICInsights）

中國(guó)的MCU廠商的出貨量也反映了這一趨勢(shì)，以行業(yè)龍頭兆易創(chuàng)新為例，其2018年的年報(bào)顯示，該公司當(dāng)年MCU產(chǎn)品累計(jì)出貨量已經(jīng)超過(guò)了2億顆，客戶(hù)數(shù)量超過(guò)了1萬(wàn)家。其GD32MCU也很適用于智能生活體驗(yàn)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，包括智慧家居、智能家電、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、手持云臺(tái)和體感平衡車(chē)等。從市場(chǎng)情況來(lái)看，GD32MCU是目前中國(guó)最大的Arm?Cortex?-M系列MCU產(chǎn)品家族。GD32MCU在最高主頻、代碼執(zhí)行效率、片上Flash和SRAM容量、集成外設(shè)資源和功耗效率上都有著優(yōu)異的表現(xiàn)。

GD32為智能吸塵器增添動(dòng)能

根據(jù)中國(guó)家用電器研究院的《2018年中國(guó)家電年度報(bào)告》顯示，2018年吸塵器繼續(xù)擔(dān)任小家電行業(yè)中增長(zhǎng)品類(lèi)的排頭兵，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到零售額195億元，同比增長(zhǎng)率45.6%。

雖然吸塵器在我國(guó)已經(jīng)發(fā)展了近20年，但其實(shí)也就是近幾年才開(kāi)始逐漸普及。吸塵器在美國(guó)、日本等國(guó)家普及率已接近飽和，而在我國(guó)，吸塵器的普及率目前僅為11%，市場(chǎng)規(guī)模遠(yuǎn)未打開(kāi)。

在吸塵器產(chǎn)品中，熱門(mén)的產(chǎn)品有掃地機(jī)器人和以戴森（Dyson）為代表的手持吸塵器。

目前，在掃地機(jī)器人領(lǐng)域，市場(chǎng)參與者既有科沃斯、戴森、iRobot、Neato、?，斕氐葘?zhuān)注于吸塵器品類(lèi)的廠商，也有飛利浦、海爾、松下、美的等傳統(tǒng)家電廠商，此外，包括小米在內(nèi)的一些智能硬件廠商也在分羹一杯。據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士透露，目前市面上絕大部分廠商的掃地機(jī)器人均有采用GD32MCU。原因在于GD32MCU能為掃地機(jī)器人帶來(lái)卓越的電機(jī)驅(qū)動(dòng)和操控能力，使機(jī)器具備強(qiáng)勁動(dòng)力、超強(qiáng)靜音、節(jié)能省電等特性的同時(shí)，還能進(jìn)一步提升其智能化水平、降低生產(chǎn)成本。

GD32成為智能家電的電機(jī)控制核心

戴森的手持吸塵器可謂這兩年市場(chǎng)上的爆款產(chǎn)品，其最大的特點(diǎn)是超高速，最新的CycloneV11無(wú)繩吸塵器使用的數(shù)碼電機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)12.5萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘，輸出功率達(dá)到了525W。

圖4：戴森V11數(shù)碼電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)12.5萬(wàn)轉(zhuǎn)。（來(lái)源：戴森官網(wǎng)）

這幾年，國(guó)產(chǎn)品牌也推出過(guò)一些和戴森類(lèi)似的吸塵器產(chǎn)品，雖然外觀差不多，但是吸力還是不在一個(gè)等級(jí)上，究其原因，一是高速電機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題，另一個(gè)就是硬件驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)方面存在不足。

國(guó)產(chǎn)品牌要想獲得突破，除了要有高速電機(jī)外，還需要選擇有高速開(kāi)關(guān)和低損耗特性的MOSFET器件，以及具有高代碼執(zhí)行效率的MCU的支持。雖然國(guó)產(chǎn)低損耗特性的MOSFET器件還沒(méi)有突破國(guó)外技術(shù)壁壘，但是MCU器件方面，一些國(guó)產(chǎn)的MCU器件在規(guī)格和性能上已經(jīng)超過(guò)國(guó)外品牌的同類(lèi)產(chǎn)品；以兆易創(chuàng)新的GD32F350和GD32E230產(chǎn)品為例，其產(chǎn)品規(guī)格和性能很適用于手持吸塵器控制板的設(shè)計(jì)。GD32E230系列產(chǎn)品采用了業(yè)界最新ARMv8架構(gòu)的Cortex-M23內(nèi)核，超值型產(chǎn)品的主頻高達(dá)72MHz，并配備了大容量的嵌入式存儲(chǔ)器，配合內(nèi)置的硬件乘法器、除法器和高速硬件比較器，工作性能最高可達(dá)55DMIPS。就同主頻下的代碼執(zhí)行效率來(lái)看，相比市場(chǎng)同類(lèi)Cortex-M0+產(chǎn)品提高了30%以上，再配合片上集成的12位2.6MSPS高速采樣率的ADC閉環(huán)檢測(cè)，就能夠驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)輕松上10w轉(zhuǎn)每分鐘。除此之外，GD32E230系列產(chǎn)品可進(jìn)入低功耗的睡眠模式，大大降低手持吸塵器產(chǎn)品在待機(jī)時(shí)的靜態(tài)功耗，保證吸塵器產(chǎn)品在不使用情況下的待機(jī)時(shí)間。

傳統(tǒng)白色家電的智能化新趨勢(shì)

與生活電器等小家電市場(chǎng)相似，白色家電也在升級(jí)迭代，由于變頻化已經(jīng)成為主流，直流無(wú)刷電機(jī)的使用量正在逐年高速成長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2019年白色家電的變頻化將達(dá)到40%，2022年會(huì)達(dá)到70%！

MCU也開(kāi)始踏上了AIoT的技術(shù)整合之路，從專(zhuān)業(yè)的主“控制”開(kāi)始向“智能互聯(lián)”目標(biāo)邁進(jìn)。在AIoT時(shí)代，MCU將不再只是負(fù)責(zé)核心控制，推理和運(yùn)算等AI能力將成為MCU的標(biāo)配，更將各種人工智能算法，如圖像分析、生物識(shí)別等引入家電領(lǐng)域，使得傳統(tǒng)家電更具智慧。

韓國(guó)白色家電行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)三星和LG在本國(guó)推廣多年的雙驅(qū)動(dòng)雙轉(zhuǎn)變頻洗衣機(jī)，近年來(lái)也開(kāi)始逐漸滲透進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，這種將滾筒與波輪兩種洗滌方式巧妙結(jié)合的雙驅(qū)內(nèi)筒設(shè)計(jì)可大大提升洗凈能力，而且脫水也更加高效，可大大縮短洗滌時(shí)間。

圖5：三星QuickDrive多維雙驅(qū)洗衣機(jī)原理。（來(lái)源：三星官網(wǎng)）

雙驅(qū)動(dòng)雙轉(zhuǎn)變頻洗衣機(jī)與傳統(tǒng)洗衣機(jī)最大的不同是，MCU需要同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這對(duì)MCU的內(nèi)核運(yùn)算能力，模擬外設(shè)精度，以及片內(nèi)存儲(chǔ)空間的需求會(huì)不斷提高，因此未來(lái)的洗衣機(jī)產(chǎn)品對(duì)MCU的規(guī)格和性能要求會(huì)更加苛刻。目前能夠用一顆MCU同時(shí)控制2個(gè)BLDC電機(jī)任意轉(zhuǎn)速，任意方向運(yùn)作的Arm內(nèi)核MCU產(chǎn)品，除了國(guó)外的半導(dǎo)體供應(yīng)商意法半導(dǎo)體的STM32系列MCU,另外一家就是兆易創(chuàng)新推出的GD32F3/F4系列MCU。GD32MCU已經(jīng)成為中國(guó)最大的ArmCortexMCU家族，提供了22個(gè)產(chǎn)品系列、320多個(gè)產(chǎn)品型號(hào)和11種不同封裝類(lèi)型，為工程師提供了靈活的方案設(shè)計(jì)選擇。

除此之外，這里不得不提到時(shí)下頗受歡迎的按摩椅（包括家庭用的按摩椅和共享按摩椅）。以樂(lè)摩吧共享按摩椅為例，該品牌按摩椅借助GD32MCU的多個(gè)控制板和壓力、角度等多種傳感器同步檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人性化的按摩手法、力度、時(shí)間等多重控制，更具備人工智能調(diào)節(jié)。每天在購(gòu)物中心、電影院、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)等消費(fèi)場(chǎng)所廣泛服務(wù)約70萬(wàn)用戶(hù)。與現(xiàn)有的32位MCU相較，GD32MCU具備了高性能、低成本及易用性的差異化優(yōu)勢(shì)，因此目前已經(jīng)被諸多方案商所采用。

安全性是智能家電應(yīng)用的關(guān)鍵

隨著智能家電產(chǎn)品種類(lèi)越來(lái)越多，產(chǎn)品功能越來(lái)越豐富。有的產(chǎn)品會(huì)通過(guò)無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)連接在一起，有的需要連接到云端，比如智能電視、電視盒子、洗衣機(jī)、電飯煲等就需要與外界互聯(lián)網(wǎng)相連接。因此，安全性問(wèn)題被提升到新的高度，而打造安全可靠的智能家電產(chǎn)品，需要從硬件底層做起。對(duì)MCU系統(tǒng)而言，安全性主要包括開(kāi)發(fā)的安全性、代碼運(yùn)行的安全性和應(yīng)用的安全性。

在MCU安全性方面，不同MCU廠商有不同的做法，有的采用定制化嵌入式閃存模塊來(lái)保障代碼安全；有的內(nèi)置硬件級(jí)AES-128/192/256加解密電路來(lái)給數(shù)據(jù)加密；有的從用戶(hù)認(rèn)證、身份管理、安全網(wǎng)絡(luò)接入等軟件層面來(lái)進(jìn)行考量……而兆易創(chuàng)新GD32MCU不僅集成了廣泛應(yīng)用的AES、DES、MD5等硬件加解密功能，還遵循產(chǎn)業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)了內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)和頻率安全系統(tǒng)(CSS)，并具備了底層加密防開(kāi)蓋破解功能，充分保障代碼數(shù)據(jù)的安全性和用戶(hù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

為了進(jìn)一步強(qiáng)化MCU的安全機(jī)制，兆易創(chuàng)新正計(jì)劃推出采用ArmTrustZone技術(shù)的新一代基于ArmCortex-M23和ArmCortex-M33內(nèi)核的GD32系列安全處理器。

人們對(duì)智能家電的要求日益提高,在智能家電產(chǎn)品升級(jí)演進(jìn)的道路上，無(wú)論可動(dòng)(電機(jī))、可視(HMI界面)，還是遠(yuǎn)程可控(無(wú)線Wireless)和安全性能，都對(duì)多元化應(yīng)用開(kāi)發(fā)提出了更高的要求。作為中國(guó)最大最完整的Arm?Cortex-M系列MCU產(chǎn)品家族，GD32MCU提供自主可控且完善的產(chǎn)品組合與開(kāi)發(fā)生態(tài)，全面促進(jìn)家電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，已然成為加速智能家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與落地的重要推動(dòng)力。