智能电视发展对芯片的创新需求

作者 / 吴伟 孙彦竹 姜晓飞 深圳创维-RGB电子有限公司 (广东 深圳 518108)

吴伟，深圳创维-RGB电子有限公司总工程师，研究方向：电视技术研发及工程技术管理;孙彦竹，总工程师办公室副主任工程师，研究方向：标准化及项目管理;姜晓飞，总工程师办公室工程师，研究方向：产品开发及项目管理。

摘要：从智能电视产业发展的趋势出发，分别从智能制造和智能产品两方面探讨对芯片的创新需求，同时芯片在制造中的应用。

0 引言

　　对于国内各大厂商来说，智能制造如今已不仅仅是一个响亮的口号，同时也是国内制造业发展的一个重要方向。那么，国内现在发展智能制造的必要性有哪些?智能制造中会用到哪些芯片?这些芯片又是如何应用的呢?本文试图从智能化制造及产品本身智能化两个方面深入介绍了整机制造企业对芯片的创新需求。

1 制造需求

1.1 造产业驱动

　　就目前国内制造业发展来看，发展智能制造主要有三个推动因素：

　　1)政策驱动。2015年5月8日，国家正式发布了《中国制造2025》规划，智能制造试点示范、标准制定、新模式、互联网+、量化融合、绿色制造、机器人装备提升，各部委各项政策全方位支持，预计将投入5万亿元基金布局中国制造2025。

　　2)业务驱动。随着我们国家国际化进程的加快，国外订单总量现在已经远远超过了国内订单，而国外订单的特点是订单数量多，单张订单量小。以电视机为例，国内市场一年会有将近5000万台的体量需求;而在国外，一些国家一年只有几十万台的需求量,有的国家有三四百万台的订单已经算很多了。因而国内厂商要逐渐适应这种柔性化的生产模式。

　　3)用工驱动。自2005年起的10年间，我国劳动力成本上升了5倍，相较1995年的劳动力成本则上升了15倍。目前在珠三角地区雇用一个一线产业工人所需费用一年要8万元左右，劳动力成本的提升给制造成本带来了巨大的压力。而预计在未来3年，劳动力成本将会继续上涨6成，5年翻番，10年再翻番。

　　因此，在国内政策的推动下，再加上产业发展的需求及用工成本的剧增，生产自动化及智能制造就迅速由最初的提出，开始进入细化执行阶段。

1.2 造整体的解决方案

　　从设计、工艺、生产、服务保障、管理等方面进行智能制造顶层方案设计，消除信息孤岛，搭建能有机整合MES、ERP、PLM、数字化车间等智能制造各子系统的智能制造平台框架。

　　整个智能制造解决方案主要分为三层(如图1)，从下到上依次是现场设备、传输网路和数据中心。

　　首先是最底层现场设备，包含工业机器人、自动物流、自动控制PLC以及现场感知，这是智能制造的第一层。

　　第二层是传输网络。主要完成的工作是将现场设备及产品上传来的数据通过物联网关进行收集，通过eLTE及工业交换机实现设备之间的互联互通，并将收集到的数据上传到数据中心。

　　第三层是数据中心。数据中心又可以分为支撑平台和应用平台，其主要功能是实现对产品及设备的控制，即为制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)主要实现的功能。MES系统承担了整个智能过程中生产的调度、技术的管理、作业人员的调配、产品的追溯、柔性生产、能耗管理、物料管理、应急处置等。通过MES系统将数字化车间进行联通。而MES系统上端则包括智能经营、智能设计、智能决策，主要有企业资源计划系统(Enterprise Resource Planning，ERP )以及产品生命周期管理系统(Product Lifecycle Management，PLM)，将产品生命周期和生产计划管理连接在一起。

1.3 制造对芯片的需求

　　在整个智能制造过程中，需要考虑两个问题，即“生产什么产品”和“采用什么生产设备”。本文举例介绍创维在实现智能制造过程中应用规模最大的两类集成电路——射频识别(Radio Frequency Identification，RFID，又称电子标签)和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。

1.3.1 RFID芯片应用

　　RFID可以应用在工装板上，如图2所示。传统的工装板只是一个插22 V电源插头的工装板，而智能工装板内置了RFID芯片作为产品信息化的接口，使得整个产品的数据和生产情况全部被记录下来，避免了生产过程中诸如标签贴错、物料放错等问题，如果产生这些问题，系统就会产生报警。从而实现了与MES系统、智能产线、自动化设备的互通。另外，将RFID加装到工装板上，采用周期回收的方式，从而降低了投入成本。

　　RFID可以应用在仓储管理系统(Warehouse Management System，WMS)中，如图4。原来产品的流通，包括产品从生产线到整机仓库，然后运到海外各地的各个分公司，这些都是人工完成的，人工执行就难免会出错。现在通过在托盘和货架安装RFID芯片作为WMS系统中的信息入口，从而实现了物料的入库管理、出库管理、盘点管理等，通过建立物料全过程批次管理，从而实现生产端、销售端和物料的双向追溯管理。

　　RFID芯片可以直接利用现有的SMT工艺植入电视机机芯的PCB板上，如图5。为什么要这样做呢?主要有两方面的原因。

　　第一，对售后产品进行追溯。电视机什么时候生产的，由哪个工人操作的，里面用的物料是由哪一个生产厂家生产的，只要售后服务人员发现机芯有问题，这些信息就很容易通过RFID芯片查出。

　　第二，防止串货。例如某台电视是卖给湖南的，如果在湖北发现了，我们就知道这个电视机是由湖南串到了湖北，串货会对公司整个价格体系造成影响。之前为防止串货，会在电视机上贴标签，而现在这种老办法已经不管用了，一些串货人员很容易就可以将标签换掉。通过这一手段，可以有效避免串货现象。

1.3.2 PLC的应用

　　PLC主要实现在智能制造过程中对生产设备的实时数据采集和监控。通过人机界面实现远程监控和操作相应的自动化设备，并实现全线生产设备的产品信息采集、状态显示、报警及故障处理功能，帮助操作员和管理者快速诊断出系统故障。例如，在系统中，包括视觉机器人、打螺钉机器人、贴标机器人，这些机器人有时需要同时作业，有时又需要分开作业，如何控制并有序地调度这些机器人适时地工作就是通过PLC来实现的。

2 智能电视

2.1 发展和趋势

　　就当下全球市场发展来看，智能电视主要有三大发展趋势：大屏化、高清化和智能化，如图6所示。2017年，60英寸电视在全球市场总量占比已经达到7%，4K电视占比达到35%，智能电视在占比达到48%。

　　如图7所示为2014～2017年中国智能电视零售量及零售量渗透率趋势具体状况。由图中数据可知，国内智能电视目前的渗透率已经接近90%。

2.2 智能电视对芯片的创新需求

　　随着国际和国内大屏化、高清化和智能化的发展趋势，也将对芯片产业提出新的需求。

　　第一，智能电视需要更快的CPU处理器。2016年之前电视机CPU一般都是32位的，而从2016年下半年开始，采用64位的CPU电视机已经成为当下4K电视的主流配置。由于现在智能电视会内置一些大型游戏和应用，这些游戏及应用是手机游戏无法比拟的，而大型游戏和应用的CPU 64位的趋势已经很明显，这就导致了对64位CPU开始产生高要求。同时“64 bit”也是安卓8.0主要提升的功能之一，当下“64位CPU+安卓8.0+DDR4”的“三位一体”将会是智能电视新配置要求，这样的配置也会使得智能电视的功用有更完美的发挥。

　　第二，智能电视需要更强大的图形及运算能力的GPU。由于未来4K游戏对图形处理会有更高要求，因而智能电视需要GPU有更高性能。众多GPU厂商也针对这一趋势推出了更高性能的GPU，例如ARM推出了T6系列及以上的GPU。

　　第三，智能电视要求更高的芯片工艺。创维2017年4月推出的全新OLED电视，其厚度只有3.6 mm，这个厚度约为苹果手机厚度的一半，因而创维称之为wallpaper(墙纸电视)的概念。而超薄电视则对我们的芯片工艺产生了更高的需求，之前42 nm的芯片工艺已经无法满足当下智能电视对超轻薄的需求，智能电视的芯片开始需要28 nm及以上的芯片工艺。

　　第四，智能电视需要更大的存储空间。要满足用户对大型游戏及应用的极致体验，尤其是大型游戏需要更好的用户体验，因而需要速率更快、延时更小的eMMC5.0标准的闪存及DDR4。

　　第五，智能电视需要有更多的超清信号入口。如今业内诞生了诸多新标准，例如HDMI2.0、USB3.1、MHL3.1以及802.11A.C等新标准的出现。创维电视现在已经可以支持USB 3.1，MHL 3.0等新标准，新的标准也对智能电视的芯片产生了新的要求。

　　第六，还有智能电视现在已经不仅仅是看电视，加入了诸多如游戏、购物等需要和用户互动的功能，因而也需要应用更多新技术，例如手势识别，因为电视机内部有很多互动游戏需要用到手势识别技术;再如人脸识别，智能电视配备人脸识别功能后，就可以快速地登录和进行无人关机、个性化配置等，例如如果智能电视识别出观看者是老人，就可以推出一些老电影和老电视剧，如果是小朋友，就可以推送一些儿童节目，另外，如果小孩在看一些暴力电影，也可以自动关掉电视。另外，6~9轴的空鼠控制(尤其是游戏应用)也会是智能电视的必备功能。这也是智能电视的一些新的应用及技术需求。

　　第七，智能电视的主芯片要适应多操作系统。我国家电产品出口的到世界各地，而不同的用户人群由于用户习惯及专利等问题对界面及操作系统需求不同。例如，美国更倾向于用Linux操作系统，南美更倾向于用安卓操作系统。因而要求智能电视在设计的时候，主芯片必须兼容安卓和Linux这两种，甚至更多的操作系统。

　　第八，智能电视需要适应全球平台化需求。全球地面数字广播飞速发展，例如美国的ATSC已经到了3.0，欧洲的DVR已经进入第二代(DVR-T2)，我国的DTMB也已经发展到第二代。因为全球地面发射的标准都在发生非常大的变化，也都在适应高清的发展，所以这些新的标准也对智能电视芯片又产生了诸如软件体系繁重，需要快速适应市场;要求单一平台全球化，内置多任务解调器;通过安装不同APK适应不同区域电视功能等新要求。

　　第九，智能电视需要整合人工智能技术。现在非常火热的就是人工智能，人工智能在智能电视上也已经从今年开始得到大规模应用，在高端产品甚至中端产品上，都已经植入了人工智能。包括语音控制和人脸识别两个方面。

　　第十，智能电视需要整合AR技术。当下的智能电视其实已经实现了AR功能，用户可以在智能电视上体验AR游戏，通过真实的人与虚拟的游戏 场景结合，加深用户体验。另外，现在通过智能电视的电视购物，用户可以试穿喜欢衣服，从而方便选出更适合你穿的衣服。

3 结论

　　由芯片推动产品智能化及产品的智能化制造首先对于消费者而言，满足个性化的定制需求，提升了产品智能型提高生活品质，同时可以追溯产品的透明化及信息化保障合法权益;对企业而言，产品智能性能提升加大产品在市场的占有率，同时加强企业对于产品的管控能力，解决销售的串货问题，实现产品质量问题的快速追溯与召回;对市场而言，有利建设遵法守法诚信的市场环境，完善产品的监督机制，提升产品在国际商场的综合竞争力;对技术领域而言，提升中国芯片在市场上的占有率及竞争力，促进我国芯片行业的快速发展。

　　参考文献：

　　[1]王晓华,周晓光,孙百生.基于RFID技术的仓储管理系统设计[J].物流技术,2006,26(6):16-24.

　　[2]陈艳丽,王家学,刘绪强.物联网宽带PLC家电系统设计实现方案[J].电子元器件应用，2012,14(Z1):1-4.

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第4期第28页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。