編者按：當下，撲面而來的“工業4.0”浪潮正在席卷全球，“中國制造2025”規劃的出臺也再一次為推進第四次工業革命的進程帶來更美好的想像空間。不可否認的是，正在變革中的工業制造方式將為半導體產品打開新的市場空間。日前，筆者專訪了德州儀器系統工程及營銷副總裁Scott Roller先生，他將如何看待這場充滿機遇與挑戰的工業革命呢？
“工業4.0”浪潮帶來巨大市場機遇
“我們身處一場全新的工業革命當中，也就是我們所稱的‘第四次工業革命’。在很多年里，工業設備看起來似乎是一個發展很慢的領域，現在是時候要發生令人激動的重大改變啦。” Scott Roller確定看到了未來巨大的市場空間，“智能電子感測、控制和通信中的應用正在實現著全新的工廠自動化水平，效率更高、運營成本更低—并且最終將更好的產品交付到客戶手中，用于感測、控制和通信的集成電路提供了實現這次革命所需要的技術。”
“工業4.0”起源德國，由政府發起，目標是建立更為智能的工廠，進而不同的國家和地區分別提出了相似的概念。如美國提出了“智能制造領導聯盟(SMLC)”，通用電氣（GE）等幾家公司提出了“工業互聯網”，中國則推出了“中國制造2025”十年規劃。
Scott Roller分析，雖然這些不同的倡議之間有所差異，但是它們的目的和方向都是一致的，即將工業革命的進展與互聯網革命中所凸顯的計算、信息和通信系統的最新進展結合在一起。
工業4.0所依靠的技術更多是現在在市場上已經成熟的信息技術和物聯網技術，把更多的傳感器和一些處理器連接起來，讓這些系統變得更智能化。
未來的智能工廠的“智能化”都會體現在哪些方面呢？
Scott Roller認為，第一是要有很好的自適應能力；第二是擁有高效的運作效率，可以提高30%的生產力；第三個是可以緊密連接客戶和合伙伙伴間的關系，共同形成生產的完整閉環。
而實現上述智能生產的技術基礎，離不開虛實整合生產系統(CPS)和物聯網技術，這樣才能實現連接、轉換、網絡、認知、配置架構的傳感器、處理器、軟件和通信。因此，已經開始起步的“工業4.0”浪潮已經開始再次拉動半導體市場的增長。
Scott Roller提供的一份來自調研機構的數據顯示，2015年工業領域的模擬和嵌入式產品的市場規模超過了150億美元，到2019年會超過200億美元的市場容量，其間的復合增長率可以達到9%的水平。
有機構預測，到2020年僅僅歐洲工業就將在工業互聯網應用方面投入1200億美元。
模擬與嵌入式產品是工業系統的核心
Scott Roller表示，在一個典型的工業電子系統中，模擬技術和數字技術是不可或缺的兩個重要部分，例如某些模擬芯片會將你的聲音數字化，經過一系列以嵌入式產品為代表的數字器件的運算后，在系統的另一端數字信號再次被轉換成模擬信號。
模擬芯片提供了物理世界與數字世界之間的接口，嵌入式產品是專用的可編程器件。這些模擬和嵌入式處理器件已經針對終端設備尺寸、功率、以及性能要求進行了優化，并且處于支持工業市場趨勢的創新型電子元件的核心位置。
創新性的模擬和嵌入式產品帶給工業應用第一是高可靠性，第二能源使用的效率被大幅度提升，第三是高精度，第四是更安全，整個工作的環境會更安全，模擬和嵌入式產品所需要提供的效率、生產力和其它優勢的進步方面發揮了重要作用。
Scott Roller表示，在整個工業演進改革的過程中，電子器件起到了至關重要的作用，在處于領導地位的市場如工廠自動化和控制、樓宇自動化、電機驅動和智能電網領域，德州儀器的模擬和嵌入式產品將會獲得更大的應用空間。
而在推動在工業應用的半導體產品創新方面，德州儀器一直走在業界前列，為工業系統的感知、處理、連接和安全提供了優秀的方案。
Scott Roller表示，將智能化向系統轉移意味著在大量的工業“設備”中部署超低功耗安全嵌入式處理器，數據的本地處理是實時及低功耗嵌入式傳感器模塊的關鍵所在。在智能感測節點中，功耗少于70uA/MHz的超低功耗嵌入式處理器以及大量智能模擬接口是本地信號和數據處理的核心，包括例如FRAM等非易失性存儲器 (NVM) 技術。用于工業傳感器的嵌入式處理器會因為不同的集成低功率接口、智能電源管理和集成時鐘基準而千差萬別。此外，硬件與軟件安全特性的結合也是保密通信以及IP和數據篡改保護的關鍵。
Scott Roller認為，無所不在的連通性是實現工業互聯網的基礎，有線與無線連通性的混合使用實現了工廠車間或倉庫內智能機器和零部件的高度分布式網絡。在智能工廠中，將IP地址直接分配給機器和傳感器是不可或缺的。目前，許多應用已經采用了工業以太網，而大部分的主要工業生產商正在考慮使用Wi-Fi?、6LoWPAN、甚至是Bluetooth? Smart等無線技術，任何一款支持連通性和智能電源管理的嵌入式低功耗MCU都可以由紐扣電池供電運行10年。
為了實現保護、抗噪以及可靠運行，隔離技術已經廣泛應用于工業應用。在很多工業系統中，穿過隔離隔柵來傳輸用于測量與控制的高數據速率信息和寬帶信號變得越來越重要。對于工業接口而言，高效率和針對高壓浪涌的魯棒性是必不可少的。而在高帶寬數據隔離應用中，可編程邏輯控制 (PLC) 背板、電機驅動通信和工業互聯網也是非常普遍的。此外，跨過隔離隔柵來傳輸數據和電能在諸如柵極驅動器和用于高壓器件的工業傳感器柵極驅動器等應用中找到了用武之地。
據Scott Roller介紹，德州儀器把工業市場分成了14個小的細分市場，尤其強調和關注的是四個細分市場，第一個是工廠自動化和控制，第二個領域是馬達驅動，第三部分是樓宇自動化，比如說樓宇里面的大型自動空調，第四個方面是智能電網自動化領域。
半導體供應商應面向需求而變
眾所周知，模擬與嵌入式產品的各類繁多，如此多的產品雖然給了客戶非常多的選擇，但是在他完成自己的設計的時候選擇器件帶來了很大的挑戰，在如此多的產品里如何快速選擇合適的產品就變得非常重要。因此，半導體供應商為了應對電子工程師的這一需求，必須做出相應的改變。
Scott Roller認為，中國的創新非常的快，如何讓自己的產品快速上位這對客戶工程師是非常重要的。解決剛才客戶工程師在創新過程中面臨的兩個挑戰，第一是如何在眾多產品中找到最合適的，第二如何讓產品快速上市，因此德州儀器的解決辦法就是提供整體解決方案。
據了解，Scott Roller目前領導的系統工程及營銷團隊，通過將德州儀器的模擬和嵌入式處理產品轉換成為參考設計和系統的專業知識（TIDesigns），從而幫助客戶加快設計流程和上市時間。到目前為止，TI Designs庫中包括很多針對工業市場、以及汽車和其它應用領域的參考設計。
Scott Roller表示，對于德國的一個非常大的工廠自動化客戶印象非常深刻，在跟他們一起工作的過程中， TIDesigns的方案幫助客戶實現了它的工廠自動化方案，如何采集信號、安全地傳輸處理。當客戶在信號采集和處理的時候會遇到不同的接口和總線，比如說485、工業以太網、有線、無線通信協議的自由快速的轉換，德州儀器給客戶提供了這樣的一些方案。
另外，德州儀器公司會非常專注于模擬和嵌入式處理這方面的技術和創新上，也會提供基于德州儀器模擬和嵌入式技術的解決方案。同時德州儀器也提供一些開發工具放在官網上供客戶使用，比如說WEBENCH，同時德州儀器在全球有非常多的支持人員，包括銷售應用和在線的社區支持給線上的客戶。通過和德州儀器的合作，更多的客戶能夠真的研發和制造出可靠、安全、高精度、節能、互聯互通的產品。
后記：
縱觀全球知名半導體供應商，德州儀器公司一直處在市場前列，根據市場的變化提前完成戰略轉型，成為其基業長青的重要因素。從某種意義上說，德州儀器正在成為下一場工業革命所必需的兩個主要技術領域——模擬信號鏈和嵌入式處理的領導者，而這始于2009年收購Luminary公司和2011年收購National Semiconductor公司，面對撲面而來的工業4.0浪潮，顯然有準備者在未來的市場中必然會占據更加有利的位置。