本文轉載自半導體行業觀察

作者：李晨光

責編：Sophie

近年來，德國提出了“工業4.0” 規劃，美國提出了“國家制造創新網絡”，日本提出了“創新產業結構計劃”，中國也提出了“中國制造2025”發展規劃，其共同點是充分運用物聯網、5G通信、機器人、人工智能等技術手段提升制造業的智能化、無人化程度。

能看到，隨著科技的飛速發展，工業領域正在進行著前所未有的轉變。“工業物聯網”、“智能制造”、“柔性生產”等概念已經或正在全球范圍內改變工廠的生產方式、管理方法和商業模式。5G、AI、云計算等一系列新技術的涌現和落地，也正在極大地推動工業自動化發展進程。

在此趨勢下，以“碳循新工業，數聚新經濟”為主題的第二十三屆中國國際工業博覽會（以下簡稱“工博會”）近日在國家會展中心（上海）正式召開。

全球半導體解決方案供應商瑞薩電子亮相工博會現場，此次展會，瑞薩以“智慧、創新、融合，瑞薩MCU/MPU引領工業‘芯’未來”為主題，圍繞著“網絡通信、多協議以太網通信、嵌入式人工智能、電機驅控/LED控制”等領域展出一系列優勢產品及解決方案，包括：

• 交流伺服解決方案

• 面向新能源的全數字電源系統

• 大功率BLDC電機控制方案

• 多協議工業以太網解決方案

• RX72M單芯片工業以太網伺服驅動解決方案

• RA6T2 AI電機無傳感器異常檢測

• 基于Arm Cortex-M85內核MCU的嵌入式AI

• RX23E-A工業秤實現高精度測量

• IO-Link 通信從站&主站整體解決方案

• SLG47105 DC及步進馬達控制

• HVPAK SLG47105助推啟動和按壓停止的玩具車

• 符合EtherCAT規范的FSoE網絡功能安全協議套件

瑞薩電子作為全球工業數字化轉型的引領者和推動者，始終將工業市場視為重要的發展引擎。憑借先進的產品組合與多元化的解決方案，瑞薩電子致力于為工廠自動化、工業4.0和工業物聯網（IIoT）等應用鋪平道路。

瑞薩電子展臺

展會期間，瑞薩電子工業自動化事業部高級總監徐征、瑞薩電子嵌入式處理器事業部總監沈清向我們分享了行業未來的技術發展趨勢和瑞薩電子的創新戰略。

在接受采訪時，沈清以面向新能源的全數字電源系統、Reality AI工具為例，介紹了瑞薩電子在這方面的方案布局和創新優勢。

面向新能源的全數字電源系統

據介紹，面向新能源的全數字電源系統是基于瑞薩高性能RA6T2 Arm核MCU, 采用圖騰柱無橋PFC+雙有源全橋（DAB）拓撲結構，實現雙向能量流動控制，適用于儲能、再生能源發電、電池化成、OBC等領域。

面向新能源的全數字電源系統

傳統的電源基本都是采用模擬方式控制，而近些年出現的數字電源則是以數字信號處理器（DSP）或微控制器（MCU）為控制核心來實現控制、管理和監測功能的電源產品。

通過數字控制設定開關電源的內部參數可以改變電源特性，還可以在實現電源管理的同時最大限度地降低損耗，滿足復雜的高性能系統對可控性和快速實時反應的要求。

實現電源數字控制的關鍵在于控制“核”，作為一款面向工業應用的MCU，RA6T2適用于電源、變頻設備、樓宇自動化和工業驅動等應用。

面向新能源的全數字電源系統的推出也實現了瑞薩RA6T2 MCU從電機控制到數字電源的布局，可以幫助實現更高性能、更經濟的電源控制功能，并降低材料清單（BOM）成本。

同時，瑞薩在為用戶提供雙向數字電源轉換系統的同時，也打破了DSP在數字電源轉換領域的壟斷地位。

據介紹，通過在方案中使用過零點電流抑制控制算法，該方案可以有效降低電流的總諧波失真，使系統整體效率達到99.94%的水平；在DC/DC方面，具有極寬范圍的電壓調節能力，可以擴展到更高的功率等級，它采用了一個多自由度的移項的算法，在全工作的范圍內可以實現高效的軟開關，能夠彌補一些傳統控制算法效率低的不足。

Reality AI，預測性維護新升級

另一個亮點產品是Reality AI，這是瑞薩電子在去年收購嵌入式AI解決方案供應商Reality AI后，在AI和微型機器學習（TinyML）解決方案方面取得的最新進展。

沈清指出，Reality AI工具是基于非視覺類的先進信號處理算法，它是專門針對一個系統的預測性維護和提高系統效能的全自動AI建模工具。與其他AI工具相比，一方面，Reality AI可以提供硬件分析服務，不僅對于這個模型，而且對于客戶整體的系統架構、傳感器的選擇、參數的選型、傳感器的擺放位置以及整體過程的優化都有這樣一個硬件分析。

第二個特點，Reality AI可以給客戶一個“可以解釋的AI”，客戶可以讀懂這個AI模型，知道這個AI系統為什么這樣做，它都是可視化圖形化的界面。

同時，Reality AI占用的資源非常小。沈清指出，只占用了20KB的Flash，對于CPU系統資源的消耗大概在1%到1.5%，它是一個非常輕量級的負荷檢測，這可以為客戶帶來便利，不用更改原來的系統和硬件平臺，只需要把AI功能部署進去就可以。

對客戶來說，Reality AI提高了芯片的價值，可以實現智能檢測電機異常，以進行預防性維護的應用場景。

AI電機異常監測

瑞薩電子工業自動化事業部高級總監徐征表示，Reality AI在面向電機系統預測性維護應用中，將傳統運維工程師的經驗轉化為系統內部的“know how”。并且，傳統運維做定期校對主要靠相關人員的經驗，通過部署Reality AI，就可以基于不同設備的實際運行狀態，判斷設備狀態是否在可控范圍，是否需要去維護，可以為客戶節省大量的維修成本，提升工廠效率。

綜合來看，使用Reality AI工具可以支持完整產品開發生命周期的軟件環境，用戶可自動探索傳感器數據并生成優化的模型。Reality AI工具包含分析功能，能夠找到最佳傳感器或傳感器組合、傳感器放置的位置并自動生成組件規格，并且以時域/頻域的方式完全解釋模型函數。Reality AI可為機器學習提供先進的數學方法進行信號處理，從而實現快速、高效的機器學習推理，可適用于小型MCU及強大MPU。

據悉，Reality AI廣泛的嵌入式AI和TinyML解決方案，可用于汽車、工業及消費類產品的高級非視覺傳感，完美適配瑞薩嵌入式處理及物聯網產品。

目前，瑞薩已將其AI技術融入汽車、工業和物聯網應用的眾多“成功產品組合”中。瑞薩“成功產品組合”依托于相互兼容且可無縫協作的產品，同時采用經過技術驗證的系統架構，帶來優化的低風險設計。瑞薩現已推出超過400款“成功產品組合”，旨在幫助客戶加速設計過程，加快產品上市。

智能制造領域，中國市場迎來轉機

在亮點產品之外，兩位嘉賓還圍繞國內外工業自動化行業的發展現狀和趨勢進行了分享解讀。

徐征表示，從目前工業4.0或智能制造進度來看，國外市場存在領先優勢。智能制造的前提是工業自動化，以德國為首的工業強國在二戰期間就能達到工業1.0~2.0的階段，當前正在發展工業4.0，其產品在穩定性和可靠性方面會比較有優勢。但國內市場和客戶的成長速度很快，以及擁有強大的開發能力和價格競爭力。

沈清對此指出，前幾年，國內客戶對于工業功能安全和數據安全其實不太敏感，而近年來隨著國內行業的水平越來越高，逐步跟國際接軌，因此對功能安全和信息安全兩部分的重視程度日益提升。

據了解，瑞薩在這兩塊都有十年以上的根基，尤其是功能安全方面，瑞薩是業界少有的把SIL3工業功能安全等級全部做的很完整的，相比行業競爭對手，一般做SIL3都是一個自檢庫，瑞薩是提供一個完整性的解決方案。

在展會現場，瑞薩展出了符合EtherCAT規范的FSoE網絡功能安全協議套件，分別由RX72M作為EtherCAT從站通訊以及RX23T兩顆MCU搭建的硬件冗余架構組成，這些都是完整性的SIL3的工業功能安全等級的方案，可以在EtherCAT的同一網絡中并行傳輸標準數據以及安全相關數據，是現代網絡結構和通信系統不可或缺的一部分。

符合EtherCAT規范的FSoE網絡功能安全協議套件

沈清表示，去年年底開始，客戶對功能安全的需求噴涌而出，需求激增。瑞薩憑借多年的經驗和技術積累，憑借經過SIL3認證的芯片和解決方案，協助客戶實現功能安全，同時節省其開發時間和開發成本。

在信息安全部分，瑞薩產品本身就內置了安全加密單元，配合一個系統的信任根，再加一個高性能的加解密硬件，基于這兩個特點可開發出非常多的安全解決方案。比如最底層的加解密算法加速，密鑰的封裝保護，應用層的安全啟動，以及安全傳輸層協議，在每一個系統的不同層級瑞薩都有一個信息安全的加密保護機制在其中。

瑞薩能夠提供多種不同的安全產品方案，客戶可以根據安全需求來選擇不同的解決方案，以保障產品和應用中的功能和信息安全。

徐征強調，中國市場是一個跳躍性市場，中國客戶屬于創新型客戶，成長速度非常快。瑞薩旨在憑借豐富的產品組合和行業經驗，為國內客戶的快速成長助力賦能。

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瑞薩電子 (TSE: 6723)

科技讓生活更輕松，致力于打造更安全、更智能、可持續發展的未來。作為全球微控制器供應商，瑞薩電子融合了在嵌入式處理、模擬、電源及連接方面的專業知識，提供完整的半導體解決方案。成功產品組合加速汽車、工業、基礎設施及物聯網應用上市，賦能數十億聯網智能設備改善人們的工作和生活方式。更多信息，敬請訪問renesas.com