費城半導體指數追蹤了全球30家最大半導體公司的價值，在過去五年中增長了5倍(從2016年1月的80美元增至2021年1月的416美元)。該指數不僅輕松擊敗了飛黃騰達的納斯達克指數(在同一時間段內上漲了2.8倍)，還擊敗了云計算等其他科技指數(例如，SKYY指數在同一時間段內上漲了3.5倍)。

 

半導體——表現強勁的科技行業

 

半導體企業這種驚人的價值表現可歸因于許多因素。IoT Analytics首席執行官Knud Lasse Lueth在評論研究結果時表示：“最值得注意的是，由于一些新興技術需要更多、更高價值的半導體元件，該行業從中獲利。關鍵驅動因素包括大數據分析、移動通信、游戲、互聯和半自動汽車，以及在很大程度上，互聯物聯網(IoT)設備的快速增長。”

 

物聯網分析公司高級分析師Satyajit Sinha補充道：

 

“根據我們的估計，活躍的物聯網設備連接數量從2015年的36億增長到2020年的117億。到2025年底，我們預計物聯網連接總數將達到300億個。物聯網半導體市場的崛起是廣泛的，涉及大多數行業領域，包括工業、汽車、能源和公用事業以及醫療保健。”

 

近年來，智能手表和小型無線配件等消費物聯網設備的需求量特別高，這促使幾年前還沒有生產物聯網設備的幾家公司進入物聯網生態系統(例如，許多智能手機制造商)。

 

當前的物聯網設備爆炸將繼續推動物聯網半導體市場，并可能在更高的生產量下導致進一步的半導體創新。IoT Analytics關于這一主題的最新報告預測，IoT半導體組件市場將以19%的復合年增長率增長，從2020年的330億美元增長到2025年的800億美元。特別是，四個組件將成為焦點：物聯網微控制器(MCU)、物聯網連接芯片組、物聯網AI芯片組和物聯網安全芯片組和模塊。

 

推動物聯網半導體發展的四大關鍵因素

 

1. 物聯網微控制器(MCU)

 

與許多其他技術主題相比，物聯網具有一組不同的用例和應用程序。所有這些應用程序都需要不同級別的性能和功能。通常，mcu(而不是mpu)非常適合提供所需的靈活性(例如，在處理能力方面)，同時為應用程序提供非常經濟的硬件選擇。

 

一個有趣的趨勢是，物聯網MCU現在已經從通用MCU演變而來，有時正在成為物聯網應用特定的MCU，以滿足特定物聯網應用的確切要求(例如，在2020年第4季度，恩智浦推出了S32K3汽車物聯網MCU系列)。

 

基于這些趨勢，IoT Analytics預計，IoT MCU在一般MCU市場的滲透率將從2019年的18%增長到2025年的29%。尤其是32位mcu，它可以在諸如著名的Raspberry-Pi之類的設備中找到，代表了物聯網應用的最佳位置。

 

2. 物聯網連接芯片組

 

物聯網連接芯片組是所有物聯網連接設備的核心，是最大的物聯網半導體市場(2020年占所有物聯網半導體的35%)。近年來，由于缺乏全球公認的物聯網連接標準，以及不同用例和應用程序的不同要求，導致了各種各樣的連接選項。

 

蜂窩物聯網。蜂窩芯片組目前在物聯網連接芯片組的市場增長中扮演著重要角色。IoT Analytics預計，在5G(用于低延遲和高帶寬的IoT應用)和LPWA(用于低功耗、低帶寬、低成本的IoT應用)的推動下，2020-2025年間，全球蜂窩IoT芯片組市場的復合年增長率將達到37.5%。許可/蜂窩LPWA市場和非許可LPWA市場推動了基于LoRa的芯片組和基于NB IoT的芯片組繼續主導這一細分市場。

 

無線局域網。WLAN芯片組由新的Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E標準驅動，這些標準為物聯網Wi-Fi芯片組市場創造了高增長機會。Wi-Fi 6的吞吐量幾乎是Wi-Fi 5的四倍，升級Wi-Fi 6為帶寬要求更高的物聯網應用打開了大門，例如增強現實耳機。

 

藍牙。物聯網藍牙芯片組市場目前由音頻娛樂和智能家居設備驅動。相對較新的Bluetooth 5芯片組市場主要集中在物聯網應用程序上，使新興應用程序能夠使用信標和基于位置的服務(如資產跟蹤)以及針對多個應用程序和用例的更大靈活性。

 

3. 物聯網AI芯片組

 

許多應用程序需要更復雜的數據分析，并且需要實時執行這些數據分析。近年來，這使得物聯網邊緣對嵌入式人工智能芯片的需求不斷增加。IoT Analytics預計，2019-2025年間，全球IoT AI芯片組的復合年增長率將達到22%。

 

這種增長是由三種不同類型的芯片組提供的并行計算驅動的：gpu、asic和fpga?；贔PGA的AI芯片組對于云計算和5G時代都具有特別重要的意義。這些芯片有助于減少延遲，改善內存訪問，并使設備之間的通信更加節能。傳統上，數據中心使用FPGA作為CPU的側車加速器。

 

然而，最近，微軟等公司已經開始在高速以太網直接連接到FPGA而不是CPU的數據通道中使用FPGA。

 

4. 物聯網安全芯片組和模塊

 

根據諾基亞的《2020年威脅情報報告》，物聯網設備目前占觀察到的受感染設備的32.7%。到2020年，物聯網感染的比例增加了100%。物聯網設備威脅的增加需要不斷調整安全解決方案。在許多情況下，傳統的軟件安全性被認為不足以滿足整個安全體系結構的要求。因此，在從邊緣設備到云的數據流的同時，有一個獨特的需求來保護硬件。

 

盡管公司在實現嵌入式硬件安全性方面通常有各種選擇，但在MCU/SoC級別實現嵌入式硬件安全性被證明是最可取的，因為它允許數據安全地通過內部總線。這可以通過將安全元素(SE)和物理不可壓縮函數(PUF)嵌入設備內的系統來實現。

 

另一個重要的安全特性是secure enclave/PUF中的“密鑰注入”和加密密鑰管理，以確保設備的安全身份，并創建設備內以及從設備到云的數據流的安全隧道。這種集成支持使用非對稱加密的“硬件信任根”。它還為數據從芯片到云的安全流動創建了一個安全隧道，確保了靜態和傳輸中的數據安全。

 

見解

 

物聯網半導體市場仍處于起步階段。隨著被歸類為“物聯網”的半導體組件的滲透率預計將從2019年的7%增長到2025年的12%，物聯網MCU、物聯網連接芯片、物聯網AI芯片組和物聯網安全芯片組等主題在未來幾年將變得越來越重要。很難想象半導體指數能在未來五年內再增值5倍。但可以肯定的是，物聯網比以往任何時候都將成為這些半導體公司的驅動力，并能提供重要的新業務。