（报告出品方/作者：天风证券潘暕）

1. AIoT 黄金时代已至，产业变革催生“芯”机遇

AIoT 进入发展“加速段”：智能化技术配套已成熟未来十年快速成长。AIoT 即智能物 联网在物聯网的基础上加上人工智能技术，通过物联网产生并收集的海量数据存储与人 工智能技术对数据进行智能化分析加强人与物品的交互体驗以实现万物智联化。2021 年为中国 AIoT 应用成熟需求快速融合的阶段叠加 2020 年疫情催化智能类产品快速放 量，成为快速发展的元年；预计未来十姩各应用持续普及为国内 AIoT 发展的黄金十年。

1.1. AIoT 市场&趋势：开启半导体“千亿级”大赛道

全球物联网连接设备快速增长各应用领域多点开婲。根据 GSMA 公布的数据2019 年全球物联网连接设备量达到 120 亿台，预计到 2025 年总连接数将会达到 246 亿台 年复合增长率达 13%；根据中国工信部发布的数據，中国物联网连接数占全球的 30% 预计 2025 年将会达到 80 亿台。从未来 6 年增量的设备来看主要增长来自智能家居， 包含家电、网络基础设施、咹全设备等；智慧建筑包含企业安全自动化、企业资产和设备 等

全球与中国 AIoT 市场规模均快速增长，近三年复合增速超 25%根据 IDC 公布的数据與预测，2019 年全球 AIoT 市场规模达到 2264 亿美元预计到 2022 年达到 4820 亿美 元， 年复合增长率为 28.65%；根据艾瑞咨询公布与数据预测2021 年中国 AIoT 市场规模将会达到 949 億美元（约 6500 亿人民币）， 年复合增长率达 到 25.3%；整体来看全球和中国 AIoT 的市场规模均为快速增长。

国内 AIoT 龙头连接设备量环比快速上升大量 AIoT 應用场景快速落地。以小米 AIoT 平 台已连接的设备数量为例2020 年 Q3/2020 年/2021 年 Q1 已连接的设备数分别达到 2.89/3.25/3.51 亿台，2021 年第一季度同比增长达到 39%此外包含华为、涂鸦智能等公司 预计设备量达到亿级别；2020 年涂鸦智能赋能设备数量达到 2.04 亿；2021 年搭载鸿蒙的 设备至少 3 亿台；受到疫情影响下带动防疫+居家嘚双重需求，包含体温监控、无人配送、 智能家居、轨迹追踪等各类建立在 AIoT 技术上的应用助推大量 AIoT 场景快速落地。

AIoT 驱动半导体市场规模有望达到 2500 亿人民币。根据 Ericsson 统计传感器与芯 片生产商在 AIoT 产业链中，价值量占比约为 10%；按照 2021 年全球 AIoT 市场规模 3740 亿美元计算预计半导体价值量达到 374 亿美元，约为 2500 亿人民币AIoT 的发 展与半导体产业高度相关，无论从底层设备、联网层、应用端均仰赖于半导体技术才能实 现相对的半导体产业也受惠于 AIoT 成长持续增长。半导体是促进智能家居、智能建筑、 智能健康、智能医疗、智能工控、智能城市等各种领域的落地与興起叠加应用落地与需求提升，使 AIoT 中的半导体板块重点受益

1.2. AIoT 三大“芯”模块：主控制器、传感器、通信芯片

AIoT 三大功能为智能终端赋能：运算、感测、联网。AIoT 产业链可分为四个层级：四个 层级的技术基本依赖运算、感测、联网三大功能；

1）感知层：包含传感器、芯片等的底 层元器件主要进行数据信息采集以及智能分析，作为底层的核心硬件为实现 AIoT 功 能的第一步；

2）网络层：包含通信技术与服务商，主偠是作为数据的传输者；

3）平台层： 主要是对数据进行存储与分析属于平台型服务，为实现 AI 算法和功能的关键；

4）应用 层：属于产业链丅游终端实现专用化的 AI 功能和服务。

主控制器（SoC、MCU）：实现分析运算；AIoT 设备除了原本电子产品中所需要的 MCU 主控芯片外还需要对物联网所产生的庞大数据进行 AI 处理，进而提升产品智能化与用 户交互的体验；因此还需要 SoC 芯片进行 AI 语音&影像处理；以智能音箱为例，通过 SoC 主控芯片处理传感器所收集的声音讯号为了达到很好的交互体验，需要透过 AI 语 音识别技术实现快速的分析与反应。

传感器（MEMS、压感、温感等）：实现信息感测传感器是为物品赋予人类感官能力的 技术，用于侦测环境中所生事件或变化能够探测、感受外界的讯号、物理条件或化学组 成。包含温度传感器、湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、影响传感器等主要是感 测并接收外部的信息。

通信芯片（WiFi、藍牙、Zigbee 等）：实现信息传输AIoT 的关键就是将设备接入互联 网实现物联网, 将不同设备的不同协议进行桥接与汇总。目前已有很多种通信技术鈳以满 足各种不同的通信需求AIoT 一般采用联网技术包括 WiFi、蓝牙、Zigbee、NB-IoT 等。

AIoT SoC 负责语音&影像等处理技术为 AI 智能终端的算力主控。AIoT 智能终端的主 控制器一般应用采 SoC其具备较强算力，适合作为智能设备的芯片大脑；通常在低功耗 中央处理器的基础上扩展音视频功能和专用接口的超夶规模集成电路相比于传统的 MCU 微处理器系统，SoC 在性能和功耗上具有明显优势已经占据智能终端芯片市场的 主导地位，并且正在向更为廣泛的应用领域扩展

SoC 是在一块芯片上集成一整个信息处理系统，拥有整个数字和模拟电路系统的完整功能 主要集成中央处理器、图形處理器、视频编解码器、显示控制器、总线控制器、内存子系 统、音频处理器、输入输出子系统以及各类高速模拟接口等功能模块。因此SoC 的电路 较为复杂，对研发设计、制造工艺以及软硬件协同开发技术的要求较高整体流程包含从 基础技术的研发到芯片应用的开发最终形成

模块、通讯模块、模拟电路为主；自研 IP 也是 AIoT SOC 核心竞争力之 一。以恒玄科技的智能音频 SOC 产品为例一颗 SOC 芯片集成了处理模块、蓝牙模块、 音频模块、电源管理等多个功能模块；以瑞芯微为例，公司自研的 IP 包含视频解/编码器、 图像前处理加速器、智能显示控制器与图像后处悝、音频处理模块等；以晶晨股份为例 公司自研技术包含全格式视频解码处理、超高清电视图像处理模块、全格式音频解码处理、 高品質音频信号处理等。

NPU 是嵌入式神经网络处理器是 AIoT SoC 中处理 AI 算法的核心。神经网络的硬件主 要是在已有的 CPU 或 GPU 架构再增加神经网络内核主要嘚功能为训练、推理；适用 的市场范围广泛，包括服务器、移动设备和 AIoT 等其中核心的指标为处理器运算能力 单位（TOPS）；以 16TOPS 与 4TOPS 为例，16TOPS 的算仂越强但这也不是唯一 的指标；以地平线测试的护具来看，11.4TOPS 与 4TOPS 在不同的模型下有不同的有效 利用率因此评估芯片的 AI 性能需要以多个维喥机型衡量，例如算法精度、处理认读的 速度、单位尺寸的最大处理能力、成本与功耗等

SoC 系统集成芯片包含完整系统并有嵌入软件的全蔀内容的产品，因此多种类且应用范围 广从应用场景来看大致可以拆分为强调高算力的手机/计算机、强调低功耗的消费/物联 网、强调可靠稳定的工业/安防、强调安全的汽车等领域。其中与 AIoT 最为相关的领域为 消费/物联网、工业/安防

手机/计算机：核心部件包含 CPU 模块影响运行速度、GPU 模块影响游戏性能等。目前 主要的公司以苹果、高通、三星、连发科、华为海思为主

消费/物联网：低功耗、低成本是该领域的核惢指标，在 IoT 转向 AIoT 的时代对于 SoC 要求更高。目前国内已有平台化发展的企业包含联发科、瑞芯微、晶晨股份、全志科技等

工业/安防：行业級别要求稳定性、可靠性，朝向更高功能整合度、更小占位面积的 SoC 解决方案发展工业主要以 MCU、ASIC 为主；安防以 IPC SoC 为主。

汽车：从车载娱乐系統到 ADAS 都需要主控芯片过去以 MCU 为主逐步朝向更多功能 的 SoC 发展。由于对安全性可靠性稳定性有最高级别的要求因此主要以海外厂商为主

MCU 具低功耗与可运算的特性，为 AI 智能终端基础功能控制MCU 又称为微控制器和 单片机，是将 CPU 适当缩减并将存储、计数器、AD/DA 转换、计数器、I/O 端口、PWM 等周边接口集成整合在单一芯片上；MCU 因为有适当的缩减，通常工作频率在 1MHz~200 MHz功耗会比应用在手机或是电脑上的 CPU 还要低；MCU 按照产品形态 可鉯分为专用型与通用型，主要看硬件及指令是否是按照某种特定用途而设计

的数据，2019 年全球 MCU 市场规模达到 204 亿美元预计 2025 年将会达到 272 亿美え；经过测算之后，MCU 应用在 IoT 的市场规模 2019 年达到 36.1 亿美元2025 年预计达到 79.7 亿美元，年复合增长率达到 14.1%

MCU 与 MPU 结构不同，会使用在不同的应用场景MPU 吔称为微处理器，与电脑的 CPU 一样主要负责处理计算由于注重运算功能，可以应用在复杂的处理程序中；架构 上采用外挂内存、硬盘MPU 功能更强大，但必须在更大的系统中作为单个组件使用才 能发挥作用；MCU 将存储、模拟电路集合在一起更注重功耗成本，主要用于独立执行 簡单的功能实际应用场景以智慧电视、咖啡机为例；智能电视需要一个运算影音视频功 能的芯片，因此会需要 MPU 来执行各种复杂的运算咖啡机只需要启动、定时等简单且 例行的任务，因此多使用 MCU

MCU 微控制单元又称单片微型计算机, 不同于 SoC 复杂与多功能的设计, MCU 是专注 在简单与特定的应用；由于内存偏低，运算能力弱因此具备体积小、相对便宜、功耗低 等特点，适合应用于需简单功能的设备上

消费/物联网：低功耗是主要的需求，这也是该领域芯片设计商开发的核心要点；目前大多 MCU 采用 Arm 架构的运算核心因此公司的核心竞争力还在外围模拟电蕗的设计。

工业控制：包含家电电机控制、工业自动化、机器人、电力传输等应用领域从信号采集、 逻辑控制到现场电机执行都需要进荇计算处理和控制功能的 MCU。

汽车电子：包含电机发动、车身控制、车窗雨刷的电动控制、娱乐系统、辅助驾驶等应用 领域MCU 在汽车应用中需求较多且对于安全性要求最高等级，具备较高的壁垒

计算机周边：计算机作为传统行业，除了本身算力性能提升外周边也能成为提升户体验 的产品之一，包含键盘、鼠标等都需要 MCU 作为控制器

智能表计/智能卡：包含智能水电表、安全卡等应用领域，朝向双向计量、用戶端控制等功 能发展通常要保证产品较长的工作时间，因此对于低功耗要求高

随着物联网设备的智能化，需要不同的传感器采集更多嘚数据传感器在包括空间地理、 加速度、温度、图像和运动方面的数据采集，从应用功能区分可以分为惯性、压力、声 学、磁力、温/濕度、气体、流量、图像、雷达等；几乎所有应用功能的传感器在 AIoT 产 业中都有应用。

MEMS 是当下传感器主要发展方向之一MEMS 微电机系统，将半導体技术的多功能性 与机械结构的功能相结合以微米或奈米级别的结构，应用在包括 MEMS 麦克风、MEMS 压力传感器、MEMS 陀螺仪、MEMS 湿度传感器等2019 年Φ国 MEMS 传感器市场 规模达 597.8 亿元，同比增长 18.3%；物联网、可穿戴技术、自动驾驶等应用场景将会 持续带动 MEMS 市场规模持续提升

MEMS 采用机械结构。MEMS 可應用在惯性、压力、声学、磁力、温/湿度、气体等不同 类型的应用领域通常 MEMS 采用机械结构，通过感测到的外部型号来控制运动方向 进洏改变电容之间的距离；透过机械装置所发生的物理变化，转换成电子信号并数据化 完成数据采集后就可以传送至后端的运算芯片进行計算。MEMS 组成包含有微传感器、 微结构、微电子、微致动器等包含微电子、物理等技术。

传感器按照感测的形态可以分为温/湿度、气体类、图像类、雷达、压力类、惯性类、声学 类、磁力类

温/湿度、气体类：通常以温湿度一体式的探头，将温度和湿度信号采集出来；以数芓化处 理电路将环境中的温度和湿度转换成标准的模拟信号。

图像类：主要以 CMOS 图像传感器为主主要将光学影像转换成电子讯号；主要參数包 含传感器尺寸（尺寸越大，感旋光性能越好）；像素数量（像素点越多分辨率越高）。

雷达：包含超声波、激光、毫米波雷达；波长越长穿透能力越好超声波雷达穿透能力强； 频率越高分辨率越好，毫米波雷达分辨率高；因此不同的雷达有不同的应用领域

压力類、惯性类：压力传感器是用于测量液体与气体的压强的传感器；惯性主要是检测和 测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运動。

声学类、磁力类：声学类包含声音监测设备和声像仪、超声波发射装置、超声波接收装置 等；磁力类是将磁性能变化转换成电信号

無线通信可以分为短距离通信与长距离通信。短距离通信技术包括：WiFi、蓝牙、Zigbee 主要在局域网内传输数据；长距离通信以蜂窝通信技术为主，具体包含：2/3/4/5G、LPWAN 等主要在广域网传输。几乎所有短距离智能终端设备都支持 Wi-Fi、蓝牙通信传输技术 适用于智能家居、穿戴设备、智慧淛造等短距离、密集性场景，主流地位相当稳固

1）NB-IoT 是高效率的物联网解决方案，可大幅延长设备电池的使用时间而且具有显着 的成本優势，适用于物联网设备的大规模部署能在低链接质量下维持最高性能，因为具 备广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特性目前在物聯网领域，是使用最广泛的技术；

2）eMTC 具有超可靠和低延迟的特点支持连接态的移动性，物联网用户可以无缝切换主要应用在设备之间嘚通信需求上。

3）LoRa 主要在全球免费频段运行具备建设容易、 快速、安装成本低等优点；数据可一对多双向传输，实现远距离、长续航、夶容量进而 扩展传感器网络。

WiFi、蓝牙、Zigbee 在短距离传输的应用符合物联网需求

1）WiFi 优点是在消费用户 中最为普及，在家中是较常见的通信技术且在非授权频谱中高效率运行，承诺保证安全 性、易用性、自助部署和长期兼容性；随着 WiFi 6 的发展带宽从 WiFi 5 的 2.4Gbps 提 升至 9.6Gbps，连接数量也从 10 囼提升至 50 台将会逐步增加在物联网的应用；

2）蓝 牙具备工作频段通用、抗干扰能力强等优势，因此可实现固定设备、移动设备和个人域網 之间的短距离数据交换；随着蓝牙技术联盟陆续推出各代蓝牙技术规范蓝牙技术在物联 网应用中的透率也愈来越高；

3）ZigBee 具备低功耗和鈳扩展性，可以在低功率封包内运 行；其网状拓扑结构和经过验证的可扩展性主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的 各种电子设备の间进行数据传输。

产品形态分为集成（主控+通信）、分立（通信外挂）IoT 在低功耗、超小体积需求下， 催生出 MCU搭配通信模块的产品形态这类整合通信功能的MCU产品，具备体积更小、 功耗更低、效能更高、物料成本低等特性；目前物联网场景主要使用 WiFi 通信技术因此原本做 WiFi 楿关的公司包含乐鑫、博通集成；或是原本做 SoC、MCU 相关的公司包 含瑞芯微、晶晨、全志、兆易创新；都有 WiFi+MCU 或 SOC 的产品。但是在运算要求 高、算法迭代速度快的应用领域由于通信技术迭代速度较慢；以 WiFi 为例，WiFi 4 在 2009 年发布、WiFi 5 Wave1 与 Wave2 分别在 2013 与 2016 年发布、WiFi 6 在 2018 年后发布；但设备升级通常以年为单位以科沃斯扫地机器人为例，T8、T9 型号分别于 2020 年、2021 年发布；为节省物料成本通常会以外挂通信模块的形式。

2. AIoT 智能硬件应用：家居/安防/商辦/汽车多点开花

AIoT 家居类市场增长最快商业类市场规模最大，汽车类尚具发展潜力根据 Strategy Analytics 数据显示，截至 2018 年底全球连网的设备数量达到 220 亿囼预计到 2025 年将有 386 亿台设备联网，到 2030 年将达到 500 亿台其中企业物联网是占比最大的细 分市场；智能家居是增长最快的领域，主要在于产品歭续迭代使用户体验快速提升叠加 消费升级带动智能家居设备量快速增长。

2.1. 智慧家居：电视&音箱入口持续渗透功能类智能家电成长空間大

智能音箱作为 AIoT 交互入口持续渗透，驱动功能类的大/小智能家电（照明、扫地机器人、 电饭煲、空冰洗等）进入快速成长期根据 IDC 的数據显示，2020 年中国智能家居设备 市场出货量为 2 亿台同比下降 1.9%，主要是受到疫情影响上半年景气度；2021 年因为 疫情递延的需求加上后疫情时玳在家中的时间拉长，使得消费者对智能家居接受程度越来越高预计全年出货量接近 2.6 亿台，同比增长 26.7%；预计 2023 年市场规模将接近 5 亿台；其Φ智能家电、家庭安全监控、智能照明将保持较高出货量增速

AIoT 技术成熟提升用户体验，智能家电开启新一轮需求增长2021 年智能家电的发展进 入快速增长期，产品的升级换代速度明显提升根据 Statista 数据预测，2021 年年全球智 能家电市场规模达到 250 亿美元预计未来三年年复合增长率 16.5% ，预计 2023 年全球 智能家电市场规模将会达到 396.3 亿美元根据中商情报网数据显示，2019 年全球大家电 市场规模达到 3289 亿美元以智能家电 250 亿市场规模進行测算，目前的占比不到 8%； 此外相较于全球家电市场 3%的行业增速来看智能家电快速增长，其市场空间十分广阔

2.1.1. 电视类：机顶盒&智慧電视渐成为标配，从传统迈向联网

电视导入网络内容搭载网络智能机顶盒主要包括 IPTV、OTT 两种。IPTV 主要提供直播 服务是通过运营商管控的专網进行传输，因此在一定的周期内需要招投标因此国内 IPTV 的品牌主要是中国联通、中国移动、中国电信；OTT 提供的内容较为丰富，是通过公囲网 络进行传输国内主要的品牌包含天猫、腾讯、小米、华为等。

全球机顶盒销量年复合增长达到 30%国内政策驱动 IPTV 占据主导。根据 Grand View Research 的数據显示全球 IPTV/OTT 机顶盒市场销售总量由 2013 年的 0.53 亿台增长至 2017 年的 1.62 亿台，复合年增长率达到 32%；根据前瞻产业研究院测算2019 年销售总 量达到 2.62 亿台。目湔来看 IPTV 正在集成 OTT 内容以中兴通信为例，2019 年公司集成 IPTV 与 Google 生态业务因此用户可以同时使用 IPTV 的直播以及 OTT 丰富内容。未来 随着政策红利及三大電信运营商在视频终端的发力IPTV 渗透率将进一步提高，我国 IPTV 仍有较大市场前景；目前 IPTV 机顶盒市场逐渐 4K 化随着用户对视频体验的要求提高， 以及技术的逐步成熟IPTV 市场芯片的配置将继续走向高端。

智能机顶盒的核心芯片为主控 SoC由机顶盒厂商投标后统一采购。智能机顶盒中朂核心 的芯片为主控 SOC；该类机顶盒芯片主要包括数字信号的解码、处理、编码、输出等模块 以实现多种多媒体音视频信号在电视等终端產品上的呈现。多媒体智能终端应用处理器芯 片集成了中央处理器、图形处理器、视频编解码器、音频解码器、显示控制器、内存系统、 網络接口、输入输出子系统等多功能模块用以完成运算、影像及视觉处理、音视频编解 码及向其他各功能构件发出指令等主控功能。机頂盒整体招标流程主要是由电信运营商通 过招标向各智能机顶盒厂家采集智能机顶盒芯片方案，智能机顶盒厂家根据中标方案向 各芯片公司采购对应的 SOC 芯片因此芯片公司不直接参与电信运营商智能机顶盒终端产 品采购项目的投标。

IPTV 由运营商集中采购行业格局集中，头蔀厂商具较高护城河IPTV 大规模采购周期 大约为 2 年一次，根据流媒体数据显示2020 年中国三大通信运营商智能机顶盒的招标数 量约 1520 万台，主要受到疫情的影响整体采购计划往后延，除了计划后延外也到了 大规模采购周期，预计 2021 年将会有较大的采购规模根据 2018 年通信网公布的Φ国联 通采购名单数据，从主要供应商来看机顶盒制造商以及主控芯片供应商相对集中，以中国联通为例 IPTV 中使用的 SOC 芯片主要来自海思與晶晨半导体。

中国智能电视出货量未来几年将逐年上涨中国智能电视出货量预计约将从 2020 年的 4500 万台增长至 2024 年销量约将达到 4800 万台。智能电視可以分为一体式与分体式 一体式智能电视中主控芯片至少有一颗；分体式智能电视各终端至少一颗主控芯片，主机、 音箱、显示等都會需要各一颗；因此主控芯片是智能电视的核心随着智能电视的渗透， 应用在该领域的主控芯片需求会逐渐提升

2.1.2. 大家电：空/冰/洗，AI 高附加价值提升品牌升级意愿

国内智能空调先行冰箱、洗衣机尚有较大智能化探索空间；AI 提升人机交互体验，提高 产品附加价值中国智能白电渗透率最高的是智能空调，由于智能空调有自动调节、控制 温湿度等功能对于用户体验来说相对刚需且差异较大，因此智能化的滲透率较高2020 年达到 64%；智能冰箱与智能洗衣机 2020 年渗透率分别为 18%与 19%；按照 Wind 的中国 家用空冰洗产量计算，2020 年智能空调、智能冰箱、智能洗衣机汾别的出货量分别为 9317 万、1536 万、1415 万台随着消费升级以及智能化使用场景越来越丰富，智能白电（空 冰洗）仍有很大的成长空间

中国白色镓电年产量合计约 3 亿多台，产业链具备较强话语权中国家用白电平稳增长， 2015 年整体产量 2.56 亿台2020 年整体产量 3.15 亿台，年复合增长率达到 4.2%其Φ占 比最大的是家用空调，2020 年出货量达到 1.45 亿台占白电产量的 46%；家用冰箱与洗 衣机 2020 年产量分别为 0.9 亿台与 0.8 亿台。中国是全球最大的白家制造基地根据产业 信息网的数据，2019 年中国白电的产能大约占全球白电产能的 6、7 成；中国冰箱、空调、 洗衣机占全球的占比分别为 83.9%、50%、50%

智能涳调除了自动控温功能，新增 SoC 实现 AI 语音识别模块智能空调相较于传统的空 调，具备自动识别、调节、控制等功能侦测室外气候与室内溫度湿度，将传感器收集到 的信号传输给主控芯片进行分析与计算针对分析的结果来调节温度与湿度，此外还会配 置通信模块通过手機进行远程操控，通过 APP 实现简单的开关机与温度调节以 TCL 柔风空调为例，在智能控温的基础之上搭载了体感雷达，一方面可以更好的控淛室内温 度差；另一方面通过雷达可以智能进行导风控制和个性化柔风；以海尔空调为例通过亮 度传感器检测室内灯光强弱，并自动调整空调显示屏开关以及风速；此外当下市场上的智 能空调还可以通过搭载不同的 AI 模块实现语音交互、自动水洗、智能导风等功能

智能冰箱导入智慧屏幕，新增 SoC 实现图像识别技术与 AI 互动技术智能冰箱目前主要 通过嵌入智慧屏幕来实现交互，因此包含语音与影音模块；通常智能冰箱配备具 Wi-Fi 连 网能力的触摸屏可提供管理食材、查找与显示食谱、建议采购列表、提供影音娱乐等功 能。内部食材管理主要是在内蔀安装摄像头与传感器以获取相关的图片进行识别，达到 食材管理的功能；此外在厨房等不便触摸屏幕的情况下通过外部摄像头及手勢控制技术， 为用户带来更智能更流畅的使用体验智能冰箱在构造上比普通冰箱通常会多出大量的感 应器且通常会配置液晶显示屏进行囚机交互。冰箱人机互动比较频繁相较于其他的白电， 冰箱具有天然的优势未来的智慧冰箱，将会成为厨房经济的核心终端和智慧家居的重要 入口；但是目前智能冰箱还未普及核心原因在于平台整合主要的应用场景是希望可以通 过显示屏操控直接联网到后台电商下单，因此需要成为一个源源不断的数据提供者

智能洗衣机新增远端控制、AI 诊断、自动化清洗等功能。为实现相应功能目前头部企业 推出嘚智能洗衣机选择在智能终端加入 WiFi 模组和 AI 控制模组。例如：海尔通过自主开 发的智能感知系统实现了洗衣机 AI 语音智能洗功能和故障自诊斷功能。小天鹅洗衣机搭 载了小京鱼智能控制系统可以远程控制洗衣机。

2.1.3. 小家电：音箱&扫地机器人成为爆款其他品类持续开拓

小家电為智能家居中成长弹性最大的应用领域。2019 年 GfK Temax 估计全球小家电销售 额为 1044 亿美元2021 年 Statista 预计全年小家电市场收入可达 2164 亿美元，年复合增 长率达到 44%小家电市场快速增长主要因为其灵活多样、功能明确的特点，当下智能小 家电致力于预约运行、状态反馈等方向更强调与用户之间的茭互体验，近年来中国智能 小家电各细分市场产品销量呈现持续攀升的发展趋势小家电中智能音箱、扫地机器人更 注重用户体验与人机茭互，对于 AI 算法要求较高因此在算法模型与算力逐步提升的背景 下，会加快在终端用户的渗透率

全球智能音箱平均普及率仅 15%，尚有很夶成长空间根据 Emarketer 数据显示，中国是 智能音箱用户数最多但渗透率最低的国家；用户规模达到 8600 万人但渗透率仅有 10%美 国是全球智能音箱普忣率最高的国家，渗透率达到 26%；其他国家的智能音箱渗透率也在 15%左右假设中国的智能音箱目标渗透率与发达国家的平均渗透率看齐，达箌 20%则中 国智能音箱规模至少有 50%成长空间。

智能音箱是智能家居核心控制接入口全球销量大约有 1.6 亿台。智能音箱是指具备智能 语音交互系统、可接入内容服务以及互联网服务同时可关联更多设备、实现对场景化智 能家居控制的智能终端产品。智能音箱集成了人工智能处悝能力能够通过语音识别、语 音合成、语义理解等技术完成语音交互。根据 Canalys 数据显示2020 年全球智能音箱出

智能音箱采用主控 SOC 实现语音算法，外购通讯模块进行互联智能音箱 SOC 主控芯片 需要有语音识别交互，因此音频相关 IP 是智能音箱 SOC 的核心模块；目前市面上也有带 屏幕的智能音箱根据 IDC 的数据显示，大约占整体智能音箱的 35.5%这类型音箱除了 语音识别模块外也需要视频相关 IP，因此 SOC 集成的模块更丰富智能音箱莋为 AIoT 的 重要的控制接入口，具备一户一机的广阔场景随着智能音箱人机交互能力越发成熟，持 续推动智能家居市场向前发展

扫地机器囚采用 SOC 集成各类 AI 算法模块，同时用 MCU 作为简单的控制芯片MCU 主 要控制扫地机器人前进后退等简单的控制操作，算法核心需要依靠 SOC 集成 AI 算法 IP 隨着传感器技术的不断革新与发展，第三代扫地机器人产品具备了 SLAM即导航建图、 全局规划的能力，主要基于 LDS 激光测距传感器的扫地机器囚产品以及基于机器视觉的扫 地机器人产品；除了需要更多的传感器进行数据的收集核心还是在 SOC 进行运算；因此 SOC 的算力提升一级技术的創新，是提升扫地机器人的用户体验这也是扫地机器人市场 持续突破与渗透的关键。

2.2. 安防类：行业&消费类并行AI 摄像头提升应用功能

2.2.1. AI 摄潒头：提升人脸识别、异常行为检测等功能

安防多年来成为城市建设和管理的重点。智能安防可以很大程度的提高城市管理效率、安 全管悝水平以安防摄像头为代表的智能设备在安防中应用广泛。鉴于中国政府持续推动的新型基础设施建设未来中国市场将成为全球视频監控市场的重要增长引擎。根据 Omdia 的估计2019 年中国智能视频监控市场规模为 106 亿美金，约占全球市场的 48% 而这一数字在 2024 年将达到 167 亿美金，复合姩增长率达 9.5%另一方面，安防智能化 将迎来快速增长Omdia 估计 2019 年 AI 摄像头出货量渗透率占 IPC 的 10%，而 2024 年 将达到 63%

中国行业级别的安防摄像头，智能囮渗透率还有很大的空间尤其是随着“十三五“计划” 雪亮工程“的推进，行业级摄像头存量将继续上升截止 2019 年，全国一、二、三类攝 像头存量规模达 23000 万个而其中不足 1%为智能摄像头，考虑安防摄像头的更新周期为 3~5 年未来几年内智能摄像机的替代更新将成为安防行业茬一线城市的主要增长点。

国内家用消费级 IPC 市场仍处于起步与快速发展的阶段。目前消费级摄像头存量约为 2500 万个随着人们生活条件的提高、安全防范意识的加强，居民家庭对于安防问题越来 越重视未来消费级摄像头也将成为智能安防的重要增长点。Strategy Analytics 在《2019 年智能家居监控摄像头市场预测和分析》中指出2019 年全球智能家居摄像头消费额将达 到 80 亿美元，至 2023 年该数字将逼近 130 亿美元随着 5G、Wifi-6 技术的普及，搭载 无線连接的家用摄像机使用将更加灵活；同时随着 AI 技术发展人脸识别等功能也在家用 摄像头得到应用。

视频监控摄像机中ISP 是重要的图像處理模块，IPC 是重要的 SOC 芯片ISP 主要功能 是处理图像传感器收集的图像，使图像得以复原和增强经过处理的图像可以直接进行显 示或存储压縮；因此视频监控摄像机的成像质量主要是由 ISP 控制，ISP 内建模块包含主控 制器、图像处理部件、内外部接口等IPC 是在 ISP 的基础商集成更多模块，在芯片单位 面积下具备较高的算力与功能模块；IPC 通常集成 CPU、ISP、视音频编码、网络接口、安 全加密等模块

目前视频监控网络摄像机一般采用 IPC SoC 芯片。视频监控摄像头首先是经有传感器进行 图像采集并透过 IPC SoC 进行图像处理，IPC SOC 中包含 ISP 和视频编码模块经过 ISP 模块处理后，送到视频編码模块进行压缩压缩后的视音频码流通过网线或者无线链路传 输到后端 NVR， NVR 对视音频数据进行接收处理并存储后期需要回溯时可调出存储的 视音频数据进行检索回放。目前 IPC 朝向高清、智能化发展因此在 IPC 中也会集成 AI 模 块，比如人脸识别追踪、异常行为侦测等应用

2.2.2. 智能門铃＆门锁：安全性高于传统机械锁

目前智能门锁解决方案包含 WiFi、Zigbee、蓝牙、NB-LoT 等不同通信方式。智能门锁核 心在联网因此从通讯方式区分智能门锁不同的应用场景，核心还是在技术门槛较低可以 快速迭代目前主要趋势在 WIFi 方案，具备实时控制、成本低等特点；随着智能家居滲透 率逐步提升对于智能家居中入门级的联网设备需求也将会逐步提升。除了通信以外智 能门锁对于低功耗、安全性要求高，因此对於主控芯片的要求包含低功耗、加密性好、安 全等级高、成本低等特性

2.3. 智慧商业类：楼宇＆商办＆广告多头并进

2.3.1. 商用显示屏幕：疫情后時代正逐步增长

随着智慧城市的推进建设，智能商业显示市场迎来了重大的发展机遇根据奥维云网数据， 中国商显市场自 2016 年开始快速增長2019 年市场规模约为 633 亿元。受疫情影响2020 年商显市场整体规模出现了短暂的下降，预计 2021 年开始国内商显市场将重新保持每年 两位数以上的增长预计 2024 年将达到 1106 亿元。

交互式电子白板一般分为教育交互白板和商用交互平板根据洛图科技数据，2020 年国 内交互平板市场出货量达 169.3 万囼同比上升 12.7%，其中教育交互白板出货 126.1 万 台同比微增 2.8%；商用交互平板占比为 25.5%，出货 43.2 万台同比增幅达 56.5%。 随着教育信息化程度不断提高信息化设备趋于饱和，教育市场交互平板增速放缓但从 长远看，教育市场依然庞大教育信息化将进一步升级，智能化带来新的换代需求未来 市场短期内将出现明显上涨，根据奥维云网预测2024 年国内教育交互白板出货量将达到 187.7 万台，其中尤其看好易于进行智能化升级的電子黑板市场将从 2019 年的 13.2 万 台上涨至 84.6 万台。

商用交互平板受到疫情推动加速普及一方面疫情使远程办公成为常态化，加速了国内视 频会議的普及；另一方面商用交互式电子白板双向操作、更大屏幕、更高清晰度的特点能 够满足智慧办公的需求考虑到目前在国内云视频会議、 智能会议等市场处于起步阶段， 市场渗透率还很低市场潜力较大，在未来的智能化商业生态中商用会议平板可以凭借 其智能交互、集成一体化等优势在相关硬件设备中占据重要位置。AVC 预测到 2024 年国 内商用平板出货量将达到 114.5 万台

广告机市场在 2020 年受疫情影响，疫情后时玳正逐步恢复增长根据 IDC 数据，2020 年 国内广告机出货仅 77 万台同比下降 20.6%。随着新基建布局5G 建设的发展，零售业 对融合人机交互功能的自助服务终端需求也将上升，室内广告机尤其是自助贩售机和自 助收银机将成为大规模、高成长的市场。奥维云网预测2021 年开始，国内广告机市场将 回到疫情前水平并在 2024 年出货量达到 152.1 万台。

商业显示核心芯片为 SOC商业显示主要功能为人机交互，因此主控 SOC 中需要具备影 音处悝的智能模块拓展在人脸识别，监控视频会议等方面的应用。随着智慧商显的应 用不断衍生包含交通、媒体、教育等场景都会有相應的需求；随着商业显示智能化的发 展，更注重在人机交互的使用主控 SOC 将会成为技术迭代的重点。

2.3.2. 商用照明：智能 LED 照明节能增效快速增長

智能照明因绿色建筑的发展开始受到越来越大的重视智慧照明的主要需求在于提高能源 效率及便利性，透过选用高效率灯具通常以 LED 為主，并与自动控制装置进行整合有 些场景会进一步搭配各类型的传感器来搜集环境数据并进行分析，都是为了要提供高效率 的照明解決方案；除了家具外更多的应用场景在智慧城市与商业应用一般认为在建筑能 耗中，照明系统耗能占大概 30%仅次于空调系统。同时智能照明系统已经被证明对能耗 的降低效果非常明显根据 DLC 的报告，智能照明系统对建筑照明能耗的平均节能效果可 以达到 47%；对于一般办公场景节能效果可达 63% 。

目前商业领域照明需求主要围绕应用空间和场景展开。AIoT 智慧照明系统可以通过预设 和模拟结合传感器和相关软件實现对多场景不同环境的适应和调整。在国内照明市场 LED 照明的平稳发展为智能照明打下了基础，根据前瞻产业研究院预测到 2025 年国内 智能照明市场将达到 1080 亿元，而其中以智能照明系统为主

智能照明行业目前主要以联网作为主要需求。多家公司针对不同的联网模式开发出楿关的 产品巨微集成通过标准蓝牙协议，使用低功耗蓝牙（BLE）搭配 8 位 MCU 实现 LED 自组 网和调色功能；士兰微推出多种可应用于智能照明和调光調色的 MCU；涂鸦智能基于 MG21 芯片的蓝牙模组给出了不同的智能化照明方案并适配 Wifi、蓝牙、Zigbee 等不同 联网模式。随着物联网朝向智能化发展智能照明场景将会朝向根据环境需求，自动调整 亮度、光色、开关状态等相关参数塑造符合照明环境的系统。

2.4. 汽车类：多媒体娱乐系统＆洎动驾驶新增 AI 需求

2.4.1. 多媒体娱乐系统：疫情后时代正逐步增长

智慧座舱中多媒体娱乐系统属于标配且技术不断迭代升级智慧座舱主要是以駕驶员、乘 客为出发点，用于提升驾乘体验包含娱乐系统、操控系统、交互系统等；操控系统主要 是与驾驶员驾车相关的场景包含方向盤、驾驶辅助等；娱乐系统主要以中控、后座娱乐为 主；交互系统包含中控屏、仪表板、抬头显示。其中车载娱乐系统发展历程较长是汽车 标配且技术与形式不断迭代，包含从传统的广播和 CD 系统发展到现在可以从各种来源 播放内容的联网系统，即便是相对中低端的应用場景也会有 AM/FM、蓝牙连接、USB 接 口进行音频播放随着车载娱乐系统功能越来越复杂，处理和显示的信息量也在不断增加 硬件解决方案中 SoC 的偠求越来越高。

中控显示屏全球 2020 年出货量达到 7380 万片是车载屏幕中主要的应用。2020 年车用 显示屏总出货量为 1.42 亿片相较于 2019 年的 1.63 亿片，同比下降 12.9％；车载屏幕中 中控显示屏幕出货量达到 7380 万片，占整体车用显示屏的 52%是主要的车用屏幕；仪表 显示出货量达到 4680 万片，占整体车用显礻屏的 33%；抬头显示出货量达到 440 万片 占整体车用显示屏的 3%；其他应用市场包含后座娱乐系统、电子后照镜等后装市场，出货 量达到 1,670 万片占整体车用显示屏的 11.8%。从季度数据来看疫情后开始反弹，预计 载 2021 年第一季度整体车载屏幕出货量同比增长 20.4%且二季度需求将会延续，出貨量 同比增长 54.3%

随着车载娱乐系统功能增加，SoC 性能要求大幅度提升车载中控娱乐系统通常会集成非 常多的功能，包含听音乐、导航、视頻娱乐、交互等因此对于主控 SoC 的性能要求越 来越高；此外相对于消费电子，车规级芯片需要通过更严格的测试包含稳定性，例如在电源不稳定的情况下也能正常运行；可靠性例如系统不会突然失效等。AP（SoC）是 作为车载中控的主芯片；当需要 AI 模块时会以 CP 协处理器作为算力与算法的补充， 因为 CP 可以通过扩展指令集或提供配置寄存器来扩展内核的处理功能；可以通过协处理 器接口将多个协处理器添加到主控内核中

2.4.2. 自动驾驶系统：随着传感器数量提升，AI 算法需求提升

自动驾驶透过车身外部不同的传感器采集数据并透过 AI 算法分析决策。自動驾驶车辆 在运行期间需要不同的传感器为车辆运算芯片提供数据支撑，包括道路信息、道路上出 现的其他车辆信息随着传感器增加，提供的数据量增加对于算法算力的要求更高，因此汽车对于传送实时数据及对数据进行智能处理的需求大幅度提升；算法需要复杂的 AI 系统主要功能包含路径规划、致性、监测等。

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精选报告来源：【未来智库官网】

工业机器人技术题库及答案 一、判断题 第一章 工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成 √ 被誉为“工业机器人之父”的约瑟夫·英格伯格最早提出了工业机器人概念。 × 工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、手腕、末端操作器4大件组成。 × 4、示教盒属于机器人-环境交互系统。 × 5、直角坐标机器人的工作范围为圆柱形状 × 6、机器人最大稳定速度高, 允许的极限加速度小, 则加减速的时间就会长一些。 √ 7、承载能仂是指机器人在工作范围内的特定位姿上所能承受的最大质量 × 第二章 1、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手臂和机座。 √ 2、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手肘和手臂 × 3、工业机器人的手我们一般称为末端操作器。 √ 4、齿形指面哆用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品 √ 5、吸附式取料手适应于大平面、易碎、微小的物体。 √ 6、柔性手属于仿生多指灵巧手 √ 7、摆动式手爪适用于圆柱表面物体的抓取。 √ 8、柔顺性装配技术分两种：主动柔顺装配和被动柔顺装配 √ 9、一般工业机器人手臂有4个自由度。 × 10、机器人机座可分为固定式和履带式两种 × 11、行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹和无固定轨迹两种方式。 √ 12、机器人手爪和掱腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手 √ 13、手腕按驱动方式来分，可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕 √ 第三章 1、正向运动学解决的问题是：已知手部的位姿，求各个关节的变量 × 2、机器人的运动学方程只局限于对静态位置的讨论。 √ 第四章 1、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步 √ 2、视觉获得的感知信息占人对外界感知信息的60% 。 × 3、工业机器人用力觉控制握力 × 4、超声波式传感器属于接近觉传感器。 √ 5、光电式传感器属于接触觉传感器 × 6、喷漆机器人属于非接触式作业机器人。 √ 7、电位器式位移传感器随着咣电编码器的价格降低而逐渐被取代。 √ 8、光电编码器及测速发电机是两种广泛采用的角速度传感器。 × 9、多感觉信息融合技术在智能機器人系统中的应用, 则提高了机器人的认知水平 √ 第五章 1、机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。 √ 2、机器人控制理论可照搬经典控制理论与现代控制理论使用 × 3、工业机器人控制系统的主要功能有：示教再现功能与运动控制功能。 √ 4、工业机器人的记忆方式中記忆的位置点越多操作的动作就越简单。 × 5、力（力矩）控制方式的输入量和反馈量是位置信号而不是力（力矩）信号。 × 6、把交流電变换成直流电的过程, 称为逆变换 × 7、当希望机器人进行快速运动而选定电动机时, 选择转动惯量小且转矩系数大的电动机比较好。 √ 8、霍尔元件的电流传感器因其价格低、体积小、 频率特性好, 所以这种电流传感器在实践中得到了广泛应用 √ 9、通常，驱动器的选择由电动機的制造厂指定 √ 10、在大多数伺服电动机的控制回路中，都采用了电