英飛凌：工業(yè)4.0大戲開(kāi)幕，半導(dǎo)體廠商需要做這些

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隨著工業(yè)4.0逐漸上升為德國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略，德國(guó)作為工業(yè)4.0的發(fā)起國(guó)也欲在全球推行此標(biāo)準(zhǔn)，真正掀起第四次工業(yè)革命的大潮。而比我們預(yù)想的發(fā)展更快的是，國(guó)務(wù)院于今年5月8日公布了《中國(guó)制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)，明確了中國(guó)加快推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向，在社會(huì)各個(gè)行業(yè)掀起了熱烈討論。

為順應(yīng)這一全球趨勢(shì)，2015英飛凌XMC微控制器巡回研討會(huì)在7月拉開(kāi)了帷幕，系統(tǒng)的為中國(guó)工程師描繪工業(yè)4.0的藍(lán)圖，以及在工業(yè)4.0愿景下德國(guó)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，并分享了英飛凌XMC微控制器解決方案在智能家電、低速電動(dòng)車(chē)及數(shù)字電源等領(lǐng)域的應(yīng)用。

工業(yè)4.0大戲開(kāi)幕，半導(dǎo)體技術(shù)扮演主角

英飛凌科技股份公司工業(yè)和多元化電子市場(chǎng)業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級(jí)總監(jiān)Maurizio Skerlj表示，在工業(yè)4.0大環(huán)境下，連接和通訊、信息安全性和系統(tǒng)安全是工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵要素，而英飛凌作為德國(guó)工業(yè)4.0發(fā)起者中唯一的半導(dǎo)體企業(yè)，將始終致力于為工業(yè)4.0提供業(yè)界領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案。

英飛凌科技股份公司工業(yè)和多元化電子市場(chǎng)業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級(jí)總監(jiān)Maurizio Skerlj

我們每個(gè)人都能親身感受到現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的交匯正在改變著我們的生活、工作以及生產(chǎn)方式。而英飛凌認(rèn)為，半導(dǎo)體技術(shù)則是現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界之間的重要紐帶，是確保信息技術(shù)安全的不可或缺的要素。

Maurizio Skerlj解釋說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，需要攻克以下四個(gè)挑戰(zhàn)：

第一，更多智能化的聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，而這種節(jié)點(diǎn)都由微控制器提供。

第二，提升在系統(tǒng)層面的理解，而并非產(chǎn)品層面。

第三，數(shù)據(jù)安全性。它指的是系統(tǒng)能夠識(shí)別用戶的身份，對(duì)IP算法等關(guān)鍵信息提供保護(hù)。

第四，功能的安全性。Safety和Security在中文中都翻譯為安全，但Maurizio Skerlj通過(guò)舉例說(shuō)明了兩者的區(qū)別：

比如，電梯既需要security，也需要safety。具備security的電梯只允許經(jīng)過(guò)授權(quán)的人能夠到達(dá)指定的樓層；具備safety的電梯則能夠保證電梯長(zhǎng)期正常工作，一旦不能正常工作，電梯將不允許人員進(jìn)入電梯，以免發(fā)生從電梯墜落的事故。不具備security的電梯會(huì)使未經(jīng)授權(quán)的人員也到達(dá)指定樓層，而不具備safety的電梯則會(huì)不正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可能發(fā)生墜落等事故，對(duì)人身安全造成傷害。

所以，Security和Safety對(duì)于工業(yè)制造來(lái)說(shuō)是非常重要的兩個(gè)方面。

英飛凌之于工業(yè)4.0：致力成為中國(guó)本地公民

那么，英飛凌作為半導(dǎo)體廠商，在全球以及中國(guó)的工業(yè)4.0體系中分別起到怎樣的作用？

Maurizio Skerlj強(qiáng)調(diào)說(shuō)，致力于成為中國(guó)本地公民的英飛凌，一直都積極關(guān)注中國(guó)政府的政策和規(guī)劃。而英飛凌在工業(yè)4.0體系中扮演著多重角色：第一，英飛凌是工業(yè)4.0的踐行者，其自有工廠是世界上最尖端的晶圓制造自動(dòng)化工廠；第二，面向工業(yè)4.0，英飛凌也能夠提供領(lǐng)先的半導(dǎo)體產(chǎn)品和解決方案。

Maurizio Skerlj還分享了英飛凌在德國(guó)工業(yè)4.0的發(fā)展?fàn)顩r：在2014年10月舉辦的德國(guó)IT峰會(huì)上，英飛凌與德國(guó)電信共同推出了一款用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的安全解決方案。當(dāng)時(shí)，德國(guó)總理默克爾到訪英飛凌的展臺(tái)，英飛凌首席執(zhí)行官Reinhard Ploss博士向她演示了工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)。通過(guò)平板電腦進(jìn)行下單，到智能地生產(chǎn)、運(yùn)輸和最終交貨。英飛凌的安全產(chǎn)品對(duì)其中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行身份認(rèn)證，包括下單的人和用于下單的平板電腦，以保障整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)和信息安全。

同時(shí)，英飛凌作為德國(guó)最大的半導(dǎo)體企業(yè)，自有芯片工廠正在實(shí)施工業(yè)4.0計(jì)劃。比如其在德國(guó)德累斯頓的300毫米和200毫米晶圓工廠是世界上最為先進(jìn)的自動(dòng)化晶圓廠，先進(jìn)的流程控制保障了領(lǐng)先的質(zhì)量和無(wú)紙自動(dòng)化工廠運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)了所有零部件全程可追溯以及高效的工廠間物流。其中的200毫米德累斯頓工廠已100%實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，完全依靠機(jī)器人操作。同時(shí)英飛凌也在奧地利菲拉赫工廠進(jìn)行工業(yè)4.0的改造，增加物料自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。

現(xiàn)在，英飛凌已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到工業(yè)4.0所帶來(lái)的零缺陷、高效率的價(jià)值，目前正在把獲得的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)帶給其他國(guó)家包括中國(guó)無(wú)錫的工廠，并把水平價(jià)值鏈的安全集成和單個(gè)制造下高效率作為方向。

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XMC4800微控制器，重頭戲中的大明星

今年4月，英飛凌推出了集成片上EtherCAT（用于控制和自動(dòng)化技術(shù)的以太網(wǎng)）節(jié)點(diǎn)的全新XMC4800系列32位微控制器。旨在通過(guò)具備出色實(shí)時(shí)能力的XMC4800系列器件，推動(dòng)聯(lián)網(wǎng)工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)4.0應(yīng)用的發(fā)展。

Maurizio Skerlj介紹說(shuō)，集成了EtherCAT節(jié)點(diǎn)的XMC4800系列，使用戶不再需要專(zhuān)門(mén)的EtherCAT ASIC、外部存儲(chǔ)器和時(shí)鐘晶體，可設(shè)計(jì)出攜帶EtherCAT連接能力的緊湊系統(tǒng)。

XMC4800微控制器系列

Maurizio Skerlj進(jìn)一步解釋說(shuō)，EtherCAT和傳統(tǒng)以太網(wǎng)的最大區(qū)別在于實(shí)時(shí)性：EtherCAT的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)端口，即進(jìn)口和出口。這很像我們生活中的火車(chē)：連接的部分是軌道，每個(gè)節(jié)點(diǎn)就像一個(gè)車(chē)站，而數(shù)據(jù)就是火車(chē)中的乘客。不同的是，乘客在每一站都可以順利地上下車(chē)，但火車(chē)卻不用停車(chē)。也就是說(shuō)，EtherCAT是沒(méi)有延遲的，這對(duì)需要實(shí)時(shí)控制的電機(jī)來(lái)說(shuō)非常重要。

EtherCAT技術(shù)自2003年推出以來(lái)，發(fā)展形成了兩種主要的實(shí)現(xiàn)方式，即1顆MCU加1個(gè)外部ASIC，或是1顆MCU加1顆FPGA。然而這些都需要外掛的閃存或EEPROM，以及EtherCAT PHY所需的25MHz的時(shí)鐘。

針對(duì)這一問(wèn)題，XMC4800卻可支持最緊湊的設(shè)計(jì)——無(wú)需專(zhuān)門(mén)的EtherCAT ASIC、外部存儲(chǔ)器和PHY時(shí)鐘晶體，而是將它們?nèi)考稍诹藘?nèi)部.

據(jù)了解，EtherCAT于2003年推出，并于2007年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和SEMI標(biāo)準(zhǔn)，是速度最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，代表著高性能、低成本、易于使用的靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)推動(dòng)EtherCAT的發(fā)展，并負(fù)責(zé)持續(xù)開(kāi)發(fā)工作。目前，EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)（ETG）擁有來(lái)自58個(gè)國(guó)家的3100多名成員，現(xiàn)已成為全球最大的現(xiàn)場(chǎng)總線行業(yè)協(xié)會(huì)。

作為XMC4000家族的一員，XMC4800系列產(chǎn)品的內(nèi)核采用ARM Cortex-M4處理器，專(zhuān)為用于工業(yè)和建筑自動(dòng)化以及電氣傳動(dòng)和太陽(yáng)能逆變器而開(kāi)發(fā)。同時(shí)，所有的XMC4800微控制器都將通過(guò)AEC Q100認(rèn)證，因此同樣適用于商業(yè)、建筑和農(nóng)用車(chē)輛。

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，XMC4800系列能夠讓用戶無(wú)縫升級(jí)采用EtherCAT技術(shù)，與現(xiàn)有的XMC4000微控制器引腳和代碼兼容，并支持在環(huán)境溫度高達(dá)125°C的惡劣條件下使用EtherCAT。

據(jù)悉，搭載EtherCAT技術(shù)的XMC4800系列的樣品將于2015年8月供貨，2016年第一季度開(kāi)始批量生產(chǎn)。

此外，英飛凌在本次巡展活動(dòng)中，還針對(duì)電機(jī)、電源控制、家電控制、工業(yè)I/O模塊以及小型通用機(jī)械等應(yīng)用，發(fā)布了最新XMC1400系列微控制器。作為XMC1000家族的新成員，XMC1400含有通用型/增強(qiáng)型電機(jī)控制/CAN通信等3個(gè)子系列產(chǎn)品。在原有的XMC1000系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上，新產(chǎn)品將CPU主頻提升至48MHz，結(jié)合工作于96MHz的協(xié)處理器單元MATH，可提供更強(qiáng)的運(yùn)算能力。同時(shí)，其擁有更多的通信接口及管腳封裝，集成了MultiCAN模塊，并支持CAN 2.0B，可滿足工業(yè)應(yīng)用中對(duì)CAN通訊的需求。XMC1400還提供更多針對(duì)電機(jī)及電源應(yīng)用相關(guān)外設(shè)單元，可以支持雙電機(jī)控制及復(fù)雜的電源控制。

在開(kāi)發(fā)環(huán)境方面，XMC系列微控制器既可以由英飛凌的免費(fèi)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Dave來(lái)支持，亦可由第三方工具合作商支持。

以下方案來(lái)自2015英飛凌XMC微控制器巡回研討會(huì)期間的現(xiàn)場(chǎng)展示。

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基于XMC1100的電腦上下控溫型電烤箱

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基于XMC1200的無(wú)線雙?？刂莆敓?/em>