当前位置:首页 > 新闻 > 资讯 > 正文
2017年中国嵌入式计算行业概况、行业发展趋势分析
发布者:ccsadmin  来源:  发布时间:2017-9-27

(1)全球嵌入式计算行业概况

    ① 应用领域广泛、市场巨大

    嵌入式计算系统(包含传统嵌入式计算系统与智能系统,下同)应用极其广泛,遍及各行各业,总市场规模非常巨大。IDC 将嵌入式系统的民用应用领域划分为六个主要行业:汽车、工业(包括航空电子、工业自动化、测量等)、医疗、能源、通信、消费电子。其中,通信和消费电子是目前最大的两个行业,而能源行业则是增长最快的行业。

    全球嵌入式系统市场 2013 年达到 1403.2 亿美元,预计到 2020 年将达到 2,143.9 亿美元,年复合增长率达 6.3%。

   ② 嵌入式计算系统与军工领域关系密切

    军工领域对电子信息系统有着天然的特殊要求,例如可靠性、鲁棒性、专用化、安全性、小型化等。因此从全球来说,军工领域历来是嵌入式系统的重要应用方向。

    美国是全球军费最高的国家,历史上美国国防采办项目必须使用国防部颁布的军用标准与军用规范,冷战结束后进行了改革,提出了 COTS(Commercial Off-the-Shelf)“商用现成产品”策略,这是美国国防采办政策的重要内容之一,即只要允许,应该尽可能地在军事装备中采用成熟的民用技术和产品。所谓“为了满足未来的需求,国防部必须更多地使用民用新技术,并且必须促使具有世界级供应商特点的供应商们也接受这一观点”。欧洲各国也发生类似的转变,此后 COTS 发展为嵌入式领域的一个重要市场,即国防采购中的商用标准嵌入式产品。2013 年 COTS 市场占嵌入式计算系统总市场规模的 17.5%。军工领域的 COTS 嵌入式系统市场在持续增长,2020 年将达到 40 亿美元的规模。由此可以看出嵌入式系统与军工领域的密切关系。

    ③ 技术架构与标准多样化,科技型中小企业(High-tech SME)领导细分市场嵌入式系统在如此广泛的领域中应用,形成了非常多样化的技术架构。采用的核心处理器,仅中央处理器或微处理器来说,从最低端的 4 位处理器(例如玩具中使用)到高端定制的 128 位处理器,从通用计算系统主流的 x86 处理器到 ARM、PowerPC、MIPS 处理器,此外专业市场的嵌入式系统还经常采用 GPU 图形处理器、NPU 网络处理器、FPGA 现场可编程逻辑阵列和 DSP 数字信号处理等作为承载软件的核心智能器件。

    64%的正在研发中的嵌入式项目使用 32位处理器,同时还有 15%的项目还在使用 16 位处理器,也有 7%左右的项目使用 64位处理器。所采用的处理器类型和品牌非常多样化,设计采用率在 20%以上的处理器供应商有 4 家,包括 TI、Freescale 等,而同时设计采用率在 10%以下的有近 30家处理器供应商。另外,有超过一半的嵌入式项目采用多种处理器或 FPGA 加处理器的混合设计。这些都体现了嵌入式计算系统技术架构的多样化。

     另一方面,嵌入式领域存在多个标准组织,这些标准组织面向多个行业定义了各种不同的标准:有些标准覆盖系统和板卡,有些定义行业总线和接口;有些标准针对高端市场,有些针对中低端应用。下表列举在嵌入式领域有影响力的主要标准组织、所推的标准、及其简介。嵌入式系统复杂多样的技术架构与标准,都是在发展历史中为了满足行业需求、推动技术进步、增强兼容性一致性而逐步形成的。正因为无法以少数几种技术架构或系统标准来满足所有应用领域的需求,才形成了技术架构与标准的多样化,再加上嵌入式产品经常需要满足用户各不相同的定制化需求,这就造成了嵌入式领域是一个专业化程度很高、分工很细的市场。整个嵌入式系统市场被划分成很多细分的
利基市场(niche market),因此创新驱动力比较强的中小型科技企业,往往能够在嵌入式领域成为细分市场的领导者。

    事实上,嵌入式领域中产生了很多成功的中小规模的解决方案提供商及嵌入式软件开发服务商。2010 年欧洲的商用嵌入式软件提供商大部分收入都小于 1000 万欧元,收入超过 1000 万欧元的大约 20 家左右。全球领先的嵌入式计算解决方案厂商,如 Kontron、Artesyn、Radisys、Advantech 等,近几年的收入规模大都在 3~10 亿美金之间。该领域不存在行业巨头垄断现象,适合类似发行人这样的科技型中小企业进行技术创新和发展。

    嵌入式领域中也属于解决方案提供商,一部分产品属于 ATCA(先进电信计算架构)与 COM(模块计算机)分类。嵌入式解决方案的总市场规模预计从 2013 年的 112 亿美元将增长到 2019 年的 166 亿美元,其中,ACTA 市场规模从 2013 年的 23 亿美元将增长到 2019 年的 43 亿美元,COM市场规模从 2013 年的 9.25 亿美元将增长到 2019 年的 15 亿美元。另一部分产品结合了多种嵌入式计算技术与通用计算构架,属于前沿创新的融合计算平台,主要针对视频等特定领域的大数据应用,市场前景十分广阔。

    (2)国内嵌入式计算行业概况

    国内嵌入式计算行业与全球相比,其市场和技术的构成情况都基本一致,但由于行业环境、发展水平、人才储备等方面的差异,也存在一些自身的特点。

    ① 核心技术的国产化程度不高、存在很强的发展诉求

    目前的嵌入式计算行业中,主要采用的核心处理器与操作系统都以国外厂商的为主。例如嵌入式处理器的主流厂商,主要是 Intel、ARM、Broadcom、Marvell、NXP、AMCC、Cavium 等等,嵌入式操作系统厂商主要是 Windriver、Microsoft、QNX、Mentor 等,都是国外厂商。国内的技术水平与国外存在较大差距。

    近年来,国家高度重视信息安全问题,已经将之上升到国家战略的高度,其中自主可控是信息安全的一大主题。国家制定了许多政策和措施,大力促进国产核心技术的发展。业内也已经取得了较大进展,一些国产化核心技术已具备产业化的条件。例如核心处理器以龙芯、飞腾等为代表,操作系统有中科麒麟 Linux、锐华 Reworks等。可以预期,在国内市场上这些自主核心技术将占据越来越重要的地位,并将推动核心国产化的嵌入式系统的发展。

    ② 嵌入式计算供应商以国外和台湾地区厂商为主

    国内本土嵌入式计算厂商大都专注特定行业,分布较为分散。目前国内嵌入式计算行业的主流厂商依然以国外的 Radisys、Kontron、Artesyn 以及台湾地区的研华股份有限公司、凌华科技股份有限公司为主,这些厂商年营收在 3 亿~10 亿美金之间,国内本土目前还没有同等体量类似定位的企业。

    另外,在国内的跨国大型 OEM 厂商,其国内的嵌入式计算产品采购标准一般由总部掌握,因此虽然其产品可能主要针对国内市场,但其中集成的嵌入式计算组件还是主要由国外厂商或台湾厂商提供。

    ③ 国内嵌入式计算市场的技术服务能力更为重要

   国内的 OEM 厂商,一般更加看重供应商的技术服务支持能力。因此在国内嵌入式计算市场,能够深入了解下游行业需求和技术特点,并提供更全面技术服务与支持的厂商更容易获得市场认可。

    (3)嵌入式计算行业发展趋势

   ① 技术发展趋势

    A、小型化、轻量化、低功耗化趋势

    嵌入式系统由于应用环境的限制,通常都会在产品的体积、重量、功耗等因素上有较多的限制,这些因素在业内被统称为 SWaP(Size、Weight and Power)。近年来,这些因素正在变得更加关键,因为更多的嵌入式设备需要变得可移动,并保持24 小时在线。SWaP 在今后很长一段时间里都是嵌入式计算技术的挑战方向。

    B、处理器性能日益强大

    传统的嵌入式处理器通常受限于成本、功耗等因素,性能与桌面和服务器处理器相比差距较大。随着技术的发展,这一差距在逐渐缩小。现在的一个邮票大小的嵌入式计算模块,已经能够超越几年前的桌面电脑的性能。

    C、ARM 渐成主流

    ARM 架构处理器由于其设计轻量化、低功耗、低成本、外围接口更丰富等特点,更加适合嵌入式应用,而且其软件生态环境也日趋成熟和完善,因此越来越多地取代 x86 和其他嵌入式 CPU 架构的市场份额。

    嵌入式计算 COM 模块(Computer On Module)中,预计 ARM 的市场份额将从 2011 年的 39%增长到 2016 年的 59%,而 x86 则将从 2011年的 49%缩减到 2016 年的 33%。

    D、多种计算技术融合

    嵌入式系统由于面临的应用环境比较复杂,经常需要直接与物理世界实现多层面的对接,又有体积、功耗、重量等诸多限制,因此越来越多地需要综合多种不同的计算技术来面对不同性质的信息和数据、进行不同性质的处理,才能够在最小的资源条件下实现最大的性能价格比和性能功耗比。

    例如 CPU 适合通用的计算,尤其适合逻辑性的描述和处理;DSP 数字信号处理器适合对物理世界的模拟量数字化后进行算法运算;GPU 图形处理器适合视频、图像、图形的处理;NPU 适合网络数据的处理;FPGA 可在硬件电路级进行编程,非常灵活,并可实现非常低的功耗。

    这几种技术可以在几个不同的层面形成融合:芯片级融合——主要的技术有SoC(System onChip 系统级芯片)和 SiP(System in Package 系统级封装)等,例如,有集成 GPU、DSP 的 CPU SoC 芯片,也有集成 CPU 和 DSP 的 FPGA SoC 芯片等;板级融合——在同一个电路板设计中,集成 CPU、DSP、FPGA、GPU 等多种处理器芯片;系统级融合——在同一个系统架构中,融合多种具有不同计算技术的板卡,可以面对应用的变化进行更加灵活的现场组合。

    ② 产业发展趋势

    A、嵌入式计算的技术门槛在不断提高

    嵌入式芯片的复杂度在不断增加,同时嵌入式应用越来越需要多种处理技术的融合。更多的移动性和保持联网的需求对于设计提出了越来越苛刻的要求,在硬件设计、软件开发、机械结构、散热、工艺技术等多个方面都需要厂商有更多的技术积累。这些因素都在不断的增加嵌入式计算系统的开发难度和开发成本,行业的技术门槛在不断提高。

    B、产品开发周期不断压缩

    在互联网时代,信息设备的更新换代节奏在不断加快。越来越大的市场竞争压力促使 OEM 厂商需要尽可能缩短从发现需求到产品上市的周期。

    C、向智能系统演变

    随着嵌入式处理器性能的增强、互联网、移动互联等技术的发展,嵌入式系统设备正在具备更强的处理能力和更好的网络互联性,逐渐演变成功能更丰富强大的智能系统。智能系统基于网络、高级操作系统和强大的处理器,可以灵活运行本地或云端的应用,更好的将物理世界与信息世界联接,将嵌入式系统提升到了下一个进化阶段。

    D、向成体系系统演变

    成体系系统(system of systems,SoS)是具有关联性的多个系统,互相作用、互相联接且互相依赖,组成一个更大且更复杂的系统,融合成一个统一的整体。成体系系统是嵌入式系统与数字化网络两大领域的融合。一些行业的嵌入式计算系统将向成体系系统演变。例如,智能车联网就是一个成体系系统的典型例子,它包含了以下系统的相互联接和作用:智能汽车系统、智能电网系统、GPS 全球定位系统、大数据分析系统、云端应用处理系统、以及互联网等。

    E、嵌入式计算与下游产业发展的双向推动

    近年来物联网、工业 4.0 都成为了业界讨论的热门话题,也是未来的发展方向。物联网的发展将极大的推动嵌入式系统的发展,因为物理世界与信息世界的联接,正是需要无数的、各种各样的、贴合不同物理世界环境所设计的嵌入式系统来完成。而工业 4.0,可以认为是面向工业制造的物联网,它通过各种具备网络连接的智能系统设备,将工厂的各个环节之间、工厂与市场需求之间、甚至全世界的工厂与工厂之间,通过互联网形成无缝的联接,通过云计算和大数据实现所有数据和信息的汇聚、协同、分析、决策,进而实现各种资源的高效协调;它将大大提升制造业的运转效率,是对制造业运作方式的巨大变革。工业 4.0 同样需要大量的传统嵌入式系统和智能系统来实现。

    另外,智慧城市、智能交通、智慧医疗等行业的发展,代表了智能泛在化的方向。而这些无处不在的智能,由于其应用环境的复杂性和物理条件限制,将主要由智能系统的来完成。

    这些下游产业的发展将推动嵌入式计算行业的发展,同时,嵌入式计算技术的进步也将促进下游产业的升级。嵌入式计算将是信息技术下一个阶段发展的重点领域之一,发挥着关键性的作用。

    F、嵌入式计算系统国产化

    国家对信息安全和自主可控的战略性重视,将极大的推动嵌入式计算系统的国产化进程。嵌入式计算平台的国产化产业条件正在逐渐成熟,预计整个行业将更早推动嵌入式计算平台的国产化进程,并在此基础上推进国产核心处理器与操作系统的嵌入式商用化。国内的本土嵌入式计算企业,将在此过程中迎来难得一遇的发展机会。

    G、全球市场未来也将逐步向国内供应商转移

    嵌入式系统由于其应用环境的多样性,是非常细分化和定制化的市场。这也意味着大量的研发投入和成本。研发成本中,人力成本是主要构成。因此人力成本的高低将对嵌入式计算企业的盈利能力造成很大影响。与欧美国家相比,我国人力成本相对较低。

    随着技术水平的提高,并依托国内制造业配套齐全、生产成本较低的优势,国内嵌入式计算厂商的竞争力将逐渐增强,在国内市场取得优势地位,并逐步在全球市场与国外厂商展开竞争。

    (4)嵌入式计算行业市场前景

    嵌入式计算行业市场空间非常巨大,应用领域非常广阔,相关性较高的一些领域,进行市场前景的分析。

    嵌入式计算行业的主要业务和未来发展重点,主要在工业控制、无线与网络、视频等领域。近年来这些领域中发生的一些重大趋势,将给相关领域带来巨大的市场发展机遇。

   ① 军工信息化与信息系统国产化趋势

    自棱镜门事件之后,我国政府已经强烈意识到信息安全的重要性,加强了信息安全方面的工作,同时各战略行业如军工、金融、能源、通信等行业也在推进信息系统的国产化。财政部《2015 年政府采购工作要点》提出“完善政府采购云计算服务、大数据及保障国家信息安全等方面的配套政策,支持相关产业发展”。2015 年政府采购清单中,国内科技品牌的占比较 2014 年大幅增加。

    在金融行业,2014 年 9 月,银监会发布了《关于应用安全可控信息技术加强银行业网络安全和信息化建设的指导意见》(39 号文),明确将安全可控信息技术应用纳入战略规划,提出到 2019 年,安全可控信息技术在银行业的使用率将达到 75%左右。在军工行业,信息化与国产化同步推进的步伐正在加快。十八届三中全会、2014年 8 月 29 日中共中央政治局第十七次集体学习、以及 2014 年 12 月 3 日至 4 日召开的全军装备工作会议,都强调了军工领域的信息化与自主创新。

    以上各个行业的信息系统,除办公信息系统外,很大部分属于嵌入式系统。另外,信息系统国产化不完全是指国内厂商生产,更关键的是要求自主、可控、核心芯片、核心技术的国产化。军工信息化和信息系统国产化趋势将带动嵌入式计算行业的增长,给发行人的嵌入式计算业务带来良好的市场前景。

    ② 工业 4.0 浪潮的推动

    工业 4.0 最早是源于 2013 年德国政府发布的《实施“工业 4.0”战略建议书》,此概念一经提出,就在欧洲乃至全球工业领域引起了极大的关注和认同。工业 4.0 以信息物理系统(Cyber-Physical System,CPS)为基础,是一个崭新的工业制造逻辑和方式。人们可以通过应用嵌入式计算机技术、信息交换技术和互联网将虚拟系统信息与物理系统相结合,将智能设备、人和数据连接起来,并以智能的方式利用这些可以交换的数据,使制造业和嵌入式的网络通信业得以更好地融合,进而完成各行各业的产业升级。

    工业 4.0 可在嵌入式系统技术基础上的革新,并逐步过渡到智能生产。智能工厂这种新型生产模式的兴起,必将给嵌入式系统开发带来无限的商机。

    目前,国务院印发了被称为“中国版工业 4.0”的《中国制造 2025》,部署全面推进实施制造强国战略,提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标:第一步,到 2025 年迈入制造强国行列;第二步,到 2035 年我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立一百年时,我制造业大国地位更加巩固,综合实力进入世界制造强国前列。在第十二届全国人民代表大会第三次会议开幕会上,李克强总理在政府工作报告的“新兴产业和新兴业态是竞争高地”的部分提到:“制定‘互联网+’行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场”。

    国内外工业 4.0 的发展浪潮,将给发行人所在的嵌入式计算行业带来一轮全新的发展机遇。

    ③ SDN 与 NFV 的发展

    SDN(Software Defined Networking,软件定义网络)技术是一项全局性、颠覆性的网络变革技术,它采用 IT 技术的模式来改造传统的“封闭”网络,使用软件定义的方法重新定义网络能力,使得网络从静态走向动态,解决了传统网络中无法避免的一些问题,包括对需求变化的响应速度慢、无法实现网络的虚拟化以及高昂的运维成本和设备成本等,为网络发展带来新的机遇。

    2015 年,SDN 将开始规模商用部署。2016 至 2020 年,SDN 将逐步开始广泛商用部署。SDN 产业进入成熟期,运营商和互联网公司将会按照各自的 SDN 部署计划,在多个网络场景部署 SDN。NFV(Network Functions Virtualization,网络功能虚拟化)是除 SDN 之外的另一个热点趋势。NFV 是利用虚拟化技术在统一的计算、存储、交换等硬件平台和虚拟化软件平台上实现多种网络功能。通过软硬件解耦及功能抽象,打破专有硬件对网络的限制,降低硬件成本,并使得网络更加灵活和简单,资源可以充分灵活共享,新业务可以方便地进行快速开发和部署,并可基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等,降低部署和维护成本。

    SDN 和 NFV 有很强的互补性。SDN 定义的集中控制与管理在某种程度上需要NFV 所具有的虚拟功用与能力,对于网络管理应用和监控、管理、流量分析与负载平衡等服务来说,尤其如此,而 NFV 更可以借助 SDN 实现灵活弹性的网络功能。

    SDN 和 NFV 代表着一条网络硬件的通用性和软件的开放性越来越高的发展道路。运营商 SDN 和 NFV 投资在 2016 年至 2020 年间将以 46%的年复合增长率增长,2020 年营收将达 180 亿美元。SDN 与 NFV 的发展趋势会给公司的嵌入式计算业务带来新的市场机会。下游行业,特别是网络通信与信息安全领域,将会在这一趋势下重新构建新一代产品。一方面,SDN 与 NFV 颠覆了原有网络的构架,是一次行业洗牌的机会,大家重新在同一起跑线上竞争的同时也出现了更多的创新机会。另一方面,SDN 与 NFV 具有打破大厂商垄断专业设备市场的威力,促进更多厂商参与到网络创新中,但同时要求行业分工进一步细化专业化,例如,需要嵌入式计算厂商能够提供满足各种 SDN 与NFV 应用的嵌入式计算平台,这正是类似发行人这样的厂商的发展机会。

    ④ 视频处理领域向融合计算发展

    随着更强大的移动智能终端的出现,以及更快速的 WiFi 的普及,移动网络流量将呈现爆发式增长——从 2015 年的 44.2EB(1EB=1024PB),激增至 2020 年的 366.8EB。视频流将成为移动网络中的主要流量,其占比也将从 2014 年的 55%增长到 2020 年的 75%。自 2008 年以来,网络视频行业的用户规模一直呈增长趋势,截至 2016 年 6 月,网络视频用户规模达 5.14 亿,比去年年底增加 1,000 万,用户使用率为 72.40%。2014年,中国在线视频市场规模达 245.0 亿元,同比增长 80.3%。未来几年在移动端商业化全面深入、企业持续引进热门版权内容、大力发展自制内容等因素的推动下,预计在线视频市场规模仍将保持较快增长的态势,2017 年预计将接近 700 亿元。视频处理行业主要的应用有视频编码、视频转码、智能视频分析等。这些应用对处理平台的需求都有向融合计算发展的趋势。

    在视频编码、转码领域,由于视频处理的计算量大大增加,传统基于通用 CPU计算的解决方案,在成本、功耗、密度等方面已经渐渐不能满足要求,需要借助 GPU等专用硬件进行加速。同时,智能视频分析技术在安防行业,特别是平安城市领域得到越来越广泛的应用。国家发改委等 9 个部委联合发布《关于加强公共安全视频监控建设联网应用工作的若干意见》(发改高技[2015]996 号),提出:到 2020 年,基本实现“全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控”的公共安全视频监控建设联网应用。重点公共区域视频监控覆盖率达到 100%,新建、改建高清摄像机比例达到 100%;重点行业、领域的重要部位视频监控覆盖率达到 100%,逐步增加高清摄像机的新建、改建数量;重点公共区域视频监控联网率达到 100%;重点行业、领域涉及公共区域的视频图像资源联网率达到 100%。因此,我国公共安全视频监控建设对视频智能分析的设备和技术需求都会有显著的增长。

    利用 GPU 等异构计算技术进行视频分析是目前业界的研究热点方向。GPU 是专门面向视频和图像处理设计的计算架构,用于实现视频分析算法可以大大提高计算的性能、降低功耗,具备非常大的技术优势。

    融合了 GPU 等多种计算技术的融合计算解决方案,将在视频编转码、视频分析等领域得到很好的发展,具有良好的市场前景。

   ⑤ 大数据应用的发展促进融合计算的需求

    随着全球范围内个人电脑、智能手机等设备的普及和新兴市场内不断增长的互联网访问量,以及监控摄像机或智能电表等设备产生的数据激增,全球数据规模呈现爆发式增长,同时,也带动了大数据技术和服务市场的发展。全球大数据技术和服务市场将在未来几年保持 31.7%的年复合增长率,2016 年的总规模有望达到 238 亿美元。

    大数据处理需要海量的数据存储空间、并且需要频繁高速的对存储数据进行访问,存储与计算单元之间需要紧密结合,以尽可能提升存储访问性能,满足大数据处理对于存储的高带宽、低延迟要求。另外,很多应用在数据的不同处理阶段,需要多种计算技术进行辅助和加速,例如,结合 FPGA 等硬件加速单元,对于数据压缩解压缩、数据排序和查找等功能进行硬件加速等。因此,在很多场景下,都需要巧妙集成并平衡各种处理资源的融合计算平台来应对。通过将不同计算技术融合在一起,可以成为面向细分大数据应用的优化平台,随着大数据应用的发展,这类产品将具有很大的市场空间。


分享到:
合作伙伴: