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，在物联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验以实现万物智联化。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；预计未来十年各应用持续普及，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，各应用领域多点开花。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据，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、安全设备等；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公布的数据与预测，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，2019-2022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949亿美元（约6500亿人民币），2019-2022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。
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兴起，叠加应用落地与需求提升，使AIoT中的半导体板块重点受益。
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，主要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：属于产业链下游终端，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、蓝牙、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可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。
1.2.1.主控制器SoC&MCU：为AIoT智能终端大脑
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大规模集成电路，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，并且正在向更为广泛的应用领域扩展。
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、图形处理器、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SOC产品。
AIoT SoC设计由多个IP模块组成。通常AIoT SOC公司的IP会分为外购与自研：
1）外购IP主要以CPU、GPU等计算的通用模块为主；目前CPU主流架构包括英特尔推出的X86架构、ARM推出的ARM架构、MIPS公司推出的MIPS架构、开源指令集RISK-V等；
2）自研IP主要以AI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理、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、高品质音频信号处理等。
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。主要的功能为训练、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的算力越强，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性能需要以多个维度机型衡量，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。
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心指标，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：行业级别要求稳定性、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：从车载娱乐系统到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与MPU结构不同，会使用在不同的应用场景。MPU也称为微处理器，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，主要用于独立执行简单的功能。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。 
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路的设计。
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行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、用户端控制等功能发展，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的数据。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/湿度、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。 
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；以数字化处理电路，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；主要参数包含传感器尺寸（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。
压力类、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、旋转和多自由度运动。
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。 
无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、智慧制造等短距离、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优势，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，目前在物联网领域，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的通信需求上。
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、大容量，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台提升至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、移动设备和个人域网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具备低功耗和可扩展性，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之间进行数据传输。
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相关的公司包含乐鑫、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。
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