随着科技的进步,智能家居已经成为现代生活的重要组成部分。智能家居系统能够通过物联网等技术,实现家庭设备的智能化控制和管理,提高生活便利性和舒适度。
芯片对于智能家居企业而言其重要性不言而喻,智能家居核心芯片主要包括主控芯片、通信芯片、传感器芯片等。其中,主控芯片是智能家居的核心部分,它可以实现设备的控制和管理。通常而言,主控芯片也被称为控制设备运行的“大脑”,而智能家居设备的主控芯片通常会搭配使用SoC或MCU。
01
SoC和MCU有何不同?
SoC芯片(SystemonChip)又称系统级芯片,片上系统,是将CPU、GPU、NPU、存储器、基带、ISP、DSP等系统关键部件集成在一块芯片上,能够实现完整系统功能的芯片电路。
这一赛道的国产半导体企业包括:晶晨股份、瑞芯微、全志科技、富瀚微、恒玄科技、北京君正等。
MCU(MicroControllerUnit)芯片,又称微控制器或单片机,是把CPU的频率与规格做适当缩减,并将内存(Memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至液晶(LCD)驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级计算机,从而实现终端控制的功能。
MCU是智能控制器的主要芯片之一,国产的代表企业包括兆易创新、中颖电子、国民技术、芯海科技、博通集成、乐鑫科技、聚辰股份、上海复旦微等。
MCU和SoC的区别在于,MCU是微控制器单元,是单个集成电路上的小型计算机,包含一个处理器核心、存储器、可编程输入/输出(I/O)外设、定时器、计数器等。它只提供最小的内存、接口和处理能力。而SoC是系统芯片,是将多个电子元件集成到一个芯片上,以实现特定的功能。SoC不仅仅局限于MCU,还可以是更高端的CPU、MPU的功能定制版 。
简而言之,SoC通常运算能力更强,集成的功能更为丰富,能支持运行多任务的复杂系统,当然价格也更加昂贵。并且SoC通常能够承担运行计算任务,比如实现语音识别功能等,而MCU大多数用以执行控制,例如当做电机控制驱动。
想要更加契合如今智能家居的生态,就需要设计出更加符合的SoC/MCU,为此,各厂商也均推出了相应的产品,那么“谁”才是智能家居市场的最佳选手呢?
比如在MCU路线中,兆易创新的 GD32系列产品适用于工业自动化、人机界面、电机控制、安防监控、智能家居家电及物联网等,已推出多款产品。
国民技术N32通用安全MCU系列产品满足在白色家电、黑色家电、厨卫家电、生活电器等多个细分领域应用,并已在家电行业标杆客户中导入。
中颖电子的MCU产品可应用在变频冰箱、洗衣机中。芯海科技高可靠性MCU产品进入气体传感器、智能电表、通信用光模块产品,并将加快设备监测和控制产品研发和推广。
比如在SoC路线中,晶晨半导体的智能电视芯片已经用于TCL、创维、小米等知名电视品牌;AI音视频系统终端芯片则打入百度、Google、Amazon、小米的智能音箱的供应链。
全志科技的R系列SoC进入天猫精灵智能音箱、石头科技扫地机以及美的智能空调供应链;科大讯飞翻译笔搭载 V 系列产品,腾讯企鹅极光盒子搭载 H 系列产品;在无线通信领域,小谷智慧点读笔搭载 XR 系列芯片;在智能语音交互领域,小度在家搭载 AC 系列芯片。
02
智能家居SoC,走向8K
瑞芯微
瑞芯微作为国内领先的AIOT SoC芯片供应商,其产品线涵盖了多个领域的应用需求。近年来,瑞芯微推出的一系列芯片方案在市场上受到了广泛关注,其中RK3568、RK3588和RK3566是最受关注的产品之一。
RK3568是一款高性能、低功耗的芯片方案,采用了四核A55架构和四核A76架构,能够提供出色的计算和图形处理性能。此外,它还支持4K H.265解码和编码、USB3.0、HDMI2.0、MIPI-CSI2、Gigabit以太网等多种接口,具有极高的可扩展性。在应用方面,RK3568主要用于智能电视、智能投影仪、智能家居、智能门锁等领域,能够为这些智能设备提供更加出色的性能和体验。
RK3566也是一款高性能、低功耗的芯片方案,采用了四核A55架构和双核A75架构,能够提供出色的计算和图形处理性能。此外,它还支持4K H.265解码和编码、USB3.0、HDMI2.0、MIPI-CSI2、Gigabit以太网等多种接口,具有极高的可扩展性。在应用方面,RK3566主要用于智能电视、智能投影仪、智能家居、智能门锁等领域,能够为这些智能设备提供更加出色的性能和体验。
其中RK3588是此次谈论的重点。为了与晶晨半导体的8K超高清智能机顶盒SoC芯片产品做对比,该款产品的细节放在后文展开。
除了以上产品,瑞芯微用于智能音箱的相关产品有RK3326、RK3308等;用于扫地机器人的相关产品有RK3326、RK1808、RK3308等;用于家电语音控制的产品有RK3308、RK3229等;用于家居智能中控的产品有RK3368、RK3308、PX30等。
晶晨半导体
国产智能音视频SoC领军企业,晶晨半导体将芯片用于智能机顶盒、智能电视和AI音视频系统终端等设备,比如上文提到的:TCL、创维、小米、百度、Google、Amazon。可以说,晶晨的产品已经占领了我们的客厅。
晶晨股份的智能家居芯片包括A113X、S928X等。
A113X是一款高性能、低功耗、低成本的智能语音芯片,凭借强劲的4核64位架构 CPU的计算能力,A113X无需外加专用DSP芯片支持主流的远场拾音方案,支持8个PDM 通道和多通道I2S通道,具有丰富灵活的麦克风阵列以及音频输入输出接口,卓越的音频处理引擎支持所有主流的高分辨率音频格式,可与CPU无缝协作,加速多媒体运行算法,提升用户体验,是智能音箱和智能家居等应用的完美选择,已经被市场上一些最具创新性的语音助手设备使用。
Sengled的智能音箱灯便是采用的这款芯片、联想智能时钟Smart Clock Essential也采用了这款芯片。
如今8K影音设备已经开始普及,相比4K,8K有着得天独厚的推广优势,内容制造、传输、解码显示等各个产业环节都已经成熟,部分行业客户已经在大力推广8K的产品。
智能家居SoC作为智能家居设备的核心处理器,需要支持8K视频内容的解码和播放,以满足市场需求。
03
两款8K SoC的较量
瑞芯微RK3588
瑞芯微新一代旗舰级SoC芯片RK3588是一款功能强大的芯片,集成了多种高性能组件,包括CPU、GPU、NPU和多媒体处理引擎等。
RK3588的CPU部分采用四核A76+四核A55的八核架构,主频高达2.4GHz,具有强大的计算能力和多任务处理能力。GPU部分则集成了ARM G610MP4,支持OpenGL ES1.1/2.0/3.2、OpenCL 2.2和Vulkan 1.2等多种图形接口,可提供高效流畅的图形处理体验。
更为出色的是,RK3588内置了6 TOPs算力的NPU(神经网络处理器),支持INT4/INT8/INT16/FP16混合运算,能够轻松应对各种复杂的神经网络算法。这一特点使得RK3588在人工智能和深度学习等领域具有很高的应用价值。
除了强大的计算能力,RK3588还集成了多种多媒体处理引擎,包括视频编解码器、图像处理器和音频处理器等。这些引擎可支持多种格式的高清视频播放、图像处理和音频处理,使得RK3588在多媒体领域具有广泛的应用前景。
此外,RK3588还具有高性能的存储接口和通信接口,可满足各种高速数据传输和存储需求。它还支持多种操作系统和编程语言,方便开发者进行软件开发和调试。
RK3588能够广泛应用于多个领域,如智能终端、物联网、智能家居等。
晶晨半导体S928X
S928X是晶晨半导体首颗8K超高清智能机顶盒SoC芯片。晶晨半导体S928X SoC芯片集成了64位大核ARM Cortex-A76及四核ARM Cortex- A55中央处理器(CPU, Central Processing Unit),ARM Mali-G57 MC2图形处理器(GPU, Graphics Processing Unit )以及算力高达3.2 Tops的自研AI处理器(NPU, Neural-network Processing Units)强大的运算及处理能力为终端设备带来更优异的性能和能效表现。
官方表示,晶晨半导体 S928X 在 8K 超高清分辨率(7680*4320),60FPS 帧率( Frame Per Second),10 比特色深(1024*1024*1024 个颜色数量)的环境下为消费者演绎更惊艳的色彩饱和度,更细腻清晰的画质和纵深感、纹理感极强的画面处理能力。晶晨半导体 S928X 支持 AV1、H.265、VP9、AVS3、AVS2 等全球主流视频格式下的 8Kp60 视频处理能力。
晶晨半导体S928X芯片还集成了丰富的外围接口,包括SDIO、I2S、PCIe、UART、USB、I2C以及SPI等接口,极大地拓展了其外设连接设备,加速合作伙伴产品的规模化部署与商用。
创维数字首款8K超高清盒子便搭载了晶晨半导体最先进的8K主芯片解决方案,支持8K视频信号的解码与播放,为未来即将到来的8K画质时代做好了准备。中兴通讯的8K机顶盒也搭载有这款芯片。
RK3588与S928X掰手腕
在制程工艺上,瑞芯微 RK3588采用了8nm制程工艺,而Amlogic S928X则是采用了12nm制程工艺。
CPU、GPU和NPU的对比分析中,S928X采用的是单个ARM A76大核和四个A55小核的CPU的五核心架构,GPU采用双核的G57。RK3588采用了ARM 四核Cortex-A76和Cortex-A55的八核心CPU架构,GPU采用了四核心的G610。由此可见,单线程的应用场景下,S928X和RK3588的表现接近,但是多线程应用下RK3588占有优势。
S928X的NPU可提供4 TOPS @int8的算力支持,RK3588则是内置了6TOPS @int8的三核NPU。单算力来看,RK3588更具优势。
不过就家庭影音的使用场景来看,S928X的4TOPS算力已经绰绰有余,不论是语音算法、图像算法、简单的语义处理,图像处理,均可胜任。
从编解码能力上,RK3588依旧占有优势,不过在家庭影音的应用中,几乎用不到多路视频解码,其编码能力也可满足绝大多数产品的性能需求。
在拓展接口的对比中,RK3588的IP核心非常多,无论是高速接口还是普通的通讯接口,都很丰富,但是单一产品很难将这些接口全部利用起来,每一个功能IP都意味着成本。S928X也集成了常用的接口,部分接口也可以通过桥接芯片来实现。
04
智能家居,万亿市场即将到来
智能家居的概念一直吸引着大众的想象力,并且早已从科幻小说里走进现实。
中国智能家居目前处于快速发展期,随着人工智能、5G等技术的逐渐应用,中国智能家居硬件设备的不断发展和消费者需求的提升,未来5年中国智能家居行业仍将处于快速发展阶段。结合中国智能家居行业的历史增速,预计到2029年中国智能家居市场规模将达到1.09万亿元。
随着智能家居芯片领域的竞争日益白热化,未来这一市场的内部竞争态势预计将更加激烈,智能家居芯片的未来不仅囿于“算力角逐”与“协同深化”的单一维度,而是全面铺展。
比如,随着智能家居设备功能的不断增加和复杂化,对芯片算力的需求也在不断提升。例如,扫地机器人、智能门锁等设备需要更高的算力来支持其复杂的运算和决策过程;智能家居系统中的各类设备需要实现高效的互联互通,以提供更加便捷和智能的家居体验。芯片作为设备的核心部件,需要支持多种通信协议和接口标准,以实现设备之间的无缝连接和数据交换。
随着智能家居设备的广泛应用和普及,其安全性问题也日益受到关注。未来的智能家居芯片将更加注重安全性能的提升,通过集成安全模块和算法来保障设备的数据安全和用户隐私。
可以确定的是,在当前科技浪潮的推动下,智能家居芯片公司正站在行业变革的前沿,即将迎来前所未有的红利期。
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