家電行業的智能化風潮在幾年前就開始了，這幾年變得更加明顯和快速。不論是傳統的黑電、白電，還是近年來發展迅猛的廚電生活電器和智能小家電，均不同程度地加入了智能化元素。目前智能家電添加的智能化功能包括智能控制、遠程監控、自動報警、語音交互、攝像頭等。
隨著技術的進步和信息化程度的提高，以及人們對智能家電產品需求的提升，家電產品的智能化將會成為未來家電產品的主要形態。全國家用電器工業信息中心數據顯示，2018年智能冰箱的市場份額從31.7%增長到39.7%；智能空調的市場滲透率已超過30%，成為了用戶選購的新趨勢；智能洗衣機（具有WiFi或者自動投放功能的型號），零售額份額也從36.6%上升到39.8%。
圖1：2009~2018年家用電器營業收入及增長率情況。（數據來源：Wind）
家電智能化促進MCU市場增長
在今年3月份上海舉辦的中國家電及消費電子博覽會（AWE）上，我們看到了很多知名家電、消費電子和跨行企業展示的大量智能家電產品，比如帶體感雷達的空調、支持觸摸屏幕的冰箱、可識別衣物材質的洗衣機、可自動鑑別油煙濃度來調節風力大小的抽油煙機、帶有攝像頭和路徑規劃的掃地機器人等等。
在這些智能家電產品中，空調、冰箱、洗衣機、吸塵器等白電和小家電產品是增長主力。而所有這些產品的智能化都離不開一個關鍵的核心器件——微控制器（MCU）。
圖2：2018年中國冰箱的智能化份額上升到了39.7%。(來源：中國家用電器研究院)
從IC Insights公佈的關於MCU的報告來看，2018年MCU全球銷售額為186億美元。出貨量達到306億顆，預計2019年營收將保持9%增長率，增長至203.57億元，並有望在2022年創下238.75億美元的歷史新高年收入記錄。
圖3：2019~2022年全球MCU市場規模及出貨量預測。（來源：IC Insights）
中國的MCU廠商的出貨量也反映了這一趨勢，以行業龍頭兆易創新為例，其2018年的年報顯示，該公司當年MCU產品累計出貨量已經超過了2億顆，客戶數量超過了1萬家。其GD32 MCU也很適用於智能生活體驗的產品開發，包括智慧家居、智能家電、機器人、無人機、手持雲臺和體感平衡車等。從市場情況來看，GD32 MCU是目前中國最大的Arm® Cortex®-M系列MCU產品家族。GD32 MCU在最高主頻、代碼執行效率、片上Flash和SRAM容量、集成外設資源和功耗效率上都有著優異的表現。
GD32為智能吸塵器增添動能
根據中國家用電器研究院的《2018年中國家電年度報告》顯示，2018年吸塵器繼續擔任小家電行業中增長品類的排頭兵，市場規模達到零售額195億元，同比增長率45.6%。
雖然吸塵器在我國已經發展了近20年，但其實也就是近幾年才開始逐漸普及。吸塵器在美國、日本等國家普及率已接近飽和，而在我國，吸塵器的普及率目前僅為11%，市場規模遠未打開。
在吸塵器產品中，熱門的產品有掃地機器人和以戴森（Dyson）為代表的手持吸塵器。
目前，在掃地機器人領域，市場參與者既有科沃斯、戴森、iRobot、Neato、福瑪特等專注於吸塵器品類的廠商，也有飛利浦、海爾、松下、美的等傳統家電廠商，此外，包括小米在內的一些智能硬件廠商也在分羹一杯。據業內資深人士透露，目前市面上絕大部分廠商的掃地機器人均有采用GD32 MCU。原因在於GD32 MCU能為掃地機器人帶來卓越的電機驅動和操控能力，使機器具備強勁動力、超強靜音、節能省電等特性的同時，還能進一步提升其智能化水平、降低生產成本。
GD32成為智能家電的電機控制核心
戴森的手持吸塵器可謂這兩年市場上的爆款產品，其最大的特點是超高速，最新的Cyclone V11無繩吸塵器使用的數碼電機轉速高達12.5萬轉每分鐘，輸出功率達到了525W。
圖4：戴森V11數碼電機每分鐘轉速高達12.5萬轉。（來源：戴森官網）
這幾年，國產品牌也推出過一些和戴森類似的吸塵器產品，雖然外觀差不多，但是吸力還是不在一個等級上，究其原因，一是高速電機設計問題，另一個就是硬件驅動控制電路設計方面存在不足。
國產品牌要想獲得突破，除了要有高速電機外，還需要選擇有高速開關和低損耗特性的MOSFET器件，以及具有高代碼執行效率的MCU的支持。雖然國產低損耗特性的MOSFET器件還沒有突破國外技術壁壘，但是MCU器件方面，一些國產的MCU器件在規格和性能上已經超過國外品牌的同類產品；以兆易創新的GD32F350和GD32E230產品為例，其產品規格和性能很適用於手持吸塵器控制板的設計。GD32E230系列產品採用了業界最新ARMv8架構的Cortex-M23內核，超值型產品的主頻高達72MHz，並配備了大容量的嵌入式存儲器，配合內置的硬件乘法器、除法器和高速硬件比較器，工作性能最高可達55DMIPS。就同主頻下的代碼執行效率來看，相比市場同類Cortex-M0+產品提高了30%以上，再配合片上集成的12位2.6M SPS高速採樣率的ADC閉環檢測，就能夠驅動無刷直流電機輕鬆上10w轉每分鐘。除此之外，GD32E230系列產品可進入低功耗的睡眠模式，大大降低手持吸塵器產品在待機時的靜態功耗，保證吸塵器產品在不使用情況下的待機時間。
傳統白色家電的智能化新趨勢
與生活電器等小家電市場相似，白色家電也在升級迭代，由於變頻化已經成為主流，直流無刷電機的使用量正在逐年高速成長。預計2019年白色家電的變頻化將達到40%，2022年會達到70%！
MCU也開始踏上了AIoT的技術整合之路，從專業的主“控制”開始向“智能互聯”目標邁進。在AIoT時代，MCU將不再只是負責核心控制，推理和運算等AI能力將成為MCU的標配，更將各種人工智能算法，如圖像分析、生物識別等引入家電領域，使得傳統家電更具智慧。
韓國白色家電行業的領軍企業三星和LG在本國推廣多年的雙驅動雙轉變頻洗衣機，近年來也開始逐漸滲透進入國內市場，這種將滾筒與波輪兩種洗滌方式巧妙結合的雙驅內筒設計可大大提升洗淨能力，而且脫水也更加高效，可大大縮短洗滌時間。
圖5：三星Quick Drive多維雙驅洗衣機原理。（來源：三星官網）
雙驅動雙轉變頻洗衣機與傳統洗衣機最大的不同是，MCU需要同時控制兩個電機的轉動，這對MCU的內核運算能力，模擬外設精度，以及片內存儲空間的需求會不斷提高，因此未來的洗衣機產品對MCU的規格和性能要求會更加苛刻。目前能夠用一顆MCU同時控制2個BLDC電機任意轉速，任意方向運作的Arm內核 MCU產品，除了國外的半導體供應商意法半導體的STM32系列MCU, 另外一家就是兆易創新推出的GD32F3/F4系列MCU。GD32 MCU已經成為中國最大的Arm Cortex MCU家族，提供了22個產品系列、320多個產品型號和11種不同封裝類型，為工程師提供了靈活的方案設計選擇。
除此之外，這裡不得不提到時下頗受歡迎的按摩椅（包括家庭用的按摩椅和共享按摩椅）。以樂摩吧共享按摩椅為例，該品牌按摩椅藉助GD32 MCU的多個控制板和壓力、角度等多種傳感器同步檢測，進而實現人性化的按摩手法、力度、時間等多重控制，更具備人工智能調節。每天在購物中心、電影院、車站、機場等消費場所廣泛服務約70萬用戶。與現有的32位MCU相較，GD32 MCU具備了高性能、低成本及易用性的差異化優勢，因此目前已經被諸多方案商所採用。
安全性是智能家電應用的關鍵
隨著智能家電產品種類越來越多，產品功能越來越豐富。有的產品會通過無線或有線網絡連接在一起，有的需要連接到雲端，比如智能電視、電視盒子、洗衣機、電飯煲等就需要與外界互聯網相連接。因此，安全性問題被提升到新的高度，而打造安全可靠的智能家電產品，需要從硬件底層做起。對MCU系統而言，安全性主要包括開發的安全性、代碼運行的安全性和應用的安全性。
在MCU安全性方面，不同MCU廠商有不同的做法，有的採用定製化嵌入式閃存模塊來保障代碼安全；有的內置硬件級AES-128/192/256加解密電路來給數據加密；有的從用戶認證、身份管理、安全網絡接入等軟件層面來進行考量……而兆易創新GD32 MCU不僅集成了廣泛應用的AES、DES、MD5等硬件加解密功能，還遵循產業安全標準增強了內存保護單元(MPU)和頻率安全系統(CSS)，並具備了底層加密防開蓋破解功能，充分保障代碼數據的安全性和用戶的知識產權。
為了進一步強化MCU的安全機制，兆易創新正計劃推出採用Arm TrustZone技術的新一代基於Arm Cortex-M23和Arm Cortex-M33內核的GD32系列安全處理器。
人們對智能家電的要求日益提高,在智能家電產品升級演進的道路上，無論可動(電機)、可視(HMI界面)，還是遠程可控(無線Wireless)和安全性能，都對多元化應用開發提出了更高的要求。作為中國最大最完整的Arm® Cortex-M系列MCU產品家族， GD32 MCU提供自主可控且完善的產品組合與開發生態，全面促進家電產品實現智能化升級，已然成為加速智能家電產業的發展與落地的重要推動力。
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