在無人機領域,大疆等中國的無人機企業也或多或少的感受到了危機,華為尚且能夠自研芯片,但是無人機企業的CPU等核心芯片、器件基本由國外供應,那無人機方面依賴國外的核心芯片和器件有哪些呢? 我們來進行一個全面的大盤點。
首先,本文盤點的不僅僅是核心芯片,包括飛控系統中的CPU等核心控制單元,還有連接器件、傳感器件以及云臺等關鍵部件,即使是大疆在某些方面,除了CPU還是完全靠進口來解決。
一、主控
在無人機領域,CPU是必須的(幾十塊的玩具無人機除外),而無人機方面的CPU和整體方案主要有大疆自研的飛控系統、高通提供的無人機設計平臺Snapdragon Flight、還有基于開源平臺APM、Px4等各種方案中用到的CPU。
1、大疆自研飛控
有網友拆解發現大疆早期的飛控用的nxp的lpc1768,消費級的32位處理器。后面可能有FPGA+dsp的方案。
2018年發布的Spark曉,視頻處理用的是Intel旗下Movidius的Myriad 2計算機視覺處理芯片。后面有人發現其用了意法半導體的STM32F303、英特爾的Movidius MA2155 VPU、聯芯的LC1860C SoC和Atheros/高通的AR1021X雙頻Wi-Fi SoC。
Mavic Mini視頻處理用的是Ambarella處理器,而有人拆解Mavic發現飛控芯片的主控CPU用的是ATMEL的M7內核的ATSAME70Q21,主頻300MHZ 集成2048KB FLASH 384KB RAM。
2、高通(Qualcomm)的Snapdragon Flight平臺
高通于2015年推出的無人機設計平臺Snapdragon Flight主要有零度、普宙等公司用了,但是后來消費類市場基本被大疆壟斷以后,這兩家公司主要面向行業無人機,因此高通的無人機平臺和芯片應該是一直停留在2016年的架構和水平了。
Snapdragon芯片集無線通信、傳感器集成和空間定位等功能于一體。采用了“RealSense”技術,能夠建起3D地圖和感知周圍環境,它可以像一只蝙蝠一樣飛行,主動避免障礙物。Snapdragon Flight之所以具有能夠拉低無人機的制造成本和售價的最根本優勢,是因為高通無人機芯片具有和智能手機相同的處理器,也可能包括其他一些相同部件,因此做到規模化生產從而帶來成本優化的效應;芯片高度集成化,節省了無人機多個高價模塊的合起來的成本,據悉各個模塊成本合計為無人機成本的30%~40%。對比當時主要的無人機芯片解決方案,高通snapdragon flight 的CPU 尺寸最小、主頻最高。
但是高通的芯片方案似乎想魚與熊掌兼得,加上無人機市場競爭激烈,反而沒有搞起來。
3、出貨量第二的APM開源方案CPU:Atmel
APM的開源系統市場上用的最多的CPU是Atmel(愛特梅爾)。
主控:ATMEL MEGA2560開發板。AT91M55800A,ARM7TDMI核、嵌入式ICE接口、存儲器以及外圍。有人說Atmel的AVR處理器芯片在國外的無人機中被采用的很多,但在國內被意法半導體占去了大部分市場,其實不然,曾經在國內出貨量達到10萬+的飛控就是采用APM的Atmel CPU。
4、PX4/Pixhawk開源方案
PIXHawk 突破性地采用了整合硬件浮點運算核心的Cortex-M4的單片機作為主控芯片,內置兩套陀螺和加速度計MEMS傳感器,互為補充矯正,內置三軸磁場傳感器并可以外接一個三軸磁場傳感器,同時可外接一主一備兩個GPS傳感器,在故障時自動切換。主控制器STM32F427 32位微處理器:168 MHz,252 MIPS,Cortex M4核心與浮點單元。獨立供電的32位STM32F103備用故障保護協處理器,在主處理器失效時可實現手動恢復。
5、小米無人機平臺:全志R16
小米旗下的飛米第一代無人機經過了數次研發,最初采用Arm芯片,但是研發失敗,后來與全志合作,采用全志R16方案,但是也經歷了第一次發布的炸機事件,不過到現在已經比較穩定了。
二、其他主控方案
在無人機興起是2015年火熱的消費類無人機市場的帶動下,其他各個廠商都推出了各自的主控方案,但是實際出貨的產品和銷量很少,有的是實驗性質的,其中有:
5、聯芯科技
聯芯科技有限公司是大唐電信科技產業集團的核心企業之一,總部位于中國上海,專業從事2G、3G、4G移動互聯網終端核心技術的研發與應用,提供3G/4G移動終端芯片及解決方案。聯芯科技面向個人終端、家庭智能終端、行業應用終端等產品提供核心芯片平臺及解決方案,產品形態覆蓋智能手機、平板電腦、數據類終端、穿戴式設備等多種移動消費電子產品。
2014年第三季度正式上市的LC1860芯片,是國內首顆面向公開市場商用的28nm 4G SoC芯片,是一顆自主可控的“中國芯”。2016年,大疆在其最新一代的消費級航拍無人機——大疆精靈Phantom 4中,首次采用了聯芯方案LC 1860,這顆芯片也被應用在了零度智控的第一代無人機上。LC1860具備“4G+28nm”的特性,支持LTE-TDD/LTE-FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GGE五模, 集成4+1個Cortex A7 1.5GHz CPU、雙核GPU Mali T628、Trustzone安全架構等特點,是國內首顆面向公開市場商用的28nm 4G SoC芯片。
6、TI(德州儀器)
主控:TI OMAP3630。Micron閃存,德州儀器電源管理+USB解決方案,Atheros802.11b/g/nWiFi控制器,博世BMA150加速器,BMP180氣壓傳感器,應美盛的IMU-3000陀螺儀和運動處理器,微芯科技的PIC24HJ單片機。
7、 SamSung(三星)
主控:Samsung Artik芯片。Artik 10采用1.3GHz八核處理器,擁有2GB內存和16GB閃存。包括Wi- Fi、藍牙和藍牙低功耗、ZigBee和Thread。三星于2015年5月推出了低功耗芯片Artik,有三個規格,其中Artik1大小只有12mm*12mm,售價不到10美元,據悉規格不同,在處理速度、存儲能力以及無限電通信能力上均有差異。這芯片面向無人機和智能家具等互聯網設備。業界普遍認為Artik將成為三星對抗高通及英特爾的殺手锏,但嚴格來說,三星還只是后來者。
8、NVIDIA(英偉達)
相比起英特爾試圖利用其處理器進入無人機市場,來彌補PC銷售的疲軟態勢,英偉達沒有迫切進入無人機市場的理由,其核心的GPU圖形處理器業務年增長幅度為7%,占據其2016上半年營收的82%。據了解,2015年英偉達相繼為Parrot及大疆提供芯片,針對無人機市場,英偉達開發了Jetson TX1芯片方案,可以勝任各類圖像圖形識別和高級人工智能任務,使用它的無人機可以在空中停留更長時間。此前,英偉達還同時為大疆和Parrot提供過芯片方案。當然英偉達并沒有將TX1主板的潛力限于在無人機的運用,它還可被運用于機器人、物聯網設備或者實驗室裝備。英偉達還為開發者們提供了計算機如OpenVX1.1的視覺庫以幫助開發人員使用主板。
9、華為海思
在無人機領域,華為旗下全資子公司海思原先在安防攝像頭市場有70%的市場份額,隨后為了給這安防攝像頭插上翅膀,于2016年7月推出了華為無人機平臺,即聯手深圳本土初創公司宙心科技,在華為海思芯片的基礎上推出了一系列無人機解決方案。
10、XMOS
活躍在在機器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示進入到無人機領域。目前XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些無人機/多軸飛行器的OEM客戶采用。在這些系統中,XMOS多核微控制器既用于飛行控制也用于MCU內部通信。
11、瑞芯微
主控:瑞芯微RK3288。瑞芯微有基于RK3288的無人機產品在國內展示并試飛。據介紹,這款無人機產品采用軸距300mm的四旋翼,基于瑞芯微RK3288是處理器,攝像頭與機身采用了一體化設計,支持1080p視頻拍攝。機身重量約730g,續航時間為14分鐘。功能方面,支持一鍵全景、失控返航、定點巡航、一鍵自拍、一鍵繞飛、地理圍欄等。
12、新唐(Nuvoton)
來自臺灣,主控:新唐 MINI5系列。低階遙控器使用 SOP20 封裝的4T 8051 N79E814;中高階遙控器則采用Cortex-M0 M051系列內建ARM9及H.264視頻邊譯碼器的N329系列。
三、傳感器和連接器
傳感器是無人機飛行控制中必不可少的器件。其中主要的核心器件基本由國外大廠研發。
13、博世
2016博世推出的BMF055提供了“一站式”傳感器解決方案,讓創新者們可以專注于軟件開發和其他更重要的因素,利用BMF055傳感器開發的無人機不僅可以在空中高速飛行,甚至可在半空中翻轉。
還有BMM150三軸數字地磁傳感器、BMP388 氣壓傳感器。
2018年美國拉斯維加斯消費電子展(CES)上,博世傳感器(Bosch Sensortec)最新推出了兩款傳感器新品。其中一款是高性能慣性測量單元(IMU)BMI088,一款六軸IMU,具有卓越的抗振性,專為無人機和機器人應用而設計。
15、TE
專門用于無人機的解決方案的器件有:利用測量空氣的壓力來換算成海拔高度的數字氣壓傳感器,用于植保機的數字壓差傳感器等。
MS5607/MS5611 ,是利用測量空氣的壓力來換算成海拔高度的數字氣壓傳感器。它們可以分辨出0.012mbar (1.2pa)的氣壓,約等于10cm的上升高度(在低空,海平面附近),是無人機和高度計海拔測量的理想選擇。
TE的MS4515DO 是數字壓差傳感器,用于空速的一般需要非常低的壓力范圍。一般會選4515DO表壓的型號。
16、ALPS
ALPS傳感器在無人機領域與國內很多大廠家,包括大疆是非常長久的合作關系。
主要集中在一些現有的傳感器比如說角度傳感器,應用在攝象頭的控制,還有氣壓的傳感器,包括升空高度自動剪枝產品。
17、廣瀨
目前出貨量比較大的還是大疆。無人機方面提供的方案主要是云臺,一個是高清,另一個是震動的前提之下要保證連接的穩定,這個是廣瀨的優勢,主要集中在這塊。
具體是指從攝象頭模組,接到主板,攝象頭本身接到云臺中間需要一個可以轉動的高頻高速的信號,里面有一個器線同軸的產品,它的RF是單個的做成一排。
四:GPS
為什么單獨把GPS拿出來,是因為即使中國現在擁有北斗,即將能夠覆蓋全球的能力,但是目前在商業化和實際使用方面使用最多的還是美國的GPS,特別是在國外市場,美國的GPS制式核心模塊是少不了的。同時,即使能夠國產化GPS,但是依然還得依賴美國GPS制式,因此,這也是無人機中一個必不可少的核心器件。
18、GPS
國內外GPS廠家很多,有多模的,有三選二(美國GPS、中國北斗、俄羅斯格洛納斯)甚至更多制式選擇的,但是都少不了核心GPS制式。
在高端高精度上有差分GPS。
結語:
可見,在無人機方面的核心CPU和核心器件方面,目前大部分都還是依賴國外廠商的進口,至于為什么不能自研,一方面中國的無人機大多專注在集成方面,另外一個重要的原因是市場還不夠大,全球消費類無人機一年的銷量僅僅一百萬臺左右,行業類無人機僅僅10-20萬余臺。這樣的市場容量還遠遠無法滿足芯片的自行研發、設計、流片、投產等所付出的動輒上億的代價。而國外大廠一般都有成熟的設計和研發能力,也有一些通用的或者近似的芯片架構,這方面所投入的成本攤薄開來就相對較少了。
因此,要想解決無人機核心芯片自研,還得加大市場開拓和創新力度,雖然無人機目前主要轉向行業發展,但是消費類始終是數量最大的市場,只有解決了消費類市場的痛點,讓人人隨手都能玩無人機,才可能拓展至十倍、百倍,畢竟全球手機市場有數十億,而無人機市場才百余萬,還是有非常大的想象空間。
而消費類市場的繁榮也必定會帶動行業類無人機市場更快的發展和興旺。來源:搜狐科技
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