具身智能市場，從未有 2025年般熱鬧。

作為具身智能最為重要的物理形態(tài)，人形機(jī)器人先是開年的北美CES和中國的央視春晚上展現(xiàn)風(fēng)采。隨后，人形機(jī)器人逐漸具備群體智能，能夠協(xié)同處理家務(wù)勞動，甚至應(yīng)用于工廠作業(yè)。

國內(nèi)企業(yè)優(yōu)必選將群體智能技術(shù)引入人形機(jī)器人中，來源：優(yōu)必選

人形機(jī)器人并不是一個(gè)新事物。早在上世紀(jì)70年代便開始技術(shù)探索，早稻田大學(xué)陸續(xù)推出雙足步行機(jī)器人WAP-1和 WABOT-1。但此后的50年間，人形機(jī)器人一直未能解決“智能”的痛點(diǎn)，只能通過編程實(shí)現(xiàn)特定的動作，但在應(yīng)對場景泛化時(shí)顯得束手無策。50年后得益于AI技術(shù)的發(fā)展，以人形機(jī)器人為代表的智能體能夠快速適應(yīng)不同的場景，并具備自學(xué)習(xí)能力，成為真正的具身智能。

繼Figure發(fā)布Helix模型后，國內(nèi)企業(yè)智元機(jī)器人發(fā)布GO-1模型，加強(qiáng)場景泛化能力。來源：智元機(jī)器人

對于具身智能的未來，摩根士丹利更是直言，到2050年僅國內(nèi)具身智能市場規(guī)模將達(dá)到萬億。作為對比，汽車產(chǎn)業(yè)作為第一大支柱產(chǎn)業(yè)，2023年國內(nèi)年總產(chǎn)值也僅僅超過10萬億人民幣，具身智能未來的市場空間不亞于再造一個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)。這也是為什么具身智能的產(chǎn)業(yè)鏈中過半的企業(yè)來自于汽車產(chǎn)業(yè)。

當(dāng)然，除了市場規(guī)模的驅(qū)動外，更多的驅(qū)動因素其實(shí)來自于技術(shù)和產(chǎn)業(yè)協(xié)同層面。具身智能技術(shù)與汽車同源，具身智能迫切需要借助成熟的汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)快速的技術(shù)迭代和規(guī)模化降本，可謂“雙向奔赴”。

這其中國產(chǎn)供應(yīng)鏈的加入起到了重要的推動作用，尤其在執(zhí)行器領(lǐng)域，如人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)模組和靈巧手。這主要得益于國內(nèi)新能源汽車行業(yè)在全球獨(dú)樹一幟的發(fā)展速度，培育了完整且規(guī)模龐大的電機(jī)及電機(jī)控制、傳動產(chǎn)業(yè)鏈資源。

根據(jù)摩根士丹利統(tǒng)計(jì)，中國在“身體”部分的企業(yè)占比最高。來源：摩根士丹利，《Humanoid 100》

作為中國新能源汽車發(fā)展最重要的一環(huán)，國產(chǎn)芯片也在助力具身智能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。得益于在汽車行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過大規(guī)模量產(chǎn)的考驗(yàn)，國產(chǎn)芯片在具身領(lǐng)域不再需要彌補(bǔ)后發(fā)的劣勢，與外資芯片站在了同一起跑線上。

在具身智能中，芯片約占總成本的5%-10%。如果以整體萬億規(guī)模的市場空間測算的話，芯片的成本約為千億規(guī)模。其中，在多自由度帶動下，電機(jī)相關(guān)的驅(qū)動芯片、傳感器芯片占比最高。

具體與汽車對比來看，具身智能芯片與汽車芯片總體上有40%左右重合度。這其中電源管理和通信芯片復(fù)用率高，電機(jī)控制中的除電機(jī)驅(qū)動芯片外，電壓電流位置等檢測芯片基本跟汽車應(yīng)用的一致，電機(jī)驅(qū)動芯片不同主要是因?yàn)榇蟛糠謾C(jī)器人應(yīng)用的供電電壓會比當(dāng)前汽車應(yīng)用的12V電壓高，而且很多應(yīng)用對精度和采樣速度要求也可能更高。

得益于中國新能源汽車對國產(chǎn)芯片的培育以及在具身智能領(lǐng)域，國內(nèi)供應(yīng)鏈積極響應(yīng)，具身智能為國產(chǎn)車規(guī)芯片企業(yè)帶來巨大機(jī)會。納芯微便是其中之一。

在新能源汽車發(fā)展過程中，依托優(yōu)秀的產(chǎn)品技術(shù)品質(zhì)和快速的響應(yīng)速度，納芯微已經(jīng)成長為國內(nèi)頭部車載芯片供應(yīng)商企業(yè)。截止2024年，納芯微汽車芯片累計(jì)出貨量達(dá)6.68億顆，2024年汽車業(yè)務(wù)營收占比36.88%。并于去年完成對磁傳感器公司麥歌恩的收購，進(jìn)一步豐富了其芯片布局。

目前納芯微芯片產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋MCU、隔離、通用接口、供電電源、壓力傳感器、溫濕度傳感器、高速接口、ASSP、馬達(dá)驅(qū)動、功率路徑保護(hù)、Serdes等，可覆蓋大多數(shù)人形機(jī)器人需求。

納芯微2024年前三季度各產(chǎn)品出貨量增幅，來源：納芯微

為全方位展示具身智能領(lǐng)域芯片的應(yīng)用以及芯片企業(yè)的機(jī)會，本文便以納芯微產(chǎn)品應(yīng)用為例闡述人形機(jī)器人和汽車芯片的關(guān)鍵差異點(diǎn)。

01.

40%的可直接復(fù)用芯片有哪些？

按照分類，具身智能共由傳感器、關(guān)節(jié)模組、控制器、電源和結(jié)構(gòu)件五大部分組成。

關(guān)節(jié)模組是具身智能中與汽車差異最大的部件，同時(shí)也是最重要且成本占比最高的部件。目前關(guān)節(jié)模組的技術(shù)形式雖未完全統(tǒng)一，但電機(jī)驅(qū)動的方案占據(jù)多數(shù)。

特斯拉關(guān)節(jié)模組方案，來源：廣發(fā)證券、特斯拉

根據(jù)自由度的不同，一臺完整功能人形機(jī)器人其關(guān)節(jié)模組占比在40%-60%之間。以特斯拉Optimus為例，全身共有42個(gè)關(guān)節(jié)，其中旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)16個(gè)，直線關(guān)節(jié)14個(gè)，靈巧手（空心杯）關(guān)節(jié)12個(gè)。

特斯拉Optimus關(guān)節(jié)模組類型及位置，制表：NE時(shí)代

與新能源汽車中所用的電機(jī)不同，人形機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)多采用無框力矩電機(jī)（關(guān)節(jié)）和空心杯電機(jī)（靈巧手），部分也采用步進(jìn)電機(jī)（如眼球轉(zhuǎn)動或低成本方案）。

無框力矩電機(jī)和空心杯電機(jī)的優(yōu)勢都是小型化。無框力矩電機(jī)僅需要保留轉(zhuǎn)子和定子，無需傳統(tǒng)電機(jī)的外殼、軸承、端蓋等非核心部件，中空的方案也可以允許線束直接穿過?？招谋姍C(jī)則是轉(zhuǎn)子中沒有鐵芯。

兩者在技術(shù)類型為BLDC或者BDC，而汽車芯片通常設(shè)計(jì)用于驅(qū)動和控制這類電機(jī)。因此在柵極驅(qū)動、傳感器、通訊方面可以直接復(fù)用汽車芯片。

具體來看，控制部分由MCU主導(dǎo)，通過PWM信號控制驅(qū)動芯片實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，然后配合多種傳感器，如霍爾電流傳感器、角度傳感器、位置傳感器進(jìn)行位置反饋，實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的精確控制。

電機(jī)控制框圖，來源：納芯微

具體在產(chǎn)品選擇上，在柵極驅(qū)動部分，納芯微NSD262x等柵極驅(qū)動器可直接應(yīng)用在人形機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動中。

在傳感器及信號鏈芯片中，納芯微NSM201x, NSM211x, NSM203x，MT951x, NSM2311為霍爾電流傳感器，NSI1400, NSI1300, NSI1200C, NSI1312, NSI1311為隔離放大器，NSCSA240、NSCSA21x為高精度電流檢測放大器，以上三種電流檢測方案配合NSOPA8xxx系列運(yùn)放實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)模組的電流檢測。NST1001、NST1002、NSHT3x等為溫濕度傳感器，用來進(jìn)行溫度和濕度檢測。NSM301x，MT65xx，MT6835，MT6826s為磁性角度傳感器，MT910x為線性位置傳感器，MT83xx，MT89xx為開關(guān)位置傳感器，用于獲取角度和位置信息。NSA/C9260x、NSA/C2860x為壓力傳感器用于檢測壓力。

以上傳感器及信號鏈芯片可以針對人形機(jī)器人內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所輸出和輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的采集，完成控制閉環(huán)。以提升人形機(jī)器人穩(wěn)定性，支持完成各類高難度動作。

并且以上芯片目前均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可直接選型應(yīng)用，無需進(jìn)行單獨(dú)開發(fā)，滿足快周期要求，并且降低開發(fā)成本。

另外一個(gè)快速復(fù)用的芯片領(lǐng)域是通訊。

和汽車類似，人形機(jī)器人同樣分為中央控制單元和關(guān)節(jié)控制單元，即“大腦”和“小腦”?！按竽X”主要負(fù)責(zé)自主學(xué)習(xí)、規(guī)劃和決策，“小腦”則主要負(fù)責(zé)運(yùn)動控制。彼此之間協(xié)同控制就需要用到通訊技術(shù)。此外，在“小腦”和分布式傳感器的通信中也需要用到通訊技術(shù)。

當(dāng)前具身智能通訊技術(shù)同樣呈現(xiàn)多樣化，大小腦之間的通訊以CAN、以太網(wǎng)為主，分布式傳感器之間的通訊多為RS-485或者RS-422，SerDes則主要用于攝像頭和主控之間的高速通信。

在納芯微產(chǎn)品系列中，NSI83086、NSI83085、NCA3176、NSIP83086均可用作RS-485通訊。NCA1051A, NCA1042B, NSIP1042, NSI1050, NSI1042用作CAN通信連接。NSI82xx系列則用于隔離、保障通信的穩(wěn)定性和抗干擾性。加串器芯片NLS9116和解串器芯片NLS9246可用于攝像頭和控制器中高速數(shù)據(jù)傳輸。此外，為了進(jìn)一步保障系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，以及為其他元件提供基準(zhǔn)支持，還需要用到電壓監(jiān)控元件。納芯微NSR7808可以進(jìn)行電壓監(jiān)控與系統(tǒng)保護(hù)，NSREF30/31xx系列則可以為電壓基準(zhǔn)源提供參考電壓。

納芯微首款SerDes芯片組布局，加串器芯片NLS9116和解串器芯片NLS9246。來源：納芯微

02.

電源類芯片與汽車同步發(fā)展

在電源系統(tǒng)中，人形機(jī)器人與新能源汽車最大的差異在于電壓平臺。雖然兩者均采用鋰離子電池，但電壓平臺卻明顯不同。目前汽車主流的電壓平臺為高壓（超300V）以及低壓12V。人形機(jī)器人雖然電壓平臺尚未統(tǒng)一，但基本在48V電壓平臺范圍內(nèi)。如特斯拉Optimus為52V，宇樹科技H1為67.2V。當(dāng)然，48V電壓平臺對汽車并不陌生。此前，在底盤和動力系統(tǒng)中，已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用48V電壓平臺用于驅(qū)動，但其控制系統(tǒng)依然為12V電壓平臺。

特斯拉Optimus電池電壓為52V，電量為2.3kWh，類型為圓柱電池

近年來，隨著特斯拉的帶動，整車低壓平臺控制器全面由12V向48V升級趨勢。從這個(gè)方向來看，具身智能和汽車在全面48V升級趨勢下，進(jìn)展幾乎同步。

相對而言，在48V電壓平臺下，包括驅(qū)動芯片MOSFET在內(nèi)，汽車產(chǎn)業(yè)已形成完善的生態(tài)鏈。當(dāng)前唯一較為薄弱的領(lǐng)域是電源芯片，主要受48V電壓平臺應(yīng)用進(jìn)展的影響。在48V平臺下，由于壓差大，LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）損耗較大，因此更常首先使用Buck（降壓轉(zhuǎn)換器）將48V電壓平臺降至12V平臺之后，為相應(yīng)的控制器和傳感器等用電單元提供配電。

03.

集成化、高精度要求造成60%的芯片差異

和使用無框電機(jī)和空心杯電機(jī)的驅(qū)動因素一樣，在人形機(jī)器人中，受限于關(guān)節(jié)電機(jī)的空間限制，一般傾向于選擇集成度更高的電機(jī)驅(qū)動SoC來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。如集成高壓LDO、通信接口（一般是CAN或者485通信接口）、MCU、預(yù)驅(qū)電路，如納芯微的NSUC1602芯片。

NSUC1602芯片內(nèi)核為ARM Cortex-M3，內(nèi)部集成3相BLDC預(yù)驅(qū)動器，能夠支持包括FOC矢量控制或無感六步換相控制的復(fù)雜電機(jī)算法，可支持最高1.5kW的電機(jī)驅(qū)動。適用于汽車?yán)鋮s風(fēng)扇、電子水泵等領(lǐng)域。在人形機(jī)器人中，NSUC1602芯片可直接應(yīng)用在12V電壓平臺下，關(guān)節(jié)模組中低壓線性/旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的無邊框電機(jī)驅(qū)動。

而對于空心杯電機(jī)驅(qū)動控制而言，通常尺寸要求在φ8mm-φ13mm之間，空間要求更小，如果采用分立方案，在有限的PCB上很難擺放所有芯片，因此更傾向于采用全集成的芯片方案。即除集成預(yù)驅(qū)外，還集成MOSFET驅(qū)動電路，如納芯微的NSUC1610芯片。該芯片內(nèi)核同樣為ARM Cortex-M3，目前已經(jīng)在各類車用小電機(jī)執(zhí)行器，如各種閥類，空調(diào)出風(fēng)口以及座椅通風(fēng)功能上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)使用。

此外，人形機(jī)器人對集成化的要求遠(yuǎn)不止于此。除上述兩種芯片的集成方案外，還希望將磁編碼器實(shí)現(xiàn)集成，從而進(jìn)一步提升單芯片集成度。

目前納芯微已經(jīng)推出相應(yīng)的解決方案。如通過組合NSUC1610+更小封裝的磁性編碼器MT6701/MT6826S達(dá)到極簡的解決方案，用于空心杯電機(jī)驅(qū)動。組合NSUC1602+磁性編碼器可用于無框電機(jī)驅(qū)動。

此外，相比于汽車而言，人形機(jī)器人的工作環(huán)境更加多樣且復(fù)雜，因此對于編碼器而言，除了精度之外還需同步考慮其對惡劣工況的適應(yīng)性。其中，惡劣環(huán)境更適合磁性編碼器。而在室內(nèi)環(huán)境中，更傾向采用精度更高的光編碼器。據(jù)悉，納芯微最新磁性編碼器產(chǎn)品MT6901已經(jīng)開始送樣，在提升精度的同時(shí)，滿足對具有挑戰(zhàn)性環(huán)境的要求。

04.

產(chǎn)業(yè)鏈中，人形機(jī)器人領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢明顯

除了在技術(shù)產(chǎn)品方面，人形機(jī)器人在供應(yīng)模式與汽車行業(yè)也有著較大不同。

當(dāng)前人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于早期，呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢。產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)分工明確，整機(jī)企業(yè)更加注重算法的開發(fā)，總成配套企業(yè)則主要提供類似關(guān)節(jié)模組之類的總成部件。目前芯片選型更多由總成配套企業(yè)決定，整機(jī)企業(yè)尚未出現(xiàn)直接指定芯片。

在產(chǎn)品迭代周期中，人形機(jī)器人迭代速度更快。這就要求芯片企業(yè)能夠快速響應(yīng)市場變化，加速產(chǎn)品升級速度。

但同時(shí)，人形機(jī)器人又會面臨很強(qiáng)的降本訴求?？梢灶A(yù)見，在未來短時(shí)間內(nèi)，硬件的方案將很快得到固化，更多的研發(fā)資源將被投入到大模型算法領(lǐng)域，以提升人形機(jī)器人對場景的快速適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化。

這也就意味著，對于芯片企業(yè)而言，需要在短時(shí)間內(nèi)依托自身技術(shù)能力快速進(jìn)入人形機(jī)器人行業(yè)，并在硬件方案不斷成熟的過程中與客戶共同開發(fā)，進(jìn)行產(chǎn)品升級。同時(shí)，還需要不斷擴(kuò)大產(chǎn)品線和出貨量，滿足多樣化需求的同時(shí)降低成本。

很顯然，在客戶支持力度和產(chǎn)品快速迭代方面，國產(chǎn)芯片企業(yè)已經(jīng)在新能源汽車領(lǐng)域證明其可以很好的滿足客戶訴求。事實(shí)上，以納芯微為代表的國產(chǎn)芯片企業(yè)已經(jīng)在具身智能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)搶跑。

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