智能电表市场成本竞争加剧SoC方案有望获突破

去年，国家电网公司(以下简称国网公司)关于坚强智能电网的发展规划确定之后，电网智能化的升级工作已经在有条不紊地进行之中。据悉，国网公司智能电网相关部门正在积极推进相关标准建设，有望在2010年底全部完成。与此同时，国网公司对智能电表的招标工作正在分阶段实施，智能电站的升级改造预计在今年也将有实质性进展。而局部智能电网的示范点工程已经在上海、北京等省市推广，尤其是服务上海世博会的智能电网工程受到了各界的关注。　　电表成本是企业面临主要挑战　　·电表成为智能电网发展的排头兵。　　·众多厂商参与竞争使成本竞争不断加剧。　　智能电网涵盖的技术和涉及的产业非常广泛，它从概念走向实践带动了很多产业的发展，智能电表就是其中最早受益的市场之一。由于与用电消费直接相关，也是用户和电网公司之间的一个纽带，智能电表成为智能电网发展的排头兵，“智能电表相关行业未来将面临一个每年超过50亿元规模的市场。”许继集团智能电网研究中心主任周逢权表示。　　智能电表不同于传统电表之处在于它是双向实时通信，具有互动的特征，能够提供实时数据，为实施阶梯电价提供了可能。因此，智能电表在设计中强调了更强的信息处理、交互、计量和通信能力，在国家电网公司公布的智能电网标准中，对这些指标也都作出了详细的规定。　　新的标准增加了产品设计的难度，给电表企业带来了技术和成本上的挑战。“目前的电表标准使得生产成本、材料成本都大幅度提升，同时使交货周期变长。”电表领域的专家罗冬生告诉记者。与此同时，为快速参与国家电网的智能电表招标，电表企业提供的智能电表产品很多是由原有电表方案改良而成的，虽然在性能上满足了标准要求，但成本较高。　　而智能电表招标的数量有限，参与竞标的企业数量却众多，为获得市场份额，厂商在竞标中不得不打价格战，中标的产品价格处于低位，企业的利润空间很小。除了在技术壁垒较高的三相智能电表领域中标企业较为集中以外，二项、单项电表的中标企业数量都为数较多，市场份额较为分散，企业要想通过规模效应取得更多的利润很困难。而从设计方案上看，改良的技术方案也有待进一步发展，形成更为成熟的架构。　　因此，针对研发更为成熟的方案和降低成本的迫切要求，智能电表领域似乎正在酝酿着一场变革，SoC电表方案就是这次变革的中心话题之一。从很多应用领域的发展来看，SoC是必然趋势，它作为高度集成的方案，被认为不但可以简化设计，而且大大降低产品的成本，理论上说，电表设计同样可以采用SoC方案。　　SoC方案未来两年将取得市场突破　　·SoC 提出多年，但因种种原因未被实践。　　·成本压力使集成的SoC方案再次被关注。　　智能电表SoC的设计思路其实并非现在才提出，这种提法在业界已经存在很多年，但由于种种原因，并未在
中国市场得到真正的实践。“在中国，电表SoC方案的提出已经有很多年了，但在本地市场的发展却是步履维艰。在10年前全电子表刚刚兴起的时候，由于各地方电力局出于诸多考虑而对某些关键功能芯片(例如计量芯片或时钟芯片)作出了硬性选型要求，而打消了各厂家针对国内市场进行SoC方案设计研发的想法。”飞思卡尔半导体微控制器部资深产品经理张明峰告诉记者。　　上海贝岭股份有限公司电能计量部副总经理费宇航分析说，电力部门之所以还没有接受SoC方案，主要是对该方案的可靠性尚心存疑虑，因为对于电表而言，计量功能的可靠性是第一位的，单独的计量芯片经过20多年的发展，其主要生产企业在产品设计、生产制造、质量控制及服务等各方面已十分成熟，而SoC为近几年出现的方案，其产品的长期可靠性尚待验证，因此电力部门前期保持了谨慎态度。“集成越多的内容，可靠性的考核标准就越复杂。”锐能微总经理陈强告诉记者。罗冬生举例说，表计对计量要求高，μV信号要计量准确，SoC在处理数电与模电相互干扰方面难度较大，这是目前没有被采用的原因之一。　　张明峰认为，尽管谨慎的做法对前期电表产品的可靠性和稳定性起到一定的作用，但却压制了技术方案的多样性发展，以至于近10年来中国本地市场的全电子电表设计除了功能在不断增强外，在技术方案上却没有太大的创新。　　而在当前降低成本成为智能电表行业要面对的最大挑战的形势之下，要获得竞争优势和更多的利润空间，业界不得不再次关注SoC方案。更加重要的是，此次国网公司的智能电表标准似乎也对SoC未做排斥。张明峰告诉记者，从国网电表产品标准的制定角度看，新标准完全摒弃了以前那些不合理的芯片选型规定，转而强调明确功能要求和设定统一的技术规范。他认为，只要SoC方案完全符合标准中所规定的功能和技术要求，就可以被采用。因此飞思卡尔积极投入电表SoC的研发，最近就推出了两款新的SoC芯片。而据悉，除了MCU厂商之外，一些计量芯片厂商也在开发SoC方案，这两种企业形成了SoC领域中的两个阵营。　　针对SoC方案的可靠性疑虑，张明峰表示，SoC方案中电量计量的软件算法是保证精准度的关键。为此，飞思卡尔基于其微处理器架构，专门开发了针对电表计量的各种软件算法，并通过实物样表和客户侧进行完整的验证。目前基于其软硬件算法能保证达到三相有功计量0.5级、无功2级的计量精度。　　采用SoC方案的电表产品在很多国外市场并不受限制，因此发展相对较快，国内相当一部分电表企业的产品出口海外，SoC方案受到了这些企业的欢迎。费宇航认为，随着SoC方案的逐渐成熟，以及在国外部分市场的批量使用带来的示范效应，在国内电表产品成本压力日趋增大的情况之下，SoC方案会在未来2～3年内取得实质性的突破。　　局部器件也走向集成　　·存储和无线抄表方案也走向集成。　　·产业健康发展需“游戏规则”的正确引导。　　除了整体方案走向高集成化外，局部的器件集成也成为趋势，比如在无线抄表和存储方面。存储器厂商美光推出了PCM(相变存储器)。美光亚洲区嵌入式业务总经理徐宏来告诉记者，“通过对目前电表中的存储器的整合，由一颗PCM芯片就可以完成所有的存储功能，比传统存储方案中芯片成本可降低30%～50%；同时相关的隐性成本也得到改善，比如PCB上SPI接口数量将减少，断电保护电容或电池可以选择较小容值的产品等等。”据他介绍，PCM由于采用先进的90纳米工艺，具备高擦写次数、位改写以及快速接口功能，可以对目前的存储架构起到统一整合的作用。另外PCM较大的容量也为未来存储更多的数据提供了保障。　　SiliconLabs 则针对智能电表集抄市场推出了集成RF的MCU。“SiliconLabs的Si10xx无线MCU系列，集成了超低功耗MCU及高穿透力的RF芯片，发射功率高达+20dBm，该器件还集成了功率放大器(PA)和低噪声放大器，支持大于140dB的RF链路负载，不需要外部主动元器件。这些性能为无线应用带来了更长的传输距离，更高的带宽和更低的整体功耗，非常适合集中抄表的应用。”益登科技产品经理陈波告诉记者。　　当然，不管是采用 SoC方案，还是采用其他集成度更高的芯片，都只能在一定程度上降低产品的成本，并不能根本解决行业的价格战问题。要维持行业的健康有序发展，就需要规则的制定者来做很多工作。费宇航提出，招标方应从招投标规则入手，通过这些规则鼓励企业在产品技术创新方面作长期的投入和积累，防止生产企业只打价格一张牌，造成竞相低价投标的局面。