2023年中央經濟工作會議指出,要“打造生物制造、商業(yè)航天、低空經濟等若干戰(zhàn)略性新興產業(yè)”;政府工作報告包括了“低空經濟”相關內容;2024年1月1日起正式施行《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》;工信部等七部門聯(lián)合出臺了《關于推動未來產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》指出:加快電動垂直起降航空()、智能高效航空物流裝備等研制及應用。低空產業(yè)正成為提升經濟高質量發(fā)展的新動能。低空經濟科技含量高、創(chuàng)新要素集中,具有產業(yè)鏈條長、應用場景復雜、使用主體多元、涉及部門和領域多等特點以及明顯的新質生產力特征,2030年低空經濟有望形成萬億級市場規(guī)模。
打造低空算力中心是建設產業(yè)的關鍵
在低空經濟數(shù)字網絡架構中,算力扮演著舉足輕重的角色。根據《數(shù)字低空發(fā)展建設研究報告》的詳細闡述,低空經濟數(shù)字網絡架構被系統(tǒng)地劃分為物理設施層、信息基礎設施、數(shù)字化空間層和應用層。在信息基礎設施這一核心組成部分中,算力網與通信網、感知網、導航網、氣象網等共同構成了一個復雜而精細的體系。算力作為低空經濟的重要基礎設施之一,在推動整個產業(yè)鏈的發(fā)展中發(fā)揮著關鍵作用。 目前,眾多企業(yè)正積極投身于低空經濟的算力布局,涵蓋算力芯片、算力基站等多個關鍵環(huán)節(jié)。以中興通訊為例,該公司在2022年推出了創(chuàng)新的基站內置算力引擎方案。這一方案通過在BBU中新增一塊板卡,成功將邊緣計算能力下沉至基站層面,實現(xiàn)了算力與現(xiàn)網的深度融合。這不僅構筑了高效的5G智簡專網,還精準滿足了應用本地化、部署輕量化以及性能精確化等專網部署的多樣化需求。
中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會秘書長陳國華表示:“以無人機和eVTOL為主要形態(tài)的低空經濟是高度自動化、智能化的體系,對芯片的需求極大,其中,通信芯片主要用于實現(xiàn)設備間的信息傳輸和數(shù)據處理,通信類的芯片包含無線收發(fā)器芯片組(射頻芯片)、5G芯片組、衛(wèi)星通訊芯片組、數(shù)據鏈路芯片組等,這些都是保障飛行必須的功能,幾乎涵蓋了低空飛行器運行的所有應用場景?!?nbsp; 此外,低空經濟的發(fā)展不僅推動了無人機芯片的需求,為了保障低空經濟的通信需求,預計將有大量5G-A基站得到部署,其數(shù)量級有望達到百萬級別,其中約70%的基站將由現(xiàn)有的5G基站進行改造升級,這也將顯著增加對基站芯片的需求。
5G-A為什么值得重視?
近年來,無論是在產業(yè)上,還是政策上,5G-A的重視程度都有所提升。比如,政府多次明確要前瞻布局5G-A、6G、光通信等關鍵核心技術研究、標準研制和產品研發(fā)。3月下旬,工信部發(fā)言人表示,5G應用在工業(yè)領域深入推廣,將適度超前建設5G、算力等基礎設施,推動工業(yè)互聯(lián)網規(guī)模化應用。同時要強化5G演進,支持5G-A發(fā)展,加大6G技術研發(fā)力度。
新聞聯(lián)播2月也發(fā)布視頻,對5.5G進行科普,其中明確提出,5.5G是新質生產力的重要組成部分。為什么政策強調5G-A,5G-A對我們個人上網體驗的提升其實不會很明顯,主要還是5G-A將延伸至更多的人工智能和低空經濟等應用領域,為之提供基礎通信底座。以智慧交通為例,由于5.5G具有“通感一體化技術”能力,過去的基站只有通信功能,沒有感知能力,5.5G將傳統(tǒng)移動通信、雷達、算力等多種技術進行融合,實現(xiàn)通信、感知和計算一體化,以實現(xiàn)對環(huán)境的全面感知和智能響應。
簡而言之,該技術可以讓道路擁有“感知力”,這種感知力,可以為路上行駛的車輛實時提供交通事故、行人闖入、非機動車等信息,有效減少擁堵和事故,提升整體交通效率??梢哉f,5.5G通感一體化技術是智慧交通的神經中樞和信息高速公路。
與此同時5.5G也擁有了新特質,包括支持3D視頻、XR Pro等交互式應用,從而帶來更加沉浸式的虛擬現(xiàn)實交互體驗。比如去年亞運會期間,就完成了5.5G沉浸式體驗技術應用,打造裸眼3D觀賽。那么以上是一些5.5G+交通、5.5G+消費電子的案例,那目前來看,對于低空經濟、AI等大熱產業(yè)而言,5.5G發(fā)揮的作用也非常大,可以說是基礎底座。
5G-A如何賦能低空經濟?
低空經濟對應到的具體應用產品主要是無人機、垂直電動飛行汽車等,那這不可避免的就要求低空飛行器智能化、感知水平能夠達到商業(yè)化應用水準,這就需要更高帶寬對更廣泛的飛行數(shù)據提供支持;同時需要利用通信基站或衛(wèi)星等設施來提高感知定位的精度。
剛才講到,5.5G和6G演進的核心特征之一就是通感一體化。傳統(tǒng)的通信基站可以提供高速率、高可靠的通信手段,感知能力尚不足,無法完全對低空經濟活動進行支撐,而5.5G基站通過頻率提升、天線和射頻通道數(shù)量增加等方式,提升通信性能的同時增強感知能力。據華為,5G-A通感一體可以對無人機進行目標識別,飛行軌跡、高度與,速度高達180km/h,反射面積0.01平米的目標物體也能被檢測到。
此外,當前
5G網路對下行資源的分配遠高于上(主流時隙比包括7:3或8:2或3:1),上行速率限制了 5G網絡賦能智慧工地網絡賦能智慧工地
/服務機器人服務機器人 /城市安防 /工業(yè)互聯(lián)等廣域大上行業(yè)務。根據 IMT-2020(5G)推進組 )推進組
,5G-A有望實現(xiàn)千兆上行速率,即在5G基礎版本約基礎版本約100Mbps上行速率基礎上,提升近10倍至1Gbp。上行千兆的通信能力有望突破當前5G網絡在大上超寬帶業(yè)務場景的落地瓶頸,拓展5G網絡應用可能性。
除此之外,基于通信感知信息的專網通信設備和指揮調度系統(tǒng),也將在低空基礎設施中發(fā)揮重要作用。
2024年以來,各地掀起加速發(fā)展低空經濟的熱潮,四川、江蘇、廣州紛紛加速出臺相關政策,開啟低空經濟卡位戰(zhàn)。其中,以無人機和eVTOL為主要形態(tài)的低空經濟對芯片的需求極大,而且所需芯片的種類眾多。在各地政策中,芯片產業(yè)作為低空經濟騰飛的關鍵一環(huán)被重點提及,各地政府給予芯片企業(yè)多項福利政策,各大芯片企業(yè)都積極涌入這一創(chuàng)新賽道。
就低空經濟產業(yè)中的民用無人機而言,需要涉及起碼11種芯片。例如,用于實現(xiàn)無人機與地面站或其它無人機之間無線通信的通信芯片;用于管理無人機的電力系統(tǒng),包括電池充電、電壓轉換等的電源管理芯片;用于處理飛行控制算法、圖像識別、路徑規(guī)劃等任務的處理器芯片;還有包括GPS/GNSS定位芯片、慣性測量單元(IMU)、氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等傳感器芯片可以用于監(jiān)測飛行器的狀態(tài)和環(huán)境條件,以及光譜傳感器、風速和風向傳感器、空氣質量傳感器等用于拓展不同應用場景的特定傳感器芯片。這些芯片支持著無人機最核心的飛行管理與控制系統(tǒng)(飛控系統(tǒng)),相當于無人機系統(tǒng)的“心臟”,對無人機的穩(wěn)定性、數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?、精確度、實時性等都有重要影響,對其飛行性能起著決定性作用。
低空經濟提出“芯”要求
無人機和eVTOL等低空經濟產品對于芯片的要求,并不像我們使用的手機和電腦,需要過于高端的芯片。北航無人系統(tǒng)研究院工程師楊炯表示,一架無人機中絕大多數(shù)都是低端芯片,需要的中高端芯片很少,但民用無人機追求高性能、小體積、低功耗,對芯片也提出了很多新要求。
eVToL電子電器架構
低空經濟中使用的芯片可能需要更加注重以下幾個方面:一是抗干擾性,空中環(huán)境可能比地面更為復雜,需要更強的信號處理能力和抗干擾設計。二是低功耗,無人機受限于電池容量,因此芯片需要更高效的能耗管理。三是體積與重量方面,由于空間和載重限制,這要求芯片在不犧牲性能的前提下,要盡可能小型化和輕量化。四是實時數(shù)據處理能力,無人機需要實時處理大量數(shù)據,包括傳感器數(shù)據、圖像數(shù)據和通信數(shù)據等,以確保無人機能夠快速響應各種情況。五是環(huán)境適應性,無人機芯片需要在各種環(huán)境條件下穩(wěn)定運行,需要能夠承受更廣泛的溫度范圍和更高的振動沖擊。
細分到芯片種類,隨著低空經濟的深入發(fā)展和應用場景的不斷豐富,需要通信芯片具有更高帶寬與更低時延,為支持實時高清視頻傳輸、海量傳感器數(shù)據回傳以及遠程實時控制,通信芯片需提供更高的數(shù)據傳輸速率和更低的通信時延,在保證性能的前提下,降低能耗,延長飛行器的續(xù)航時間,以保證飛行器的高效運作和精確控制。此外還需要具備更強的抗干擾能力,在低空飛行環(huán)境下,信號干擾問題更為突出,包括大氣條件變化、建筑物遮擋、電磁環(huán)境復雜等。因此,通信芯片需要具備優(yōu)異的抗干擾能力、穩(wěn)定性和高可靠性,確保在復雜惡劣環(huán)境下的可靠通信。 針對低空經濟的通信芯片還應具備多模式通信能力,為了適應不同的應用場景和需求,通信芯片需要支持多種通信標準和協(xié)議,包括但不限于5G/6G、Wi-Fi、藍牙、衛(wèi)星通信等,實現(xiàn)靈活的網絡接入和多網絡協(xié)同工作。
此外,無人機等低空飛行設備對能源效率的要求越來越高,電源管理芯片如何在保證性能的同時,通過低功耗設計來延長設備的續(xù)航時間就成了關鍵。相關專家說,電源管理芯片需要在轉換電能時盡可能減少能量損耗,使用高效率的轉換技術,如同步整流、軟開關技術等,可以顯著降低轉換過程中的功耗。還可以通過智能算法和傳感器監(jiān)測無人機的能源使用情況,根據無人機的工作狀態(tài),實時調整電源管理策略。例如,在飛行過程中,當負載需求較低時,可以關閉部分系統(tǒng),降低電壓以減少功耗;在需要高負載時,再提高電壓以滿足需求。
此外,電源管理芯片需要與電池管理系統(tǒng)緊密配合,優(yōu)化電池的充放電過程。通過精確控制電池的充放電,可以延長電池的使用壽命,提高整體能源效率。并且要設計有效的熱管理系統(tǒng),確保電源管理芯片在高效運行時不會過熱。使用熱管、散熱器等技術,將芯片產生的熱量有效導出,保持芯片在最佳工作溫度。
芯片設計面臨挑戰(zhàn)孕育新機遇。當下,很多芯片公司都已經開始涌入低空經濟這一“藍?!?,面對低空經濟提出的挑戰(zhàn),各大企業(yè)不斷攻堅克難,拿出了全新的產品填補市場空缺。盡管當前的低空經濟還處于發(fā)展的初期,芯片產業(yè)在性能、成本、安全、標準等方面,仍面臨很多的挑戰(zhàn),但隨著我國政策支持力度逐漸加大,以及各大企業(yè)的不斷努力,芯片的更新迭代將成為低空經濟騰飛的關鍵推動力之一。
隨著低空經濟被提升到國家戰(zhàn)略后,政策+產業(yè)正不斷推進“低空經濟+”應用場景的落地,旅游、物流、城市管理、交通等重要場景的應用現(xiàn)狀值得關注。到“十四五”末,我國低空經濟對國民經濟的綜合貢獻值將達到3至5萬億元。
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