引言
智能機械是人工智能與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，在智能制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是帶動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、重塑全球產(chǎn)業(yè)競爭格局的關(guān)鍵力量。智能機械核心芯片技術(shù)是支撐其完成復(fù)雜任務(wù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，也是全球主要國家和地區(qū)在人工智能領(lǐng)域戰(zhàn)略競爭的重要方面。
本文分析了我國智能機械發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，在借鑒發(fā)達地域和地區(qū)相關(guān)政策和科技發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，提出了我國智能機械核心芯片技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。建議通過構(gòu)建政策體系、開展技術(shù)攻關(guān)、強化應(yīng)用推廣、培育人才隊伍等措施，推動我國智能機械核心芯片技術(shù)的快速突破和應(yīng)用推廣，提升我國智能機械產(chǎn)業(yè)競爭力。
一、我國智能機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)
近十年來，我國機器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，行業(yè)規(guī)模不斷擴大，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，企業(yè)數(shù)量顯著增加，產(chǎn)品種類日益豐富。中國工業(yè)機器人產(chǎn)量在2017年突破萬臺的基礎(chǔ)上，2018年已超過2萬臺。2019年1—9月，中國工業(yè)機器人產(chǎn)量達41780臺（其中國產(chǎn)品牌占99%以上）；銷量達41231臺（其中國產(chǎn)品牌占99%以上）。我國智能機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展與美國、日本、德國等國家相比仍有較大差距，特別是在高端產(chǎn)品方面存在明顯短板，如核心零部件的性能和穩(wěn)定性、系統(tǒng)集成的能力、整體的性能等。
近年來我國智能機械產(chǎn)業(yè)雖取得了較大進步，但與發(fā)達地域相比仍存在較大差距，特別是在智能機械核心芯片方面存在較大差距。智能機械核心芯片技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一，其重要性日益凸顯，已成為全球主要國家和地區(qū)戰(zhàn)略競爭的新焦點。當(dāng)前我國智能機械核心芯片技術(shù)正面臨著新一輪的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革趨勢，需要從創(chuàng)新體系、產(chǎn)業(yè)布局、人才培養(yǎng)等方面給予充分關(guān)注。
（一）我國在智能機械領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一的頂層設(shè)計。由于我國機器人產(chǎn)業(yè)起步較晚，產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性，政策缺乏統(tǒng)一性和協(xié)同性，導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展不規(guī)范，無法形成合力。此外，目前我國還沒有一個全國性的機器人產(chǎn)業(yè)政策，各地方政府也難以在產(chǎn)業(yè)布局、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)研發(fā)等方面給予大力支持。
（二）智能機械核心芯片技術(shù)突破難度較大。隨著人工智能和制造業(yè)的深度融合，機器人技術(shù)由通用化向?qū)Ｓ眯赞D(zhuǎn)變，使其在完成復(fù)雜任務(wù)時，不僅需要滿足通用化的功能需求，而且對機器人專用芯片提出了更高的要求。尤其是在機器人應(yīng)用中，需要執(zhí)行更為復(fù)雜的操作，如實時識別、決策、動作控制、視覺定位等，對芯片的性能和能耗有更高的要求。
（三）機器人技術(shù)研究多側(cè)重于理論和方法層面，對于智能芯片核心技術(shù)研究較少。智能機械產(chǎn)業(yè)涵蓋領(lǐng)域廣、創(chuàng)新主體多，是一個系統(tǒng)性、復(fù)雜性很高的科技領(lǐng)域，涉及的關(guān)鍵技術(shù)較多，需要全鏈條的創(chuàng)新合作。目前，我國智能機械核心芯片技術(shù)的研究主要集中于理論和方法層面，缺乏對芯片設(shè)計及制造等環(huán)節(jié)的核心技術(shù)支持。當(dāng)前我國對智能機械關(guān)鍵共性技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究不足，未能及時將理論研究成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用創(chuàng)新成果。
二、主要發(fā)達地域和地區(qū)發(fā)展路徑與趨勢
目前，以美國、英國、日本和德國為代表的主要發(fā)達地域和地區(qū)正在加快推動智能機械核心芯片技術(shù)發(fā)展，相關(guān)政策和科技發(fā)展趨勢與我國具有一定相似性。
美國自上世紀(jì)90年代開始加大機器人產(chǎn)業(yè)布局，以提升制造業(yè)競爭力為目標(biāo)，提出了“先進制造伙伴計劃”，重點支持工業(yè)機器人等高端機器人的發(fā)展。截至2019年底，美國共有27個州發(fā)布了“先進制造伙伴計劃”，覆蓋從制造業(yè)到醫(yī)療器械、半導(dǎo)體設(shè)備等所有領(lǐng)域。
美國政府將人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，積極推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動制造業(yè)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。如：2018年3月通過了《美國人工智能國家戰(zhàn)略》；2019年5月發(fā)布《人工智能研發(fā)行動計劃》等。同時，美國在基礎(chǔ)研究、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識產(chǎn)權(quán)保護等方面形成了相對完善的政策體系。
英國于1999年啟動了“機器人研發(fā)”計劃，明確提出要發(fā)展面向智能機械的信息技術(shù)。“機器人研發(fā)”計劃主要包括“機器人產(chǎn)業(yè)基金”、“機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”和“機器人產(chǎn)業(yè)協(xié)會”三個部分。其中，“機器人產(chǎn)業(yè)基金”支持智能機械技術(shù)發(fā)展、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)；“機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”則專注于為工業(yè)企業(yè)提供智能化、網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)集成和應(yīng)用解決方案；而“機器人產(chǎn)業(yè)協(xié)會”則為客戶提供自動化方案咨詢、設(shè)備定制開發(fā)等服務(wù)。此外，英國還出臺了《未來智能機器戰(zhàn)略》等多項政策來保障人工智能技術(shù)在智能機器領(lǐng)域的發(fā)展。
日本于1999年啟動了“先進技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（AMS）計劃”，將機器人視為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)重點，旨在通過國家戰(zhàn)略層面的引導(dǎo)和支持推動科技進步和創(chuàng)新。目前，日本已建立起由政府、研究機構(gòu)和企業(yè)三方合作的機器人研發(fā)體系。以國家自然科學(xué)基金為代表的政府科研資金投入穩(wěn)定增長，有力地推動了日本人工智能領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。
德國于1999年提出“聯(lián)邦制造業(yè)創(chuàng)新計劃”，提出要加快發(fā)展包括工業(yè)機器人在內(nèi)的先進制造技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)4.0戰(zhàn)略目標(biāo)。其主導(dǎo)制定了機器人的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)研發(fā)、專利申請、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面均發(fā)揮了主導(dǎo)作用。德國政府先后推出了《工業(yè)4.0》和《德國制造2025》，提出以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)為代表的未來制造業(yè)發(fā)展方向和關(guān)鍵戰(zhàn)略目標(biāo)，并以此來推進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。在政策推動下，德國企業(yè)積極開展新型智能制造實踐，在汽車、電子電器等行業(yè)廣泛采用機器人替代人工，提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。如：西門子工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部門使用機器人的比例達40%。
三、智能機械核心芯片技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
盡管我國智能機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了顯著進展，但與發(fā)達地域相比仍存在差距。目前我國智能機械市場規(guī)模約占全球的20%左右，但主要以低端產(chǎn)品為主，中高端產(chǎn)品占比不足5%。
在技術(shù)水平上，我國智能機械主要采用通用處理器完成各種任務(wù)，且大多為國外產(chǎn)品的“代工品”。以工業(yè)機器人為例，雖然國內(nèi)已有超過30家機器人企業(yè)推出了15款以上的工業(yè)機器人產(chǎn)品（圖2），但產(chǎn)品種類較為單一，且可靠性、穩(wěn)定性不足。同時，我國企業(yè)在部分核心部件上仍處于“跟跑”狀態(tài)，與國外企業(yè)相比還有較大差距。如在激光雷達領(lǐng)域，國外企業(yè)基本掌握了核心技術(shù)和制造工藝。
2018年6月30日前購買的國產(chǎn)激光雷達產(chǎn)品只能達到進口水平的40%~50%。智能機械核心芯片技術(shù)作為人工智能和機器人融合的基礎(chǔ)技術(shù)之一，將在未來發(fā)揮越來越重要的作用。與美國、歐洲等發(fā)達地域相比，我國在智能機械核心芯片技術(shù)的發(fā)展還面臨以下挑戰(zhàn)：
（1）核心芯片產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。盡管國內(nèi)有多家企業(yè)生產(chǎn)機器人專用處理器，但多為“代加工”產(chǎn)品，多為智能機械的“大腦”，在智能控制系統(tǒng)、決策控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部分還缺乏核心技術(shù)積累，難以滿足智能機械全周期應(yīng)用需求。
（2）關(guān)鍵零部件技術(shù)能力不足。主要表現(xiàn)在高性能嵌入式芯片設(shè)計和制造方面能力不足；機器人用集成電路芯片和工藝方面存在技術(shù)瓶頸；電機驅(qū)動與控制等專用芯片設(shè)計方面人才匱乏；導(dǎo)航、定位、視覺、雷達等傳感器技術(shù)發(fā)展相對落后，關(guān)鍵部件與核心部件依賴進口。
（3）國際合作不足。智能機械領(lǐng)域是我國自主創(chuàng)新的重點領(lǐng)域，但由于行業(yè)壁壘，國際合作受限。如在嵌入式芯片方面，由于嵌入式芯片需要集成多個模塊，目前主要由國外企業(yè)壟斷；在傳感器方面，主要以中低端傳感器為主，高端傳感器仍依賴進口。
（4）支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才隊伍缺乏。我國智能機械領(lǐng)域相關(guān)人才存量不高，在機器人關(guān)鍵零部件研發(fā)、工藝制造、系統(tǒng)集成方面的人才不足。同時，由于缺乏相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同機制及有效的人才培養(yǎng)機制，我國智能機械領(lǐng)域的相關(guān)人才培養(yǎng)體系仍處于起步階段，高水平專業(yè)人才短缺成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。
四、主要國家和地區(qū)發(fā)展策略對比分析
近年來，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的推動下，世界各國紛紛把人工智能、機器人等前沿技術(shù)作為引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，形成了一批人工智能和機器人相關(guān)領(lǐng)域的國家或地區(qū)戰(zhàn)略規(guī)劃。歐盟在《歐盟人工智能戰(zhàn)略》中將智能機械技術(shù)列為重點發(fā)展領(lǐng)域。
美國發(fā)布《國家人工智能研究與發(fā)展計劃》，將機器人和人工智能視為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分；日本發(fā)布《日本科學(xué)與工程未來藍圖——機器人、航空、醫(yī)療》，提出打造全球領(lǐng)先的機器人技術(shù)和應(yīng)用研發(fā)基地；韓國發(fā)布《人工智能特別戰(zhàn)略》，將其定位為國家科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)。
在各國和地區(qū)紛紛布局智能機械核心芯片技術(shù)的背景下，我國應(yīng)主動對標(biāo)國際先進水平，根據(jù)我國在人工智能領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，緊抓世界經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和新一輪科技革命帶來的機遇，盡快明確戰(zhàn)略定位，重點突破智能機械核心芯片技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、應(yīng)用領(lǐng)域拓展和標(biāo)準(zhǔn)制定等關(guān)鍵問題。基于此，本文主要對美國、歐盟、日本等主要發(fā)達地域和地區(qū)智能機械核心芯片技術(shù)發(fā)展策略進行了對比分析。
從全球智能機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢看，智能機械核心芯片技術(shù)是提升智能機械自主工作能力和智能程度的關(guān)鍵所在，是我國在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”、掌握“標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)”的重要基礎(chǔ)，也是我國在國際科技競爭中贏得主動的關(guān)鍵所在。本文擬從智能機械核心芯片技術(shù)的戰(zhàn)略定位、技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用推廣以及人才隊伍建設(shè)等方面，提出我國智能機械核心芯片技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，以期推動我國自主可控、安全高效、穩(wěn)定可靠的智能機械產(chǎn)業(yè)體系的形成，進一步提升我國在全球智能機械產(chǎn)業(yè)分工中的地位和影響，引領(lǐng)未來全球產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整和新一輪科技革命。
總結(jié)
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能機械作為一種新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)正逐步融入我們的生產(chǎn)生活，智能機械芯片作為核心基礎(chǔ)技術(shù)是實現(xiàn)其“強芯”目標(biāo)的關(guān)鍵所在。雖然我國在智能機械領(lǐng)域已具備一定的基礎(chǔ)，但我國在智能機械芯片技術(shù)方面與國際先進水平相比仍存在較大差距。
面對國內(nèi)外環(huán)境的變化和發(fā)展需求，必須以高度重視我國智能機械核心芯片技術(shù)發(fā)展為契機，以國家重大需求為導(dǎo)向，以基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵共性技術(shù)為突破口，著力攻克一批制約我國智能機械發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，盡快突破一批“卡脖子”技術(shù)，著力推動形成多層次、體系化的智能機械芯片核心技術(shù)研發(fā)體系，支撐智能機械產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。同時，要加強標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和應(yīng)用推廣工作，構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等多層次標(biāo)準(zhǔn)體系，引導(dǎo)企業(yè)加強自主創(chuàng)新，推動我國智能機械產(chǎn)業(yè)整體水平的提升。
