IT 技術(shù)使城市更加“智能化”。城市智能化主要是 ：通過 IT 技術(shù)，使水、電、煤氣，還有寫字樓與工廠、住宅等建筑，以及交通機(jī)構(gòu)等互聯(lián)，提升能源使用效率，創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境。如今世界各地開展著許多智能城市的示范實驗。

這一實驗的主角是電力公司、IT 企業(yè)以及城市設(shè)計咨詢公司。但是，半導(dǎo)體廠商正在不斷變成最重要的參與者。智能城市建設(shè)中，半導(dǎo)體是不可或缺的關(guān)鍵之一。盡管市場有限，但是預(yù)計 2020 年，智能化領(lǐng)域的半導(dǎo)體市場規(guī)模相對于2010 年將擴(kuò)大 20 ～ 30 倍。

半導(dǎo)體廠商是“協(xié)調(diào)員”

智能電表是指在傳統(tǒng)的電表中加入通信功能，而智能電表就是由許多半導(dǎo)體器件組成的推進(jìn)城市智能化的代表性設(shè)備。目前世界各地都在紛紛安裝智能電表。

智能電表具備的通信功能可分為兩類。聯(lián)接電力公司等所需的通信功能（NAN ：鄰域網(wǎng)）、與家內(nèi)其他設(shè)備互聯(lián)所需的通信功能（HAN ：家域網(wǎng)）。也就是說，智能電表中除了要有測量用電量的半導(dǎo)體器件之外，還有對其進(jìn)行控制的半導(dǎo)體器件，相應(yīng)地分為 NAN 與 HAN 兩組通信半導(dǎo)體。不僅如此，還需要有許多安裝于半導(dǎo)體器件周邊的存儲器和功率半導(dǎo)體器件等。

進(jìn)而，與智能電表相互聯(lián)的家內(nèi)設(shè)備也需要具有通信功能。例如，測量溫度的恒溫器、智能家電產(chǎn)品、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、電動汽車、煤氣表、水表等，要互聯(lián)的家內(nèi)設(shè)備有很多種（圖 1）。這些設(shè)備在人類毫無覺察的情況下相互通信。

美國 Texas Instruments 公司微處理器事業(yè)部總經(jīng)理Markus Staeblein 稱 ：“盡管家中狀況各不相同，但是在任何環(huán)境中所有東西都要互聯(lián)，這就需要選擇擁有成功解決方案的半導(dǎo)體廠商?，F(xiàn)在更要求半導(dǎo)體廠商的綜合實力”。

其中的“綜合實力”不僅指技術(shù)實力。為了使各種設(shè)備良好地互聯(lián)，電力公司、電表廠商、家電廠商、汽車廠商都需要緊密配合。而由于半導(dǎo)體廠商處于各行業(yè)之間，因此擔(dān)任起了聯(lián)結(jié)各方需求的協(xié)調(diào)員的角色。

為何半導(dǎo)體廠商可以作為協(xié)調(diào)員呢？那是因為物與物開始互聯(lián)，半導(dǎo)體市場將快速擴(kuò)大。目前，電力領(lǐng)域的智能電表每年生產(chǎn) 5 000 萬部，未來每年超過１億部是毫無疑問的，半導(dǎo)體市場也將相應(yīng)達(dá)到 100 億元規(guī)模。如果智能水表、智能煤氣表等也隨之得到普及，不久就會形成兩、三倍規(guī)模的大市場。如果包括一些家用設(shè)備內(nèi)置的通信半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體器件相關(guān)的市場規(guī)模還會進(jìn)一步擴(kuò)大。

建筑與汽車都將聯(lián)入通信網(wǎng)進(jìn)行管理

不僅住宅，辦公室、工廠、商店也開始致力于智能化，利用 IT 技術(shù)提升能源使用效率。BEMS（建筑物能源管理系統(tǒng)）就是其中一個解決方案，在 BEMS 中，半導(dǎo)體業(yè)發(fā)揮著重要作用。

例如，辦公室內(nèi)有人時會自動打開照明，無人時會自動關(guān)閉，從而實現(xiàn)節(jié)能效果。為實現(xiàn)這一功能，需要在建筑內(nèi)設(shè)置半導(dǎo)體人感傳感器 ；為了控制空調(diào)，需要同樣在建筑內(nèi)設(shè)置半導(dǎo)體溫度傳感器與濕度傳感器 ；為了對照明進(jìn)行具體控制，還需要設(shè)置許多光亮度傳感器等。

其中一個具體的例子就是日本清水建設(shè)公司的建筑控制系統(tǒng)“清水智能 BEMS”。這是該公司基于“必要的人、必要的物、在必要之時、必要之處、僅提供必要功能”的理念來設(shè)計的。“清水智能 BEMS”內(nèi)配制了許多傳感器，通過建筑內(nèi)每個人攜帶無線個人識別電子標(biāo)簽，可以以每個人為單位控制空調(diào)與照明的使用（圖 2）。由于每個人對溫度與濕度、光亮度的舒適感程度的認(rèn)同不一樣，所以通過這一控制，能夠針對不同的需求，既改善個人的舒適度，又提升能源使用效率。

這里所用的傳感器以及個人識別電子標(biāo)簽也都是半導(dǎo)體，還有搜集傳感器信息通過程序進(jìn)行處理的單片機(jī)以及采集建筑內(nèi)信息所需的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也都由半導(dǎo)體器件組成。而未來很可能會在鋼筋與混凝土搭建的建筑內(nèi)到處嵌入大量的傳感器與單片機(jī)。

此外，如果根據(jù)室內(nèi)有幾個人、有沒有老年人或兒童而改變空調(diào)溫度設(shè)置，那么不僅需要人感傳感器，還需要人臉識別以及圖像處理功能，那就需要在攝像頭中配備相應(yīng)的半導(dǎo)體器件。

不僅是建筑物，汽車也將成為智能城市的一部分。例如電動汽車。電動汽車普及之后，許多人將集中于特定時間段進(jìn)行充電，這將對輸電網(wǎng)構(gòu)成極大影響，所以，基于半導(dǎo)體的電動汽車充電控制非常必要。

目前正處于通過實驗探索電動汽車普及后的影響及其控制方法的階段。尤其是有許多將電動汽車作為蓄電池使用的研究，也就是所謂的 V2G（Vehicle to Grid，雙向輸電）。電力不足時，用電動汽車的蓄電池放電，電流流至輸電系統(tǒng)一側(cè)，替代發(fā)電機(jī)。為了實現(xiàn)這一高級控制，就必須首先收集電動汽車與蓄電池等詳細(xì)信息。

電動汽車不同于自己家里智能電表進(jìn)行的通信，它需要在行駛過程保持長期的通信狀態(tài)。這樣一來，通過對某一區(qū)域內(nèi)有多少輛電動汽車、各自的電池余量是多少、將有多少充電需求進(jìn)行分析之后，就可以將電動汽車作為輸電系統(tǒng)的一部分進(jìn)行管理。為了控制電池，就需要測量電壓、電流、溫度等并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給管理方。支持實現(xiàn)這些功能的也是半導(dǎo)體器件，所以，如果估算包括充電器在內(nèi)的電動汽車半導(dǎo)體市場，僅電池管理與通信部分就將達(dá)到數(shù)百億元的規(guī)模。

城市整體就像一個電子設(shè)備那樣運行

智能城市通過在所有場所設(shè)置傳感器，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行綜合控制，使得城市整體宛如一個電子設(shè)備那樣運行，每當(dāng)光照、氣溫、濕度、人類行動等外部因素發(fā)生變化時，就會按照預(yù)先設(shè)定的條件進(jìn)行城市整體性的能源調(diào)整與優(yōu)化運行。例如，根據(jù)天氣情況運行空調(diào)進(jìn)行溫度管理、用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的剩余電力為電動汽車充電。這些都可以在無需人工干預(yù)下自動進(jìn)行，所有物與物都實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)動?？梢哉f，這個過程中半導(dǎo)體起到了聯(lián)結(jié)作用。

20 世紀(jì) 90 年代以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展結(jié)構(gòu)通常是通過巨額投資實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)能力來產(chǎn)生利潤。而未來，為了建設(shè)智能城市，半導(dǎo)體廠商作為零部件廠商，將為市場提供高精度傳感器與高端零部件，同時作為聯(lián)結(jié)產(chǎn)業(yè)界協(xié)調(diào)員的作用也將愈發(fā)重要。