国产芯片，已经悄然抢跑具身智能

具身智能市场，从未有 2025年般热闹。

作为具身智能最为重要的物理形态，人形机器人先是开年的北美CES和中国的央视春晚上展现风采。随后，人形机器人逐渐具备群体智能，能够协同处理家务劳动，甚至应用于工厂作业。

国内企业优必选将群体智能技术引入人形机器人中，来源：优必选

人形机器人并不是一个新事物。早在上世纪70年代便开始技术探索，早稻田大学陆续推出双足步行机器人WAP-1和 WABOT-1。但此后的50年间，人形机器人一直未能解决“智能”的痛点，只能通过编程实现特定的动作，但在应对场景泛化时显得束手无策。50年后得益于AI技术的发展，以人形机器人为代表的智能体能够快速适应不同的场景，并具备自学习能力，成为真正的具身智能。

继Figure发布Helix模型后，国内企业智元机器人发布GO-1模型，加强场景泛化能力。来源：智元机器人

对于具身智能的未来，摩根士丹利更是直言，到2050年仅国内具身智能市场规模将达到万亿。作为对比，汽车产业作为第一大支柱产业，2023年国内年总产值也仅仅超过10万亿人民币，具身智能未来的市场空间不亚于再造一个汽车产业。这也是为什么具身智能的产业链中过半的企业来自于汽车产业。

当然，除了市场规模的驱动外，更多的驱动因素其实来自于技术和产业协同层面。具身智能技术与汽车同源，具身智能迫切需要借助成熟的汽车产业基础实现快速的技术迭代和规模化降本，可谓“双向奔赴”。

这其中国产供应链的加入起到了重要的推动作用，尤其在执行器领域，如人形机器人的关节模组和灵巧手。这主要得益于国内新能源汽车行业在全球独树一帜的发展速度，培育了完整且规模庞大的电机及电机控制、传动产业链资源。

根据摩根士丹利统计，中国在“身体”部分的企业占比最高。来源：摩根士丹利，《Humanoid 100》

作为中国新能源汽车发展最重要的一环，国产芯片也在助力具身智能产业快速发展。得益于在汽车行业已经经过大规模量产的考验，国产芯片在具身领域不再需要弥补后发的劣势，与外资芯片站在了同一起跑线上。

在具身智能中，芯片约占总成本的5%-10%。如果以整体万亿规模的市场空间测算的话，芯片的成本约为千亿规模。其中，在多自由度带动下，电机相关的驱动芯片、传感器芯片占比最高。

具体与汽车对比来看，具身智能芯片与汽车芯片总体上有40%左右重合度。这其中电源管理和通信芯片复用率高，电机控制中的除电机驱动芯片外，电压电流位置等检测芯片基本跟汽车应用的一致，电机驱动芯片不同主要是因为大部分机器人应用的供电电压会比当前汽车应用的12V电压高，而且很多应用对精度和采样速度要求也可能更高。

得益于中国新能源汽车对国产芯片的培育以及在具身智能领域，国内供应链积极响应，具身智能为国产车规芯片企业带来巨大机会。纳芯微便是其中之一。

在新能源汽车发展过程中，依托优秀的产品技术品质和快速的响应速度，纳芯微已经成长为国内头部车载芯片供应商企业。截止2024年，纳芯微汽车芯片累计出货量达6.68亿颗，2024年汽车业务营收占比36.88%。并于去年完成对磁传感器公司麦歌恩的收购，进一步丰富了其芯片布局。

目前纳芯微芯片产品已经覆盖MCU、隔离、通用接口、供电电源、压力传感器、温湿度传感器、高速接口、ASSP、马达驱动、功率路径保护、Serdes等，可覆盖大多数人形机器人需求。

纳芯微2024年前三季度各产品出货量增幅，来源：纳芯微

为全方位展示具身智能领域芯片的应用以及芯片企业的机会，本文便以纳芯微产品应用为例阐述人形机器人和汽车芯片的关键差异点。

01.

40%的可直接复用芯片有哪些？

按照分类，具身智能共由传感器、关节模组、控制器、电源和结构件五大部分组成。

关节模组是具身智能中与汽车差异最大的部件，同时也是最重要且成本占比最高的部件。目前关节模组的技术形式虽未完全统一，但电机驱动的方案占据多数。

特斯拉关节模组方案，来源：广发证券、特斯拉

根据自由度的不同，一台完整功能人形机器人其关节模组占比在40%-60%之间。以特斯拉Optimus为例，全身共有42个关节，其中旋转关节16个，直线关节14个，灵巧手（空心杯）关节12个。

特斯拉Optimus关节模组类型及位置，制表：NE时代

与新能源汽车中所用的电机不同，人形机器人关节电机多采用无框力矩电机（关节）和空心杯电机（灵巧手），部分也采用步进电机（如眼球转动或低成本方案）。

无框力矩电机和空心杯电机的优势都是小型化。无框力矩电机仅需要保留转子和定子，无需传统电机的外壳、轴承、端盖等非核心部件，中空的方案也可以允许线束直接穿过。空心杯电机则是转子中没有铁芯。

两者在技术类型为BLDC或者BDC，而汽车芯片通常设计用于驱动和控制这类电机。因此在栅极驱动、传感器、通讯方面可以直接复用汽车芯片。

具体来看，控制部分由MCU主导，通过PWM信号控制驱动芯片实现电机转动，然后配合多种传感器，如霍尔电流传感器、角度传感器、位置传感器进行位置反馈，实现各关节的精确控制。

电机控制框图，来源：纳芯微

具体在产品选择上，在栅极驱动部分，纳芯微NSD262x等栅极驱动器可直接应用在人形机器人电机驱动中。

在传感器及信号链芯片中，纳芯微NSM201x, NSM211x, NSM203x，MT951x, NSM2311为霍尔电流传感器，NSI1400, NSI1300, NSI1200C, NSI1312, NSI1311为隔离放大器，NSCSA240、NSCSA21x为高精度电流检测放大器，以上三种电流检测方案配合NSOPA8xxx系列运放实现关节模组的电流检测。NST1001、NST1002、NSHT3x等为温湿度传感器，用来进行温度和湿度检测。NSM301x，MT65xx，MT6835，MT6826s为磁性角度传感器，MT910x为线性位置传感器，MT83xx，MT89xx为开关位置传感器，用于获取角度和位置信息。NSA/C9260x、NSA/C2860x为压力传感器用于检测压力。

以上传感器及信号链芯片可以针对人形机器人内部系统运转所输出和输入的数据进行全方位的采集，完成控制闭环。以提升人形机器人稳定性，支持完成各类高难度动作。

并且以上芯片目前均已实现量产，可直接选型应用，无需进行单独开发，满足快周期要求，并且降低开发成本。

另外一个快速复用的芯片领域是通讯。

和汽车类似，人形机器人同样分为中央控制单元和关节控制单元，即“大脑”和“小脑”。“大脑”主要负责自主学习、规划和决策，“小脑”则主要负责运动控制。彼此之间协同控制就需要用到通讯技术。此外，在“小脑”和分布式传感器的通信中也需要用到通讯技术。

当前具身智能通讯技术同样呈现多样化，大小脑之间的通讯以CAN、以太网为主，分布式传感器之间的通讯多为RS-485或者RS-422，SerDes则主要用于摄像头和主控之间的高速通信。

在纳芯微产品系列中，NSI83086、NSI83085、NCA3176、NSIP83086均可用作RS-485通讯。NCA1051A, NCA1042B, NSIP1042, NSI1050, NSI1042用作CAN通信连接。NSI82xx系列则用于隔离、保障通信的稳定性和抗干扰性。加串器芯片NLS9116和解串器芯片NLS9246可用于摄像头和控制器中高速数据传输。此外，为了进一步保障系统稳定可靠运行，以及为其他元件提供基准支持，还需要用到电压监控元件。纳芯微NSR7808可以进行电压监控与系统保护，NSREF30/31xx系列则可以为电压基准源提供参考电压。

纳芯微首款SerDes芯片组布局，加串器芯片NLS9116和解串器芯片NLS9246。来源：纳芯微

02.

电源类芯片与汽车同步发展

在电源系统中，人形机器人与新能源汽车最大的差异在于电压平台。虽然两者均采用锂离子电池，但电压平台却明显不同。目前汽车主流的电压平台为高压（超300V）以及低压12V。人形机器人虽然电压平台尚未统一，但基本在48V电压平台范围内。如特斯拉Optimus为52V，宇树科技H1为67.2V。当然，48V电压平台对汽车并不陌生。此前，在底盘和动力系统中，已经大规模应用48V电压平台用于驱动，但其控制系统依然为12V电压平台。

特斯拉Optimus电池电压为52V，电量为2.3kWh，类型为圆柱电池

近年来，随着特斯拉的带动，整车低压平台控制器全面由12V向48V升级趋势。从这个方向来看，具身智能和汽车在全面48V升级趋势下，进展几乎同步。

相对而言，在48V电压平台下，包括驱动芯片MOSFET在内，汽车产业已形成完善的生态链。当前唯一较为薄弱的领域是电源芯片，主要受48V电压平台应用进展的影响。在48V平台下，由于压差大，LDO（低压差线性稳压器）损耗较大，因此更常首先使用Buck（降压转换器）将48V电压平台降至12V平台之后，为相应的控制器和传感器等用电单元提供配电。

03.

集成化、高精度要求造成60%的芯片差异

和使用无框电机和空心杯电机的驱动因素一样，在人形机器人中，受限于关节电机的空间限制，一般倾向于选择集成度更高的电机驱动SoC来实现电机控制。如集成高压LDO、通信接口（一般是CAN或者485通信接口）、MCU、预驱电路，如纳芯微的NSUC1602芯片。

NSUC1602芯片内核为ARM Cortex-M3，内部集成3相BLDC预驱动器，能够支持包括FOC矢量控制或无感六步换相控制的复杂电机算法，可支持最高1.5kW的电机驱动。适用于汽车冷却风扇、电子水泵等领域。在人形机器人中，NSUC1602芯片可直接应用在12V电压平台下，关节模组中低压线性/旋转执行器的无边框电机驱动。

而对于空心杯电机驱动控制而言，通常尺寸要求在φ8mm-φ13mm之间，空间要求更小，如果采用分立方案，在有限的PCB上很难摆放所有芯片，因此更倾向于采用全集成的芯片方案。即除集成预驱外，还集成MOSFET驱动电路，如纳芯微的NSUC1610芯片。该芯片内核同样为ARM Cortex-M3，目前已经在各类车用小电机执行器，如各种阀类，空调出风口以及座椅通风功能上实现量产使用。

此外，人形机器人对集成化的要求远不止于此。除上述两种芯片的集成方案外，还希望将磁编码器实现集成，从而进一步提升单芯片集成度。

目前纳芯微已经推出相应的解决方案。如通过组合NSUC1610+更小封装的磁性编码器MT6701/MT6826S达到极简的解决方案，用于空心杯电机驱动。组合NSUC1602+磁性编码器可用于无框电机驱动。

此外，相比于汽车而言，人形机器人的工作环境更加多样且复杂，因此对于编码器而言，除了精度之外还需同步考虑其对恶劣工况的适应性。其中，恶劣环境更适合磁性编码器。而在室内环境中，更倾向采用精度更高的光编码器。据悉，纳芯微最新磁性编码器产品MT6901已经开始送样，在提升精度的同时，满足对具有挑战性环境的要求。

04.

产业链中，人形机器人领域的先发优势明显

除了在技术产品方面，人形机器人在供应模式与汽车行业也有着较大不同。

当前人形机器人产业处于早期，呈现百花齐放的态势。产业链各企业分工明确，整机企业更加注重算法的开发，总成配套企业则主要提供类似关节模组之类的总成部件。目前芯片选型更多由总成配套企业决定，整机企业尚未出现直接指定芯片。

在产品迭代周期中，人形机器人迭代速度更快。这就要求芯片企业能够快速响应市场变化，加速产品升级速度。

但同时，人形机器人又会面临很强的降本诉求。可以预见，在未来短时间内，硬件的方案将很快得到固化，更多的研发资源将被投入到大模型算法领域，以提升人形机器人对场景的快速适应，实现其商业化。

这也就意味着，对于芯片企业而言，需要在短时间内依托自身技术能力快速进入人形机器人行业，并在硬件方案不断成熟的过程中与客户共同开发，进行产品升级。同时，还需要不断扩大产品线和出货量，满足多样化需求的同时降低成本。

很显然，在客户支持力度和产品快速迭代方面，国产芯片企业已经在新能源汽车领域证明其可以很好的满足客户诉求。事实上，以纳芯微为代表的国产芯片企业已经在具身智能领域实现抢跑。