人形机器人产业中的核心芯片

2025年9月8日 来源:全球机器人自动化  浏览 5 次 评论(0)

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人形机器人产业中的核心芯片CPU、MCU、MPU、GPU、NPU、AI 芯片、FPGA、SoC、ASIC 的核心概念与本质区别。

(一)CPU(中央处理单元)

概念:CPU是一个功能概念,它指的是处理数据、执行指令、进行逻辑判断的核心功能。它是一切智能设备的算力基础和决策中心。

关键要理解CPU本身不是一个你可以拿在手里的独立芯片,而是一种功能设计模块。它必须被实现或物化到某个实体芯片里才能工作。

就像汽车的发动机,发动机是汽车的核心动力模块,但你不能说发动机就是汽车;同理,CPU 是芯片的核心计算模块,也不能说CPU 就是芯片。

注意混淆事项:我们通常所说的 Intel i7 或 AMD Ryzen  通常被通俗的称作 CPU ,因为我们平时更关注中央运算功能,因此习惯称为 CPU。但如果从芯片的概念来说,他们更接近 MPU 芯片,它是以 CPU 为核心的独立芯片,我们平时买到的成品封装好的芯片就是它。

功能:CPU最擅长的是顺序计算,就比如解决一道复杂的数学题,需要一步一步地分析,每一步前后逻辑关联性强,这需要强大的逻辑思维和调度能力,可以指导先干什么后干什么,优秀的调度者和决策者。CPU不擅长并行计算,比如让CPU同时解决一千万道简单计算问题,它就很容易崩溃,应该交给擅长这类活的GPU去并行处理。

CPU作为核心功能模块,几乎所有现代计算芯片中都有这个模块,比如在MPU、MCU、SoC这些芯片里面,CPU是绝对核心,一个SoC中通常包含一个或多个CPU核心。

在人形机器人中,CPU 作为核心计算模块存在于主控芯片(如 MPU 或 SoC)中,是决策指挥官。它解析传感器数据判断身体姿态,按顺序规划步态调整关节角度,优先调度避障等关键动作,它有强大的顺序计算和逻辑判断能力,是实现自主运动与交互的基础算力核心。


为人形机器人提供芯片的上市公司主要包括全志科技(300458)、瑞芯微(603893)、奥比中光(688322)、芯朋微(688508)、中控技术等,这些公司在运动控制、视觉感知、AI算力等核心芯片领域与人形机器人厂商深度绑定。



                               核心芯片供应商‌

‌全志科技(300458)‌

‌技术优势‌:MR系列芯片(如MR813、MR133)采用异构计算架构(CPU+GPU+NPU),运动控制时延低至50微秒,适配动态平衡需求。‌‌

‌合作厂商‌:宇树科技、小米仿生机器人核心供应商,2024年机器人芯片业务营收22.88亿元(同比+36.76%)。‌‌


‌瑞芯微(603893)‌。

‌技术优势‌:通用AI视觉/控制SoC芯片,2025年上半年机器人业务营收占比达48%,海外订单占比35%。‌‌

‌合作厂商‌:与多家头部机器人企业战略合作,覆盖运动控制与环境交互。‌‌


‌奥比中光(688322)‌。

‌技术优势‌:MX6800深度引擎芯片支持3D视觉,精度±1毫米,应用于宇树H1人形机器人感知系统。‌‌

‌业绩表现‌:2025年Q1营收同比增105.63%,净利润2431万元。‌‌


‌细分领域供应商‌

‌芯朋微(688508)‌:神经网络处理器NPU性能国际领先,机器人芯片毛利率62%。‌‌


‌中控技术‌:SUPCON OS系统实现1微秒级延迟,EtherCAT主控芯片支持多关节协同控制。‌‌


‌复旦微电‌:FPGA芯片已小批量供货人形机器人客户。‌‌

‌产业链延伸企业‌


‌中芯国际(688981)‌:为人形机器人AI芯片、传感器提供晶圆代工支持。‌‌


‌北方华创(002371)‌:半导体设备供应商,间接支持芯片制造环节。‌‌

(二)MPU(微处理器)

概念:MPU 是一个器件概念,它指的是以 CPU 为核心、专注于中高性能通用计算的独立芯片实体。它的核心价值是将CPU 功能模块进行器件化封装,同时集成少量辅助单元(如高速缓存、内存控制器),形成一款能直接支撑复杂计算任务的独立芯片,是CPU 算力的独立载体。

关键要理解MPU 本身是你可以拿在手里的实体芯片,而CPU只是芯片的一个功能模块概念。别把 MPU 和 CPU 划等号,你不能说这颗 MPU 就是 CPU,只能说这颗 MPU 的核心是 CPU 模块。

功能:MPU 最擅长的是中高性能通用计算,普遍采用多个核心设计,可同时处理多个任务比如一边调度传感器数据,一边执行路径规划,主要处理的是复杂逻辑计算,就像多面手管家,能同时协调多项工作。

在人形机器人中,MPU 是核心主控芯片,承担中枢调度角色:它运行实时操作系统统筹多任务,融合视觉、力传感器等多源数据,执行步态规划、避障决策等核心逻辑,实际也就是CPU模块的功能。

(三)MCU(微控制器)

概念:MCU 是一个器件概念,它指的是高度集成的单片微型计算机—— 将实现控制功能所需的核心组件(CPU、小容量内存、定时器、基础外设接口等)全部封装在单颗芯片中,本质是为简单场景提供一站式控制的实体芯片,核心价值是低功耗、低成本、快速响应的实时控制。

关键要理解MCU 也是你可以直接拿在手里、焊在电路板上就能用的独立芯片,不需要额外搭配核心组件。就像自带发动机、方向盘、座椅的迷你代步车—— 不需要再单独组装动力或操控模块,加电就能完成短途代步;同理,MCU 不用外接内存、基础外设,加电后就能直接执行预设的控制逻辑。

(四)GPU(图形处理器)

概念:GPU 是兼具功能与器件属性的概念从功能上,它指专注图形渲染与大规模并行计算的核心单元;从器件上,它可指独立显卡的核心芯片,也可指集成在其他芯片中的图形处理模块。核心价值是能高效完成任务重复、逻辑简单的高并发工作,比如处理 1000 个像素的颜色渲染、10 万组矩阵乘加运算。

键要理解GPU 本身既可以是独立器件,如独立显卡里的 RTX 4090 芯片负责游戏渲染、视频编辑,也可以是功能模块,如手机 SoC 芯片里的集成的GPU模块,负责手机游戏、平板图形显示

注意混淆事项:很多人把 GPU 和显卡划等号,其实显卡是包含 GPU 芯片、显存(VRAM)、供电电路、散热模块的完整硬件模块,GPU 只是显卡的核心部件;此外,GPU 早期仅用于图形渲染,现在通过通用目的 GPU 计算,也能处理 AI 训练、科学计算等非图形任务,不能再将其局限为 图形专用。

功能:在人形机器人中,GPU 主要承担视觉感知与并行数据处理的角色,它通过并行计算快速处理摄像头、激光雷达的海量数据,还能辅助 NPU 进行复杂 AI 推理,为机器人提供快速理解环境的视觉算力支撑,是实现精准环境感知的关键并行计算核心。

(五)NPU(神经网络处理器)

概念:NPU 是兼具功能与器件属性的概念,从功能上,它指专为神经网络算法设计的加速单元;从器件上,它可指独立的 NPU 芯片,也可指集成在 SoC 中的 AI 加速模块。核心价值是通过硬件级优化,高效执行卷积、池化、矩阵乘加等 AI 运算,实现低功耗、高速度的神经网络推理。

关键要理解NPU 本质是AI 推理专用工具,大多是作为功能模块集成在 SoC、AI 芯片、机器人主控中,比如手机 SoC 的 NPU 负责照片美颜、语音助手推理;AI 芯片中的 NPU(如华为昇腾 310)负责边缘计算;机器人主控中的 NPU 则处理实时环境感知推理。NPU少数情况下也可以是独立器件,如地平线征程 6 独立 NPU 芯片。

注意混淆事项:不能把 NPU 和AI 推理划等号,NPU 是 AI 推理的高效工具,但 CPU、GPU 也能做 AI 推理,只是 NPU 在能效比、速度上更优。

功能:在人形机器人中,NPU 是AI 推理核心:它快速执行预训练好的神经网络模型(如识别物体、判断自身步态是否平衡、理解人类语音指令),还能实时优化运动控制算法(如根据地面摩擦力调整关节扭矩),用低功耗、高速度的 AI 推理,支撑机器人理解环境、响应指令、自主调整动作,是实现类人智能交互与运动的关键加速模块。

(六)AI 芯片

概念:AI 芯片是一个类别概念,指所有专为加速人工智能任务(机器学习、深度学习的训练与推理)设计的硬件器件,不是某一种特定架构的芯片。

关键要理解:AI 芯片是一类芯片的统称,它的核心是为 AI 任务优化,而非有 AI 功能就叫 AI 芯片,CPU、GPU 也能处理 AI 任务,但因不是专为 AI 优化,不属于严格意义上的 AI 芯片;只有 NPU、TPU、AI 专用 ASIC 等为 AI 设计的芯片,才属于 AI 芯片范畴。

架构:AI 芯片包含多种架构类型:GPU(通用并行 AI 训练)、NPU(端侧 AI 推理)、TPU(谷歌定制 AI 训练 / 推理)、AI 专用 ASIC(如华为昇腾、寒武纪思元),覆盖从云端大模型训练到终端 AI 推理的全场景。

功能:AI 芯片最擅长的是AI 任务加速:训练型 AI 芯片(如 GPU、TPU)能高效处理千亿参数大模型的训练,推理型 AI 芯片(如 NPU、AI ASIC)能低功耗执行端侧 AI 推理 ,训练型 AI 芯片适合搭建模型,推理型 AI 芯片适合用模型解决问题,不擅长非 AI 任务,比如处理系统调度、图形渲染,这类任务仍需 CPU、GPU 配合。

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