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物联网芯片产业的新机遇

来源:智博会   作者:   更新时间:2021-10-25   浏览次数:83 次

“深耕科技前沿动态,解读科技背后真相,瞄准科技产品评测”



早在2011年底,智能手机出货量首次超过PC,开启了移动互联网高速发展的辉煌十年,成功诞生并孕育了一批移动互联网应用,缔造出一大批千亿市值的企业。2020年,全球物联网连接数首次超过非物联网连接数,形成“物超人”的态势。据IoT Analytics发布的数据显示,预计到2025年,物联网连接数还将保持指数级增长达到309亿,物联网的规模爆发已经指日可待。




2010-2025年全球物联网与非物联网连接数对比及预测(单位:十亿个)图源:IoT Analytics



物联网技术应用的蓬勃发展,为无线通信技术带来了诸多商机,越来越多的芯片厂商开始厉兵秣马,加快了蓝牙/ZigBee/WiFi等技术的研发,以在物联网市场站稳脚跟。其中,无线通信分为短距离和远距离传输,而局域物联网正快速推动短距离无线通信方式的发展。根据爱立信移动市场报告预计,2024年全球物联网终端数量将增加至223 亿,并且短距离无线连接是物联网的主要连接形式,连接设备数量将由2018年75亿上升到2024年178亿,复合增长率达到15%。



同时,随着5G R16的发布、5G Redcap的即将到来,以及近日工信部联合国家网信办、科技部等八部委印发的《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-2023年)》,为物联网产业的发展注入强心剂,物联网行业毫无疑问已经进入了发展快车道。



对于产业链厂商而言,如何高效的抓住即将爆发的市场机遇成为当前发力的重点。



本土芯片企业与国外大厂分庭抗礼



基于物联网芯片平台的巨大机会,尤其是消费电子、智能家居等领域智能化升级的巨大趋势,奉加微电子(上海)有限公司(下文简称“奉加微电子”)适时推出了一系列无线通信芯片产品,来应对当前行业痛点和市场需求。



10月22日, “奉加微电子2021秋季发布会暨智能家居论坛” 在上海市浦东新区保利·One56泰隆银行正式召开,为加强金融科技建设,泰隆银行作为奉加微电子金融领域战略合作伙伴,助力发布会顺利举行。



本次发布会推出了PHY6226、PHY6227以及PHY6218等多款产品。奉加微电子CTO张刚在现场对新品进行了介绍和解读:PHY6226/PHY6227是世界一流的超低功耗高性能ZigBee 3.0系统级芯片,分别搭载了32-bit ARMCortex-M0处理器和阿里平头哥玄铁CK802处理器,专为智能家居和组网领域设计。其中,PHY6227已实现成熟的阿里生态接入。



性能方面,张刚介绍道:“通过硬件模块的充分复用以最低代价实现多模数字收发机,发射机最大发射功率达到10dBm;ZigBee 3.0 250Kbps速率下接收灵敏度-103dBm;0dBm时收发功耗4.6/4mA(TX/RX)。”



此外,该芯片还采用了高效率片上电源管理、低功耗射频前端、低功耗时钟产生架构、振荡器快速启动技术等电路技术,实现最低的峰值、平均和休眠功耗,保证常规200mAH的纽扣电池供电状态下能够持续工作五年以上。



奉加微在AIoT无线组网通信协议栈领域耕耘多年,对Mesh组网的特点和性能要求拥有深刻而独到的见解,无论是大型组网还是小型局域组网,奉加微电子的PHY6226/ PHY6227 ZigBee芯片组和协议栈软件都能为客户提供卓越的品质和性能体验,在消费电子、智能家居、遥控装置以及工业控制等广阔领域具有广泛的应用空间。



从技术层面来看,ZigBee的优势是稳定的多点Mesh组网,但是缺乏移动性,通讯速率较低,不能直接和诸如手机、平板之类的移动端通信,而BLE提供的高速OTA和高速配网功能正好可以弥补这些问题。如果能够提供一个支持单芯片多模协议栈的芯片,那就可以在不增加额外成本的情况下达到1+1>2的效果。



多种无线协议共存一直以来就是行业的热点话题,据了解,Single Chip ZigBee+BLE共存的模式有两种:一种是双固件,一份固件是BLE协议栈,另一份固件是ZigBee协议栈,通过bootloader在不同的使用场景实现不同协议固件的切换,这种模式的实现相对简单,但应用实时性差,应用场景受限;另一种模式是动态切换,用同一份固件同时实现BLE+ZigBee,利用底层调度器将时隙动态地切割成BLE或ZigBee,这种模式需要对底层调度算法有比较深入的理解和丰富的实操经验。奉加微电子基于其全栈研发实力,在此已有技术储备,有能力进行多模协议栈的开发。



另一方面,如今各行业在需要人介入与设备需要互动的场合,蓝牙无处不在。其中,低功耗蓝牙(BLE)已经不再只是用来满足和手机进行互联互通的无线模块,更多的变为了设备与设备之间的硬件桥梁,穿戴设备、智能家居、共享单车、楼宇控制等,物联网结合蓝牙技术正在解锁越来越多的应用场景。



在全球可穿戴设备、物联网细分市场增势良好的激励下, BLE应用增长空间巨大,预计 2023 年将达到 65 亿美元。中国作为低功耗蓝牙的重要市场,蓝牙芯片国内市场空间已过百亿,且仍随应用场景的扩展不断增大,但绝大部分的市场份额仍被Nordic、Dialog等国外企业所占据,亟需国内公司布局高端低功耗蓝牙行业,更好地解决国内终端应用厂商定制化需求。




目前国内高端 BLE 市场基本为蓝海市场,能够开发功耗极低、连接稳定性高的 BLE 芯片,并且能有效控制成本的厂商,才有机会开拓市场,在市场中占有一席之地。因此,具备较强技术研发能力,能够进行低功耗设计和性能设计的高端BLE厂商逐渐成为受关注的焦点。



专注于低功耗无线通信芯片市场的奉加微电子在此表现亮眼,凭借强大的研发能力,奉加微电子已经具备了和国外大厂分庭抗礼的科技硬实力,且其产品性能优异,成本优势明显,应用可开发性强,已广泛应用于手环、ibeacon、电子价签、电表、智能家居、照明、键鼠等各类场景。



在本次发布会上,奉加微电子还发布了一款支持BLE 5.2/ZigBee功能的多协议系统级芯片PHY6218,集成了低功耗的高性能多模射频收发机,搭载更强大的浮点CPU,支持高清显示功能。



性能方面同样表现出色,发射机最大发射功率达到10dBm;BLE 1Mbps速率下接收灵敏度达到-97dBm,链路射频预算107dBm@1Mbps;ZigBee 3.0 250Kbps速率下接收灵敏度-100dBm;0dBm时收发功耗6.7/6.7mA(TX/RX)。据悉,三款新品最快将于下个月量产出货。



此外,奉加微电子产品系列还包括PHY6252、PHY6250、PHY6222,PHY6220、PHY6212等多款物联网无线通信芯片和方案,丰富的产品线能够适配多样化物联网场景需求。




奉加微电子丰富的产品线



对于不同技术在未来的发展形势,奉加微电子认为在WiFi、BLE Mesh和ZigBee等多种技术或将“百花齐放”,就像城市需要高架路也需要人行道一样,物联网设备的整合将会是基于各种实际需求的有机整合。对于芯片厂商而言,在保持优势领域技术深度的同时,也应该嗅到“多元化需求”带来的新机遇。



奉加微电子“秀肌肉”



综合来看,奉加微电子PHY62系列AIoT蓝牙系统级芯片拥有顶尖的射频表现和出众的能量效率。众所周知,射频性能和射频功耗是相矛盾的,而奉加微电子基于自身先进的射频收发机架构和射频领域多年的研发经验,找到了两者之间的平衡点。



据了解,其接收机采用了创新的相干调解方式,在兼顾功耗水平的情况下,提供3dBm的解调增益,将通信距离和抗干扰能力提高了数倍。结合优异的射频前端,奉加微电子的BLE、ZigBee系列产品实现了业界一流的接收灵敏度,BLE 1Mbps灵敏度达到-99dBm,远超行业-93dBm的平均水准。射频收发峰值功耗<4.5mA,休眠功耗最低可以实现<1uA,和众多国际大厂处于同一水准线。这些技术优势使得奉加微电子的产品在电池供电的IoT领域具备强大的竞争力。





奉加微电子产品在射频和能量效率方面表现亮眼



同时,奉加微电子紧跟BLE+ZigBee协议栈的演进,2018年,奉加微电子获得国内首个BLE 5.0 BQB认证,支持2Mbps和Long Range;2018年末,获得了SIG-Mesh BQB认证;2021年初,获得BLE 5.2 BQB认证,支持AoA/AoD、扩展广播、扩展扫描、周期广播、周期扫描等全新BLE协议栈功能。



2021年7月,奉加微电子自主研发的高性能ZigBee 3.0协议栈——PHYPLUS-zb-stack——出现在了ZigBee兼容平台认证列表之中,成为大陆第二家获得连接标准联盟(CSA)ZigBee兼容平台认证的公司。该认证意味着奉加微电子旗下PHY62系列系统级芯片在无线电收发器和网络协议栈软件的组合、协议底层软件等各方面技术指标均达到了联盟的要求,可以实现基于ZigBee 3.0协议的各项功能。本次获得CSA颁发的ZigBee兼容平台认证是该系列在AIoT的领域的又一里程碑。




ZigBee兼容平台认证



能够看到,奉加微电子具有BLE+ZigBee全栈的自主研发能力,从射频,基带算法,通信协议栈都有10多年的经验积累,得到多家业界大厂的认可,与小米,涂鸦,阿里平台等都有深入合作,可以配合客户进行定制化的需求开发。





自主知识产权全栈蓝牙方案和多协议栈支持



奉加微电子在射频、低功耗方面的技术得到市场验证,是国内极少数全自主研发协议栈的芯片设计企业,出货量高速增长。目前奉加微电子已有多款物联网芯片实现大规模量产,截止今年三季度已实现超过1亿颗的出货,近三年年复合增长率高达300%。



在诸多优势和难得的市场机遇下,奉加微电子将持续致力于研发各类灵活、安全、多功能、高性价比的低功耗无线通信芯片与自主知识产权的通信协议栈,为AIoT提供灵活、安全、多功能、高性价比的低功耗无线通信芯片和方案。



如何打破品牌藩篱?



据GSMA智库发布的《全球物联网市场报告》显示,到2025年,全球物联网的市场规模将达到1.1万亿美元,市场前景可谓巨大。然而,现实却并非如预期般顺利,虽然物联网连接数实现超越,但基于物联网的应用开发和各类创新还并未达到非常丰富的程度。物联网自身的应用开发和创新需要与各行业数字化转型相匹配,因此是一个慢热型、渐进式发展的过程。



同时,随着智能终端数、连接数的快速提升,生态碎片化、标准难统一等问题日益凸显,成为了制约物联网规模化爆发的严重阻碍。以智能家居领域为例,不同厂家采用的不同协议导致了智能家居产品间产生了严重的“孤岛现象”,很多时候,消费者只能接受被厂商自家生态“圈起来”的事实,仅选择单独厂商及生态的产品和服务。



企业间的品牌藩篱极大限制了智能家居行业完整生态的成熟发展。企业级生态向产业级生态的过渡已迫在眉睫,换言之,物联网行业需要能够整合底层协议与企业平台业务的“万能钥匙”,从而为消费者开启真正的万物互联时代。



对此,奉加微电子认为,“Matter”或将成为破局之路,是未来行业发展的主要方向之一。Matter基于现有的网络技术,包括以太网、Wi-Fi 和 Thread,可应用低功耗蓝牙简化设备调试流程,初版规范统一采用了BLE作为配对方式。



可以理解为,Matter是行业致力于打造一个基于开源生态的新智能家居协议,打破平台间的割裂和开发路径的差异。基于IPv6-bearing网络的应用层协议为基础,打造一个能够实现不同协议之间互通并且可以互操作的智能家居协议标准,共同发力来解决当下针对智能家居市场通信标准的碎片化问题,消除给终端用户使用上带来的巨大困扰。



如今,随 Matter 协议一起发布的还有计划首批推出的 Matter 认证产品类型以及智能家居品牌。从已有消息看,首批Matter产品包括灯具和控制器、空调和恒温器、门锁、安防、窗帘、网关等产品,预计将在今年年末上市。



基于CSA的设想,带有Matter标志的产品可与更多设备实现安全可靠的连接,与此前的各类智能家居连接方案相比,“广泛兼容”是Matter协议最大也最有用的技术特性,真正的设备间无缝衔接,将万物互联的用户体验带到新高度。Matter的发布得到了成员公司的大力支持,预计在2022年上半年,Matter的认证项目将会开启,随后首批符合Matter标准的物联网设备将会进入消费市场。



未来,消费者、企业和开发人员将借助Matter获得更多选择和兼容性。设备只要遵循 Matter 协议,就可以在不同平台上进行通信;开发者可以减少开发工作量,无需适配多个平台,并获得开源的参考实现;企业的供应链可以降低为不同平台备货的不确定性;对市场来说,Matter增强了互联互通,进一步推动了设备品类的增长。



从物联网协议标准的制定到最后的产品落地,往往处在产业链上游的芯片厂商起着关键的作用,奉加微电子同样对Matter协议能够带来更多的机会表示认同。奉加微电子软件部VP杨中奇也表示,目前智能家居中多种协议共存将是常态,Matter协议的制定会给ZigBee 3.0标准产品带来更多的机会,奉加微电子已经对ZigBee、BLE、Thread等不同技术制定了更加丰富的产品路标计划,同时将多年在蓝牙上积累的经验对其他技术产品进行赋能,像ZigBee Direct,BLE Provisioning in Matter等需要多协议共存的技术,打造多模AIoT芯片匹配市场需求,帮助客户加快产品落地。



未来,随着越来越多的企业支持Matter标准,智能终端跨品牌、跨系统互联互通或将指日可待。




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