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千万片需求大单产生全国产 NB-IoT 芯片引爆物联网“芯”市场

发布日期:2022-05-10 20:44   来源:未知   阅读:

  疫情肆虐下,居家隔离、集中隔离对智能防疫设备的需求也逐渐增多,搭载 NB-IoT 的智能门磁替代了纸质封条,社区人员通过手机就能对隔离人群进行 云监督 ,以 NB-IoT 智能门磁为主的智能防疫设备需求迎来了爆发式增长。

  早在 2018 年前后,作为 5G 商用领域中不可或缺的一环,NB-IoT 芯片在智能表计中的应用就已逐渐进入爆发阶段,中国移动、联通、电信三大运营商都围绕 NB-IoT 构建了网络。芯片厂商、硬件制造厂商等玩家蜂拥而至,NB-IoT 芯片市场迎来爆发。

  近日,中国移动旗下中移物联网有限公司启动了 NB-IoT 芯片 XY1100 采购项目。该项目共集采 1500 万片 NB-IoT 芯片,供应商为芯翼信息科技。

  芯翼信息科技成立于 2017 年 3 月,仅 5 年时间就在海思、紫光展锐、联发科等头部玩家布局的 NB-IoT 芯片领域崭露头角。截至目前,芯翼信息科技的 XY1100 芯片出货量已达 2500 多万片。

  芯东西与芯翼信息科技副总裁李剑、芯翼信息科技高级市场总监祁卫、行业知名 NB-IoT 产品专家进行了深入交流,剖析 NB-IoT 芯片的市场应用前景。

  当前,蜂窝通信市场正面临 2G 退网、5G 布局的关键期。从 2014 年起,国际电信联盟(ITU)就开始推动 5G 技术标准的实施,NB-IoT 技术作为物联网领域基于蜂窝的窄带物联网的新兴技术,于 2020 年 7 月被正式纳入全球 5G 标准,开启了 5G 商用落地之路。

  此前,物联网应用场景连接技术大多采用 2G,随着 2G 退网趋势加速,5G NB-IoT 技术的特性也决定了其能承接许多应用场景。

  (3)穿透能力强:在相同频段下 NB-IoT 与传统物联网技术(如 2G)相比高 20dB 的增益;

  (4)低功耗:理论与实验表明搭载有 NB-IoT 技术的终端设备最长可实现的待机时间长达 10 年之久;

  (5)设备成本低:NB-IoT 模块设备体积小且覆盖简单,使得其预期单个模块的成本不超过 5 美元,经过近几年的产业发展和竞争,现在 NB-IoT 模块的价格普遍低于 3 美元。

  而知名市场调研机构 Counterpoint 的数据也显示,2021 年第四季度蜂窝物联网应用场景中,智能表计占比最高,这其中大部分都是基于 5G NB-IoT 实现的,其次是金融支付类以及数据类产品。

  此前,NB-IoT 芯片的主要场景落地在智慧城市的相关应用上,如智能表计、智能消防、智能路灯等,在疫情的特殊背景下进一步放大了其应用场景。

  早在 2020 年初,也就是疫情暴发初期,芯翼信息科技的一些合作伙伴在深圳、内蒙古等地都将基于 XY1100 的智能门磁产品应用于疫情防控当中。李剑对此深有感触,他谈道,芯翼信息科技作为芯片厂商为合作伙伴做了大量的优化工作。

  NB-IoT 产品专家也谈道,NB-IoT 芯片的特点主要是低速率、低功耗、低带宽,因此在疫情防控中,比如居家或者酒店隔离,监测房门开合状态这样的场景就比较适合采用 NB-IoT 芯片设计产品。

  相比去年,智能门磁的需求量呈数量级增长,今年前几个月,总体已经达到百万级的需求。NB-IoT 产品专家说。

  回到其主要的应用场景智能表计,除了基本的测量功能外,NB-IoT 还可以监测水、燃气的泄漏,配合云端大数据,可实现预防事故、及时报警功能。

  NB-IoT 产品专家告诉芯东西,目前水表的智能化率相对低一点,仅有 30%,智能燃气表的渗透率相对较高为 60%,电表由于其一定的行业特殊性,基于 NB-IoT 的智能电表更多应用于员工宿舍、工业园区等场景中。

  在我国,一方面随着城镇化进程加速,智慧城市建设快速推进中,传统机械表的升级换代需求迫在眉睫,另一方面 NB-IoT 技术的发展也跟其他技术一样,从标准制定、技术落地、试商用再到大规模商用,经历了较长的时间。李剑谈道,运营商网络的不断优化,通信协议的演进也使得 NB-IoT 在智能表计中的应用越来越普及。

  作为 NB-IoT 技术渗透率较高的智能表计、智能路灯等大多数物联网应用,由于这类产品的地理位置或成本原因,其终端模块可能在短时间内不会更新升级或更换电池,因此终端设备的功耗是其能否商用的关键因素。

  在 3GPP 标准中 NB-IoT 终端电池寿命设计为 10 年,但实际使用过程中,电池寿命也会因具体的设备、功能等产生变化。因此,实现低功耗甚至超低功耗是 NB-IoT 芯片的核心,而低功耗设计是一个系统工程,要在射频、模拟、数字基带、软件等所有组成部件中实现整体优化。

  目前,作为国内 NB-IoT 芯片领域的头部企业,芯翼信息科技的 XY1100 芯片累计出货量已经达到 2500 多万片,2022 年单月出货量达到近 500 万片,并且中移物联搭载 XY1100 NB-IoT SoC 的模组 MN316 也已实现大规模出货。

  芯翼信息科技成立于 2017 年,相比于海思、紫光展锐和联发科入局较晚,但这也成为了其优势,李剑谈道,在产品定义上,芯翼信息科技参考了前面几代芯片产品的特点,并做了归纳、总结和创新,最后体现在芯片的实现上,功耗、性能、成本上均有较大的提升:

  首先,芯翼信息科技的 XY1100 芯片是全球首颗集成了 CMOS PA 的 NB-IoT SoC,搭载其的物联网模组器件数可减少 60%,模组成本整体下降 30%。同时,芯翼信息科技采用了 QFN 封装,进一步降低了客户的使用成本。

  其次,在低功耗设计上,XY1100 选择了中芯国际 55nm 的成熟制程,因为成熟工艺的 PDK(工艺设计套件)功耗模型准确程度高,更有利于研发低功耗甚至是超低功耗产品,再加上芯翼信息科技自身领先的模拟 / 射频设计能力,最终 XY1100 实现了在深度睡眠状态电流 1 μ A,接收机状态电流约为 20mA,这样一来,使得客户可以用更小容量的电池实现一样的使用寿命,同样大大降低了客户的使用成本。

  再次,在 Modem(调制解调器)的实现上,祁卫称,XY1100 芯片采用了软件 SDR 架构,可以灵活支持、优化物理层接收机算法,同时支持 NB-IoT 以及其他非标自定义协议,能够满足标准升级以及碎片化的物联网专网通讯需求。

  然后,与其他同类产品不同的是,XY1100 芯片采用基于 Open CPU 的双核架构。在 NB-IoT 芯片中,通信对时序的要求较高,因此,CPU 在处理一个通信任务时,必须将其发射或接收完成,才能处理下一个任务,如果此时有应用逻辑干扰 CPU 运行,通信就会出现问题。

  祁卫解释道,双核架构的好处在于,一个 CPU 可以处理通信任务,另一个就可以跑客户的应用代码,能够将应用和通信部分物理隔绝开,避免出现应用影响通讯的情况。

  但更有意思的是,2020 以来持续的 缺芯潮 ,特别是 MCU 的缺货导致其价格大幅上涨,让很多终端客户把注意力放到了原来不那么让人关注的 NB-IoT SoC 中 Open CPU,李剑谈道,这些客户发现使用 Open CPU 可以省掉既买不到也买不起的 MCU,并且帮助他们在缺芯的大环境下顺利交付产品,能大大降低终端的成本。

  最后,在芯片供应短缺、国际关系变化的背景下,芯翼信息科技产能丰富,新一代芯片系列也即将实现量产。李剑谈道,芯翼信息科技的上游晶圆厂、封测厂都是国产供应商,所以供应链危机、国际环境的变化并没有对他们造成太大影响。

  值得一提的是,为了保证大规模出货后芯片的质量,芯翼信息科技还成立了专门的专业质量管控团队。

  综上,功耗 / 性能领先、成本控制好、产品成熟、产能保障正是芯翼信息科技在 NB-IoT 芯片领域处于领先地位的杀手锏。

  相比于国外,国内 NB-IoT 技术的应用范围更加广阔,Counterpoint 的数据显示,2021 年第四季度全球蜂窝物联网芯片中国出货量占全球市场的近 60%。

  2021 年底,中国信息通信研究院副院长胡坚波在 2021 江西国际移动物联网博览会上说,目前 NB-IoT 已在水表、燃气表、消防烟感和电动自行车防盗 4 个行业实现千万级规模连接,智能井盖、智能门锁、追踪定位和智慧路灯等十余个行业实现超过百万级连接,未来还将更多地应用到工业互联网、车联网、远程医疗等领域。

  拥有庞大设备连接技术的国内市场,随着 NB-IoT 技术逐渐步入成熟阶段,其市场转化率也有望迎来较大增长。李剑也提到,智能表计虽然是 NB-IoT 芯片目前的主要落地应用,但事实上,智能燃气表中还包括大量的 IC 智能卡的产品,并没有全部应用 NB-IoT 技术。

  因此,随着城镇化推进,运营商网络的完善,5G NB-IoT 在智能表计的覆盖率将会进一步提升。不仅如此,很多如追踪器、资产管理等新兴应用也会有较大前景。

  NB-IoT 产品专家补充道,如果 NB-IoT 网络覆盖进一步提升,将会有更多的应用场景出现。此外,他还提到,从整体上看,在金融风控、追踪器等领域 NB-IoT 的落地形态也更加多样。

  在 XY1100 作为 NB-IoT SoC 大规模商用并进入各行各业后,芯翼信息科技开始挖掘细分赛道,其专为智能表计行业设计的专用 SoC XY2100 系列芯片已经研发成功,将于今年量产。

  李剑还谈道,芯翼信息科技是一家物联网智能终端系统 SoC 公司,通信只是一个维度。因此,该公司还在研发专为资产管理和追踪行业设计的专用 SoC XY3100,以及 Cat.1bis SoC XY4100 和 5G NR RedCap 芯片 XY5100。

  作为芯片公司,在 端 这一侧,芯翼信息科技关注的是五大能力:无线通讯、感知、边缘计算、电源管理和安全。祁卫说,从芯片的角度来看,这些技术能力都要有机地融合在芯片和相应的套片上,才能帮行业终端降低成本、功耗,让客户能更友好地使用这些技术,这才是芯翼信息科技真正的愿景。

  作为新基建智慧城市建设的一部分,NB-IoT 技术在智能表计市场逐步落地、发展过程中所带给人们的价值,远比数百万颗芯片或者智能表计本身带来的经济效益多得多。

  当然,NB-IoT 芯片的应用场景决定了其对成本和功耗的极致追求。最近几年,入局 NB-IoT 芯片领域的厂商越来越多,如何在这一领域抢占市场,在低功耗、低成本领域的技术优势是关键杀手锏。

  不过,由于其工业属性,这一领域的产品迭代相对消费电子产品较慢,因此对产品的稳定性、可靠性要求也相对较高,因此,如何在低功耗、低成本的前提下实现高稳定、高可靠性,并且最好还能在某个方面有技术突破,这对后来的厂商提出了更高的要求。

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