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高性能WiFi6射頻IP助力新一代IoT芯片研發

lPCU_elecfans ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:電子發燒友網 ? 2021-12-14 15:08 ? 次閱讀

2021年12月,由電子發燒友網主辦的2021年第八屆中國IoT大會在深圳如期舉行。物聯網的發展是從連接到傳感再到平臺,從軟件再到硬件,從架構、IP到芯片再到終端的大生態的協同運轉。2021年必然是5G和WiFi6等技術應用全面落地的重要一年。本次會議邀請到思必馳、高通、百度、Qorvo、微容科技芯海科技、康祺科技、芯來科技、銳成芯微、RT-Thread、U-Blox等公司以及專家進行精彩分享、聚道論劍。會議精彩紛呈,也讓眾多來賓享受了一場來自IoT行業的知識盛宴。

來自芯來科技,銳成芯微、RT-Thread的物聯網行業專家,和電子發燒友網行業分析師,在與會期間分享了物聯網技術的發展和市場的最新動向。

芯來科技:RISC-V開放架構在“中國芯”進程中的機遇與挑戰

從目前的物聯網終端市場來看,萬億級設備的智能物聯,成為了驅動創新的新引擎,帶來了巨大市場的同時,也為處理器提出了差異化、快速導入和低功耗的需求。而在云端上,計算、存儲和互聯的平衡,成為數據中心架構的強需求,卻也需要定制化、專用匹配和高性能的處理器。然而傳統指令集架構的封閉性使得技術發展受制,交叉合作難以推進,單一性限制了產業創新,私有性又使得產業安全受到威脅。

從市場趨勢來看,如今對IP的單一需求已經轉換成對整體解決方案的需求。芯來科技銷售總監鄧金斌認為RISC-V是芯片產業一次難得的歷史機遇,這其中不僅有處理器產業技術趨勢和變革機遇,也有填補CPU IP國產化空白的機遇,還有AIoT定制化市場井噴的機遇。

RISC-V開放指令集架構兼具了開放性、先進性、簡潔性、模塊化、擴展性五大特點,完美契合DSA設計與應用定義芯片的要求,也沒有歷史包袱。PC機時代成就了x86,移動時代成就了ARM,而AIoT時代下兼具如此多優勢的RISC-V必須抓住這個機遇。

其次,處理器IP在IP產業中超過57%,但國產率幾乎為零。RISC-V CPU調和了基礎軟件生態普世性和國產自主可控的宏觀需求,足以填補CPU IP國產化的空白。

AIoT時代,系統公司把控著場景但難以找到契合場景功能和成本需求的芯片,與此同時傳統芯片公司其產品研發周期長,供應鏈深,難以做到差異化、極致的市場響應速度和定制化,以至于找不到合適的市場,出現供需錯配的市場痛點。

AIoT系統公司則采用由上至下的設計流程,根據應用場景完成產品、架構和軟硬件設計,最終提供滿足需求的芯片。而中國是全世界最大的電子產品與硬件方案產地,最活躍的應用市場,需求尤甚。

面對IC設計公司,芯來科技提供面向通用/安全/智能領域的RISC-V處理器IP(Nuclei-Core)。芯來也為IC設計公司和方案廠商提供了基于RISC-V擴展的領域專用設計模塊(Ease-SoC),基于標準的IP部件和標準接口做可模塊化的搭建。而面對系統公司和特殊應用生態,芯海的Mod-Inside生態協同方案基于DSA設計,通過敏捷設計理念,形成了完備的產品開發流程。

銳成芯微:高性能WiFi6射頻IP助力新一代IoT芯片研發

WiFi技術已經融入日常生活,甚至成為馬斯洛需求的第一層需求,從2009年的Wi-Fi 4發展至今已經升級到Wi-Fi 6。Wi-Fi 6指的是第六代無線局域網技術,主要特性更新體現在支持更復雜的1024QAM正交幅度調制,以及MU-MIMO(多用戶多入多出),路由器同時與多達8個用戶通信, Wi-Fi 6可支持的最高速率直接從WiFi 5的3.5Gbps上升為9.6Gbps。

隨著萬物互聯時代的到來,WiFi芯片的出貨量保持快速的增長,調研機構數據顯示,2020年全球的WiFi的出貨量大約為35億顆。主要的應用領域是在應用路由器、中高速率Wi-Fi 、機頂盒、手機Wi-Fi、IoT Wi-Fi等領域。

目前WiF-i6市場的市場份額主要被境外廠商占領,只有部分低端IoT WiFi4市場有境內廠商加入賽道。銳成芯微副總經理楊毅認為,2021年作為Wi-Fi6元年,在國際貿易環境和國產替代的背景下,是Wi-Fi6追趕超車有利時機。

但Wi-Fi6的研發也存在痛點,主要體現在元器件短缺,技術門檻高、新增的1024QAM調制使得RF射頻研發難度大幅提高等方面。目前國內矽昌通信、速通半導體、愛科微半導體等初創企業,以及路由器整機企業或一些傳統家電企業都在嘗試進入Wi-Fi6賽道中。

值得一提的是,銳成芯微已經推出了Actt Wi-Fi6 RF IP 架構,采用臺積電22nm制程工藝,在接收端采用零中頻@WiFi mode、低中頻@BLE/BT mode,發射端在WiFi和經典藍牙模式下采用IQ調制,在低功耗藍牙模式采用的是Polar調制,同時內部集成10b 160MSPS ADC和10b 480MSPS DAC

楊毅表示,Wi-Fi6對射頻的參數指標要求非常高,因此銳成芯微在內部集成了DC offset cancellation、RC calibration等多種高性能校準,以及PVT sensor,確保RF性能。據介紹,與國內友商相對比,Actt Wi-Fi6 RF IP具備高性能、高可靠、低功耗的優勢,例如輸出功率可以做到21dB,發射電流達到185mA(RFIP), RF的面積是1.4mm2。

對于Wi-Fi6未來是否會被5G取代的問題,銳成芯微副總經理楊毅認為,手機通信與Wi-Fi通信將長期互補共存,這主要是因為Wi-Fi始終保持著手機通信約10倍的傳輸速率,在使用成本上也僅占十分之一。

RT-Thread:MCU新戰局下如何應對端側軟件研發新挑戰

目前物聯網還存在芯片碎片化的問題,回看終端設備的智能化過程,物聯網的碎片化主要體現在感知層芯片等硬件規格、鏈接技術多樣化以及應用場景分散化,業務邏輯復雜化等,呈現從單品智能產品到智能互聯場景,再到主動互聯用戶的發展趨勢。

RT-Thread生態運營總監陳峰分享了在嵌入式開發的技術趨勢,一是在處理器方面,具備更低的功耗、更強的拓展,以及更安全等;二是軟件和工具方面,軟件越來越復雜、RTOS發展為IoT OS、多芯多OS跨向統一OS平臺等趨勢;三是在技術層面,包括交互,邊緣計算,安全,應用開發APP化。

在物聯網操作系統方面,陳峰認為未來的操作系統會以實時系統為核心,具備快速啟動、低功耗、低成本等特性。RT-thread是一個開源物聯網操作系統,具備社區化、開源、中立等特點。陳峰介紹,2006年,公司正式啟動RT-Thread項目,在2018年、2019年發布4.0 版本,2020年,正式發布RT-Thread Smart 混合微內核操作系統。

陳峰介紹了RT-Thread Nano 極簡版、RT-Thread標準版。其中RT-Thread Nano 極簡版具備。 強實時、極精簡、高可靠的特點,中斷響應時間小于1微秒、任務切換 時間小于 3 微秒,覆蓋嵌入式領域的各行業廣泛驗證,軍工、電力、工業、軌道交通,消費電子等。

RT-Thread 標準版在極簡版的基礎上進行升級,具備三大特點,一是高度可定制化,結構化清晰,組件間耦合性低,二是完整的生態,包括芯片,組件/軟件包,開發者網絡應用,三是一體化系統。此外,RT-Thread針對MCU開發了Smart 混合微內核版本,做到了低至 500kB的內核尺寸,同時還可拆卸,可重啟,提高了用戶態系統服務。

據了解,目前RENESAS、新唐、國民技術、華大半導體等芯片廠商已經跟RT-thread展開合作,值得一提的是,領先的MCU的廠商花很大的力氣都在投資軟件幫助客戶更快做好產品的研發、加速產品的上市時間,因此RT-thread在汽車多核的芯片上也是做了適配。

陳峰表示,RT-thread旨在做開放的物聯網軟件平臺,可以針對不用的需求完成操作系統的適配。例如針對小資源場景的 MCU 用于簡單控制,可以使用RT-Thread nano ,對于中等規模的 IoT 節點,對于功能豐富的智能設備可以使用RT-Thread Smart。

中國物聯網市場高速增長,AIoT芯片賽道國產廠商崛起

在2021年第八屆中國IoT大會高峰論壇上,電子發燒友執行副主編章鷹帶來《2021年物聯網市場發展和趨勢》最新報告。

報告揭示了三大亮點和八大熱點物聯網應用。第一、今年全球物聯網和中國物聯網呈現爆發的趨勢。連接數快速增長,IoT Analytics發布的《2021年物聯網展望》報告顯示,2020年全球物聯網連接數超過117億個,首次超過非物聯網連接數,預計2025年全球將有超過300億物聯網連接。在5G技術的加持下,到2025年全球將有309億臺聯網的物聯網設備。

中國物聯網市場高速增長。根據Machina的數據,2020年中國物聯網連接數迅速突破70億,三年內超過100億連接,增幅顯著高于世界水平。在市場規模上,中國物聯網市場位居全球前列,IDC預測中國物聯網市場規模將在2025年超過3000億美元,全球占比約26.1%。

二、物聯網“錢景”看好!國內物聯網產業鏈上市公司營收和凈利潤表現亮麗。中國物聯網市場規模持續增長,物聯網產業鏈上的重點公司在營收和利潤里呈現了良性的增長趨勢。在通信芯片領域,Wi-Fi/藍牙MCU龍頭樂鑫科技前三季度營收9.78億元,同比上升76.82%,凈利潤1.48億,同比上升83.32%。其主打的ESP32 產品前三季度出貨量接近翻倍增長,自ESP32系列起,新增藍牙和AI算法功能,芯片產品向AIoT領域發展。樂鑫科技還自主研發了基于Risc-V架構的32位MCU。

國內物聯網產業鏈重點上市公司2021前三季度業績

在通信模組領域,領頭企業移遠通信營業收入74.76億元,同比增長77.66%,凈利潤2.37億元。同比增長89.53%。5G、前裝車載模組、Cat 1、NB-IoT模組幾大市場齊頭并進,海內外市場均衡發展。在物聯網平臺領域,小米最新財報顯示,今年這家公司第三季度實現總收入781億元,凈利潤52億元,同比增長25.4%。財報顯示小米IoT連接數達4億臺,連續5季度保持近40%增速,擁有5件IoT設備用戶數達740萬。

三、AIoT賽道,景氣度持續高漲,國產芯片增長潛力大。新興AIoT應用驅動國內外芯片廠商開發針對特定場景的AIoT SoC。芯來科技的李總剛剛分享, AIoT豐富而碎片化的場景帶來市場痛點,越來越多的公司希望開發定制化的芯片。這給予國產芯片公司巨大的市場機會。

電子發燒友的獨家調查顯示,工程師看好MCU芯片、WiFi芯片、無線SoC芯片和NB-IoT芯片的增長趨勢。藍牙、安全和射頻類芯片也頗具市場潛力。工程師認為物聯網終端開發主要有三大困難:物聯網應用碎片化,終端小型化、低功耗成為挑戰;車載物聯網終端對連接高要求;物聯網數據安全挑戰。

工程師看好五類物聯網終端增長前景,包括智能監控設備、智能汽車、智能表計、工業路由器/CPE。

工程師看好的最具前景物聯網操作系統

物聯網操作系統廠商競爭激烈。電子發燒友的調查顯示,工程師最看好鴻蒙OS未來增長前景,56%的工程師選擇了鴻蒙,12%的工程師選了RT-thread,11%的工程師選擇了Android IoT。為什么看好鴻蒙操作系統?一是它能更好支持智能硬件廠家開發硬件(合作伙伴擁有芯片、模組等上游廠商);二是鴻蒙生態有望實現生態整合,以智能家居為例,不同品牌的合作伙伴通過鴻蒙實現互聯互通。

在物聯網應用領域方面,智慧城市、車聯網、智慧醫療、共享設備、智慧家居、能源物聯網、智慧工業、智慧零售成為工程師高票選出的今年八大物聯網應用。

以車聯網應用為例,首先國家政策支持。近日,工信部、住建部研究確定重慶、深圳、廈門等10個城市為智慧城市基礎設施與智能網聯汽車協同發展第二批試點。機構預測,2025年全球蜂窩物聯網通信模組出貨量有望超過9.7億片,對應千億市場規模。其中車載模組將是重要場景之一,預計市場占比將在20%以上。今年,還有新能源汽車突破330萬輛利好,智能網聯已經成為新能源汽車標配,配合支持C- V2X的八大車廠推出新車型,相信5G+V2X的智能網聯汽車成為未來的趨勢。

從去年開始,蔓延到今年第四季度,物聯網芯片漲價和缺貨的情況還沒有明顯好轉,海外原廠MCU、WiFi等芯片交期變長,在消費、工業等細分領域給國產替代的廠商一定的突破機會。

本次大會還舉行了圓桌論壇環節,論壇由電子發燒友執行主編黃晶晶主持,邀請到微容科技營銷中心常務副總經理鄭春暉,Qorvo UWB事業部高級經理Jessica Zhou,RT-Thread生態運營總監陳峰,以及U-Blox華南區技術經理孟培新等嘉賓們,共同圍繞“打破物聯網生態邊際,價值鏈的新機會在哪里?”這一主題,就共建生態、互聯互通以及元宇宙、汽車等諸多話題進行了深入的交流與分享。

原文標題:AIoT賽道從芯片到操作系統,國產廠商的機遇和挑戰

文章出處:【微信公眾號:電子發燒友網】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

審核編輯:彭菁
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原文標題:?AIoT賽道從芯片到操作系統,國產廠商的機遇和挑戰

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