在移动智能终端(手机、平板、PC)、物联网、车联网、AI边缘计算等应用市场中,“计算、感知、连接”这三大技术节点至关重要,也是各大半导体公司争夺的重点战场。

无线连接芯片为何如此重要?回顾 Wi-Fi / 蓝牙主流芯片玩家

过去,无线连接通常采用单颗 Wi-Fi 或蓝牙芯片。为了满足手机等设备对复杂应用、低功耗和小体积的需求,半导体厂商逐渐提升集成度。

从 Wi-Fi、蓝牙双模的 Combo 芯片,到逐步增加 Wi-Fi、蓝牙、射频、GNSS 甚至 Zigbee、Thread、NFC 等网络连接协议。随着手机等移动便携设备对小体积和设计需求的不断提升,以往分立的器件集成化是大势所趋。对于客户而言,单芯片集成度越高,省心程度也更高。如今的无线连接芯片集成度越来越高,同时设计难度也越来越复杂。

想要制造高集成度的无线连接芯片,首先必须具备 Wi-Fi 和蓝牙芯片的设计能力。尽管全球具备 Wi-Fi 和蓝牙设计能力的玩家众多,但要满足目前主流市场需求、具备较高可靠性和性价比的厂商其实寥寥无可数。

目前市场上主流的三种 Wi-Fi 技术是 802.11n、11ac 和 11ax。其中,11ac 是主流,而 11ax 是未来的新趋势。2015 年,高端手机和物联网设备市场中以 11ac 为主,例如苹果、华为、三星等手机,华硕等高端 Wi-Fi 路由器。11ac 的出现导致采用 11n 的产品售价无法超过 500 元。

从上图可以看出,2015 年 11n 技术芯片遭遇第一个拐点,市场份额缩减至 1/2 以下。2016 年进一步压缩至 1/3。更严峻的是,预计到 2018 年将迎来第二个拐点。2015-2018 年间,11ac 产品将爆发性增长,超过 80% 的产品将采用 11ac 技术。

上表显示,能够同时支持 802.11a/b/g/n/ac 的厂商不乏其数,包括紫光展锐、海思、博通、Celeno、英特尔、Marvell、联发科、高通、Quantenna、Realtek、意法半导体、东芝、联发科。

同时支持上述 Wi-Fi 标准并拥有蓝牙 5 技术的厂商数量则更少。市场调研机构 ABI Research 高级分析师 Ryan Martin 指出,预计到 2021 年,全球联网设备安装量将达到 480 亿台,其中近三分之一将采用蓝牙技术。ABI Research 预估,2021 年蓝牙 IC 出货量将达到 100 亿颗。

目前主流的蓝牙玩家有紫光展锐、高通、联发科、Nordic、Skyworks、TI、Dialog、意法半导体、ADI、Microchip、博通、Marvell、Cypress 等。

除了上述几家国外芯片公司,中国也有不少蓝牙芯片厂商,包括台湾创杰(被微芯收购)、珠海炬芯、北京昆天科、安凯微、台湾络达、上海山景、珠海杰理、上海博通、上海巨微、上海泰凌微。不过能支持蓝牙 5 的量产厂商不多,目前仅紫光展锐、联发科、安凯微电子可以提供。

前面提到,无线连接芯片的设计难度越来越复杂,主要是指射频器件增加会产生各种干扰,如 EMC 问题。这非常考验设计公司的经验和项目管理能力。越来越多物联网设备对多种网络连接的需求增强,也必然促使无线连接芯片的普及推广。

这也是高通、联发科、紫光展锐这样的主芯片厂商大力自研或投资并购周边器件厂商的原因。其中,高通并购了 Atheros 和 CSR,联发科并购了 Ralink 和络达,而展讯和锐迪科合并成了紫光展锐。

2011 年,高通发布了 Combo 芯片 WCN3660,支持 Wi-Fi、蓝牙® 和 FM 广播功能所需的电路板面积最大压缩达 50%。联发科则在 2017 年发布了 MT7622,支持 4×4 802.11n 及蓝牙 5。

紫光展锐发布的春藤无线连接产品系列是目前国内公开市场唯一一款集成了 2 x 2 802.11ac、蓝牙 5、GNSS 五模三频、FM 的四合一芯片。

春藤无线连接芯片的设计难度有多高?对国产芯片有何标志性意义?

以往,无线连接芯片的玩家主要集中在少数国外 IC 设计巨头手中,如高通、博通、Marvell 等公司。特别是难度最高的多标准无线连接芯片(无线连接超大型集成电路整合型系统单芯片)更是领先国内本土企业 5~6 年的技术水平,约 3~4 个技术和产品世代。

类似于春藤系列的四合一芯片对国产芯片商来说是一个巨大挑战,它的开发成功对整个中国集成电路产业具有划时代的意义。与国内芯片厂商以往主要开发单芯片为主不同,四合一芯片需要拥有自己的 IP 算法,因为它涉及到多技术的整合,项目流程非常复杂。从最初的市场分析、芯片设计到产品设计开发以及量产都有极高的要求,需要多个部门协同完成。

紫光展锐的春藤无线连接项目共跨越内部 8 个公司级部门,同时对接多个外部客户,协调几十个供应商。它的开发难度与单纯一个芯片相比呈指数级上升,一旦某个环节出了问题,就需要多环节进行迭代更新。也正因为如此复杂的项目管理难度,春藤无线连接项目获得 2018 PMI(中国)项目管理大奖。

</p中美科技竞争背景下的国产芯片替代机遇
面对中美贸易冲突的严峻形势,无线连接芯片行业正面临潜在制约。国产芯片替代的机遇窗口由此开启,加速国产化进程势在必行。春藤系列芯片的发布为降低产品研发和生产成本,提供了切实保障。

本土厂商的成本优势和服务优势
以 Wi-Fi 模块为例,2014 年之前,Wi-Fi 模块解决方案的价格高达 40 元以上。高通和 TI 推出 Wi-Fi 芯片后,将模块成本大幅降低至 30 元左右。随后,联发科推出了 MT7681,将 Wi-Fi 解决方案成本降低至 20 元左右。到 2016 年,本土厂商乐鑫、新岸线、联盛德等纷纷推出 Wi-Fi SOC 芯片,将 Wi-Fi 模块价格直接拉低至 6 元左右。
本土厂商不仅拥有成本优势,还能在服务本土化方面提供更强劲的支持。紫光展锐等公司除提供无线连接芯片外,还提供基带、射频、软硬件解决方案等交钥匙解决方案,大幅缩短了客户产品上市时间。
春藤无线连接芯片:国产芯片实力的明证
2016 年启动的春藤项目,是一个大型集成电路集成项目。据悉,春藤无线连接芯片的研发耗时一年,投入两亿四千万元人民币,汇集了来自多个国家、不同文化和专业背景的 250 名工程师。
春藤芯片功能强大,包括:
先进的可配置、高性能及超低功耗架构
符合 IEEE 802.11ac 标准的 Wi-Fi VHT R2 2×2 多用户多发射多接收 (MU-MIMO)、波束成型 (Beamforming)、RTT 位置定位
符合蓝牙 5 标准,包括长距离传输、高功率传输、AoD 角度定位和自组网
五模三频 GPS/Galileo/Glonass/北斗/北斗三代并行高精度厘米级导航定位系统
低功耗高敏度 FM/RDS 系统
内置射频前端元器件、热敏晶体时钟、电源管理功能,多核 CPU (中央处理器)
创新性的无线共存及 LTE (4G) 和无线连接系统多天线时分频分管理机制
支持高阶 Flip Chip,芯片级 CSP 封装等
国产芯片未来的发展潜力
展望未来,无线连接芯片将迎来升级换代。802.11ax 标准将在高端旗舰手机中普及,目前成本仍然较高。最终标准的确定也是影响 802.11ax 普及的重要因素。
GNSS 定位将逐步向双频甚至三频发展,以减轻多径干扰,提供更高的精度。ABI Research 预计,双频设备将在未来数年内占据高端智能手机市场,到 2023 年,双频 GNSS IC 将占全球 GNSS LBS IC 总出货量的 36%。双频及三频 GNSS 面临的主要问题包括成本和天线设计难度。
国产芯片的崛起:从减法到加法
春藤无线连接芯片的研发成功,既体现了国产芯片的设计和系统管理能力,也表明国产芯片并不仅仅局限于低价策略,而是通过不断地增加附加值,迈向高端市场。
紫光展锐作为国产芯片龙头企业,一直以来专注成熟市场,培育产品成熟度后,迅速抢占市场份额。春藤无线连接芯片的推出,代表着国产芯片在手机、物联网、人工智能边缘计算等领域具有重要战略意义,将打开更广阔的市场前景。