本文來(lái)自微信公眾號(hào)“芯東西”，作者|程茜，編輯|漠影
一顆小小的NB-IoT芯片就能讓水表變智能，芯翼信息科技的殺手锏是什么？
疫情肆虐下，居家隔離、集中隔離對(duì)智能防疫設(shè)備的需求也逐漸增多，搭載NB-IoT的智能門(mén)磁替代了紙質(zhì)封條，社區(qū)人員通過(guò)手機(jī)就能對(duì)隔離人群進(jìn)行“云監(jiān)督”，以NB-IoT智能門(mén)磁為主的智能防疫設(shè)備需求迎來(lái)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。
▲長(zhǎng)沙電信裝維工程師為隔離人員安裝智能門(mén)磁（圖片來(lái)源為：長(zhǎng)沙晚報(bào)）
早在2018年前后，作為5G商用領(lǐng)域中不可或缺的一環(huán)，NB-IoT芯片在智能表計(jì)中的應(yīng)用就已逐漸進(jìn)入爆發(fā)階段，中國(guó)移動(dòng)、聯(lián)通、電信三大運(yùn)營(yíng)商都圍繞NB-IoT構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)。芯片廠商、硬件制造廠商等玩家蜂擁而至，NB-IoT芯片市場(chǎng)迎來(lái)爆發(fā)。
近日，中國(guó)移動(dòng)旗下中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司啟動(dòng)了NB-IoT芯片XY1100采購(gòu)項(xiàng)目。該項(xiàng)目共集采1500萬(wàn)片NB-IoT芯片，供應(yīng)商為芯翼信息科技。
▲芯翼信息科技獲得中移物聯(lián)采購(gòu)項(xiàng)目公告
芯翼信息科技成立于2017年3月，僅5年時(shí)間就在海思、紫光展銳、聯(lián)發(fā)科等頭部玩家布局的NB-IoT芯片領(lǐng)域嶄露頭角。截至目前，芯翼信息科技的XY1100芯片出貨量已達(dá)2500多萬(wàn)片。
芯東西與芯翼信息科技副總裁李劍、芯翼信息科技高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)祁衛(wèi)、行業(yè)知名NB-IoT產(chǎn)品專家進(jìn)行了深入交流，剖析NB-IoT芯片的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
01.
累計(jì)出貨量超2500萬(wàn)片
打造“全國(guó)產(chǎn)”供應(yīng)鏈
當(dāng)前，蜂窩通信市場(chǎng)正面臨2G退網(wǎng)、5G布局的關(guān)鍵期。從2014年起，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）就開(kāi)始推動(dòng)5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，NB-IoT技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)的新興技術(shù)，于2020年7月被正式納入全球5G標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)啟了5G商用落地之路。
此前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景連接技術(shù)大多采用2G，隨著2G退網(wǎng)趨勢(shì)加速，5G NB-IoT技術(shù)的特性也決定了其能承接許多應(yīng)用場(chǎng)景。
5G NB-IoT在技術(shù)上有如下特點(diǎn)：
（1）大連接：?jiǎn)蝹€(gè)扇區(qū)內(nèi)能夠支持多達(dá)10萬(wàn)個(gè)左右的終端連接；
（2）廣覆蓋：?jiǎn)蝹€(gè)基站能覆蓋幾公里的范圍；
（3）穿透能力強(qiáng)：在相同頻段下NB-IoT與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如2G）相比高20dB的增益；
（4）低功耗：理論與實(shí)驗(yàn)表明搭載有NB-IoT技術(shù)的終端設(shè)備最長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)的待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年之久；
（5）設(shè)備成本低：NB-IoT模塊設(shè)備體積小且覆蓋簡(jiǎn)單，使得其預(yù)期單個(gè)模塊的成本不超過(guò)5美元，經(jīng)過(guò)近幾年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)在NB-IoT模塊的價(jià)格普遍低于3美元。
而知名市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Counterpoint的數(shù)據(jù)也顯示，2021年第四季度蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景中，智能表計(jì)占比最高，這其中大部分都是基于5G NB-IoT實(shí)現(xiàn)的，其次是金融支付類(lèi)以及數(shù)據(jù)類(lèi)產(chǎn)品。
▲2021年第四季度蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景（數(shù)據(jù)來(lái)源為：Counterpoint）
此前，NB-IoT芯片的主要場(chǎng)景落地在智慧城市的相關(guān)應(yīng)用上，如智能表計(jì)、智能消防、智能路燈等，在疫情的特殊背景下進(jìn)一步放大了其應(yīng)用場(chǎng)景。
早在2020年初，也就是疫情暴發(fā)初期，芯翼信息科技的一些合作伙伴在深圳、內(nèi)蒙古等地都將基于XY1100的智能門(mén)磁產(chǎn)品應(yīng)用于疫情防控當(dāng)中。李劍對(duì)此深有感觸，他談道，芯翼信息科技作為芯片廠商為合作伙伴做了大量的優(yōu)化工作。
NB-IoT產(chǎn)品專家也談道，NB-IoT芯片的特點(diǎn)主要是低速率、低功耗、低帶寬，因此在疫情防控中，比如居家或者酒店隔離，監(jiān)測(cè)房門(mén)開(kāi)合狀態(tài)這樣的場(chǎng)景就比較適合采用NB-IoT芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)品。
“相比去年，智能門(mén)磁的需求量呈數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，今年前幾個(gè)月，總體已經(jīng)達(dá)到百萬(wàn)級(jí)的需求。”NB-IoT產(chǎn)品專家說(shuō)。
回到其主要的應(yīng)用場(chǎng)景智能表計(jì)，除了基本的測(cè)量功能外，NB-IoT還可以監(jiān)測(cè)水、燃?xì)獾男孤?，配合云端大?shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)防事故、及時(shí)報(bào)警功能。
▲NB-IoT技術(shù)在智能水表中的應(yīng)用（圖片來(lái)源為T(mén)echnoton Engineering）
NB-IoT產(chǎn)品專家告訴芯東西，目前水表的智能化率相對(duì)低一點(diǎn)，僅有30%，智能燃?xì)獗淼臐B透率相對(duì)較高為60%，電表由于其一定的行業(yè)特殊性，基于NB-IoT的智能電表更多應(yīng)用于員工宿舍、工業(yè)園區(qū)等場(chǎng)景中。
在我國(guó)，一方面隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，智慧城市建設(shè)快速推進(jìn)中，傳統(tǒng)機(jī)械表的升級(jí)換代需求迫在眉睫，另一方面NB-IoT技術(shù)的發(fā)展也跟其他技術(shù)一樣，從標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)落地、試商用再到大規(guī)模商用，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間。李劍談道，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的不斷優(yōu)化，通信協(xié)議的演進(jìn)也使得NB-IoT在智能表計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越普及。
▲NB-IoT技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用
作為NB-IoT技術(shù)滲透率較高的智能表計(jì)、智能路燈等大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，由于這類(lèi)產(chǎn)品的地理位置或成本原因，其終端模塊可能在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)更新升級(jí)或更換電池，因此終端設(shè)備的功耗是其能否商用的關(guān)鍵因素。
在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中NB-IoT終端電池壽命設(shè)計(jì)為10年，但實(shí)際使用過(guò)程中，電池壽命也會(huì)因具體的設(shè)備、功能等產(chǎn)生變化。因此，實(shí)現(xiàn)低功耗甚至超低功耗是NB-IoT芯片的核心，而低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，要在射頻、模擬、數(shù)字基帶、軟件等所有組成部件中實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。
目前，作為國(guó)內(nèi)NB-IoT芯片領(lǐng)域的頭部企業(yè)，芯翼信息科技的XY1100芯片累計(jì)出貨量已經(jīng)達(dá)到2500多萬(wàn)片，2022年單月出貨量達(dá)到近500萬(wàn)片，并且中移物聯(lián)搭載XY1100 NB-IoT SoC的模組MN316也已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模出貨。
▲芯翼信息科技XY1100 SoC及中移物聯(lián)MN316模組
芯翼信息科技成立于2017年，相比于海思、紫光展銳和聯(lián)發(fā)科入局較晚，但這也成為了其優(yōu)勢(shì)，李劍談道，在產(chǎn)品定義上，芯翼信息科技參考了前面幾代芯片產(chǎn)品的特點(diǎn)，并做了歸納、總結(jié)和創(chuàng)新，最后體現(xiàn)在芯片的實(shí)現(xiàn)上，功耗、性能、成本上均有較大的提升：
首先，芯翼信息科技的XY1100芯片是全球首顆集成了CMOS PA的NB-IoT SoC，搭載其的物聯(lián)網(wǎng)模組器件數(shù)可減少60%，模組成本整體下降30%。同時(shí)，芯翼信息科技采用了QFN封裝，進(jìn)一步降低了客戶的使用成本。
其次，在低功耗設(shè)計(jì)上，XY1100選擇了中芯國(guó)際55nm的成熟制程，因?yàn)槌墒旃に嚨腜DK（工藝設(shè)計(jì)套件）功耗模型準(zhǔn)確程度高，更有利于研發(fā)低功耗甚至是超低功耗產(chǎn)品，再加上芯翼信息科技自身領(lǐng)先的模擬/射頻設(shè)計(jì)能力，最終XY1100實(shí)現(xiàn)了在深度睡眠狀態(tài)電流1μA，接收機(jī)狀態(tài)電流約為20mA，這樣一來(lái)，使得客戶可以用更小容量的電池實(shí)現(xiàn)一樣的使用壽命，同樣大大降低了客戶的使用成本。
再次，在Modem（調(diào)制解調(diào)器）的實(shí)現(xiàn)上，祁衛(wèi)稱，XY1100芯片采用了軟件SDR架構(gòu)，可以靈活支持、優(yōu)化物理層接收機(jī)算法，同時(shí)支持NB-IoT以及其他非標(biāo)自定義協(xié)議，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)以及碎片化的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)通訊需求。
然后，與其他同類(lèi)產(chǎn)品不同的是，XY1100芯片采用基于Open CPU的雙核架構(gòu)。在NB-IoT芯片中，通信對(duì)時(shí)序的要求較高，因此，CPU在處理一個(gè)通信任務(wù)時(shí)，必須將其發(fā)射或接收完成，才能處理下一個(gè)任務(wù)，如果此時(shí)有應(yīng)用邏輯干擾CPU運(yùn)行，通信就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
祁衛(wèi)解釋道，雙核架構(gòu)的好處在于，一個(gè)CPU可以處理通信任務(wù)，另一個(gè)就可以跑客戶的應(yīng)用代碼，能夠?qū)?yīng)用和通信部分物理隔絕開(kāi)，避免出現(xiàn)應(yīng)用影響通訊的情況。
但更有意思的是，2020以來(lái)持續(xù)的“缺芯潮”，特別是MCU的缺貨導(dǎo)致其價(jià)格大幅上漲，讓很多終端客戶把注意力放到了原來(lái)不那么讓人關(guān)注的NB-IoT SoC中Open CPU，李劍談道，這些客戶發(fā)現(xiàn)使用Open CPU可以省掉既買(mǎi)不到也買(mǎi)不起的MCU，并且?guī)椭麄冊(cè)谌毙镜拇蟓h(huán)境下順利交付產(chǎn)品，能大大降低終端的成本。
最后，在芯片供應(yīng)短缺、國(guó)際關(guān)系變化的背景下，芯翼信息科技產(chǎn)能豐富，新一代芯片系列也即將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。李劍談道，芯翼信息科技的上游晶圓廠、封測(cè)廠都是國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商，所以供應(yīng)鏈危機(jī)、國(guó)際環(huán)境的變化并沒(méi)有對(duì)他們?cè)斐商笥绊憽?/p>
值得一提的是，為了保證大規(guī)模出貨后芯片的質(zhì)量，芯翼信息科技還成立了專門(mén)的專業(yè)質(zhì)量管控團(tuán)隊(duì)。
綜上，功耗/性能領(lǐng)先、成本控制好、產(chǎn)品成熟、產(chǎn)能保障正是芯翼信息科技在NB-IoT芯片領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的殺手锏。
02.
資產(chǎn)管理、定位追蹤、安防管控等
新興場(chǎng)景前景可觀
相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣闊，Counterpoint的數(shù)據(jù)顯示，2021年第四季度全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)芯片中國(guó)出貨量占全球市場(chǎng)的近60%。
2021年底，中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)胡堅(jiān)波在2021江西國(guó)際移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)上說(shuō)，目前NB-IoT已在水表、燃?xì)獗?、消防煙感和電?dòng)自行車(chē)防盜4個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)級(jí)規(guī)模連接，智能井蓋、智能門(mén)鎖、追蹤定位和智慧路燈等十余個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)超過(guò)百萬(wàn)級(jí)連接，未來(lái)還將更多地應(yīng)用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。
擁有龐大設(shè)備連接技術(shù)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，隨著NB-IoT技術(shù)逐漸步入成熟階段，其市場(chǎng)轉(zhuǎn)化率也有望迎來(lái)較大增長(zhǎng)。李劍也提到，智能表計(jì)雖然是NB-IoT芯片目前的主要落地應(yīng)用，但事實(shí)上，智能燃?xì)獗碇羞€包括大量的IC智能卡的產(chǎn)品，并沒(méi)有全部應(yīng)用NB-IoT技術(shù)。
因此，隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn)，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的完善，5G NB-IoT在智能表計(jì)的覆蓋率將會(huì)進(jìn)一步提升。不僅如此，很多如追蹤器、資產(chǎn)管理等新興應(yīng)用也會(huì)有較大前景。
NB-IoT產(chǎn)品專家補(bǔ)充道，如果NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)一步提升，將會(huì)有更多的應(yīng)用場(chǎng)景出現(xiàn)。此外，他還提到，從整體上看，在金融風(fēng)控、追蹤器等領(lǐng)域NB-IoT的落地形態(tài)也更加多樣。
▲資產(chǎn)追蹤應(yīng)用案例（搭載XY1100 NB-IoT SoC）
在XY1100作為NB-IoT SoC大規(guī)模商用并進(jìn)入各行各業(yè)后，芯翼信息科技開(kāi)始挖掘細(xì)分賽道，其專為智能表計(jì)行業(yè)設(shè)計(jì)的專用SoC XY2100系列芯片已經(jīng)研發(fā)成功，將于今年量產(chǎn)。
李劍還談道，芯翼信息科技是一家物聯(lián)網(wǎng)智能終端系統(tǒng)SoC公司，通信只是一個(gè)維度。因此，該公司還在研發(fā)專為資產(chǎn)管理和追蹤行業(yè)設(shè)計(jì)的專用SoC XY3100，以及Cat.1bis SoC XY4100和5G NR RedCap芯片XY5100。
作為芯片公司，在“端”這一側(cè)，芯翼信息科技關(guān)注的是五大能力：無(wú)線通訊、感知、邊緣計(jì)算、電源管理和安全。祁衛(wèi)說(shuō)，從芯片的角度來(lái)看，這些技術(shù)能力都要有機(jī)地融合在芯片和相應(yīng)的套片上，才能幫行業(yè)終端降低成本、功耗，讓客戶能更友好地使用這些技術(shù)，這才是芯翼信息科技真正的愿景。
03.
結(jié)語(yǔ)：創(chuàng)新技術(shù)突破
助力NB-IoT芯片廠商搶占市場(chǎng)
作為新基建智慧城市建設(shè)的一部分，NB-IoT技術(shù)在智能表計(jì)市場(chǎng)逐步落地、發(fā)展過(guò)程中所帶給人們的價(jià)值，遠(yuǎn)比數(shù)百萬(wàn)顆芯片或者智能表計(jì)本身帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益多得多。
當(dāng)然，NB-IoT芯片的應(yīng)用場(chǎng)景決定了其對(duì)成本和功耗的極致追求。最近幾年，入局NB-IoT芯片領(lǐng)域的廠商越來(lái)越多，如何在這一領(lǐng)域搶占市場(chǎng)，在低功耗、低成本領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是關(guān)鍵殺手锏。
不過(guò)，由于其工業(yè)屬性，這一領(lǐng)域的產(chǎn)品迭代相對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品較慢，因此對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性要求也相對(duì)較高，因此，如何在低功耗、低成本的前提下實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、高可靠性，并且最好還能在某個(gè)方面有技術(shù)突破，這對(duì)后來(lái)的廠商提出了更高的要求。
