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揭秘展锐春藤无线连接芯片设计难度,为何说国内首颗四合一无线连接芯片具有重要战略意义?

来源: 芯扒客 2019/3/12 浏览量:4070 关键词: 芯片设计 展锐

 摘  要   

春藤无线连接芯片的成功代表着国产芯片的设计和系统管理能力更上一层楼,更重要的是展现了国产芯片不是只会做减法,而是通过做加法不断往高端走的决心。

 

 

在移动智能终端(手机、平板、PC)以及物联网、车联网、AI边缘计算等应用市场,“计算、感知、连接”是至关重要的三大技术节点,也是各大半导体公司互相角逐的战场。

 

无线连接芯片为何如此重要?盘点Wi-Fi / 蓝牙主流芯片玩家

 

在以前,无线连接一般是采用单颗的Wi-Fi芯片或蓝牙芯片,为了满足手机等设备对于复杂应用、功耗和体积的需求,半导体厂商开始逐渐提高集成度。

 

从Wi-Fi、蓝牙双模的combo芯片,到逐渐增加到Wi-Fi、蓝牙、RF、GNSS甚至Zigbee,Thread、NFC等不同的网络连接协议。随着手机等移动便携设备对产品体积、设计需求的不断提升,以往分立的器件逐渐集成化是大势所趋。对于客户来说,单芯片集成度越高越省心。今天的无线连接芯片集成度已经越来越高,同时设计难度越来越复杂。

 

要做高集成度的无线连接芯片,首先是要具备Wi-Fi和蓝牙的芯片设计能力。虽然全球具备Wi-Fi和蓝牙设计能力的玩家看起来不少,但要满足目前主流市场需求,又具有较高可靠性和性价比的厂商其实可选项并不多。

 

市面上主流的Wi-Fi 芯片供应商(制表:芯扒客)

(建议制表里加上海思)

 

据了解,目前市面上主流的三类Wi-Fi技术,802.11n和11ac是比较成熟的技术。其中11ac是主流,而11ax则是未来的新趋势。在2015年,市场上高端手机和物联网设备都是以11ac为主,比如苹果,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。

 

 

从上图可以看到,2015年11n技术芯片遭遇第一拐点,市场压缩低于1/2。2016年压缩至1/3,更为艰巨的是到2018年将会遇到第二个拐点,2015-2018年11ac产品爆发性增长,超过80%都是11ac产品。

 

从上表可看出,能够同时支持802.11a/b/g/n/ac的厂商不少,包括紫光展锐、海思、博通、Celeno、intel、Marvell、联发科、高通、Quantenna、Realtek、STMicro、东芝、联发科。

 

能支持上述Wi-Fi标准的同时,又能拥有蓝牙5技术的厂商就更少了。ABI Research调研机构高级分析师Ryan Martin指出,预计至2021年,全球联网设备安装将达到480亿,且这其中近三分之一将采用蓝牙技术。ABI Research预计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、ST、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量产的也不多,目前仅紫光展锐、联发科、安凯微电子都可以提供。

 

前面提到了,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,比如EMC的问题,这非常考验设计公司的经验和项目管理能力。此外,越来越多的物联网设备对于多种网络连接需求加强,必然也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高压缩达50%。联发科则在2017年发布了MT7622,支持4x4802.11n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?

 

在以往,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于国产芯片商是一个巨大挑战,它的开发成功对于整个中国集成电路产业具有划时代的意义。相比以往国内芯片厂商主要开发单芯片为主,四合一芯片需要拥有自己的IP算法,因为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很高的要求,需要整合多个部门。

 

据了解,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。它的开发难度相比单纯一个芯片开发难度呈指数级上升,一旦有一个环节出了问题,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,春藤无线连接项目也获得了2018 PMI(中国)项目管理大奖。

 

 

不久前笔者在高通代理商Arrow的网站查到,类似于WCN3660B这样的Combo芯片目前可能受到出口管制。在《“十三五”国家科技创新规划》中,下一代网络技术及相关的芯片、设备被确定成为中国新一代信息技术的发展重点。尤其是WCN(WirelessConnectivity Network)无线网络连接芯片是其中至关重要、不可缺少的一个环节。

 

在中美贸易战的大背景下,无线连接芯片很有可能受制于人。这个时候国产芯片的替代机会就来了,更有机会进行国产化替代。春藤系列的发布也有助于大幅度降低产品的研发生产成本。

 

 

以Wi-Fi模块为例,2014年之前Wi-Fi模块方案价格超过40元,、高通和TI的Wi-Fi芯片发布后将模块成本拉到30元左右。此后联发科推出MT7681将Wi-Fi方案拉到20元左右。到了2016年,包括乐鑫、南方硅谷、新岸线、Realtek、联盛德等本土厂商相继推出Wi-Fi SOC芯片,将Wi-Fi模块价格直接拉到了6元左右。也正因为这样,单Wi-Fi芯片被不少国际大厂看成是不赚钱的业务,不少选择转卖。

 

而国内公司除了有成本价格优势,在服务本土化上可以做到更大力度的支持。事实上,除了无线连接芯片,紫光展锐还可以提供交钥匙的方案,包括基带、射频、无线连接芯片、软硬件解决方案都可以提供,大大节省了客户上市量产时间。

 

这个2016年启动的项目属于超大型的集成电路整合项目。据了解,春藤无线连接的研发时间总共一年,先后投入了两亿四千万人民币和250名来自多个国家,具有不同文化和专业背景的工程师。其功能包括先进的可配置,高性能及超低功耗架构,符合IEEE 802.11ac标准的Wi-Fi VHT R2 2x2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封装等等。

 

展望未来,无线连接芯片将进一步升级换代。首先是802.11ax将逐渐在高端旗舰级手机普及,不过现在成本依然过高。除了成本,影响802.11ax普及的重要因素还包括最终标准的确定。据了解,2016年11月的802.11ax Draft1.0和2017年9月的2.0草案未能在IEEE工作组内获得批准。最终802.11ax的标准可能会在2019年12月实现,所以尽管不少芯片厂商已经宣称推出802.11ax芯片但大规模的商用可能要延后6到12个月。

 

另外,GNSS定位将逐渐向双频、甚至三频发展,可以减轻多径干扰效应,尤其是在建筑物密度高的区域(如城市峡谷),并提供比单频设备高得多的精度。ABI Research预计双频设备将在短短几年内主导高端智能手机市场,到2023年,双频GNSS IC将占全球GNSS LBS IC总出货量的36%。当然双频及三频GNSS面临的主要问题也是成本以及天线设计难度的问题。

 

另一方面也创造了很多的首次:比如802.11ac、蓝牙5、北斗的研发都属于自主研发,而802.11ac更属于国内第一颗自主研发的技术芯片。其功耗和性能指标也完全对标欧美领先标准定义,各项参数领先同业竞品。

 

在摩尔定律之下,半导体在发展过程中会面临价格下降的趋势,但在产业趋于成熟的过程中,一味地降价,甚至通过牺牲自身利益来换取市场,显然这是非常不理性的。不少国产芯片切入市场靠的是低价低性能,做的往往是减法。至于为什么不做加法,更多的可能是缺乏足够的设计和整合能力。价格战虽然是国产芯片的优势,但也往往把行业拖向无钱可赚的恶性竞争,不少欧美大厂也因为单Wi-Fi芯片利润太低而选择了放弃。春藤无线连接芯片的成功代表着国产芯片的设计和系统管理能力更上一层楼,更重要的是展现了国产芯片不是只会做减法,而是通过做加法不断往高端走的决心。

 

紫光展锐作为国产芯片的代表厂商,此前一直选择的是做成熟市场,一旦产品成熟稳定后,迅速抢占市场份额的能力无人能及。春藤无线连接芯片的推出,代表在未来的手机,平板,个人电脑,物联网,车联网,移动运算,智能家居,人工智能边缘计算等应用中,具备重要战略意义的无线连接芯片,打开了一个更广阔的市场空间。

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