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国产WiFi 6芯片走向何方?

对于国内WiFi芯片公司而言,WiFi 6芯片正处在研发进行时。
2022-01-04 10:16 · 微信公众号:半导体行业观察  钟林   
   

前世为何世,今生为何生,WiFi 6芯片到底为谁而生?

WiFi芯片走过了20年,既有前程可奔赴,亦有岁月可回首,历经6代,从第一代802.11b走向未来WiFi7 802.11be。对于国内WiFi芯片公司而言,WiFi 6芯片正处在研发进行时。从数量上来看,国内WiFi 6芯片公司已超过50家,市场看好,资本热捧,物联网海量市场,似乎更多WiFi芯片公司也容得下。

事实如何,且看国产WiFi 6芯片走向何方

WiFi 6芯片的前世与今生

在介绍国产WiFi 6芯片之前,我们先了解WiFi技术的起源。

WiFi无线网络技术由澳洲政府的研究机构CSIRO在90年代发明,并于1996年在美国成功申请了无线网技术专利,专利发明人是悉尼大学工程系毕业生奥沙利文(Dr John O'Sullivan)领导的一群由悉尼大学工程系毕业生组成的研究小组 。

实际上,早在1990年就有团队来开始制定无线通信协议 802.11标准,这早于研究机构CSIRO的工作3年之久,不过最终的结果是研究机构CSIRO申请了专利。

IEEE曾请求澳洲政府放弃其无线网络专利,让世界免费使用Wi-Fi技术,但遭到拒绝。澳洲政府随后在美国通过官司胜诉或庭外和解,收取苹果、英特尔、联想、戴尔、AT&T、索尼、东芝、微软、宏碁、华硕等等公司的专利使用费。

到2010年,全球有30亿台电子设备使用WiFi无线网络技术,而到2013年底研究机构CSIRO的WiFi无线网专利过期,使用WiFi无线技术的电子设备增加到了50亿+。

WiFi无线网络被誉为澳洲有史以来最重要的科技发明,其发明人奥沙利文(Dr John O'Sullivan)被称为”Wi-Fi之父“,并获得澳洲的国家最高科学奖和全世界的众多赞誉,其中包括欧盟机构,欧洲专利局,European Patent Office(EPO)颁发的European Inventor Award 2012,即2012年欧洲发明者大奖。

根据华为发布的WiFi白皮书,可以看到WiFi技术的整个发展历程。

图源:华为WiFi白皮书

1997年,IEEE制定出第一个无线局域网通信标准802.11,允许设备之间以每秒2Mbps的速度无线传输数据。

1999年,IEEE又发布了802.11b标准,传输速率为11Mbps,工作在2.4GHz频段。同年IEEE又发布了802.11a标准,不过是工作在5GHz频段,数据传输率达到了54Mbps。

2000年,第一代WiFi芯片产品上市,具有11Mbps的最大数据速率,工作在2.4GHz频段。

2003年,推出速度更快、距离覆盖更广的WiFi芯片产品,形成了802.11g标准,数据传输速度为54Mbps。

2009年,出现了802.11n协议标准,引入了“多输入多输出”数据 (MIMO),使用多个天线来增强发射和接收通信,最大连接速率为 600 Mbit/s。802.11n标准WiFi芯片一直使用至今,工作频段在2.4GHz。

2014年,IEEE发布了802.11ac,速度高达3.5 Gbps,但只支持5GHz频段。

2019年,802.11ax由无线网络标准的WiFi联盟提出,同时支持2.4GHz和5.8GHz。IEEE也将802.11ax命名为WiFi 6,并将前两代技术802.11n和802.11ac分别命名为WiFi 4和WiFi 5。在这之后,WiFi 6的前面才有新的命名WiFi 5、WiFi 4,但没有WiFi 3/WiFi 2/WiFi 1;后面有WiFi 6E,WiFi 7。

WiFi 6速度高达9.6 Gbps,比WiFi 5的3.5 Gbps提高了近3倍。WiFi 6不但有WiFi 5的所有先进 MIMO 特性,WiFi 6下OFDMA和MU-MIMO的效果可以叠加,两者呈现出一种互补关系,OFDMA适用于小数据包的并行传输提高信道利用率和传输效率,而MU-MIMO则适用于大数据包的并行传输,提高单用户的有效带宽,同样能减少时延。更高阶的调制技术 (1024-QAM)、空分复用技术(SR)& BSS Coloring 着色机制、扩展覆盖范围 (ER),使得WiFi 6可以更好地实现更多设备连接,可将每台设备的速度至少提升4倍。

2020年,WiFi联盟又宣布了WiFi 6的扩展版WiFi 6E(E代表Extended),工作频段除了原本的2.4GHz 、5GHz外,增加了6GHz频段(5925-7125 MHz,共1.2 GHz带宽),全新的6 GHz频带宽度为1.2 GHz,可容纳7个160MHz的频带,或14个80MHz的频带。美国联邦通信委员会将6GHz的1200 MHz免授权频段分配给WiFi 6,欧盟则将6GHz的400MHz频段分配给WiFi 6。

2021年,WiFi 7,即802.11be协议对外公布。高通、博通、联发科等芯片公司正在积极开发WiFi 7芯片。与WiFi 6的最多8个数据流相比,WiFi 7将支持16个数据流以及CMU-MIMO技术。其中,C代表Coordinated,意思是16个数据流可能不是由一个接入点提供,而是由多个接入点同时提供。其次,WiFi 7将继续支持6GHz频段,三个频段可以同时连接工作,将单个信道的宽度从WiFi 6的160MHz扩展到320MHz。

WiFi 7还将信号调制方式升级为4096QAM,以拥有更大的数据容量。所以WiFi 7最终速度可以达到30Gbps,是目前推出的最快Wi-Fi 6速度9.6Gbps的三倍。

WiFi 6和WiFi 7的比较(图源:华为官网)

国产WiFi 6芯片走向何方

智能手机领域是各大芯片厂商进入WiFi 6市场的重要入口,据市场调查机构Strategy Analytics的最新报告显示,到2021年,智能手机WiFi芯片市场规模将达43亿美元,高通、博通和联发科将占据该市场前三名。

目前支持WiFi 6的手机SoC处理器包括高通的骁龙888、骁龙865,华为海思的麒麟9000/9000E、麒麟900、麒麟985,苹果的A14,联发科的天玑1000+,还有博通的WiFi 6芯片BCM4375模组。

然而,国产WiFi 6芯片是进不了智能手机市场的,只有博通的四合一模组凭借其优异的性能指标独善其身,否则都是集成在SOC处理器里。

对于现在的国产WiFi 6芯片厂商来说,哪里才是真正属于他们的市场,是目前需要思考和解决的问题。除了智能手机市场,国产WiFi 6芯片究竟该走向何方?下面我们一起来分析和探讨。

WiFi 4芯片市场

WiFi芯片广泛应用在智能家居、智能监控,比如白色家电市场(冰箱、空调等)、模块市场、灯具市场、智能音箱监控、门铃、猫眼等产品。而其中网络摄像机、智能插座、WiFi智能灯等应用的市场规模较大,是目前的主流智能家居产品。

NEST、小米、涂鸦智能、海尔、格力、美的等推出一系列智能家居产品。海外巨头NEST在智能家居领域推出智能摄像头、Hello智能可视门铃、NEST耶鲁锁、Thermostat恒温器等。这些应用WiFi 4芯片就能满足需求。WiFi 4只支持802.11n 2.4GHz频段,需要升级到WiFi 6芯片吗?

从现有的市场应用来看,是不需要WiFi 6芯片的,就像我们手机是5G还是4G,对现在的消费者来说都一样。5G做到4G差不多的价格,更多的人才会选择5G。同理,如果WiFi 6芯片做到WiFi 4芯片的价格,才会有市场。事实也如此,目前市场上出货最多的还是WiFi 4芯片。

为了抢占WiFi 4芯片市场,国产WiFi 6芯片公司正在推出2.4GHz WiFi 6单频芯片,以同价的方式去替换WiFi 4芯片。在技术实现上也没有太大难度,底层协议/通信协议和算法相对容易很多,射频前端(PA+LNA+SW)也不需要真正做到 802.11ax的标准,满足802.11n就行。

WiFi 5芯片市场

为了解决视频传输的需求,WiFi 5芯片应用而生。WiFi 5芯片市场主要是智能手机、机顶盒市场、模块市场、无人机与航模市场、游戏机市场、电脑市场等等。

据中研普华产业研究院数据来源,2019年WiFi芯片市场规模为168亿元,2020年市场规模上升至180.2亿元,,预估2021年市场规模达到210.8亿元。预计到2025年中国WiFi芯片市场规模将突破300亿元,达到335.1亿元,从2021年到2025年市场规模年平均复合增长率将达到12.2%。从出货量角度来看,据Gartner数据,2020年全球WiFi芯片共出货44亿颗,预计2022年达到约49亿颗。

数据来源:中研普华产业研究院

2021年12月31日,市场分析机构DIGITIMES Research公布了2021年智能手机出货量情况,全年出货则约为13.2亿部,年增仅6.1%。智能手机是WiFi芯片最大的市场,从出货数量来看,占比大约是30%。由于手机上基本采用WiFi5或者WiFi6芯片,销售额预估占据60%以上。

智能手机之外,WiFi 5芯片的数量占比只有约20%,其中大部分来自WiFi 5路由器市场;近80%的出货数量来自WiFi 4芯片。最终,20%的WiFi 5芯片将会被WiFi 6芯片替换。

WiFi 6芯片市场

近两年,视频传输、视频监控、智慧城市等物联网领域对WiFi芯片性能要求不断提高,WiFi 6技术在VR/AR、超高清视频等新型高速率应用场景具有高适用性,未来对此类应用的WiFi 6芯片将不断增多。

有报告指出,WiFi 6和WiFi 6E推动了智能手机Wi-Fi芯片市场,这些技术的迅速采用为WiFi芯片厂商提供增长机会,带动WiFi6/WiFi6E路由器和物联网领域的发展,使得国产路由器WiFi6芯片迎来春天。从路由器市场来看,2019年国内WiFi 6路由器芯片市场规模约为5.3亿元,2023年预计突破百亿。作为国产路由器WiFi 6芯片的领头羊矽昌通信在2022年将推出国内首款WiFi 6路由器芯片。这个以前无人问津的赛道也引来了新的创业公司,实力不可小觑。

在手机WiFi 6市场,博通是除基带芯片厂商之外唯一的供应商,博通与苹果合作,iPhone 13采用博通产品。此外,博通的BCM4375产品已经应用在三星S20系列手机上。博通在高端WiFi芯片领域一直保持领先地位,早在2020年面向智能手机移动平台,博通就发布了全球首款WiFi 6E芯片BCM4389,采用16nm工艺,数据传输率达到2.4Gbps。这个市场,国产WiFi 6芯片厂商短期内只能旁观。

在竞争激烈的WiFi 赛道,国产芯片厂商都在寻找新的细分市场切入点,除了高通、博通、联发科等国际大厂,国内乐鑫科技、博通集成、翱翔科技、博流等WiFi芯片厂商也在加紧布局WiFi 6市场,乐鑫科技和博通集成已推出了支持WiFi 6物联网芯片。盤启微利用在无人机领域做到第一的优势加速研发WiFi 6芯片。珠海泰芯基于Wi-Fi联盟和IEEE推出的低功耗、长距离的Wi-Fi HaLow™ 新标准研发WiFi芯片,同时借助于其市场优势积极入局WiFi 6芯片。

WiFi 6走向MCU,MCU走向WiFi 6

近来,不断有国内MCU厂商找到三伍微,希望能一起配合WiFi射频前端芯片,三伍微在WiFi FEM性能和成本上都具有优势。

乐鑫科技从WiFi成功走向了MCU,国内MCU却正在走向WiFi 6。国内MCU厂商甘尧电子就是其中之一,甘尧电子开发的G32L473xx系列MCU集成WIFI协议栈及AFE前端收发器,WiFi射频前端外挂三伍微WiFi FEM。

WiFi 6 MCU系统框图

2020年,国内MCU公司中颖电子出货量超过6亿颗,兆易创新MCU出货量接近2亿颗,虽然乐鑫科技出货量只有1.34亿颗,但在物联网WiFi MCU市场份额(按销量)占比达30%,位居全球第一,乐鑫科技2020年归属于上市公司股东的净利润约为1.04亿元,营业收入约为8.31亿元。从MCU的业务收入来看,中颖电子领先于兆易创新与乐鑫科技,2020年中颖电子MCU营业收入达9.5亿元。

来源:公司财报

近几年来物联网技术蓬勃发展,智能音箱、智能家电(智能冰箱,洗衣机)、扫地机器人、WiFi连接、工业设备接口等新鲜物件层出不穷,而WiFi MCU芯片领域就是实现物联网的关键器件。

2021年9月,兆易创新宣布将推出WiFi MCU产品,以围绕MCU生态完善解决方案为目的,围绕公司核心的、通用的MCU业务和客户需求配套打造。这就意味着兆易创新正式进入WiFi 6 MCU领域。

从市场布局来看,兆易创新MCU产品主要应用于汽车电子、工业等领域;中颖电子产品主要应用于小家电领域;乐鑫科技产品则主要应用于物联网领域。随着车联网和工业物联网的兴起,兆易创新WiFi 6 MCU将正在这一领域具备优势。这几年智能家电发展也非常迅猛,作为小家电领域的MCU老大,中颖电子的战略布局非常聚焦,对生态也有自己深刻的认知,通过收购澜至科技WiFi业务,横向整合带动协同效应,加入到WiFi 6 MCU赛道。

从目前来看,WiFi 6 MCU产品研发,乐鑫科技更胜一筹,在研发技术水平和工艺上都处于领先地位。短距离通信是物联网未来的主要连接方式,而WiFi又是短距离通信的主要应用技术,高性价比的WiFi MCU将会是趋势,且WiFi 6和MCU的集成过程中,WiFi 6技术难度更高。

从国内外企业来看,WiFi业务的收购可以加强他们在物联网、智能家居、智慧城市等方面的布局,从整个行业来看,对形成当前WiFi 6 MCU的市场格局起到了一定的影响作用,使得WiFi 6 MCU加速进入工业和消费类市场的全新物联网应用领域。

来源:网络

结语

潮来潮往,世界变迁。科技发展,万物互联。5G和WiFi 6,一个改变世界,一个改变生活。

在国产WiFi 6芯片的创业大潮中,多少岁月已流走,多少时光一去不回头,又有多少芯片公司加入其中。如果国产WiFi 6芯片能在这一次资本浪潮下成长起来,把握好时代赋予的机遇,那将收获满满。

最后给大家分享一个经典的故事:19世纪美国西部淘金热的时候,来自全世界的投机者,一窝蜂地涌入加利福尼亚州、俄勒冈州等地去淘金,希望一夜暴富。淘金的人那么多,相互竞争也很激烈,最后一夜暴富的是少数,大多数人空手而归,有些甚至倾家荡产。不过,也有一部分人来到西部卖铲子,潮水退去,赚得最多的是“卖铲子”的人。

在WiFi 6芯片创业热中,最终谁赚钱最多?也许是CEVA。

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