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春藤無線連接芯片的成功代表著國(guó)產(chǎn)芯片的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)管理能力更上一層樓，更重要的是展現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)芯片不是只會(huì)做減法，而是通過做加法不斷往高端走的決心。
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在移動(dòng)智能終端（手機(jī)、平板、PC）以及物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、AI邊緣計(jì)算等應(yīng)用市場(chǎng)，“計(jì)算、感知、連接”是至關(guān)重要的三大技術(shù)節(jié)點(diǎn)，也是各大半導(dǎo)體公司互相角逐的戰(zhàn)場(chǎng)。
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無線連接芯片為何如此重要？盤點(diǎn)Wi-Fi / 藍(lán)牙主流芯片玩家
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在以前，無線連接一般是采用單顆的Wi-Fi芯片或藍(lán)牙芯片，為了滿足手機(jī)等設(shè)備對(duì)于復(fù)雜應(yīng)用、功耗和體積的需求，半導(dǎo)體廠商開始逐漸提高集成度。
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從Wi-Fi、藍(lán)牙雙模的combo芯片，到逐漸增加到Wi-Fi、藍(lán)牙、RF、GNSS甚至Zigbee，Thread、NFC等不同的網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議。隨著手機(jī)等移動(dòng)便攜設(shè)備對(duì)產(chǎn)品體積、設(shè)計(jì)需求的不斷提升，以往分立的器件逐漸集成化是大勢(shì)所趨。對(duì)于客戶來說，單芯片集成度越高越省心。今天的無線連接芯片集成度已經(jīng)越來越高，同時(shí)設(shè)計(jì)難度越來越復(fù)雜。
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要做高集成度的無線連接芯片，首先是要具備Wi-Fi和藍(lán)牙的芯片設(shè)計(jì)能力。雖然全球具備Wi-Fi和藍(lán)牙設(shè)計(jì)能力的玩家看起來不少，但要滿足目前主流市場(chǎng)需求，又具有較高可靠性和性價(jià)比的廠商其實(shí)可選項(xiàng)并不多。
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市面上主流的Wi-Fi 芯片供應(yīng)商（制表：芯扒客）
（建議制表里加上海思）
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據(jù)了解，目前市面上主流的三類Wi-Fi技術(shù)，802.11n和11ac是比較成熟的技術(shù)。其中11ac是主流，而11ax則是未來的新趨勢(shì)。在2015年，市場(chǎng)上高端手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是以11ac為主，比如蘋果，華為，三星等手機(jī), 華碩等高端Wi-Fi路由器。11ac的出現(xiàn)導(dǎo)致采用11n的產(chǎn)品售價(jià)無法超過500元。
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從上圖可以看到，2015年11n技術(shù)芯片遭遇第一拐點(diǎn)，市場(chǎng)壓縮低于1/2。2016年壓縮至1/3，更為艱巨的是到2018年將會(huì)遇到第二個(gè)拐點(diǎn)，2015-2018年11ac產(chǎn)品爆發(fā)性增長(zhǎng)，超過80%都是11ac產(chǎn)品。
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從上表可看出，能夠同時(shí)支持802.11a/b/g/n/ac的廠商不少，包括紫光展銳、海思、博通、Celeno、intel、Marvell、聯(lián)發(fā)科、高通、Quantenna、Realtek、STMicro、東芝、聯(lián)發(fā)科。
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能支持上述Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，又能擁有藍(lán)牙5技術(shù)的廠商就更少了。ABI Research調(diào)研機(jī)構(gòu)高級(jí)分析師Ryan Martin指出，預(yù)計(jì)至2021年，全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安裝將達(dá)到480億，且這其中近三分之一將采用藍(lán)牙技術(shù)。ABI Research預(yù)計(jì)2021年藍(lán)牙IC出貨量將達(dá)到100億顆。
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目前主流的藍(lán)牙玩家有紫光展銳、高通、聯(lián)發(fā)科、Nordic、Skyworks、TI、Dialog、ST、ADI、Microchip、博通、Marvell、Cypress等。
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除了上述幾家國(guó)外芯片公司，中國(guó)也有不少藍(lán)牙芯片廠商，包括臺(tái)灣創(chuàng)杰（被微芯收購(gòu)）、珠海炬芯、北京昆天科、安凱微、臺(tái)灣絡(luò)達(dá)、上海山景、珠海杰理、上海博通、上海巨微、上海泰凌微。不過能支持藍(lán)牙5量產(chǎn)的也不多，目前僅紫光展銳、聯(lián)發(fā)科、安凱微電子都可以提供。
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前面提到了，無線連接芯片的設(shè)計(jì)難度越來越復(fù)雜，主要是指射頻器件增加會(huì)產(chǎn)生各種干擾，比如EMC的問題，這非?？简?yàn)設(shè)計(jì)公司的經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目管理能力。此外，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)于多種網(wǎng)絡(luò)連接需求加強(qiáng)，必然也促使無線連接芯片的普及推廣。
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這也是高通、聯(lián)發(fā)科、紫光展銳這樣的主芯片廠商大力自研或投資并購(gòu)周邊器件廠商的原因。其中高通并購(gòu)了Atheros和CSR，聯(lián)發(fā)科并購(gòu)了Ralink和絡(luò)達(dá)，而展訊和銳迪科合并成了紫光展銳。
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2011年，高通發(fā)布了Combo芯片WCN3660，支持Wi-Fi、藍(lán)牙? 和FM廣播功能所需的電路板面積最高壓縮達(dá)50%。聯(lián)發(fā)科則在2017年發(fā)布了MT7622，支持4x4802.11n及藍(lán)牙5 。
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紫光展銳發(fā)布的春藤無線連接產(chǎn)品系列，是目前國(guó)內(nèi)公開市場(chǎng)唯一一款集成了2 x 2 802.11ac 、 藍(lán)牙5、GNSS 五模三頻、FM 的四合一芯片。
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春藤無線連接芯片的設(shè)計(jì)難度有多高？對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片有何標(biāo)志性意義？
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在以往，無線連接芯片的玩家主要集中在少數(shù)國(guó)外IC設(shè)計(jì)巨頭手中，如高通、博通、Marvell等公司。特別是難度最高的多標(biāo)準(zhǔn)無線連接芯片（無線連接超大型集成電路整合型系統(tǒng)單芯片）更是領(lǐng)先國(guó)內(nèi)本土企業(yè)5~6年的技術(shù)水平，約3~4個(gè)技術(shù)和產(chǎn)品世代。
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類似于春藤系列的四合一芯片對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片商是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，它的開發(fā)成功對(duì)于整個(gè)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)具有劃時(shí)代的意義。相比以往國(guó)內(nèi)芯片廠商主要開發(fā)單芯片為主，四合一芯片需要擁有自己的IP算法，因?yàn)樯婕暗蕉嗉夹g(shù)的整合，項(xiàng)目流程非常復(fù)雜。從最初的市場(chǎng)分析、芯片設(shè)計(jì)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)以及量產(chǎn)都有很高的要求，需要整合多個(gè)部門。
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據(jù)了解，紫光展銳的春藤無線連接項(xiàng)目共跨越內(nèi)部8個(gè)公司級(jí)部門，同時(shí)對(duì)接多個(gè)外部客戶，協(xié)調(diào)幾十個(gè)供應(yīng)商。它的開發(fā)難度相比單純一個(gè)芯片開發(fā)難度呈指數(shù)級(jí)上升，一旦有一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，就需要多環(huán)節(jié)進(jìn)行迭代更新。也正因?yàn)槿绱藦?fù)雜的項(xiàng)目管理難度，春藤無線連接項(xiàng)目也獲得了2018 PMI（中國(guó)）項(xiàng)目管理大獎(jiǎng)。
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不久前筆者在高通代理商Arrow的網(wǎng)站查到，類似于WCN3660B這樣的Combo芯片目前可能受到出口管制。在《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)的芯片、設(shè)備被確定成為中國(guó)新一代信息技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。尤其是WCN（WirelessConnectivity Network）無線網(wǎng)絡(luò)連接芯片是其中至關(guān)重要、不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。
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在中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下，無線連接芯片很有可能受制于人。這個(gè)時(shí)候國(guó)產(chǎn)芯片的替代機(jī)會(huì)就來了，更有機(jī)會(huì)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代。春藤系列的發(fā)布也有助于大幅度降低產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)成本。
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以Wi-Fi模塊為例，2014年之前Wi-Fi模塊方案價(jià)格超過40元，、高通和TI的Wi-Fi芯片發(fā)布后將模塊成本拉到30元左右。此后聯(lián)發(fā)科推出MT7681將Wi-Fi方案拉到20元左右。到了2016年，包括樂鑫、南方硅谷、新岸線、Realtek、聯(lián)盛德等本土廠商相繼推出Wi-Fi SOC芯片，將Wi-Fi模塊價(jià)格直接拉到了6元左右。也正因?yàn)檫@樣，單Wi-Fi芯片被不少國(guó)際大廠看成是不賺錢的業(yè)務(wù)，不少選擇轉(zhuǎn)賣。
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而國(guó)內(nèi)公司除了有成本價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在服務(wù)本土化上可以做到更大力度的支持。事實(shí)上，除了無線連接芯片，紫光展銳還可以提供交鑰匙的方案，包括基帶、射頻、無線連接芯片、軟硬件解決方案都可以提供，大大節(jié)省了客戶上市量產(chǎn)時(shí)間。
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這個(gè)2016年啟動(dòng)的項(xiàng)目屬于超大型的集成電路整合項(xiàng)目。據(jù)了解，春藤無線連接的研發(fā)時(shí)間總共一年，先后投入了兩億四千萬人民幣和250名來自多個(gè)國(guó)家，具有不同文化和專業(yè)背景的工程師。其功能包括先進(jìn)的可配置，高性能及超低功耗架構(gòu)，符合IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi VHT R2 2x2多用戶多發(fā)射多接收(MU-MIMO)，波束成型(Beamforming)，RTT位置定位；符合藍(lán)牙5標(biāo)準(zhǔn)，包括長(zhǎng)距離傳輸，高功率傳輸，AoD角度定位和自組網(wǎng)；五模三頻GPS/Galileo/Glonass/北斗/北斗三代并行高精度厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)；低功耗高敏度FM/RDS系統(tǒng)；內(nèi)置射頻前端元器件，熱敏晶體時(shí)鐘，電源管理功能，多核CPU(中央處理器)；創(chuàng)新性的無線共存及LTE(4G)和無線連接系統(tǒng)多天線時(shí)分頻分管理機(jī)制；支持高階Flip Chip，芯片級(jí)CSP封裝等等。
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展望未來，無線連接芯片將進(jìn)一步升級(jí)換代。首先是802.11ax將逐漸在高端旗艦級(jí)手機(jī)普及，不過現(xiàn)在成本依然過高。除了成本，影響802.11ax普及的重要因素還包括最終標(biāo)準(zhǔn)的確定。據(jù)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工作組內(nèi)獲得批準(zhǔn)。最終802.11ax的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)在2019年12月實(shí)現(xiàn)，所以盡管不少芯片廠商已經(jīng)宣稱推出802.11ax芯片但大規(guī)模的商用可能要延后6到12個(gè)月。
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另外，GNSS定位將逐漸向雙頻、甚至三頻發(fā)展，可以減輕多徑干擾效應(yīng)，尤其是在建筑物密度高的區(qū)域（如城市峽谷），并提供比單頻設(shè)備高得多的精度。ABI Research預(yù)計(jì)雙頻設(shè)備將在短短幾年內(nèi)主導(dǎo)高端智能手機(jī)市場(chǎng)，到2023年，雙頻GNSS IC將占全球GNSS LBS IC總出貨量的36％。當(dāng)然雙頻及三頻GNSS面臨的主要問題也是成本以及天線設(shè)計(jì)難度的問題。
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另一方面也創(chuàng)造了很多的首次：比如802.11ac、藍(lán)牙5、北斗的研發(fā)都屬于自主研發(fā)，而802.11ac更屬于國(guó)內(nèi)第一顆自主研發(fā)的技術(shù)芯片。其功耗和性能指標(biāo)也完全對(duì)標(biāo)歐美領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)定義，各項(xiàng)參數(shù)領(lǐng)先同業(yè)競(jìng)品。
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在摩爾定律之下，半導(dǎo)體在發(fā)展過程中會(huì)面臨價(jià)格下降的趨勢(shì)，但在產(chǎn)業(yè)趨于成熟的過程中，一味地降價(jià)，甚至通過犧牲自身利益來換取市場(chǎng)，顯然這是非常不理性的。不少國(guó)產(chǎn)芯片切入市場(chǎng)靠的是低價(jià)低性能，做的往往是減法。至于為什么不做加法，更多的可能是缺乏足夠的設(shè)計(jì)和整合能力。價(jià)格戰(zhàn)雖然是國(guó)產(chǎn)芯片的優(yōu)勢(shì)，但也往往把行業(yè)拖向無錢可賺的惡性競(jìng)爭(zhēng)，不少歐美大廠也因?yàn)閱蜽i-Fi芯片利潤(rùn)太低而選擇了放棄。春藤無線連接芯片的成功代表著國(guó)產(chǎn)芯片的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)管理能力更上一層樓，更重要的是展現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)芯片不是只會(huì)做減法，而是通過做加法不斷往高端走的決心。
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紫光展銳作為國(guó)產(chǎn)芯片的代表廠商，此前一直選擇的是做成熟市場(chǎng)，一旦產(chǎn)品成熟穩(wěn)定后，迅速搶占市場(chǎng)份額的能力無人能及。春藤無線連接芯片的推出，代表在未來的手機(jī)，平板，個(gè)人電腦，物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)運(yùn)算，智能家居，人工智能邊緣計(jì)算等應(yīng)用中，具備重要戰(zhàn)略意義的無線連接芯片，打開了一個(gè)更廣闊的市場(chǎng)空間。
文章標(biāo)簽：
芯片設(shè)計(jì)
