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【2020-2021年度专题】Wi-Fi6的新“战事”

来源:爱集微

#Wi-Fi6#

2021-02-19

【编者按】魔幻的2020年终于走完,期待已久的2021年如期而至。回顾2020,疫情深刻地影响了全球半导体产业的发展,更加剧了国际形势的复杂变迁,自主可控、贸易保护主义、去全球化成为关注焦点;与此同时,政策和资本持续加持,线上办公/教育、新能源汽车等新兴应用落地开花。在2021年到来之际,《集微网》特推出【2020-2021年度专题】,围绕热点话题、热门技术和应用、重大事件等多维度梳理,为上下游企业提供参考镜鉴。

集微网报道 如果将第一次技术升级比喻成战场的话,那从Wi-Fi的演进历程中不难发现,每一代都有每一代的“战事”。

随着Wi-Fi6认证计划启动,2019年可谓“5G+Wi-Fi6”的元年。而在经过了2020年不寻常之年的洗礼,Wi-Fi6又经历了怎样的流变?它的高调起步能加快全面普及吗?这一战事将如何演变?

市场的回应

与以往标准不同的是,Wi-Fi6引入OFDMA、1024-QAM、MU-MIMO、TWT等革新性通信技术,相应地可提供更大容量、更低时延、更高频谱效率、更广覆盖范围的网络能力,可在AR/VR/高清直播、智能家居、企业无线办公网络等新场景中有效应用,成为打开万物互联时代的新“钥匙”。

翻阅Wi-Fi 20多年的历史,从最早的仅支持简单通信、到随后的多媒体通信以及实时视频通信,2013年发布的Wi-Fi5开始支持工业互联网,再到2019年的Wi-Fi6以万物互联为发展目标,可以说Wi-Fi的历史迎来了新的篇章。

而在Wi-Fi6的两大主力市场路由器及物联网市场中,亦各有斩获。2020年的新冠疫情,进一步加速了宽带接入和家庭网络的发展,全球光纤接入网络发展正处于一个临界点,Wi-Fi6将很快主导家庭网络市场。根据IDC预测,2020年中国Wi-Fi6市场达到2万亿美元,到2023年,Wi-Fi6在中国无线AP市场出货量占比中将超过90%

此外,运营商正推进5G蜂窝+宽带+WiFi6的“三千兆时代”。集微咨询高级分析师陈跃楠指出,2020年中国电信计划采购包含双频Wi-Fi6功能的产品1432.6万台,占全年采购产品的52%,Wi-Fi6产品实现逐步替代,推动AP端口设备升级换代,Wi-Fi6设备将最大化其效益,因此,Wi-Fi6产业有望进入发展新阶段。

万物互联正在全方位兴起,Wi-Fi6也打开了另一广阔天地。据Gartner预测,到2025年,所有物联网连接中的72%将使用Wi-Fi和蓝牙技术。IDC数据显示,全球物联网Wi-Fi芯片出货量将于2022年达到49亿颗,Wi-Fi6芯片将快速成长到超过20亿套。

以国内某知名Wi-Fi射频公司负责人辛辉(化名)的话来说就是“2020年市场表现比预期更好,特别是路由器、智能手机等应用发展快速。”

“从2020年来看确实算是Wi-Fi6的元年,各大路由器品牌厂商如小米、华为、TP-LINK等纷纷推出一系列性价比高的Wi-Fi6路由器。2019年一个Wi-Fi6路由器可能还需要上千元,但2020年价位已下探到几百元,有的甚至200多元即可买到,中低端的路由器也进一步促进了市场的更新换代。预计2020年国内Wi-Fi6路由器市场出货量接近千万,今年普及趋势将更明显,因为路由器存量市场巨大。” 专注于Wi-Fi6 SoC芯片开发的苏州速通半导体科技有限公司市场总监李明乐观指出。

躬逢其盛,参与其中的厂商也交出了精彩不一的答卷。据悉某知名Wi-Fi射频公司的出货量也在大增,Wi-Fi6 FEM已有几千万片的出货量,预计2021年包括Wi-Fi5、Wi-Fi6的整体出货量将突破2亿片左右。

技术的进击

市场在期待Wi-Fi6的入局,亦搅动芯片市场一片涟漪。毕竟,Wi-Fi6芯片的开发难度相比前一代亦不可同日而语。

晋江三伍微电子有限公司钟林曾指出,Wi-Fi6芯片研发难点有两个:底层协议/通信协议+算法和射频前端。相比Wi-Fi4和Wi-Fi5,Wi-Fi6芯片的底层协议和算法更加复杂,射频前端设计难度也更大。解决底层协议/通信协议的方法是多理解协议标准,多做测试。算法是核心竞争力,需要高设计水平。而射频前端性能不达标,Wi-Fi6芯片就出不来。

以亲身经历为蓝本,上海矽昌通信技术有限公司董事长兼总裁李兴仁总结了开发的难度:从应用入手,如侧重终端应用,则除了Wi-Fi功能,还要兼容蓝牙、NFC功能;在网络侧,要搞定Wi-Fi6及上一代的兼容;从研发团队来看,不仅要有收发器、射频等经验的人才,还需操作系统、微波、协议栈等人才,着力解决稳定性、兼容性以及层出不穷的小概率掉线事件等挑战。如果决心面向基站、路由器应用切入,至少需5000万美元、三年以上周期。

从芯片分类来看,Wi-Fi6芯片方案有SoC芯片或者射频前端FEM。SoC是高集成度的数模混合CMOS芯片,FEM属于射频特殊工艺,差别较大。辛辉指出,面向不同的应用,性能等需求亦有差异,比如路由器对性能要求更高,而智能手机等终端对功耗、尺寸更敏感,面向IoT设备一般支持2.4G频段即可。确定无疑的是,路由器Wi-Fi6芯片的研发难度最高。

速通半导体的李明更具体而微地提到,SoC技术的难点在于Wi-Fi6的Modem开发和软件算法处理,射频模拟部分性能以及方案成本与功耗的平衡。整体来说,面向终端侧应用的SoC芯片与路由器SoC难度相差很大,后者比前者难度提升了多倍不止。因涉及多项新技术挑战,如上下行OFDMA、MU-MIMO等,路由器芯片不仅要面对多用户提供高效的无线资源调度, 达到更高的吞吐率和系统容量,还要解决系统稳定性、时延、抗干扰以及功耗等挑战。

从现有的市场格局来看,SoC大头由博通、高通、英特尔等巨头把持,我国台湾有联发科、瑞昱等,大陆主要有华为海思、展锐、速通、乐鑫、ASR、联盛德、南方硅谷、矽昌通信、瑞芯微等,国内主攻射频FEM的公司有康希、芯百特、三伍微等。

对于Wi-Fi6芯片的考量,辛辉认为主要还侧重于功耗以及成本等。一方面要力求达到Wi-Fi6对应的指标,而随着网络容量的扩大,更多终端的接入,很多高端SoC厂商都采用8+8天线方案,对功耗的要求也水涨船高。同时,在成本方面,要在包括工艺选择、国产化替代等各个环节加强布局。

可以说,未来2.4G Wi-Fi6芯片将是国产芯片的主战场。对于在这一领域强攻的大陆芯片厂商而言,诚如钟林所指,要以差异化打开出路,在市场、产品、技术三个角度来寻求定位,以点带面进行突破。

值得注意的是,产业链蔓延的产能紧缺之势不可避免波及Wi-Fi6芯片厂商。辛辉对此强调,今年Wi-Fi6厂商重心还是供应链的交付,这是第一位的,因预计产能与出货量会暴增,一定要深化供应链供应问题。

速通半导体也在未雨绸缪,据悉速通已完成了Wi-Fi6 SoC的研发,即将流片。面对全行业蔓延的产能紧缺问题,李明表示有信心应对,一方面速通与Foundry厂建立了良好的合作关系,Foundry厂比较重视速通,认可速通的实力、客户以及未来的市场前景。另一方面初创公司产能有一个逐步爬坡过程,有时间来缓冲。

此外,对于Wi-Fi6和5G的竞合之势,也将走向长期保持相互促进、竞争与共存的关系。陈跃楠分析说,Wi-Fi6与5G两大技术由于不同的技术特点,将继续维持一个主内一个主外的格局,两者在很多场景下是互相补充的。Wi-Fi6可快速部署,适合企业办公和学校局域网等 场景;5G网络更适合在室外实现广域无缝公网覆盖,在对漫游、时延有较高要求的场景中更为适用。Wi-Fi6+5G+IoT融合方案灵活的扩容、统一管理、统一数据的价值,可有效降低用户管理成本,打破不同类型的数据壁垒,实现数据的联动。

模块的生意

除芯片夺人耳目之外,Wi-Fi模组也是影响战事的“重头”。

据悉,Wi-Fi模块可分为三类:一是通用Wi-Fi模块,比如智能手机、笔记本、平板电脑上的USB或者SDIO接口模块,Wi-Fi协议栈和驱动是在安卓、Windows、IOS 的系统里运行并需要非常强大的CPU来完成应用;二是路由器方案Wi-Fi模组,典型的是家用路由器,协议和驱动是借助拥有强大Flash和RAM资源的芯片加 Linux 操作系统;三是嵌入式Wi-Fi模块,32位单片机,内置Wi-Fi驱动和协议,接口为一般的MCU接口如 UART等,适合于各类智能家居或智能硬件。

与市场需求强相关的是,Wi-Fi模组的重点正从智能手机、平板向物联网迁移,因而推动Wi-Fi芯片和标准的低功耗转型,而这一转型也为众多产业链企业创造了发展机会,包括SoC厂商和射频厂商。

面向路由器的Wi-Fi6模组方案一般以SoC搭配射频前端FEM出售。据李明透露,模组的价格要看规格,不同Wi-Fi规格的模组差异非常大,有十几元的Wi-Fi4 IoT模组,也有五、六十元的可提供千兆吞吐率的网卡模组,接近Wi-Fi6的理论传输速率。而今年Wi-Fi6模组则随着出货量提升而成本进一步降低, 有加快普及之势。

从技术趋势来看,李明分析说,Wi-Fi6如果面向终端侧应用,因终端产品要求小体积、高集成度,会将射频前端PA用CMOS技术集成到SoC中,从而让外围器件尽量简化,这样也便于客户模组的开发。 面向路由器产品应用,因对发射功率有更高要求,射频前端会采用砷化镓工艺,而非CMOS,因而没办法集成还是分立为主。速通在射频前端方案上已有一些合作厂商,可推出路由芯片的整体方案。

目前Wi-Fi模块的海外厂商主要包括日本村田、TDK、太阳诱电,韩国的三星机电等;中国厂家包括我国台湾的正基科技、海华科技,大陆的博鹏发科技、必联电子等。

虽然在SoC市场还是博通、高通等国际大厂占据主流,但随着国产替代需求走高,国内Wi-Fi芯片人才越来越多,更多的新老公司也在向这一方向努力,与国际大厂的差距将逐步缩小。”李明乐观期待说。而在市场风起云涌之际,更多的大陆厂商能浪遏飞舟,开启未来中场新战事吗?(校对/清泉)

责编: 慕容素娟

李映

作者

微信:ilovekm2008

邮箱:liying@lunion.com.cn

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