物联网WiFi芯片“爆发式”增长的原因

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在物联网市场的持续刺激下,2015年国内应用于物联网的WiFi芯片迎来了第一次“爆发式”增长。据相关统计数据显示,2014年物联网WiFi芯片出货量情况并不乐观,仅有1000万颗左右,到2015年时,WiFi芯片基本成为许多智能硬件产品的标配,总出货量突破3000万颗,并且伴随着智能硬件的起量,预计2016年出货量将进一步提升到1亿颗。

    物联网WIFI出货量

  因此,我们调查众多WiFi芯片原厂和方案商,从解决方案、核心技术、未来趋势三个方面,分析WiFi芯片的演变发展,以及探索其起量背后的原因。

  从多芯片到单芯片发展,国内外WiFi芯片厂家的博弈

  实际上,在手机、平板等产品中,独立WiFi芯片只有连接和传输信号的作用,信号处理和传输协议TCP/IP必须放置在性能强大的AP端,才能形成完整的通信架构。然而,物联网领域的大量智能硬件,如水壶、电饭煲、灯具、豆浆机等产品,原本就没有强大的AP,所以独立WiFi芯片当然是“然并卵”了。

  于是,这种需求首先催生出了一批整体方案解决公司,如庆科、汉枫、博联、有人科技等企业,都是以单芯片WiFi外挂MCU,再将通信协议TCP/IP写入MCU的方式,给传统企业智能化升级提供服务。“在相当长的一段时间内,单芯片WiFi外挂MCU的方案,几乎统治了物联网的无线连接市场。不过,由于这种方案成本高,而传统家电行业的生产成本控制几乎到了极致,若加入WiFi方案,就会造成额外的负担,并不利于物联网的普及。”安信可CEO赵同阳说道。

  因此,在物联网庞大需求的驱动下,国际芯片设计大厂开始将MCU与WiFi集成在一起,减少芯片面积,同时降低芯片方案价格(现在模块价格9元左右)。最典型的代表,如高通atheros4004、TI的CC3200、Realtek8711等。另一方面,国内的芯片设计企业又怎甘落后,MTK推出MT7681、南方硅谷6060、乐鑫8266等芯片,处理性能并不比国际大厂芯片差,并且价格更具优势,服务也更全面,实现快速的推向物联网应用市场。

物联网WIFI厂商

可以预见,在如此多芯片设计厂家进入的情况下,2016年的WiFi芯片市场将会变得更加“热闹”,大厂之间的博弈和竞争会空前激烈,同时也会吸引更多的芯片厂家持续跟进。

  WiFi芯片核心技术三要素:系统、功耗、射频

  众多芯片设计企业的加入,丰富了市面上的WiFi芯片种类,同时也让市场一定程度上“良莠不齐”,所以客户应该如何选择合适的芯片呢?“WiFi芯片的设计难点,同样也是衡量WiFi芯片好坏的关键因素,是在于系统稳定且易于开发、芯片功耗低、射频连接性能稳定这三个方面。”联盛德市场总监李少辉告诉记者。

  “每个公司的WiFi芯片软件系统都是基于RTOS进行开发,在标准的TCP/IP协议下都有一套自己的实现方式。这也就要求企业在硬件设计能力之外,必须有较强的软件系统设计能力,提供性能稳定的系统、系列的API和完整封装的SDK,以方便客户在此基础之上开发产品。射频大部分都是模拟电路,首先对工程师的技术要求就非常高,电路中的电压电流只要出现少许偏差,WiFi就可能出现连接不稳定的情况,其次考虑到复杂的环境因素,对芯片灵敏度和接受/发射功率也有很高的要求。”高通区域销售经理郎良说道。

  在大部分的物联网应用中,例如:无人机、机器人、WiFi音箱等,都对整机功耗有较高的要求。郎良继续说道:“家电设备对功耗的要求很高,尤其是出口时,对整机功耗要求非常严格,而设备本身能降低的功耗几乎做到极致,所以WiFi芯片的功耗不能成为额外的负担。高通的Atheros4004采用了三种低功耗技术。

  其一是协议优化+固件设计,让芯片有四种工作模式,避免一直处于满负荷状态。例如:正常工作状态下,电流300mA;浅睡眠状态下,电流130uA,唤醒2ms;深度睡眠状态下,电流10uA,唤醒35mA;几乎关闭状态下,电流5uA,唤醒40ms。

  其二是根据物联网的应用场景,自动降低WiFi芯片发送/接受dB数值,例如:家电的位置一般都是固定的,可以根据家电与路由器的距离,自动调节dB数值,而不是满负荷的18dB状态。

  其三是芯片监听和唤醒功能,用户可以根据需求,设置监听的时间间隔。另外,设备本身也可以由WiFi芯片来唤醒,其余时间都处于休眠状态,从而进一步降低芯片功耗。”

  最后,WiFi芯片中的IP架构同样重要,ARM的cortex系列是使用普遍的架构,Telica的使用频率仅次于ARM,功耗和工作效率比ARM表现优秀,MIPS架构执行效率高,主要应用于路由器的网通市场。总之,对于大部分的小家电而言,例如:水壶、灯、插座等,M0系列的性能已经完全可以满足,而对于功能要求复杂的应用场合,例如白电、云平台对接、语音识别等,就需要至少M3以上的性能。

    WiFi芯片未来的发展趋势:细分定制、安全集成、分布式智能

  物联网市场的碎片化,导致细分市场的应用存在较大的差异化,WiFi芯片客制化的需求也许就会越加明显。例如:全志在CES上推出G102芯片,是全球首颗WiFi音箱专用芯片;灵芯微电子也推出GKM910芯片,专门解决家庭影院的多音箱无线连接需求。

  未来,WiFi模块将会承担越来越多的工作,与云平台、语音控制进行深度合作就是发展方向之一,实现分布式的智能化需求。

 

 

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