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國產 Wi-Fi 晶片發展十年史

集微網報道,自 Wi-Fi 5 在 2013 年推出後,由於技術難度大、匯入難,國產 Wi-Fi 晶片與行業領先的差距就此拉開。

如今 10 年過去,當高通、博通、聯發科等大廠都已宣佈推出 Wi-Fi 7 時,大部分國內廠商仍停留在 Wi-Fi 4,雖湧現出一眾 Wi-Fi6 晶片創企,產品多處於研發路上

“往者不可諫,來者猶可追。”國內 Wi-Fi 晶片業與海外領先技術的差距是否在拉大?能追回失去的“十年”嗎?

Wi-Fi 5 後 十年沉寂

正如羅馬不是一天建成的,落差也不是陡然形成的。

從 Wi-Fi 的發展歷史來看,至今也走過了 25 年的光陰。從 1997 年最早第一代 802.11 標準,再到 1999 年出現第二代 IEEE 802.11b 標準,Wi-Fi 正式走入大眾視野。到 2002 年左右,第三代 802.11g / a 標準推出;之後 2007 年開始一直沿用 802.11n 標準,就是俗稱的 Wi-Fi4。2013 年 Wi-Fi5 問世,到 2019 年 Wi-Fi6 正式登場。

期間,無線技術獲得了飛速發展。而高通、博通、英特爾通過收購或整合等先發優勢,牢牢佔據了主導地位,於 2001 年-2005 年間縱橫捭闔打下了江山。聯發科、瑞昱等經過 2007 年-2010 年的激烈拼殺後發先至,將優勢一直延續至今。

反觀國內,儘管華為海思力拔頭籌,樂鑫、博通整合等在 Wi-Fi4 物聯網晶片領域抓住了契機,強勢出道,但可惜的是,當第 5 代 Wi-Fi5 標準釋出之後,由於種種原因錯失了擴大“戰果”的契機,導致在這一市場的“缺席”。

而當 Wi-Fi 歷史翻篇向 Wi-Fi6 / Wi-Fi6E 晉階之際,其在今年迎來了高速成長期。不止在消費級市場規模攀升,亦將成為企業級網路接入裝置的主力軍。據 Gartner 的資料,Wi-Fi 6 企業與中小型商務使用者規模將從 2019 年的 2.5 億美元增至 2023 年的 52.2 億美元,CAGR 達到 114%。Wi-Fi 聯盟也指出,2022 年將有超過 3.5 億臺 Wi-Fi6E 裝置進入市場。

集微諮詢也樂觀預計,全球 Wi-Fi6 / Wi-Fi6E 終端出貨比例將在 2022 年超過六成。在無數英雄競折腰之後,中國大陸 Wi-Fi6 企業與海外的差距究竟會“延續”歷史還是將實現“逆轉”?

資料來源:集微諮詢

作出判斷需要基於與以往不同的情形,正如前文所述,國內 Wi-Fi 晶片廠商近年來風起雲湧,不止是一眾老將在主戰沙場,在國內半導體熱潮之下,也有數十家 Wi-Fi 新貴爭相湧入。

對此 CEVA 中國區總經理萬宇菁解讀說,從第一梯隊相比來看,海思雖然遭受禁運,但其技術積累比較深厚,相信他們仍在持續技術演進,並不見得技術落伍,因而不能斷定差距拉大;從第二梯隊相比來說,之前國內玩家較少,但最近幾年國內實現 Wi-Fi 4 晶片的量產廠商已為數不少。近年來國內更是湧現了眾多的 Wi-Fi 初創團隊,其中不乏在技術背景、經驗積累、運營服務等方面均頗具實力的公司,從整體來說差距應在縮小。

李明認為,經過這些年的積累和產業鏈環境的變化,從整體來看,國內在 Wi-Fi 6 領域與主流廠商的差距將逐步縮小。技術差距主要體現在 IP 成熟度、Wi-Fi 相容性,以及應用場景中的效能優化經驗等方面。

對此集微諮詢研究總監趙翼也提及,國內晶片廠商的差距體現在演算法和射頻前端方面,但國內近兩年在射頻前端的進步較大,整體差距應沒有拉大,但要注意的是 Wi-Fi 的迭代速度加快了。

但銳成芯微副總經理楊毅則保持了相異的看法,他說,Wi-Fi 晶片一直是半導體領域的硬骨頭,難度高,投入大,特別是在路由器等高效能應用領域,長期被國際寡頭企業壟斷,參與的中國大陸企業廠商極少。

“在目前這一時間點,中國大陸廠商量產的 Wi-Fi 技術指標水平與國際 tier1 廠商 Wi-Fi5 技術水平接近,隨著市場對資料吞吐率的需求越來越高,Wi-Fi 版本即將更新至 Wi-Fi7,技術門檻越來越高,將在未來一定時間內使得中國大陸企業與海外企業的差距拉大。”楊毅謹慎地說。

射頻 IP 主要掣肘

圍繞 Wi-Fi6 的爭奪,不得不提及加碼的技術挑戰。

Wi-Fi6 晶片包括 SoC 晶片和射頻前端 FEM。SoC 是高整合度的數模混合 CMOS 晶片,FEM 屬於射頻特殊工藝,差別較大。

對於 Wi-Fi6 晶片的設計挑戰,三伍微創始人鍾林曾發文指出,Wi-Fi6 晶片研發難點集中於底層協議 / 通訊協議 + 演算法,相比 Wi-Fi4 和 Wi-Fi5,Wi-Fi6 晶片的底層協議 / 通訊協議和演算法更加複雜,需多招資深團隊、多理解協議、多做測試,提高設計水平。其中,路由器 SoC 涉及多項新技術挑戰,研發難度最高,而且射頻前端也是難啃的骨頭。

楊毅則著重從射頻層面進行了分析,隨著 Wi-Fi 版本更新迭代,對射頻的要求越來越高,尤其是對其中的 CMOS 功率放大器效能和頻率綜合器相位噪聲效能要求極高。

一位行業資深人士許浩(化名)進一步剖析說,Wi-Fi6 晶片研發甚至與 CPU、GPU 等不相伯仲,因 Wi-Fi 需集結具有多年數字、模擬、射頻設計經驗以及演算法開發的團隊,除了要攻克這些難關開發 IC 之外,包括底層驅動、應用介面、多個作業系統 OS 支援等均要全力應對,對國內廠商來說仍將是長征之路。

特別要指出的是,如同任何一個晶片的開發都以 IP 為基石,Wi-Fi6 也不例外。以 Wi-Fi IP 為例,主要分為基帶和射頻 IP。經過市場的幾番洗禮,如今基帶 IP 主要是 CEVA 供應,射頻 IP 廠商 Catena 已被 NXP 收購且不再對外授權,之前 Imagination 亦有提供 Wi-Fi5 的射頻和基帶 IP,但前幾年此業務被 Nordic 併購,目前僅美 Cybertek 等極少數公司可提供 Wi-Fi5 的射頻 IP,以及新入局的中國大陸銳成芯微、中國臺灣 Sirius-Wireless 等公司提供 Wi-Fi6 的射頻 IP。

在此情形下,如李明所指,國內 Wi-Fi 晶片廠商選擇的路徑大部分是採購 CEVA 的基帶 IP,射頻 IP 則主要是通過自研來解決,通過整合 MCU、Memory、電源管理等設計,以快速推出晶片匯入終端客戶。

但如果在 Wi-Fi6 晶片的研發中再走自研道路,真可謂是“道阻且長”。楊毅提及,Wi-Fi6 因其高密度、高通量及多天線等特性,開發難度相比前一代大幅提升,而且 Wi-Fi7 標準即將出臺,還要考慮融合 Wi-Fi7 的一些指標,這對 RF 的要求愈加嚴苛。現有 Wi-Fi6 晶片廠商要搞定 Wi-Fi6 RF 需很長時間,並且投入要以數千萬元甚至上億元,從經濟上來說比購買 IP 更不划算。

“一來射頻 IP 不多,授權渠道太少;二來很多公司覺得 RF 通過逆向工程可能會有機會,但其實這條路很難一直持續。”許浩透露。

可以說,射頻 IP 已成為明顯的掣肘。瞄準這一需求,中國大陸的銳成芯微以及中國臺灣 Sirius-Wireless 公司相繼推出了高效能、低功耗、高可靠性的 Wi-Fi6 RF IP。“作為一家 IP 廠商,希望助力 Wi-Fi6 廠商降低開發難度,進一步加快產品上市。”楊毅強調。

據業內人士透露,歐美廠商的射頻 IP 報價兩百五十萬美元以上。許浩建議,國內 IC 設計企業應著重前端發力,通過採用 IP 來加快產品上市時間,儘快在 Wi-Fi 晶片量產出貨上盈利走向正迴圈,對公司和產業發展將更正向。

儘管射頻 IP 看似已“破局”,但 Wi-Fi 晶片廠商或仍有擔憂。鍾林分析說,SoC 晶片對射頻有更多考量,射頻與工藝、製程強相關,不同的工藝和製程,對射頻指標的影響較大,而數字基帶受工藝和製程的影響較小,數位電路的模擬準確性也高,但射頻模擬則很難保證。IP 廠商可以為 Wi-Fi6 晶片廠商提供射頻 IP 參考,但整合起來仍需時間。

對此萬宇菁也表達了自己的見解,一方面,國內廠商對射頻 IP 有市場需求,但與數字 IP 不同,射頻 IP 與工藝強相關,考慮到工藝的不斷演進,需射頻 IP 廠商提供 IP + 服務的能力。另一方面,若 Wi-Fi 晶片廠商依賴於第三方 IP,在產品的持續迭代中會較為被動,從長遠來看,頭部的 Wi-Fi 晶片廠商或走向自研射頻 IP,這在技術層面將更可控更具競爭力。

從 SoC 晶片廠商的角度出發,李明認為與射頻 IP 廠商合作可能適用於部分 Wi-Fi 規格的晶片,對於高效能和複雜的規格則需要基帶和 RF 這兩部分有深度整合,以推出架構設計和工藝製程都最優化的 Wi-Fi6 晶片方案。

分兵進擊 剩者為王

可以說,技術攻關還只是萬里長征第一步,國內 Wi-Fi6 晶片廠商的“進擊”之路仍需從長計議。

從進度來看,李明表示,預計 Wi-Fi 聯盟將在 2023 年底啟動 Wi-Fi7 標準的認證,距離 2019 年 9 月釋出 Wi-Fi6 認證有 4 年半左右, 一般參與 Wi-Fi 標準制定的大廠都會在新標準正式啟動前搶先發布新品,國內走得最快的是華為海思,而且其對 Wi-Fi7 標準的貢獻是所有參與者中最多的,但受制於制裁無法產出 Wi-Fi7 晶片。

因而,李明進一步補充到,目前國內其他 Wi-Fi 晶片廠商應著重跟進 Wi-Fi6/6E 標準, 以推出量產晶片為目標,部分晶片規格上要融合一些 Wi-Fi7 標準的功能。

需要指出的是,Wi-Fi 晶片有不同的應用領域,涉及智慧手機、路由器、物聯網等,不同的細分應用對 Wi-Fi6 晶片規格亦有不同,加之 Wi-Fi 晶片有不同的組合形式,如純連線晶片、連線晶片加多媒體應用,以及多種無線通訊 Combo 等均有極大的發展空間,且產品平臺及客戶匯入的難易程度也相差很大,更需分而治之。

從一眾“選手”來看,因路由器 Wi-Fi6 晶片研發難度過高,只有華為海思以及矽昌通訊、朗力半導體、尊湃、速通在發力。此外,中國大陸研發 Wi-Fi6 端側晶片的廠商主要有展銳、速通、樂鑫、ASR、瑞芯微、博通整合、聯盛德、南方矽谷等,專注射頻 FEM 的公司則有康希、芯百特、三伍微等,加之不斷湧現的新貴,國內廠商的火力正待全開。

對於取捨之道,李明的觀點是,目前 Wi-Fi6 晶片主要出貨量集中在手機、膝上型電腦、路由器及閘道器以及流媒體應用上 (比如智慧電視等),這幾大市場對 Wi-Fi6 晶片的效能要求高,平臺合作的繫結性較強,一直以來被高通、博通、聯發科以及英特爾等佔據,相對較難。

“中國大陸的老將新兵均在開發 Wi-Fi6 晶片,因為 Wi-Fi4 IoT 市場已被中國大陸廠商佔據大半,預計 Wi-Fi6 IoT 也會延續同樣的情況,但在中高階規格的 Wi-Fi6 晶片上將面臨來在美系特別是臺系廠商的競爭,會極大考驗初創公司的技術研發和客戶開拓能力,但相信未來幾年從易到難一定會取得突破。”李明樂觀表示。

對於未來的追趕,楊毅認為,華為海思是中國大陸晶片企業中少數掌握高效能 Wi-Fi 技術的企業。目前中國大陸湧現出一批 Wi-Fi 晶片初創企業,技術和資金都具備,在可見的未來,中國大陸晶片企業能夠實現在先進 Wi-Fi 晶片研發上的追趕,預計在三到五年;要實現超越,還需要頭部企業扛起大旗。

“以往只有一家公司一枝獨秀,這對行業繁榮及供應鏈安全來說並不見得是好事。而現在為數眾多的晶片公司進入這一賽道,可謂百舸爭流,儘管不可避免地會出現一些泡沫,但也總體上還是有助於行業整體水準的提高。”萬宇菁強調,“未來一段時間或仍是百花齊放,但經過競爭和大浪淘沙將來一定會出現整合。Wi-Fi 晶片作為一個極其複雜的晶片,國內廠商需不斷地進行迭代,最後只有沉下心來,一步步持續演進和迭代,堅持走下去才能實現剩者為王。”