• 國產WiFi 6芯片走向何方？

  2022-01-04 10:26:22
  前世為何世，今生為何生，WiFi 6芯片到底為誰而生？

   

  WiFi芯片走過了20年，既有前程可奔赴，亦有歲月可回首，歷經6代，從第一代802.11b走向未來WiFi7 802.11be。對于國內WiFi芯片公司而言，WiFi 6芯片正處在研發進行時。從數量上來看，國內WiFi 6芯片公司已超過50家，市場看好，資本熱捧，物聯網海量市場，似乎更多WiFi芯片公司也容得下。

   

  事實如何，且看國產WiFi 6芯片走向何方。

   

  WiFi 6芯片的前世與今生

   

  在介紹國產WiFi 6芯片之前，我們先了解WiFi技術的起源。

   

  WiFi無線網絡技術由澳洲政府的研究機構CSIRO在90年代發明，并于1996年在美國成功申請了無線網技術專利，專利發明人是悉尼大學工程系畢業生奧沙利文（Dr John O'Sullivan）領導的一群由悉尼大學工程系畢業生組成的研究小組 。

   

  實際上，早在1990年就有團隊來開始制定無線通信協議 802.11標準，這早于研究機構CSIRO的工作3年之久，不過最終的結果是研究機構CSIRO申請了專利。

   

  IEEE曾請求澳洲政府放棄其無線網絡專利，讓世界免費使用Wi-Fi技術，但遭到拒絕。澳洲政府隨后在美國通過官司勝訴或庭外和解，收取蘋果、英特爾、聯想、戴爾、AT&T、索尼、東芝、微軟、宏碁、華碩等等公司的專利使用費。

   

  到2010年，全球有30億臺電子設備使用WiFi無線網絡技術，而到2013年底研究機構CSIRO的WiFi無線網專利過期，使用WiFi無線技術的電子設備增加到了50億+。

   

  WiFi無線網絡被譽為澳洲有史以來最重要的科技發明，其發明人奧沙利文（Dr John O'Sullivan）被稱為”Wi-Fi之父“，并獲得澳洲的國家最高科學獎和全世界的眾多贊譽，其中包括歐盟機構，歐洲專利局，European Patent Office(EPO)頒發的European Inventor Award 2012，即2012年歐洲發明者大獎。

   

  根據華為發布的WiFi白皮書，可以看到WiFi技術的整個發展歷程。

  
  

  圖源：華為WiFi白皮書

   

  1997年，IEEE制定出第一個無線局域網通信標準802.11，允許設備之間以每秒2Mbps的速度無線傳輸數據。

   

  1999年，IEEE又發布了802.11b標準，傳輸速率為11Mbps，工作在2.4GHz頻段。同年IEEE又發布了802.11a標準，不過是工作在5GHz頻段，數據傳輸率達到了54Mbps。

   

  2000年，第一代WiFi芯片產品上市，具有11Mbps的最大數據速率，工作在2.4GHz頻段。

   

  2003年，推出速度更快、距離覆蓋更廣的WiFi芯片產品，形成了802.11g標準，數據傳輸速度為54Mbps。

   

  2009年，出現了802.11n協議標準，引入了“多輸入多輸出”數據 (MIMO)，使用多個天線來增強發射和接收通信，最大連接速率為 600 Mbit/s。802.11n標準WiFi芯片一直使用至今，工作頻段在2.4GHz。

   

  2014年，IEEE發布了802.11ac，速度高達3.5 Gbps，但只支持5GHz頻段。

   

  2019年，802.11ax由無線網絡標準的WiFi聯盟提出，同時支持2.4GHz和5.8GHz。IEEE也將802.11ax命名為WiFi 6，并將前兩代技術802.11n和802.11ac分別命名為WiFi 4和WiFi 5。在這之后，WiFi 6的前面才有新的命名WiFi 5、WiFi 4，但沒有WiFi 3/WiFi 2/WiFi 1；后面有WiFi 6E，WiFi 7。

   

  WiFi 6速度高達9.6 Gbps，比WiFi 5的3.5 Gbps提高了近3倍。WiFi 6不但有WiFi 5的所有先進 MIMO 特性，WiFi 6下OFDMA和MU-MIMO的效果可以疊加，兩者呈現出一種互補關系，OFDMA適用于小數據包的并行傳輸提高信道利用率和傳輸效率，而MU-MIMO則適用于大數據包的并行傳輸，提高單用戶的有效帶寬，同樣能減少時延。更高階的調制技術 (1024-QAM)、空分復用技術(SR）& BSS Coloring 著色機制、擴展覆蓋范圍 (ER)，使得WiFi 6可以更好地實現更多設備連接，可將每臺設備的速度至少提升4倍。

   

  2020年，WiFi聯盟又宣布了WiFi 6的擴展版WiFi 6E（E代表Extended），工作頻段除了原本的2.4GHz 、5GHz外，增加了6GHz頻段（5925-7125 MHz，共1.2 GHz帶寬），全新的6 GHz頻帶寬度為1.2 GHz，可容納7個160MHz的頻帶，或14個80MHz的頻帶。美國聯邦通信委員會將6GHz的1200 MHz免授權頻段分配給WiFi 6，歐盟則將6GHz的400MHz頻段分配給WiFi 6。

   

  2021年，WiFi 7，即802.11be協議對外公布。高通、博通、聯發科等芯片公司正在積極開發WiFi 7芯片。與WiFi 6的最多8個數據流相比，WiFi 7將支持16個數據流以及CMU-MIMO技術。其中，C代表Coordinated，意思是16個數據流可能不是由一個接入點提供，而是由多個接入點同時提供。其次，WiFi 7將繼續支持6GHz頻段，三個頻段可以同時連接工作，將單個信道的寬度從WiFi 6的160MHz擴展到320MHz。

   

  WiFi 7還將信號調制方式升級為4096QAM，以擁有更大的數據容量。所以WiFi 7最終速度可以達到30Gbps，是目前推出的最快Wi-Fi 6速度9.6Gbps的三倍。

   

  

  WiFi 6和WiFi 7的比較（圖源：華為官網）

   

   

  國產WiFi 6芯片走向何方

   

  智能手機領域是各大芯片廠商進入WiFi 6市場的重要入口，據市場調查機構Strategy Analytics的最新報告顯示，到2021年，智能手機WiFi芯片市場規模將達43億美元，高通、博通和聯發科將占據該市場前三名。

   

  目前支持WiFi 6的手機SoC處理器包括高通的驍龍888、驍龍865，華為海思的麒麟9000/9000E、麒麟900、麒麟985，蘋果的A14，聯發科的天璣1000+，還有博通的WiFi 6芯片BCM4375模組。

   

  然而，國產WiFi 6芯片是進不了智能手機市場的，只有博通的四合一模組憑借其優異的性能指標獨善其身，否則都是集成在SOC處理器里。

   

  對于現在的國產WiFi 6芯片廠商來說，哪里才是真正屬于他們的市場，是目前需要思考和解決的問題。除了智能手機市場，國產WiFi 6芯片究竟該走向何方？下面我們一起來分析和探討。

   

   

  WiFi 4芯片市場

   

  WiFi芯片廣泛應用在智能家居、智能監控，比如白色家電市場（冰箱、空調等）、模塊市場、燈具市場、智能音箱監控、門鈴、貓眼等產品。而其中網絡攝像機、智能插座、WiFi智能燈等應用的市場規模較大，是目前的主流智能家居產品。

   

  NEST、小米、涂鴉智能、海爾、格力、美的等推出一系列智能家居產品。海外巨頭NEST在智能家居領域推出智能攝像頭、Hello智能可視門鈴、NEST耶魯鎖、Thermostat恒溫器等。這些應用WiFi 4芯片就能滿足需求。WiFi 4只支持802.11n 2.4GHz頻段，需要升級到WiFi 6芯片嗎？

   

  從現有的市場應用來看，是不需要WiFi 6芯片的，就像我們手機是5G還是4G，對現在的消費者來說都一樣。5G做到4G差不多的價格，更多的人才會選擇5G。同理，如果WiFi 6芯片做到WiFi 4芯片的價格，才會有市場。事實也如此，目前市場上出貨最多的還是WiFi 4芯片。

   

  為了搶占WiFi 4芯片市場，國產WiFi 6芯片公司正在推出2.4GHz WiFi 6單頻芯片，以同價的方式去替換WiFi 4芯片。在技術實現上也沒有太大難度，底層協議/通信協議和算法相對容易很多，射頻前端（PA+LNA+SW）也不需要真正做到 802.11ax的標準，滿足802.11n就行。

   

   

  WiFi 5芯片市場

   

  為了解決視頻傳輸的需求，WiFi 5芯片應用而生。WiFi 5芯片市場主要是智能手機、機頂盒市場、模塊市場、無人機與航模市場、游戲機市場、電腦市場等等。

   

  據中研普華產業研究院數據來源，2019年WiFi芯片市場規模為168億元，2020年市場規模上升至180.2億元，，預估2021年市場規模達到210.8億元。預計到2025年中國WiFi芯片市場規模將突破300億元，達到335.1億元，從2021年到2025年市場規模年平均復合增長率將達到12.2%。從出貨量角度來看，據Gartner數據，2020年全球WiFi芯片共出貨44億顆，預計2022年達到約49億顆。

   

  

  數據來源：中研普華產業研究院

   

  2021年12月31日，市場分析機構DIGITIMES Research公布了2021年智能手機出貨量情況，全年出貨則約為13.2億部，年增僅6.1%。智能手機是WiFi芯片最大的市場，從出貨數量來看，占比大約是30%。由于手機上基本采用WiFi5或者WiFi6芯片，銷售額預估占據60%以上。

   

  智能手機之外，WiFi 5芯片的數量占比只有約20%，其中大部分來自WiFi 5路由器市場；近80%的出貨數量來自WiFi 4芯片。最終，20%的WiFi 5芯片將會被WiFi 6芯片替換。

   

   

  WiFi 6芯片市場

   

  近兩年，視頻傳輸、視頻監控、智慧城市等物聯網領域對WiFi芯片性能要求不斷提高，WiFi 6技術在VR/AR、超高清視頻等新型高速率應用場景具有高適用性，未來對此類應用的WiFi 6芯片將不斷增多。

   

  有報告指出，WiFi 6和WiFi 6E推動了智能手機Wi-Fi芯片市場，這些技術的迅速采用為WiFi芯片廠商提供增長機會，帶動WiFi6/WiFi6E路由器和物聯網領域的發展，使得國產路由器WiFi6芯片迎來春天。從路由器市場來看，2019年國內WiFi 6路由器芯片市場規模約為5.3億元，2023年預計突破百億。作為國產路由器WiFi 6芯片的領頭羊矽昌通信在2022年將推出國內首款WiFi 6路由器芯片。這個以前無人問津的賽道也引來了新的創業公司，實力不可小覷。

   

  在手機WiFi 6市場，博通是除基帶芯片廠商之外唯一的供應商，博通與蘋果合作，iPhone 13采用博通產品。此外，博通的BCM4375產品已經應用在三星S20系列手機上。博通在高端WiFi芯片領域一直保持領先地位，早在2020年面向智能手機移動平臺，博通就發布了全球首款WiFi 6E芯片BCM4389，采用16nm工藝，數據傳輸率達到2.4Gbps。這個市場，國產WiFi 6芯片廠商短期內只能旁觀。

   

  在競爭激烈的WiFi 賽道，國產芯片廠商都在尋找新的細分市場切入點，除了高通、博通、聯發科等國際大廠，國內樂鑫科技、博通集成、翱翔科技、博流等WiFi芯片廠商也在加緊布局WiFi 6市場，樂鑫科技和博通集成已推出了支持WiFi 6物聯網芯片。盤啟微利用在無人機領域做到第一的優勢加速研發WiFi 6芯片。珠海泰芯基于Wi-Fi聯盟和IEEE推出的低功耗、長距離的Wi-Fi HaLow™ 新標準研發WiFi芯片，同時借助于其市場優勢積極入局WiFi 6芯片。

   

   

  WiFi 6走向MCU，MCU走向WiFi 6

   

  近來，不斷有國內MCU廠商找到三伍微，希望能一起配合WiFi射頻前端芯片，三伍微在WiFi FEM性能和成本上都具有優勢。

   

  樂鑫科技從WiFi成功走向了MCU，國內MCU卻正在走向WiFi 6。國內MCU廠商甘堯電子就是其中之一，甘堯電子開發的G32L473xx系列MCU集成WIFI協議棧及AFE前端收發器，WiFi射頻前端外掛三伍微WiFi FEM。

   

  

  WiFi 6 MCU系統框圖

   

  2020年，國內MCU公司中穎電子出貨量超過6億顆，兆易創新MCU出貨量接近2億顆，雖然樂鑫科技出貨量只有1.34億顆，但在物聯網WiFi MCU市場份額(按銷量)占比達30%，位居全球第一，樂鑫科技2020年歸屬于上市公司股東的凈利潤約為1.04億元，營業收入約為8.31億元。從MCU的業務收入來看，中穎電子領先于兆易創新與樂鑫科技，2020年中穎電子MCU營業收入達9.5億元。

   

  

  來源：公司財報

   

  近幾年來物聯網技術蓬勃發展，智能音箱、智能家電（智能冰箱，洗衣機）、掃地機器人、WiFi連接、工業設備接口等新鮮物件層出不窮，而WiFi MCU芯片領域就是實現物聯網的關鍵器件。

   

  2021年9月，兆易創新宣布將推出WiFi MCU產品，以圍繞MCU生態完善解決方案為目的，圍繞公司核心的、通用的MCU業務和客戶需求配套打造。這就意味著兆易創新正式進入WiFi 6 MCU領域。

   

  從市場布局來看，兆易創新MCU產品主要應用于汽車電子、工業等領域；中穎電子產品主要應用于小家電領域；樂鑫科技產品則主要應用于物聯網領域。隨著車聯網和工業物聯網的興起，兆易創新WiFi 6 MCU將正在這一領域具備優勢。這幾年智能家電發展也非常迅猛，作為小家電領域的MCU老大，中穎電子的戰略布局非常聚焦，對生態也有自己深刻的認知，通過收購瀾至科技WiFi業務，橫向整合帶動協同效應，加入到WiFi 6 MCU賽道。

   

  從目前來看，WiFi 6 MCU產品研發，樂鑫科技更勝一籌，在研發技術水平和工藝上都處于領先地位。短距離通信是物聯網未來的主要連接方式，而WiFi又是短距離通信的主要應用技術，高性價比的WiFi MCU將會是趨勢，且WiFi 6和MCU的集成過程中，WiFi 6技術難度更高。

   

  從國內外企業來看，WiFi業務的收購可以加強他們在物聯網、智能家居、智慧城市等方面的布局，從整個行業來看，對形成當前WiFi 6 MCU的市場格局起到了一定的影響作用，使得WiFi 6 MCU加速進入工業和消費類市場的全新物聯網應用領域。

   

  

  來源：網絡

   

  結語

   

  潮來潮往，世界變遷。科技發展，萬物互聯。5G和WiFi 6，一個改變世界，一個改變生活。

   

  在國產WiFi 6芯片的創業大潮中，多少歲月已流走，多少時光一去不回頭，又有多少芯片公司加入其中。如果國產WiFi 6芯片能在這一次資本浪潮下成長起來，把握好時代賦予的機遇，那將收獲滿滿。

   

  最后給大家分享一個經典的故事：19世紀美國西部淘金熱的時候，來自全世界的投機者，一窩蜂地涌入加利福尼亞州、俄勒岡州等地去淘金，希望一夜暴富。淘金的人那么多，相互競爭也很激烈，最后一夜暴富的是少數，大多數人空手而歸，有些甚至傾家蕩產。不過，也有一部分人來到西部賣鏟子，潮水退去，賺得最多的是“賣鏟子”的人。

   

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