本文來自微信公眾號“芯東西”，作者|程茜，編輯|漠影
一顆小小的NB-IoT芯片就能讓水表變智能，芯翼信息科技的殺手锏是什么？
疫情肆虐下，居家隔離、集中隔離對智能防疫設備的需求也逐漸增多，搭載NB-IoT的智能門磁替代了紙質封條，社區(qū)人員通過手機就能對隔離人群進行“云監(jiān)督”，以NB-IoT智能門磁為主的智能防疫設備需求迎來了爆發(fā)式增長。
▲長沙電信裝維工程師為隔離人員安裝智能門磁（圖片來源為：長沙晚報）
早在2018年前后，作為5G商用領域中不可或缺的一環(huán)，NB-IoT芯片在智能表計中的應用就已逐漸進入爆發(fā)階段，中國移動、聯通、電信三大運營商都圍繞NB-IoT構建了網絡。芯片廠商、硬件制造廠商等玩家蜂擁而至，NB-IoT芯片市場迎來爆發(fā)。
近日，中國移動旗下中移物聯網有限公司啟動了NB-IoT芯片XY1100采購項目。該項目共集采1500萬片NB-IoT芯片，供應商為芯翼信息科技。
▲芯翼信息科技獲得中移物聯采購項目公告
芯翼信息科技成立于2017年3月，僅5年時間就在海思、紫光展銳、聯發(fā)科等頭部玩家布局的NB-IoT芯片領域嶄露頭角。截至目前，芯翼信息科技的XY1100芯片出貨量已達2500多萬片。
芯東西與芯翼信息科技副總裁李劍、芯翼信息科技高級市場總監(jiān)祁衛(wèi)、行業(yè)知名NB-IoT產品專家進行了深入交流，剖析NB-IoT芯片的市場應用前景。
01.
累計出貨量超2500萬片
打造“全國產”供應鏈
當前，蜂窩通信市場正面臨2G退網、5G布局的關鍵期。從2014年起，國際電信聯盟（ITU）就開始推動5G技術標準的實施，NB-IoT技術作為物聯網領域基于蜂窩的窄帶物聯網的新興技術，于2020年7月被正式納入全球5G標準，開啟了5G商用落地之路。
此前，物聯網應用場景連接技術大多采用2G，隨著2G退網趨勢加速，5G NB-IoT技術的特性也決定了其能承接許多應用場景。
5G NB-IoT在技術上有如下特點：
（1）大連接：單個扇區(qū)內能夠支持多達10萬個左右的終端連接；
（2）廣覆蓋：單個基站能覆蓋幾公里的范圍；
（3）穿透能力強：在相同頻段下NB-IoT與傳統(tǒng)物聯網技術（如2G）相比高20dB的增益；
（4）低功耗：理論與實驗表明搭載有NB-IoT技術的終端設備最長可實現的待機時間長達10年之久；
（5）設備成本低：NB-IoT模塊設備體積小且覆蓋簡單，使得其預期單個模塊的成本不超過5美元，經過近幾年的產業(yè)發(fā)展和競爭，現在NB-IoT模塊的價格普遍低于3美元。
而知名市場調研機構Counterpoint的數據也顯示，2021年第四季度蜂窩物聯網應用場景中，智能表計占比最高，這其中大部分都是基于5G NB-IoT實現的，其次是金融支付類以及數據類產品。
▲2021年第四季度蜂窩物聯網應用場景（數據來源為：Counterpoint）
此前，NB-IoT芯片的主要場景落地在智慧城市的相關應用上，如智能表計、智能消防、智能路燈等，在疫情的特殊背景下進一步放大了其應用場景。
早在2020年初，也就是疫情暴發(fā)初期，芯翼信息科技的一些合作伙伴在深圳、內蒙古等地都將基于XY1100的智能門磁產品應用于疫情防控當中。李劍對此深有感觸，他談道，芯翼信息科技作為芯片廠商為合作伙伴做了大量的優(yōu)化工作。
NB-IoT產品專家也談道，NB-IoT芯片的特點主要是低速率、低功耗、低帶寬，因此在疫情防控中，比如居家或者酒店隔離，監(jiān)測房門開合狀態(tài)這樣的場景就比較適合采用NB-IoT芯片設計產品。
“相比去年，智能門磁的需求量呈數量級增長，今年前幾個月，總體已經達到百萬級的需求。”NB-IoT產品專家說。
回到其主要的應用場景智能表計，除了基本的測量功能外，NB-IoT還可以監(jiān)測水、燃氣的泄漏，配合云端大數據，可實現預防事故、及時報警功能。
▲NB-IoT技術在智能水表中的應用（圖片來源為Technoton Engineering）
NB-IoT產品專家告訴芯東西，目前水表的智能化率相對低一點，僅有30%，智能燃氣表的滲透率相對較高為60%，電表由于其一定的行業(yè)特殊性，基于NB-IoT的智能電表更多應用于員工宿舍、工業(yè)園區(qū)等場景中。
在我國，一方面隨著城鎮(zhèn)化進程加速，智慧城市建設快速推進中，傳統(tǒng)機械表的升級換代需求迫在眉睫，另一方面NB-IoT技術的發(fā)展也跟其他技術一樣，從標準制定、技術落地、試商用再到大規(guī)模商用，經歷了較長的時間。李劍談道，運營商網絡的不斷優(yōu)化，通信協(xié)議的演進也使得NB-IoT在智能表計中的應用越來越普及。
▲NB-IoT技術的行業(yè)應用
作為NB-IoT技術滲透率較高的智能表計、智能路燈等大多數物聯網應用，由于這類產品的地理位置或成本原因，其終端模塊可能在短時間內不會更新升級或更換電池，因此終端設備的功耗是其能否商用的關鍵因素。
在3GPP標準中NB-IoT終端電池壽命設計為10年，但實際使用過程中，電池壽命也會因具體的設備、功能等產生變化。因此，實現低功耗甚至超低功耗是NB-IoT芯片的核心，而低功耗設計是一個系統(tǒng)工程，要在射頻、模擬、數字基帶、軟件等所有組成部件中實現整體優(yōu)化。
目前，作為國內NB-IoT芯片領域的頭部企業(yè)，芯翼信息科技的XY1100芯片累計出貨量已經達到2500多萬片，2022年單月出貨量達到近500萬片，并且中移物聯搭載XY1100 NB-IoT SoC的模組MN316也已實現大規(guī)模出貨。
▲芯翼信息科技XY1100 SoC及中移物聯MN316模組
芯翼信息科技成立于2017年，相比于海思、紫光展銳和聯發(fā)科入局較晚，但這也成為了其優(yōu)勢，李劍談道，在產品定義上，芯翼信息科技參考了前面幾代芯片產品的特點，并做了歸納、總結和創(chuàng)新，最后體現在芯片的實現上，功耗、性能、成本上均有較大的提升：
首先，芯翼信息科技的XY1100芯片是全球首顆集成了CMOS PA的NB-IoT SoC，搭載其的物聯網模組器件數可減少60%，模組成本整體下降30%。同時，芯翼信息科技采用了QFN封裝，進一步降低了客戶的使用成本。
其次，在低功耗設計上，XY1100選擇了中芯國際55nm的成熟制程，因為成熟工藝的PDK（工藝設計套件）功耗模型準確程度高，更有利于研發(fā)低功耗甚至是超低功耗產品，再加上芯翼信息科技自身領先的模擬/射頻設計能力，最終XY1100實現了在深度睡眠狀態(tài)電流1μA，接收機狀態(tài)電流約為20mA，這樣一來，使得客戶可以用更小容量的電池實現一樣的使用壽命，同樣大大降低了客戶的使用成本。
再次，在Modem（調制解調器）的實現上，祁衛(wèi)稱，XY1100芯片采用了軟件SDR架構，可以靈活支持、優(yōu)化物理層接收機算法，同時支持NB-IoT以及其他非標自定義協(xié)議，能夠滿足標準升級以及碎片化的物聯網專網通訊需求。
然后，與其他同類產品不同的是，XY1100芯片采用基于Open CPU的雙核架構。在NB-IoT芯片中，通信對時序的要求較高，因此，CPU在處理一個通信任務時，必須將其發(fā)射或接收完成，才能處理下一個任務，如果此時有應用邏輯干擾CPU運行，通信就會出現問題。
祁衛(wèi)解釋道，雙核架構的好處在于，一個CPU可以處理通信任務，另一個就可以跑客戶的應用代碼，能夠將應用和通信部分物理隔絕開，避免出現應用影響通訊的情況。
但更有意思的是，2020以來持續(xù)的“缺芯潮”，特別是MCU的缺貨導致其價格大幅上漲，讓很多終端客戶把注意力放到了原來不那么讓人關注的NB-IoT SoC中Open CPU，李劍談道，這些客戶發(fā)現使用Open CPU可以省掉既買不到也買不起的MCU，并且?guī)椭麄冊谌毙镜拇蟓h(huán)境下順利交付產品，能大大降低終端的成本。
最后，在芯片供應短缺、國際關系變化的背景下，芯翼信息科技產能豐富，新一代芯片系列也即將實現量產。李劍談道，芯翼信息科技的上游晶圓廠、封測廠都是國產供應商，所以供應鏈危機、國際環(huán)境的變化并沒有對他們造成太大影響。
值得一提的是，為了保證大規(guī)模出貨后芯片的質量，芯翼信息科技還成立了專門的專業(yè)質量管控團隊。
綜上，功耗/性能領先、成本控制好、產品成熟、產能保障正是芯翼信息科技在NB-IoT芯片領域處于領先地位的殺手锏。
02.
資產管理、定位追蹤、安防管控等
新興場景前景可觀
相比于國外，國內NB-IoT技術的應用范圍更加廣闊，Counterpoint的數據顯示，2021年第四季度全球蜂窩物聯網芯片中國出貨量占全球市場的近60%。
2021年底，中國信息通信研究院副院長胡堅波在2021江西國際移動物聯網博覽會上說，目前NB-IoT已在水表、燃氣表、消防煙感和電動自行車防盜4個行業(yè)實現千萬級規(guī)模連接，智能井蓋、智能門鎖、追蹤定位和智慧路燈等十余個行業(yè)實現超過百萬級連接，未來還將更多地應用到工業(yè)互聯網、車聯網、遠程醫(yī)療等領域。
擁有龐大設備連接技術的國內市場，隨著NB-IoT技術逐漸步入成熟階段，其市場轉化率也有望迎來較大增長。李劍也提到，智能表計雖然是NB-IoT芯片目前的主要落地應用，但事實上，智能燃氣表中還包括大量的IC智能卡的產品，并沒有全部應用NB-IoT技術。
因此，隨著城鎮(zhèn)化推進，運營商網絡的完善，5G NB-IoT在智能表計的覆蓋率將會進一步提升。不僅如此，很多如追蹤器、資產管理等新興應用也會有較大前景。
NB-IoT產品專家補充道，如果NB-IoT網絡覆蓋進一步提升，將會有更多的應用場景出現。此外，他還提到，從整體上看，在金融風控、追蹤器等領域NB-IoT的落地形態(tài)也更加多樣。
▲資產追蹤應用案例（搭載XY1100 NB-IoT SoC）
在XY1100作為NB-IoT SoC大規(guī)模商用并進入各行各業(yè)后，芯翼信息科技開始挖掘細分賽道，其專為智能表計行業(yè)設計的專用SoC XY2100系列芯片已經研發(fā)成功，將于今年量產。
李劍還談道，芯翼信息科技是一家物聯網智能終端系統(tǒng)SoC公司，通信只是一個維度。因此，該公司還在研發(fā)專為資產管理和追蹤行業(yè)設計的專用SoC XY3100，以及Cat.1bis SoC XY4100和5G NR RedCap芯片XY5100。
作為芯片公司，在“端”這一側，芯翼信息科技關注的是五大能力：無線通訊、感知、邊緣計算、電源管理和安全。祁衛(wèi)說，從芯片的角度來看，這些技術能力都要有機地融合在芯片和相應的套片上，才能幫行業(yè)終端降低成本、功耗，讓客戶能更友好地使用這些技術，這才是芯翼信息科技真正的愿景。
03.
結語：創(chuàng)新技術突破
助力NB-IoT芯片廠商搶占市場
作為新基建智慧城市建設的一部分，NB-IoT技術在智能表計市場逐步落地、發(fā)展過程中所帶給人們的價值，遠比數百萬顆芯片或者智能表計本身帶來的經濟效益多得多。
當然，NB-IoT芯片的應用場景決定了其對成本和功耗的極致追求。最近幾年，入局NB-IoT芯片領域的廠商越來越多，如何在這一領域搶占市場，在低功耗、低成本領域的技術優(yōu)勢是關鍵殺手锏。
不過，由于其工業(yè)屬性，這一領域的產品迭代相對消費電子產品較慢，因此對產品的穩(wěn)定性、可靠性要求也相對較高，因此，如何在低功耗、低成本的前提下實現高穩(wěn)定、高可靠性，并且最好還能在某個方面有技術突破，這對后來的廠商提出了更高的要求。
