揭秘展銳春藤無線連接晶片設計難度

在移動智能終端（手機、平板、PC）以及物聯網、車聯網、AI邊緣計算等應用市場，「計算、感知、連接」是至關重要的三大技術節點，也是各大半導體公司互相角逐的戰場。

無線連接晶片為何如此重要？盤點Wi-Fi / 藍牙主流晶片玩家

在以前，無線連接一般是採用單顆的Wi-Fi晶片或藍牙晶片，為了滿足手機等設備對於複雜應用、功耗和體積的需求，半導體廠商開始逐漸提高集成度。

從Wi-Fi、藍牙雙模的combo晶片，到逐漸增加到Wi-Fi、藍牙、RF、GNSS甚至Zigbee，Thread、NFC等不同的網絡連接協議。

隨著手機等移動便攜設備對產品體積、設計需求的不斷提升，以往分立的器件逐漸集成化是大勢所趨。

對於客戶來說，單晶片集成度越高越省心。

今天的無線連接晶片集成度已經越來越高，同時設計難度越來越複雜。

要做高集成度的無線連接晶片，首先是要具備Wi-Fi和藍牙的晶片設計能力。

雖然全球具備Wi-Fi和藍牙設計能力的玩家看起來不少，但要滿足目前主流市場需求，又具有較高可靠性和性價比的廠商其實可選項並不多。

據了解，目前市面上主流的三類Wi-Fi技術，802.11n和11ac是比較成熟的技術。

其中11ac是主流，而11ax則是未來的新趨勢。

在2015年，市場上高端手機和物聯網設備都是以11ac為主，比如蘋果，華為，三星等手機, 華碩等高端Wi-Fi路由器。

11ac的出現導致採用11n的產品售價無法超過500元。

從上圖可以看到，2015年11n技術晶片遭遇第一拐點，市場壓縮低於1/2。

2016年壓縮至1/3，更為艱巨的是到2018年將會遇到第二個拐點，2015-2018年11ac產品爆發性增長，超過80%都是11ac產品。

從上表可看出，能夠同時支持802.11a/b/g/n/ac的廠商不少，包括紫光展銳、海思、博通、Celeno、intel、Marvell、聯發科、高通、Quantenna、Realtek、STMicro、東芝、聯發科。

能支持上述Wi-Fi標準的同時，又能擁有藍牙5技術的廠商就更少了。

ABI Research調研機構高級分析師Ryan Martin指出，預計至2021年，全球聯網設備安裝將達到480億，且這其中近三分之一將採用藍牙技術。

ABI Research預計2021年藍牙IC出貨量將達到100億顆。

目前主流的藍牙玩家有紫光展銳、高通、聯發科、Nordic、Skyworks、TI、Dialog、ST、ADI、Microchip、博通、Marvell、Cypress等。

除了上述幾家國外晶片公司，中國也有不少藍牙晶片廠商，包括台灣創傑（被微芯收購）、珠海炬芯、北京昆天科、安凱微、台灣絡達、上海山景、珠海傑理、上海博通、上海巨微、上海泰凌微。

不過能支持藍牙5量產的也不多，目前僅紫光展銳、聯發科、安凱微電子都可以提供。

前面提到了，無線連接晶片的設計難度越來越複雜，主要是指射頻器件增加會產生各種干擾，比如EMC的問題，這非常考驗設計公司的經驗和項目管理能力。

此外，越來越多的物聯網設備對於多種網絡連接需求加強，必然也促使無線連接晶片的普及推廣。

這也是高通、聯發科、紫光展銳這樣的主晶片廠商大力自研或投資併購周邊器件廠商的原因。

其中高通併購了Atheros和CSR，聯發科併購了Ralink和絡達，而展訊和銳迪科合併成了紫光展銳。

2011年，高通發布了Combo晶片WCN3660，支持Wi-Fi、藍牙® 和FM廣播功能所需的電路板面積最高壓縮達50%。

聯發科則在2017年發布了MT7622，支持4x4802.11n及藍牙5 。

紫光展銳發布的春藤無線連接產品系列，是目前國內公開市場唯一一款集成了2 x 2 802.11ac 、 藍牙5、GNSS 五模三頻、FM 的四合一晶片。

春藤無線連接晶片的設計難度有多高？對國產晶片有何標誌性意義？

在以往，無線連接晶片的玩家主要集中在少數國外IC設計巨頭手中，如高通、博通、Marvell等公司。

特別是難度最高的多標準無線連接晶片（無線連接超大型集成電路整合型系統單晶片）更是領先國內本土企業5~6年的技術水平，約3~4個技術和產品世代。

類似於春藤系列的四合一晶片對於國產晶片商是一個巨大挑戰，它的開發成功對於整個中國集成電路產業具有劃時代的意義。

相比以往國內晶片廠商主要開發單晶片為主，四合一晶片需要擁有自己的IP算法，因為涉及到多技術的整合，項目流程非常複雜。

從最初的市場分析、晶片設計到產品設計開發以及量產都有很高的要求，需要整合多個部門。

據了解，紫光展銳的春藤無線連接項目共跨越內部8個公司級部門，同時對接多個外部客戶，協調幾十個供應商。

它的開發難度相比單純一個晶片開發難度呈指數級上升，一旦有一個環節出了問題，就需要多環節進行疊代更新。

也正因為如此複雜的項目管理難度，春藤無線連接項目也獲得了2018 PMI（中國）項目管理大獎。

不久前筆者在高通代理商Arrow的網站查到，類似於WCN3660B這樣的Combo晶片目前可能受到出口管制。

在《「十三五」國家科技創新規劃》中，下一代網絡技術及相關的晶片、設備被確定成為中國新一代信息技術的發展重點。

尤其是WCN（WirelessConnectivity Network）無線網絡連接晶片是其中至關重要、不可缺少的一個環節。

在中美貿易戰的大背景下，無線連接晶片很有可能受制於人。

這個時候國產晶片的替代機會就來了，更有機會進行國產化替代。

春藤系列的發布也有助於大幅度降低產品的研發生產成本。

以Wi-Fi模塊為例，2014年之前Wi-Fi模塊方案價格超過40元，、高通和TI的Wi-Fi晶片發布後將模塊成本拉到30元左右。

此後聯發科推出MT7681將Wi-Fi方案拉到20元左右。

到了2016年，包括樂鑫、南方矽谷、新岸線、Realtek、聯盛德等本土廠商相繼推出Wi-Fi SOC晶片，將Wi-Fi模塊價格直接拉到了6元左右。

也正因為這樣，單Wi-Fi晶片被不少國際大廠看成是不賺錢的業務，不少選擇轉賣。

而國內公司除了有成本價格優勢，在服務本土化上可以做到更大力度的支持。

事實上，除了無線連接晶片，紫光展銳還可以提供交鑰匙的方案，包括基帶、射頻、無線連接晶片、軟硬體解決方案都可以提供，大大節省了客戶上市量產時間。

這個2016年啟動的項目屬於超大型的集成電路整合項目。

據了解，春藤無線連接的研發時間總共一年，先後投入了兩億四千萬人民幣和250名來自多個國家，具有不同文化和專業背景的工程師。

其功能包括先進的可配置，高性能及超低功耗架構，符合IEEE 802.11ac標準的Wi-Fi VHT R2 2x2多用戶多發射多接收(MU-MIMO)，波束成型(Beamforming)，RTT位置定位；符合藍牙5標準，包括長距離傳輸，高功率傳輸，AoD角度定位和自組網；五模三頻GPS/Galileo/Glonass/北斗/北斗三代並行高精度厘米級導航定位系統；低功耗高敏度FM/RDS系統；內置射頻前端元器件，熱敏晶體時鐘，電源管理功能，多核CPU(中央處理器)；創新性的無線共存及LTE(4G)和無線連接系統多天線時分頻分管理機制；支持高階Flip Chip，晶片級CSP封裝等等。

展望未來，無線連接晶片將進一步升級換代。

首先是802.11ax將逐漸在高端旗艦級手機普及，不過現在成本依然過高。

除了成本，影響802.11ax普及的重要因素還包括最終標準的確定。

據了解，2016年11月的802.11ax Draft1.0和2017年9月的2.0草案未能在IEEE工作組內獲得批准。

最終802.11ax的標準可能會在2019年12月實現，所以儘管不少晶片廠商已經宣稱推出802.11ax晶片但大規模的商用可能要延後6到12個月。

另外，GNSS定位將逐漸向雙頻、甚至三頻發展，可以減輕多徑干擾效應，尤其是在建築物密度高的區域（如城市峽谷），並提供比單頻設備高得多的精度。

ABI Research預計雙頻設備將在短短几年內主導高端智慧型手機市場，到2023年，雙頻GNSS IC將占全球GNSS LBS IC總出貨量的36％。

當然雙頻及三頻GNSS面臨的主要問題也是成本以及天線設計難度的問題。

另一方面也創造了很多的首次：比如802.11ac、藍牙5、北斗的研發都屬於自主研發，而802.11ac更屬於國內第一顆自主研發的技術晶片。

其功耗和性能指標也完全對標歐美領先標準定義，各項參數領先同業競品。

在摩爾定律之下，半導體在發展過程中會面臨價格下降的趨勢，但在產業趨於成熟的過程中，一味地降價，甚至通過犧牲自身利益來換取市場，顯然這是非常不理性的。

不少國產晶片切入市場靠的是低價低性能，做的往往是減法。

至於為什麼不做加法，更多的可能是缺乏足夠的設計和整合能力。

價格戰雖然是國產晶片的優勢，但也往往把行業拖向無錢可賺的惡性競爭，不少歐美大廠也因為單Wi-Fi晶片利潤太低而選擇了放棄。

春藤無線連接晶片的成功代表著國產晶片的設計和系統管理能力更上一層樓，更重要的是展現了國產晶片不是只會做減法，而是通過做加法不斷往高端走的決心。

紫光展銳作為國產晶片的代表廠商，此前一直選擇的是做成熟市場，一旦產品成熟穩定後，迅速搶占市場份額的能力無人能及。

春藤無線連接晶片的推出，代表在未來的手機，平板，個人電腦，物聯網，車聯網，移動運算，智能家居，人工智慧邊緣計算等應用中，具備重要戰略意義的無線連接晶片，打開了一個更廣闊的市場空間。