NB-IoT通信芯片設計演進之探索

NB-IoT近年來發(fā)展迅速，規(guī)模商用僅三年，在我國就已經(jīng)突破了1億連接數(shù)，迸發(fā)出強大的生命力。對于NB-IoT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，芯片及模組的性能和成本是至關(guān)重要的一個因素。

5G時代下，NB-IoT與蜂窩物聯(lián)技術(shù)相比存在怎樣的優(yōu)勢？NB-IoT通信芯片的核心競爭力在哪？本土創(chuàng)新型IC設計公司又該如何在NB-IoT的設計、應用等方面進行布局？

本期我們邀請到北京四季豆信息技術(shù)有限公司市場總監(jiān)李振華先生，一起來聽聽他對物聯(lián)網(wǎng)SoC芯片市場的賽道分析。

以下內(nèi)容由對話音頻整理

● 創(chuàng)新型IC設計公司的物聯(lián)網(wǎng)布局 ● 本土物聯(lián)網(wǎng)市場賽道分析 ● 如何提高物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)B端客戶的滿意度 ● 屬于創(chuàng)新型企業(yè)的獨特優(yōu)勢

創(chuàng)新型IC設計公司的物聯(lián)網(wǎng)布局

幻實（主播）

首先請問一下李總，四季豆是一家什么樣的公司呢？ 李振華（嘉賓） 大家好，我是北京四季豆信息技術(shù)有限公司市場總監(jiān)李振華。北京四季豆信息技術(shù)有限公司是一家創(chuàng)新型IC設計公司，是北京市高新企業(yè)，也是國家高新企業(yè)。公司主要聚焦高集成度、大規(guī)模SoC芯片的設計研發(fā)。 目前有兩款芯片已經(jīng)量產(chǎn)，第一款SIG996是業(yè)內(nèi)目前性能最佳的HPLC（High speed Power Line Carrier Communication，高速電力線載波通信）芯片，另一款LH3200是NB-IoT通信芯片。 四季豆團隊在HPLC、3GPP體系方面有比較深厚的積累，我們致力于打造一家能夠涵蓋電力載波通信和廣域蜂窩物聯(lián)通信90%以上場景的AIoT芯片設計企業(yè)。目前，公司已申請發(fā)明專利26項、實用新型專利2項、集成電路布圖設計4項、軟件著作權(quán)6項。

SIG996 SoC架構(gòu)及協(xié)議棧架構(gòu) （圖源：四季豆官網(wǎng)） 幻實（主播）

李總思路很清晰，把公司的概況、產(chǎn)品、布局都給我們進行了介紹。在看貴司介紹的時候，我發(fā)現(xiàn)有一家和你們有關(guān)聯(lián)的企業(yè)，它叫芯象半導體。不妨給我們介紹一下兩家企業(yè)有著怎樣的淵源。 李振華（嘉賓） 芯象半導體2019年3月份于杭州注冊成立，它的控股股東就是北京四季豆信息技術(shù)有限公司。四季豆和芯象雖然是兩家公司，但研發(fā)團隊的骨干力量實際上是“師出同門”。 在產(chǎn)品方面，LH3200 NB-IoT通信芯片的知識產(chǎn)權(quán)也是歸于芯象半導體名下。芯片的系統(tǒng)設計、架構(gòu)設計、軟件設計、系統(tǒng)測試、軟件測試等環(huán)節(jié)是完全由芯象的團隊自主完成，LH3200目前也是國內(nèi)集成度最高的芯片之一。在性能指標方面，LH3200的休眠功耗接近業(yè)界最佳水平，最低工作電壓更是創(chuàng)造了業(yè)界最佳水平。 簡要來講，北京四季豆信息技術(shù)有限公司是杭州芯象半導體科技有限公司的控股股東，兩家公司的法人為同一人，都是張國松先生。

本土物聯(lián)網(wǎng)市場賽道分析

幻實（主播） 四季豆在面向物聯(lián)網(wǎng)市場進行布局，但是物聯(lián)網(wǎng)有許多細分的場景應用，四季豆以這兩款產(chǎn)品作為切入點，其中有著怎樣的判斷邏輯？ 李振華（嘉賓） 物聯(lián)網(wǎng)的概念最初是1995年比爾蓋茨在其著作《未來之路》中被提及，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入到人們生產(chǎn)生活的方方面面。從技術(shù)上來講，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可以以不同的維度來劃分，以傳輸介質(zhì)可以劃分為有線和無線。 有線物聯(lián)網(wǎng)包括大家所熟知的RS-485、Mod-Bus（應用于電子控制器上的一種通用語言）等等，還有電力線載波通信。PLC的優(yōu)勢在于網(wǎng)隨電通，無需額外布線，而且應用規(guī)模非常大。

以國內(nèi)智能電表市場為例，國家電網(wǎng)目前存量大約有4.5億塊電表，南方電網(wǎng)大約有5000萬塊電表，按照國網(wǎng)和南網(wǎng)的施行規(guī)范，電表大約每8年進行一次輪換，另外，集中器、采集器大概也有4000萬到5000萬塊的部署規(guī)模，所以，四季豆選擇以此為切入點就是看中了它十分巨大的存量市場和增量市場。 另外，電力載波通信不僅能夠應用于國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的智能化采集、計費和控制，在民用領(lǐng)域它也有很多的使用場景。比如分布式發(fā)電的電量采集、電動汽車充電樁、城市智慧照明、樓宇信息化以及智能家居等都可以使用PLC技術(shù)。 無線物聯(lián)網(wǎng)可以分為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）是由中國產(chǎn)業(yè)鏈主導的新興技術(shù)，也是廣域蜂窩物聯(lián)通信的一個典型技術(shù)，它具有低功耗、低成本，深覆蓋、大連接數(shù)等特點。NB-IoT的問世實際上填補了廣域蜂窩物聯(lián)技術(shù)在低功耗與低成本這兩方面的空缺。 NB-IoT技術(shù)面向千行百業(yè)，可以應用于智慧城市、智能家居、智能樓宇、醫(yī)療健康、智能追蹤等領(lǐng)域。以智慧城市為例，NB-IoT技術(shù)不僅十分適合應用于水、氣、熱、電四個領(lǐng)域的遠程智能抄表，還在智能井蓋、智能垃圾箱、智能消防、智能路燈等領(lǐng)域都有應用。

NB-IoT部分應用領(lǐng)域市場存量 （圖源：芯智訊）

起初，包括華為海思、聯(lián)發(fā)科、高通、紫光展銳等近20家企業(yè)宣布研發(fā)NB-IoT通信芯片。目前，除上述傳統(tǒng)大廠之外，能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的初創(chuàng)企業(yè)大概只有三四家，芯象半導體是其中之一，且大有后來居上之勢。

如何提高物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)

B端客戶的滿意度

李振華（嘉賓）

您可能會問，既然華為海思、聯(lián)發(fā)科、高通都已經(jīng)量產(chǎn)供貨了，為什么四季豆還要選擇這個賽道？

我們認為，不同于手機和家電這樣的水平市場，NB-IoT面向的是垂直行業(yè)。每個行業(yè)都會有不同的需求，就算是在同一個垂直行業(yè)，不同的客戶也有不同的定制化需求。

同樣是滿足這些定制化的行業(yè)需求，選擇大廠的產(chǎn)品，相對來說成本更高，響應速度更慢一些，這也是創(chuàng)新型小廠的生存空間，我們可以快速導入客戶的需求，快速做出產(chǎn)品并給到客戶，而且我們與下游的方案廠商的配合更加密切，對客戶的理解更加深刻。

幻實（主播） 聽您剛介紹的產(chǎn)品應用，四季豆的產(chǎn)品似乎面向的是To B市場，并且客戶還有一些類國企的風格，這些客戶和普通的消費級客戶有什么區(qū)別，處理這樣的客戶關(guān)系有什么特別之處嗎？ 李振華（嘉賓） 在手機、家電為代表的水平市場領(lǐng)域（多為To C），客戶對于產(chǎn)品的要求是基本一致的，客戶在乎的是使用體驗和價格；而在垂直市場（多為To B），客戶體驗更多的是由我們配合方案廠商來滿足，四季豆作為一家芯片原廠，我們的下游客戶是模組廠商和方案廠商，所以客戶體驗固然非常重要，但不是我們最為關(guān)注的點，我們首先要能夠滿足下游的方案廠商和模組廠商的需求。

2014-2019NB-IoT基站投資及應用規(guī)模 （圖源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

以智能水表為例，作為一家芯片廠商，我們做出的模組功耗要足夠低，工作電壓足夠低，通信足夠穩(wěn)定，在滿足下游方案廠商和模組廠商的通信需求以及其他配合方面，我們要做的足夠好，這也是四季豆一直努力的方向。 幻實（主播） 對不同的客戶用不同的處理方法效率會更高，做的事也會更有價值。 李振華（嘉賓） 在最基本的通信指標方面，我們至少要跟業(yè)界的領(lǐng)先水平相差不多，甚至在某些方面領(lǐng)先業(yè)界其他廠商。比如四季豆將產(chǎn)品的最低工作電壓做到業(yè)界最佳的一點九幾伏，休眠模式（PSM模式）工作電流做到1.1微安，接近業(yè)界最佳水平700~800納安。 在滿足這些通用需求后，四季豆繼續(xù)在產(chǎn)品功能方面開拓創(chuàng)新，比如說除了通信之外，我們將計量和主控做進產(chǎn)品中；為了打造更高的集成度產(chǎn)品，我們有6路的ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器），64路的GPIO（輸出模塊）、溫度傳感器以及內(nèi)置開放的MCU等。 總的來說，通過打造定制化，高集成的創(chuàng)新產(chǎn)品，并能夠做到產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于其它競品，加之與下游客戶廠商的密切配合，以此達到您所說的用戶滿意度。

屬于創(chuàng)新型企業(yè)的獨特優(yōu)勢

幻實（主播）

李總今天毫無保留，和我們分享了創(chuàng)新型企業(yè)在產(chǎn)品戰(zhàn)略方面的布局思路。國內(nèi)最早做物聯(lián)網(wǎng)的幾家公司，都在往物聯(lián)網(wǎng)公共行業(yè)布局，實際上這些企業(yè)有著很強的先發(fā)優(yōu)勢，畢竟他們已經(jīng)在消費級市場占得先機，聽了您的分享后，我了解到作為一家創(chuàng)新型公司，也有很多自身的獨特優(yōu)勢，并且這些優(yōu)勢可能也十分受下游客戶的青睞。

李振華（嘉賓） 先發(fā)有先發(fā)的優(yōu)勢，后發(fā)有后發(fā)的優(yōu)勢，最重要的還是要找到合適的市場切入點，然后發(fā)揮企業(yè)自身的優(yōu)勢，找準客戶的痛點發(fā)力，幫助客戶解決他們所面臨的問題，一定能夠找到適合自身的市場空間。 幻實（主播） 最后也請李總給我們暢想一下，未來四季豆的產(chǎn)品或市場有著哪些規(guī)劃，給我們分享一下四季豆未來的發(fā)展藍圖。

李振華（嘉賓）

目前，四季豆擁有兩款量產(chǎn)的芯片，一款是SIG996，HPLC的電力載波通信芯片，另一款是NB-IoT的LH3200。另外，四季豆也在著手研發(fā)*LTE Cat.1芯片。

*LTE Cat.1：LTEUE-Category.X（1~10），用戶設備能夠支持的4GLTE網(wǎng)絡傳輸速率的等級被分為10級，其中LTE Cat.1速率可以達到10Mbps，LTE Cat.1芯片可廣泛應用于可穿戴設備、工業(yè)控制、金融支付、共享終端等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)芯片有ASIC和SDR（Software Defined Radio，軟件定義無線電），他們各有自己的優(yōu)勢和劣勢，SDR靈活性高，但功耗相對比較高。ASIC的功耗相對來說低一些，但ASIC在投片前需要驗證的工作量非常大，投片失敗的風險相當高，投片完成后如需修改，只能在下一版中完成。因此，這兩種方式缺點其實都比較明顯。 為此，四季豆團隊憑借3GPP協(xié)議的長期積累，采用柔性架構(gòu)，我們將側(cè)重計算的部分做成硬件加速器掛在總線上，將隨機性的處理用軟件在CPU上完成。

這就帶來幾個好處，一是降低了對內(nèi)存的要求，降低了CPU運行的主頻。二是采用這種柔性架構(gòu)能夠把一些投片前不確定的需求留到投片之后，用軟件來完成。通過這種模塊化的設計，使得功能布局在模塊內(nèi)高內(nèi)聚、模塊間低耦合，單一模塊的改動不會影響到其他模塊，從而大大降低投片之前所需要驗證的工作量，投片失敗的風險也能大為降低。 另外，這種柔性架構(gòu)形成的平臺將延續(xù)至后續(xù)的3GPP體系，比如說eMTC（ LTE enhanced MTO；增強機器類通信）和LTE Cat.1，因此四季豆的NB-IoT芯片第一次投片即采用Full Mask形式并且一次成功，而業(yè)內(nèi)許多廠商都需要2~3次才能成功，另外許多功能模塊還可以在NB-IoT和LTE Cat.1之間雙模共享。 通過PLC技術(shù)，我們能夠覆蓋工業(yè)物聯(lián)、廣域蜂窩物聯(lián)等的大部分應用場景，但不是所有場景都能顧及，因此四季豆在規(guī)劃研發(fā)有線和無線的雙模產(chǎn)品。因為在一些復雜場景，比如工廠、礦山、碼頭、電力線載波可能有時并不適用，但是如果產(chǎn)品同時兼容有線與無線兩種模式，就能夠覆蓋更多的場景。該產(chǎn)品預計于明年下半年投片，業(yè)內(nèi)也有高人在籌備公司做該方面的布局。 根據(jù)5G物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的估算，2G退網(wǎng)之后大約70%~80%的物聯(lián)網(wǎng)存量市場承接由NB-IoT來完成，大約20%~30%由CAT.1來完成，目前LTE Cat.1的模組正處于供不應求的狀態(tài)。

2018-2020全球NB連接數(shù) （圖源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院） 人和人的連接運營商已經(jīng)做到極致，對于物和物的連接，留給人們的想象空間依然很大。四季豆十分樂意能夠與行業(yè)內(nèi)的友商、下游方案廠商、媒體等一起做大物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，為萬物智聯(lián)的社會貢獻一份微薄之力。

幻實說

隨著2G/3G減頻退網(wǎng)的加快，NB-IoT將在各垂直行業(yè)迎來規(guī)?；涞亍Ｔ诠彩聵I(yè)領(lǐng)域，NB-IoT憑借其廣覆蓋、低功耗、強穿透等特點，占據(jù)巨大的市場優(yōu)勢。2019年10月，基于NB-IoT的燃氣表出貨量就達到了1000萬臺，目前在線運行的居民燃氣表超過2億臺，國內(nèi)NB-IoT智能水表累計出貨量也超過1000萬臺。 實際上，公用事業(yè)及表計行業(yè)的最終目的是數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為達到這一目的，NB-IoT技術(shù)只是一種手段。作為廣域物聯(lián)中窄帶物聯(lián)網(wǎng)其中的一種技術(shù)，NB-IoT是主流物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的有效補充，但并非無所不能，所以圍繞NB-IoT這一新手段，還需要做大量的工作才能實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目的。立足5G，產(chǎn)業(yè)上下游攜手并進，NB-IoT才能為打造萬物互聯(lián)世界發(fā)揮出更大的作用。

原文標題：芯片揭秘 | NB-IoT通信芯片設計、應用、演進之探索

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責任編輯：haq