模组芯片化、芯片场景化,在物联网领域掀起新的风暴

本文来源:物联网智库

在《全球蜂窝物联网模组数据一览》一文中分析了新鲜出炉的模组出货量数据,其中透露了很多信号。

 

  • 首先,蜂窝物联网模组市场的马太效应愈发明显。

 

市场结构已经相对集中,排名前6的模组厂商基本上占据全球市场份额超过60%。

 

  • 其次,中国模组企业在全球排名中极为亮眼,成为引领者。

 

就出货量来看,3家中国厂商:移远通信、广和通和日海智能,一直位于第一阵营,具备绝对优势。尤其是移远通信,稳居首位。

 

  • 第三,蜂窝物联网模组企业发生多起资本运作案例,造成市场版图逐步“分叉”。

 

移远通信在A股成功IPO之后一路沿着通用模组的康庄大道高歌猛进。广和通则通过参股公司收购加拿大厂商Sierra Wireless全球车载前装模组资产,深耕垂直行业。

 

虽然同处物联网模组这个环节,但通用模组和行业模组有所不同,一个追求规模效应,一个积累行业理解,企业之间的发展方向已有差异。

 

与此同时,蜂窝物联网模组领域的新生力量暗流涌动,发力的方式有两种:模组芯片化,以及,芯片场景化和模组化。

 

你肯定发现了,本文的关键词是“模组”。

 

模组,是整个物联网产业中,成熟度较高的一个环节。

 

随着物联网的不断发展,越来越多的“哑设备”被联接上网,产生了大量的结构化数据。基于这些数据,大数据分析和人工智能才有了用武之地——这个过程中,模组企业们身先士卒、功不可没。

 

可以说,模组企业是物联网发展中的前哨和缩影。

 

  • 那么初现马太效应的模组领域,是否会沿着强者恒强的“剧本”发展?
  • 初创企业是否还有入局机会,应该如何着手?
  • 物联网平台和应用企业是否可以从模组企业那里“抄作业”?

 

这些都是值得思考的问题,因此本文我将尝试做些分析。

在物联网的碎片化中寻觅“块状”新机遇

物联网的发展有自己的节奏,数据联网是重要的起始步骤。

 

从2009年开始,各种物联网无线通信企业纷纷涌现,小无线率先迎来发展热潮。2012年前后,Wi-Fi企业蓬勃发展。2015年之后,围绕低功耗广域网,各种初创企业踏上征程。

 

随后,围绕通信技术进行布局的企业逐步成熟,迈入上市发展的新阶段。

 

2017年4月,物联网无线模组企业广和通在深圳证券交易所创业板首次公开募股。

 

2019年7月,在前文所述的移远通信A股上市之外,专注于蓝牙、WiFi芯片与模组,以及相关解决方案开发的乐鑫科技登陆科创板。

 

除此之外,还有更多企业相继公布上市计划。

 

同时,一个标志性的事件是——全球物联网连接数已完成对非物联网连接数的“超车”。

 

从市场占有率来看,强者正在更强。这是否意味着到2021年底,还没有IPO的公司就已经错失在模组领域的生存机会了呢?

 

未必。

 

物联网中的多个环节还没有到定型的时点。

 

企业的发展往往伴随着产业的成熟。物联网从蓄力期进入增长期,碎片化市场中逐步出现了块状的新机遇。

 

其中极为典型的是由NB-IoT窄带物联网创造的产业新版图。

 

从连接数来看,从正式商用的2017年下半年开始算起,NB-IoT在国内实现1亿连接的小目标,只花了3年不到的时间。

 

从出货量来看,2020年国内NB-IoT模组出货已经超过6000万片的规模,并且保持着积极的增长态势。

 

从应用层来看,行业已经开拓了智能表计、智能追踪、智慧烟感、智慧路灯、智慧停车、智能门锁、智慧大气监测等数十种应用场景,形成了4个千万级、7个百万级、N个新兴潜力行业的规模格局。

 

智能水表、燃气表、消防烟感、电动自行车,这4个行业是千万连接所在,也是机遇所在。

 

1.作为序章,行业标准的作用不容小觑。

 

2019年4月,水表行业团体标准《NB-IoT水表自动抄表系统的现场安装、验收与使用技术规范》起草工作组会议成功召开。

 

2019年10月,国标委正式下达《物联网面向智能燃气表应用的物联网系统总体要求》国家标准制修订计划。

 

大到网络连接协议、数据兼容性、安全性,小到引脚尺寸、售后服务,很多问题和需求逐步标准化,更进一步加速了连接数上规模。从0到1、从1到10、从10到100…在水表、燃气等领域,我们观察到了物联网的阶跃式发展。

 

这些行业标准的意义在于,它们让碎片化的千万连接设备,转化成了一体化的块状市场,可以被视作一个整体化的市场来对待。

 

2.作为延伸,创新性的商业模式有了根基。

 

基于千万量级的市场,很多商业模式变得可行。

 

大家普遍认为,500万片是模组领域判断一个行业是否值得进入的分水岭。有了500万片的基数,为行业定制专属方案,拉通垂直产业,就投资回报来说才是值得的。

 

无论是模组芯片化企业,还是芯片场景化企业,都是生存于块状市场的“新物种”。

模组芯片化 VS 芯片场景化

 

 

模组芯片化、芯片场景化,在物联网领域掀起新的风暴

 

同向为“竞”,相向为“争”。

 

基于管理学的定义,竞和争是不一样的。

 

同向为“竞”,是指共同做大市场蛋糕,都在争取更多的一个增量。

 

我们都在往前跑,你追我赶,牟足了劲追求增量,到处寻找机会。从而带动了市场的整体性快速上升,创造了一个又一个的繁荣。

 

相向为“争”,是指基于现有市场存量,争取自己切分最大的一块。

 

在一个规模触顶的市场中,大家看重分配,争夺有限的资源。

 

处于增长期的物联网产业,增长与分配相比,增长是主基调。模组芯片化和芯片场景化,虽然起点不同,却是同向奔跑,打开新的增长局面。

 

  • 模组芯片化由模组企业出发,在物联网通信芯片和模组的尺寸、价格都做到极致时,更进一步将模组芯片化,围绕垂直行业做高集成化的解决方案,更易找准和满足用户的核心需求。

 

其中的代表性公司包括吾爱易达、联通数科、致远电子、杭州为峰、汉枫电子等。

 

他们善于利用模组厂商的客制化能力,由行业用户需求入手,为其提供个性化的系统集成,配合行业软件、AI应用支撑等,把行业发展的主动权交还给最终用户。

 

例如,吾爱易达推出的两款芯片化超小体积的NB-IoT SiP:SNS521S和SNS521H。SNS521S是一款超小体积的高性能超低功耗芯片级NB-IoT通信模组,仅为一般NB-IoT模组体积的25%。SNS521H为一款燃气行业专用芯片级解决方案。

 

联通数科则推出了自主设计的雁飞Cat.1模组产品。该产品具备三大优势:性能优、业务全、成本低,是目前业内唯一支持LTE Cat.1 bis R13并且与主流Cat.4模块软硬件兼容的产品。

 

模组芯片化、芯片场景化,在物联网领域掀起新的风暴

 

此前,长于Wi-Fi通讯的汉枫电子推出了HF-SiP 120,这款产品尝试做到零外围,就连3.3V电源滤波的电容都集成在内,无缝兼容汉枫已有产品的软件和SDK。汉枫电子的下一步计划是在SiP集成智能语音识别功能和音频等更为丰富的功能,以满足各个领域的要求。

 

  • 芯片场景化由芯片企业出发,充分考虑特定行业个性化的应用需求,推进整个产品解决方案在成本方面的显著下降,加速垂直行业的规模化应用。

 

其中的代表性公司包括芯翼信息、Nordic、ASR、乐鑫科技、瑞萨电子等。

 

随着市场规模不断扩大,来自垂直行业的差异化需求又推动芯片产品不断迭代,倒逼物联网技术持续演进,形成正向反馈。

 

例如,芯翼信息计划于2021年下半年量产一款名为XY2100,专为智能表计行业设计的NB-IoT SoC。它将首次集成工业级低功耗MCU,为缺芯环境下的用户提供更多选择。在原有产品的基础上,XY2100的集成度和功耗进一步优化,成本可减少20%,功耗降低40%。

 

NB-IoT方案系统级芯片的出现,将大幅减小终端产品的尺寸,精简BOM,降低终端产品的加工复杂度,提高生产效率,同时芯片级工艺使终端产品的质量和稳定性更有保障。

 

Nordic则发布了利用SiP技术实现,外形尺寸仅为10x16x1 mm的nRF9160器件,它具有迄今为止蜂窝物联网模块行业中极小的外形尺寸,相比竞争产品的所占面积减少3倍、厚度减少2倍,总体封装体积减少5倍。

 

ASR发布了LoRa系统芯片ASR6505,这是继ASR在2018年推出LoRa系统芯片ASR6501/ 6502后,ASR推出的第三款LoRa系统芯片,至此,ASR LoRa系列产品已能够支持几乎全部行业应用及产品解决方案。

 

乐鑫推出的ESP32进化版ESP32-PICO-D4,是一款SiP封装的模块,尺寸只有7x7x0.94 mm,可以给用户节省不少PCB空间,特别适用于任何空间有限或电池供电的应用,如可穿戴电子产品、医疗设备、传感器和其他物联网产品。

 

模组芯片化、芯片场景化,正在改变的是产业链格局。

 

这些新型企业基于芯片的开发能力,以及对于行业的深度理解和多样化服务,前向整合上游通信、计算、电源等能力,配合行业软件和AI应用支撑,后向满足下游行业的个性化需求。

 

他们在现在产业链中找到了创新空间,更好的发挥了“承上启下”的衔接作用,提供解决方案、技术服务、商务支撑等综合能力。

系统集成技术的选择:SoC和SiP

 

模组芯片化、芯片场景化,在物联网领域掀起新的风暴

 

模组芯片化、芯片场景化都涉及到系统集成技术的采用,而系统集成主要有三大技术:芯片集成(SoC)、封装集成(SiP)和板级集成(SoB)。

 

  • SoC(System on Chip,系统级芯片)是将多种功能集成在同一芯片上。其优点显而易见,它具有比较高的集成度,较好的性能、较低的功耗和传输成本;缺点是有较高的技术门槛,开发周期会比较长,一般需要50~60周。

 

  • SiP(System in package,系统级封装)是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。优势是可以异构集成,开发周期24~29周。

 

  • SoB(System on Board,板上系统)则是基于基板方式的封装。开发周期一般是12到15周。生命周期24~29周。

 

一般来说,对生命周期相对较长的产品来说,SoC可以作为产品的核心。

 

如果是开发时间快、生命周期短、面积小、灵活性高的产品,则比较倾向于使用SiP或者SoB。

 

随着物联网时代来临,全球终端电子产品渐渐走向多功能整合及低功耗设计,因而使得可将多颗裸晶整合在单一封装中的SiP技术日益受到关注。

 

简单的说,SiP模组是一个功能齐全的全系统或子系统,它将一个或多个IC芯片及被动元件整合在一个封装中,从而实现一个基本完整的功能。SiP体积小、模块化设计、具有高性能表现、适用于多领域应用,还能让企业做出差异化的优势。

 

SiP是对传统封测和系统组装的异质整合,它的技术优势在系统复杂度提高时尤为明显,其特点可以总结为以下7点:

 

1. 尺寸小:在相同的功能上,SiP模组将多种芯片集成在一起,相对独立封装的IC更能节省PCB的空间。

 

2. 时间快:SiP模组本身是一个系统或子系统,用在更大的系统中,调试阶段能更快的完成预测及预审。

 

3. 成本低:SiP模组价格虽比单个零件昂贵,然而PCB空间缩小,低故障率、低测试成本及简化系统设计,使总体成本减少。

 

4. 高生产效率:通过SiP里整合分离被动元件,降低不良率,从而提高整体产品的成品率。模组采用高阶的IC封装工艺,减少系统故障率。

 

5. 简化系统设计:SiP将复杂的电路融入模组中,降低PCB电路设计的复杂性。SiP模组提供快速更换功能,让系统设计人员轻易加入所需功能。

 

6. 简化系统测试:SiP模组出货前已经过测试,减少整机系统测试时间。

 

7. 简化物流管理:SiP模组能够减少仓库备料的项目及数量,简化生产的步骤。

 

可以看到,与在印刷电路板上进行系统集成相比,SiP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。与SoC相比,SiP还具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。

 

SiP封装技术的众多优势使其不仅可以广泛的应用于工业应用领域,而且在包括智能手机、智能手表、智能手环、智能眼镜在内的物联网消费领域也有非常广阔的市场。

 

在消费领域,苹果AirPods新增降噪功能,继Apple Watch以后,也采用SiP技术。TWS耳机是极为典型的SiP应用场景,日月光的SiP封装解决方案,以DockSiP(船坞型)和MicroSiP(微型)为主, 运用封装工艺优势提升TWS耳机空间利用率。华为、小米、OPPO、Vivo、三星等相继发布5G手机,5G手机的销量超预期,毫米波5G手机将增加对SiP的需求。

 

对于物联网下游的行业用户而言,SiP技术有可能助推一个新的时代的到来。因为SiP技术减少了芯片的重复封装,降低了布局与排线难度,也进一步缩短了物联网产品的研发周期,有助于行业用户研发的产品更快实现商业化落地。

写在最后

 

划个重点。

 

第一,物联网从蓄力期进入增长期,碎片化市场中逐步出现了块状的新机遇。

 

第二,智能水表、燃气表、消防烟感、电动自行车,这4个行业是千万连接所在,也是机遇所在。

 

第三,无论是模组芯片化企业,还是芯片场景化企业,都是生存于块状市场的“新物种”。

 

雨果说,未来将属于两种人:思想的人和劳动的人。实际上,这两种人是一种人,因为思想也是劳动。

 

参考资料:

“模组芯片化”会是投向物联网行业的重磅炸弹吗?来源:物联网智库

新人必读!五分钟搞懂SiP技术!作者:tiger,长芯半导体CEO,来源:知乎

【行业趋势】无线SiP模块推动物联网革命,来源:Silicon Labs

一文看懂SiP技术:华为/苹果/三星/小米纷纷入局的黑科技,作者:蒯剑、马天翼,来源:EDN电子技术设计

物联网Wi-Fi,SIP 时代即将来临,来源:物联网智库

SiP封装在5G和IoT时代面临的挑战,来源:电子发烧友观察

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