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国产 Wi-Fi 芯片发展十年史

集微网报道,自 Wi-Fi 5 在 2013 年推出后,由于技术难度大、导入难,国产 Wi-Fi 芯片与行业领…

集微网报道,自 Wi-Fi 5 在 2013 年推出后,由于技术难度大、导入难,国产 Wi-Fi 芯片与行业领先的差距就此拉开。

如今 10 年过去,当高通、博通、联发科等大厂都已宣布推出 Wi-Fi 7 时,大部分国内厂商仍停留在 Wi-Fi 4,虽涌现出一众 Wi-Fi6 芯片创企,产品多处于研发路上。

“往者不可谏,来者犹可追。”国内 Wi-Fi 芯片业与海外领先技术的差距是否在拉大?能追回失去的“十年”吗?

国产 Wi-Fi 芯片发展十年史插图

Wi-Fi 5 后 十年沉寂

正如罗马不是一天建成的,落差也不是陡然形成的。

从 Wi-Fi 的发展历史来看,至今也走过了 25 年的光阴。从 1997 年最早第一代 802.11 标准,再到 1999 年出现第二代 IEEE 802.11b 标准,Wi-Fi 正式走入大众视野。到 2002 年左右,第三代 802.11g / a 标准推出;之后 2007 年开始一直沿用 802.11n 标准,就是俗称的 Wi-Fi4。2013 年 Wi-Fi5 问世,到 2019 年 Wi-Fi6 正式登场。

期间,无线技术获得了飞速发展。而高通、博通、英特尔通过收购或集成等先发优势,牢牢占据了主导地位,于 2001 年-2005 年间纵横捭阖打下了江山。联发科、瑞昱等经过 2007 年-2010 年的激烈拼杀后发先至,将优势一直延续至今。

反观国内,尽管华为海思力拔头筹,乐鑫、博通集成等在 Wi-Fi4 物联网芯片领域抓住了契机,强势出道,但可惜的是,当第 5 代 Wi-Fi5 标准发布之后,由于种种原因错失了扩大“战果”的契机,导致在这一市场的“缺席”。

而当 Wi-Fi 历史翻篇向 Wi-Fi6 / Wi-Fi6E 晋阶之际,其在今年迎来了高速成长期。不止在消费级市场规模攀升,亦将成为企业级网络接入设备的主力军。据 Gartner 的数据,Wi-Fi 6 企业与中小型商务用户规模将从 2019 年的 2.5 亿美元增至 2023 年的 52.2 亿美元,CAGR 达到 114%。Wi-Fi 联盟也指出,2022 年将有超过 3.5 亿台 Wi-Fi6E 设备进入市场。

国产 Wi-Fi 芯片发展十年史插图1

集微咨询也乐观预计,全球 Wi-Fi6 / Wi-Fi6E 终端出货比例将在 2022 年超过六成。在无数英雄竞折腰之后,中国大陆 Wi-Fi6 企业与海外的差距究竟会“延续”历史还是将实现“逆转”?

国产 Wi-Fi 芯片发展十年史插图2

数据来源:集微咨询

作出判断需要基于与以往不同的情形,正如前文所述,国内 Wi-Fi 芯片厂商近年来风起云涌,不止是一众老将在主战沙场,在国内半导体热潮之下,也有数十家 Wi-Fi 新贵争相涌入。

对此 CEVA 中国区总经理万宇菁解读说,从第一梯队相比来看,海思虽然遭受禁运,但其技术积累比较深厚,相信他们仍在持续技术演进,并不见得技术落伍,因而不能断定差距拉大;从第二梯队相比来说,之前国内玩家较少,但最近几年国内实现 Wi-Fi 4 芯片的量产厂商已为数不少。近年来国内更是涌现了众多的 Wi-Fi 初创团队,其中不乏在技术背景、经验积累、运营服务等方面均颇具实力的公司,从整体来说差距应在缩小。

李明认为,经过这些年的积累和产业链环境的变化,从整体来看,国内在 Wi-Fi 6 领域与主流厂商的差距将逐步缩小。技术差距主要体现在 IP 成熟度、Wi-Fi 兼容性,以及应用场景中的性能优化经验等方面。

对此集微咨询研究总监赵翼也提及,国内芯片厂商的差距体现在算法和射频前端方面,但国内近两年在射频前端的进步较大,整体差距应没有拉大,但要注意的是 Wi-Fi 的迭代速度加快了。

但锐成芯微副总经理杨毅则保持了相异的看法,他说,Wi-Fi 芯片一直是半导体领域的硬骨头,难度高,投入大,特别是在路由器等高性能应用领域,长期被国际寡头企业垄断,参与的中国大陆企业厂商极少。

“在目前这一时间点,中国大陆厂商量产的 Wi-Fi 技术指标水平与国际 tier1 厂商 Wi-Fi5 技术水平接近,随着市场对数据吞吐率的需求越来越高,Wi-Fi 版本即将更新至 Wi-Fi7,技术门槛越来越高,将在未来一定时间内使得中国大陆企业与海外企业的差距拉大。”杨毅谨慎地说。

射频 IP 主要掣肘

围绕 Wi-Fi6 的争夺,不得不提及加码的技术挑战。

Wi-Fi6 芯片包括 SoC 芯片和射频前端 FEM。SoC 是高集成度的数模混合 CMOS 芯片,FEM 属于射频特殊工艺,差别较大。

对于 Wi-Fi6 芯片的设计挑战,三伍微创始人钟林曾发文指出,Wi-Fi6 芯片研发难点集中于底层协议 / 通信协议 + 算法,相比 Wi-Fi4 和 Wi-Fi5,Wi-Fi6 芯片的底层协议 / 通信协议和算法更加复杂,需多招资深团队、多理解协议、多做测试,提高设计水平。其中,路由器 SoC 涉及多项新技术挑战,研发难度最高,而且射频前端也是难啃的骨头。

杨毅则着重从射频层面进行了分析,随着 Wi-Fi 版本更新迭代,对射频的要求越来越高,尤其是对其中的 CMOS 功率放大器性能和频率综合器相位噪声性能要求极高。

一位行业资深人士许浩(化名)进一步剖析说,Wi-Fi6 芯片研发甚至与 CPU、GPU 等不相伯仲,因 Wi-Fi 需集结具有多年数字、模拟、射频设计经验以及算法开发的团队,除了要攻克这些难关开发 IC 之外,包括底层驱动、应用接口、多个操作系统 OS 支持等均要全力应对,对国内厂商来说仍将是长征之路。

特别要指出的是,如同任何一个芯片的开发都以 IP 为基石,Wi-Fi6 也不例外。以 Wi-Fi IP 为例,主要分为基带和射频 IP。经过市场的几番洗礼,如今基带 IP 主要是 CEVA 供应,射频 IP 厂商 Catena 已被 NXP 收购且不再对外授权,之前 Imagination 亦有提供 Wi-Fi5 的射频和基带 IP,但前几年此业务被 Nordic 并购,目前仅美 Cybertek 等极少数公司可提供 Wi-Fi5 的射频 IP,以及新入局的中国大陆锐成芯微、中国台湾 Sirius-Wireless 等公司提供 Wi-Fi6 的射频 IP。

在此情形下,如李明所指,国内 Wi-Fi 芯片厂商选择的路径大部分是采购 CEVA 的基带 IP,射频 IP 则主要是通过自研来解决,通过整合 MCU、Memory、电源管理等设计,以快速推出芯片导入终端客户。

但如果在 Wi-Fi6 芯片的研发中再走自研道路,真可谓是“道阻且长”。杨毅提及,Wi-Fi6 因其高密度、高通量及多天线等特性,开发难度相比前一代大幅提升,而且 Wi-Fi7 标准即将出台,还要考虑融合 Wi-Fi7 的一些指标,这对 RF 的要求愈加严苛。现有 Wi-Fi6 芯片厂商要搞定 Wi-Fi6 RF 需很长时间,并且投入要以数千万元甚至上亿元,从经济上来说比购买 IP 更不划算。

“一来射频 IP 不多,授权渠道太少;二来很多公司觉得 RF 通过逆向工程可能会有机会,但其实这条路很难一直持续。”许浩透露。

可以说,射频 IP 已成为明显的掣肘。瞄准这一需求,中国大陆的锐成芯微以及中国台湾 Sirius-Wireless 公司相继推出了高性能、低功耗、高可靠性的 Wi-Fi6 RF IP。“作为一家 IP 厂商,希望助力 Wi-Fi6 厂商降低开发难度,进一步加快产品上市。”杨毅强调。

据业内人士透露,欧美厂商的射频 IP 报价两百五十万美元以上。许浩建议,国内 IC 设计企业应着重前端发力,通过采用 IP 来加快产品上市时间,尽快在 Wi-Fi 芯片量产出货上盈利走向正循环,对公司和产业发展将更正向。

尽管射频 IP 看似已“破局”,但 Wi-Fi 芯片厂商或仍有担忧。钟林分析说,SoC 芯片对射频有更多考量,射频与工艺、制程强相关,不同的工艺和制程,对射频指标的影响较大,而数字基带受工艺和制程的影响较小,数字电路的仿真准确性也高,但射频仿真则很难保证。IP 厂商可以为 Wi-Fi6 芯片厂商提供射频 IP 参考,但整合起来仍需时间。

对此万宇菁也表达了自己的见解,一方面,国内厂商对射频 IP 有市场需求,但与数字 IP 不同,射频 IP 与工艺强相关,考虑到工艺的不断演进,需射频 IP 厂商提供 IP + 服务的能力。另一方面,若 Wi-Fi 芯片厂商依赖于第三方 IP,在产品的持续迭代中会较为被动,从长远来看,头部的 Wi-Fi 芯片厂商或走向自研射频 IP,这在技术层面将更可控更具竞争力。

从 SoC 芯片厂商的角度出发,李明认为与射频 IP 厂商合作可能适用于部分 Wi-Fi 规格的芯片,对于高性能和复杂的规格则需要基带和 RF 这两部分有深度整合,以推出架构设计和工艺制程都最优化的 Wi-Fi6 芯片方案。

分兵进击 剩者为王

可以说,技术攻关还只是万里长征第一步,国内 Wi-Fi6 芯片厂商的“进击”之路仍需从长计议。

从进度来看,李明表示,预计 Wi-Fi 联盟将在 2023 年底启动 Wi-Fi7 标准的认证,距离 2019 年 9 月发布 Wi-Fi6 认证有 4 年半左右, 一般参与 Wi-Fi 标准制定的大厂都会在新标准正式启动前抢先发布新品,国内走得最快的是华为海思,而且其对 Wi-Fi7 标准的贡献是所有参与者中最多的,但受制于制裁无法产出 Wi-Fi7 芯片。

因而,李明进一步补充到,目前国内其他 Wi-Fi 芯片厂商应着重跟进 Wi-Fi6/6E 标准, 以推出量产芯片为目标,部分芯片规格上要融合一些 Wi-Fi7 标准的功能。

需要指出的是,Wi-Fi 芯片有不同的应用领域,涉及智能手机、路由器、物联网等,不同的细分应用对 Wi-Fi6 芯片规格亦有不同,加之 Wi-Fi 芯片有不同的组合形式,如纯连接芯片、连接芯片加多媒体应用,以及多种无线通信 Combo 等均有极大的发展空间,且产品平台及客户导入的难易程度也相差很大,更需分而治之。

从一众“选手”来看,因路由器 Wi-Fi6 芯片研发难度过高,只有华为海思以及矽昌通信、朗力半导体、尊湃、速通在发力。此外,中国大陆研发 Wi-Fi6 端侧芯片的厂商主要有展锐、速通、乐鑫、ASR、瑞芯微、博通集成、联盛德、南方硅谷等,专注射频 FEM 的公司则有康希、芯百特、三伍微等,加之不断涌现的新贵,国内厂商的火力正待全开。

对于取舍之道,李明的观点是,目前 Wi-Fi6 芯片主要出货量集中在手机、笔记本电脑、路由器及网关以及流媒体应用上 (比如智能电视等),这几大市场对 Wi-Fi6 芯片的性能要求高,平台合作的绑定性较强,一直以来被高通、博通、联发科以及英特尔等占据,相对较难。

“中国大陆的老将新兵均在开发 Wi-Fi6 芯片,因为 Wi-Fi4 IoT 市场已被中国大陆厂商占据大半,预计 Wi-Fi6 IoT 也会延续同样的情况,但在中高端规格的 Wi-Fi6 芯片上将面临来在美系特别是台系厂商的竞争,会极大考验初创公司的技术研发和客户开拓能力,但相信未来几年从易到难一定会取得突破。”李明乐观表示。

对于未来的追赶,杨毅认为,华为海思是中国大陆芯片企业中少数掌握高性能 Wi-Fi 技术的企业。目前中国大陆涌现出一批 Wi-Fi 芯片初创企业,技术和资金都具备,在可见的未来,中国大陆芯片企业能够实现在先进 Wi-Fi 芯片研发上的追赶,预计在三到五年;要实现超越,还需要头部企业扛起大旗。

“以往只有一家公司一枝独秀,这对行业繁荣及供应链安全来说并不见得是好事。而现在为数众多的芯片公司进入这一赛道,可谓百舸争流,尽管不可避免地会出现一些泡沫,但也总体上还是有助于行业整体水准的提高。”万宇菁强调,“未来一段时间或仍是百花齐放,但经过竞争和大浪淘沙将来一定会出现整合。Wi-Fi 芯片作为一个极其复杂的芯片,国内厂商需不断地进行迭代,最后只有沉下心来,一步步持续演进和迭代,坚持走下去才能实现剩者为王。”

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作者: 么曼凡0Cn

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