芯片揭秘 | NB-IoT通信芯片設(shè)計(jì)、應(yīng)用、演進(jìn)之探索

芯片揭秘主播幻實(shí)（左）對(duì)話

北京四季豆信息技術(shù)有限公司市場(chǎng)總監(jiān)李振華先生

NB-IoT 近年來(lái)發(fā)展迅速，規(guī)模商用僅三年，在我國(guó)就已經(jīng)突破了 1 億連接數(shù)，迸發(fā)出強(qiáng)大的生命力。對(duì)于 NB-IoT 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，芯片及模組的性能和成本是至關(guān)重要的一個(gè)因素。

5G 時(shí)代下，NB-IoT 與蜂窩物聯(lián)技術(shù)相比存在怎樣的優(yōu)勢(shì)？NB-IoT 通信芯片的核心競(jìng)爭(zhēng)力在哪？本土創(chuàng)新型 IC 設(shè)計(jì)公司又該如何在 NB-IoT 的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面進(jìn)行布局？

本期我們邀請(qǐng)到北京四季豆信息技術(shù)有限公司市場(chǎng)總監(jiān)李振華先生，一起來(lái)聽(tīng)聽(tīng)他對(duì)物聯(lián)網(wǎng) SoC 芯片市場(chǎng)的賽道分析。

以下內(nèi)容由對(duì)話音頻整理

本期話題

●?創(chuàng)新型 IC 設(shè)計(jì)公司的物聯(lián)網(wǎng)布局

●?本土物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)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(dú)特優(yōu)勢(shì)

創(chuàng)新型 IC 設(shè)計(jì)公司的物聯(lián)網(wǎng)布局

幻實(shí)（主播）

首先請(qǐng)問(wèn)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(chǎng)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(shè)計(jì)公司，是北京市高新企業(yè),也是國(guó)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(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)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(chǎng)景的 AIoT 芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。目前，公司已申請(qǐng)發(fā)明專利 26 項(xiàng)、實(shí)用新型專利 2 項(xiàng)、集成電路布圖設(shè)計(jì) 4 項(xiàng)、軟件著作權(quán) 6 項(xiàng)。

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SIG996 SoC 架構(gòu)及協(xié)議棧架構(gòu)（圖源：四季豆官網(wǎng)）幻實(shí)（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(jìn)行了介紹。在看貴司介紹的時(shí)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(dǎo)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(dǎo)體 2019 年 3 月份于杭州注冊(cè)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(tuán)隊(duì)的骨干力量實(shí)際上是“師出同門”。

在產(chǎn)品方面，LH3200 NB-IoT 通信芯片的知識(shí)產(chǎn)權(quán)也是歸于芯象半導(dǎo)體名下。芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測(cè)試、軟件測(cè)試等環(huán)節(jié)是完全由芯象的團(tuán)隊(duì)自主完成，LH3200 目前也是國(guó)內(nèi)集成度最高的芯片之一。在性能指標(biāo)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(jiǎn)要來(lái)講，北京四季豆信息技術(shù)有限公司是杭州芯象半導(dǎo)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(guó)松先生。

本土物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)賽道分析

幻實(shí)（主播）四季豆在面向物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)進(jìn)行布局，但是物聯(lián)網(wǎng)有許多細(xì)分的場(chǎng)景應(yīng)用，四季豆以這兩款產(chǎn)品作為切入點(diǎn)，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(lái)之路》中被提及，經(jīng)過(guò)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(lái)講，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可以以不同的維度來(lái)劃分，以傳輸介質(zhì)可以劃分為有線和無(wú)線。

有線物聯(lián)網(wǎng)包括大家所熟知的 RS-485、Mod-Bus（應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言）等等，還有電力線載波通信。PLC 的優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)隨電通，無(wú)需額外布線，而且應(yīng)用規(guī)模非常大。

以國(guó)內(nèi)智能電表市場(chǎng)為例，國(guó)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(wàn)塊電表，按照國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)的施行規(guī)范，電表大約每 8 年進(jìn)行一次輪換，另外，集中器、采集器大概也有 4000 萬(wàn)到 5000 萬(wàn)塊的部署規(guī)模，所以，四季豆選擇以此為切入點(diǎn)就是看中了它十分巨大的存量市場(chǎng)和增量市場(chǎng)。

另外，電力載波通信不僅能夠應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的智能化采集、計(jì)費(fèi)和控制，在民用領(lǐng)域它也有很多的使用場(chǎng)景。比如分布式發(fā)電的電量采集、電動(dòng)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(wú)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(guó)產(chǎn)業(yè)鏈主導(dǎo)的新興技術(shù)，也是廣域蜂窩物聯(lián)通信的一個(gè)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(diǎn)。NB-IoT 的問(wèn)世實(shí)際上填補(bǔ)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(yīng)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(yīng)用于水、氣、熱、電四個(gè)領(lǐng)域的遠(yuǎn)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(yīng)用。

NB-IoT 部分應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)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(dǎo)體是其中之一，且大有后來(lái)居上之勢(shì)。

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(huì)問(wèn)，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(gè)賽道？

我們認(rèn)為，不同于手機(jī)和家電這樣的水平市場(chǎng)，NB-IoT 面向的是垂直行業(yè)。每個(gè)行業(yè)都會(huì)有不同的需求，就算是在同一個(gè)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(duì)來(lái)說(shuō)成本更高，響應(yīng)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(dǎo)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(duì)客戶的理解更加深刻。

幻實(shí)（主播）聽(tīng)您剛介紹的產(chǎn)品應(yīng)用，四季豆的產(chǎn)品似乎面向的是 To B 市場(chǎng)，并且客戶還有一些類國(guó)企的風(fēng)格，這些客戶和普通的消費(fèi)級(jí)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？
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李振華（嘉賓）

在手機(jī)、家電為代表的水平市場(chǎng)領(lǐng)域（多為 To C），客戶對(duì)于產(chǎn)品的要求是基本一致的，客戶在乎的是使用體驗(yàn)和價(jià)格；而在垂直市場(chǎng)（多為 To B），客戶體驗(yàn)更多的是由我們配合方案廠商來(lái)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(yàn)固然非常重要，但不是我們最為關(guān)注的點(diǎn)，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(yīng)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(shí)（主播）對(duì)不同的客戶用不同的處理方法效率會(huì)更高，做的事也會(huì)更有價(jià)值。

李振華（嘉賓）

在最基本的通信指標(biāo)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(diǎn)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(kāi)拓創(chuàng)新，比如說(shuō)除了通信之外，我們將計(jì)量和主控做進(jìn)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(kāi)放的 MCU 等。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)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?jī)?yōu)于其它競(jìng)品，加之與下游客戶廠商的密切配合，以此達(dá)到您所說(shuō)的用戶滿意度。

屬于創(chuàng)新型企業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

幻實(shí)（主播）

李總今天毫無(wú)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(guó)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(shí)際上這些企業(yè)有著很強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，畢竟他們已經(jīng)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)占得先機(jī)，聽(tīng)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(dú)特優(yōu)勢(shì)，并且這些優(yōu)勢(shì)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(shì)，后發(fā)有后發(fā)的優(yōu)勢(shì)，最重要的還是要找到合適的市場(chǎng)切入點(diǎn)，然后發(fā)揮企業(yè)自身的優(yōu)勢(shì)，找準(zhǔn)客戶的痛點(diǎn)發(fā)力，幫助客戶解決他們所面臨的問(wèn)題，一定能夠找到適合自身的市場(chǎng)空間。

幻實(shí)（主播）最后也請(qǐng)李總給我們暢想一下，未來(lái)四季豆的產(chǎn)品或市場(chǎng)有著哪些規(guī)劃，給我們分享一下四季豆未來(lái)的發(fā)展藍(lán)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(shè)備能夠支持的 4GLTE 網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的等級(jí)被分為 10 級(jí)，其中 LTE?Cat.1 速率可以達(dá)到 10Mbps，LTE Cat.1 芯片可廣泛應(yīng)用于可穿戴設(shè)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(wú)線電），他們各有自己的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，SDR 靈活性高，但功耗相對(duì)比較高。ASIC 的功耗相對(duì)來(lái)說(shuō)低一些，但 ASIC 在投片前需要驗(yàn)證的工作量非常大，投片失敗的風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)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(diǎn)其實(shí)都比較明顯。

為此，四季豆團(tuán)隊(duì)?wèi){借 3GPP 協(xié)議的長(zhǎng)期積累，采用柔性架構(gòu)，我們將側(cè)重計(jì)算的部分做成硬件加速器掛在總線上，將隨機(jī)性的處理用軟件在 CPU 上完成。

這就帶來(lái)幾個(gè)好處，一是降低了對(duì)內(nèi)存的要求，降低了 CPU 運(yùn)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(lái)完成。通過(guò)這種模塊化的設(shè)計(jì)，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(dòng)不會(huì)影響到其他模塊，從而大大降低投片之前所需要驗(yàn)證的工作量，投片失敗的風(fēng)險(xiǎn)也能大為降低。

另外，這種柔性架構(gòu)形成的平臺(tái)將延續(xù)至后續(xù)的 3GPP 體系，比如說(shuō) eMTC（?LTE enhanced MTO；增強(qiáng)機(jī)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(guò) 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(yīng)用場(chǎng)景，但不是所有場(chǎng)景都能顧及，因此四季豆在規(guī)劃研發(fā)有線和無(wú)線的雙模產(chǎn)品。因?yàn)樵谝恍?fù)雜場(chǎng)景，比如工廠、礦山、碼頭、電力線載波可能有時(shí)并不適用，但是如果產(chǎn)品同時(shí)兼容有線與無(wú)線兩種模式，就能夠覆蓋更多的場(chǎng)景。該產(chǎn)品預(yù)計(jì)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(chǎng)承接由 NB-IoT 來(lái)完成，大約 20%~30%由 CAT.1 來(lái)完成，目前 LTE Cat.1 的模組正處于供不應(yīng)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(yùn)營(yíng)商已經(jīng)做到極致，對(duì)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(lè)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(wàn)物智聯(lián)的社會(huì)貢獻(xiàn)一份微薄之力。

幻實(shí)說(shuō)

隨著 2G/3G 減頻退網(wǎng)的加快，NB-IoT 將在各垂直行業(yè)迎來(lái)規(guī)模化落地。在公共事業(yè)領(lǐng)域，NB-IoT 憑借其廣覆蓋、低功耗、強(qiáng)穿透等特點(diǎn)，占據(jù)巨大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。2019 年 10 月，基于 NB-IoT 的燃?xì)獗沓鲐浟烤瓦_(dá)到了 1000 萬(wàn)臺(tái)，目前在線運(yùn)行的居民燃?xì)獗沓^(guò) 2 億臺(tái)，國(guó)內(nèi) NB-IoT 智能水表累計(jì)出貨量也超過(guò) 1000 萬(wàn)臺(tái)。

實(shí)際上，公用事業(yè)及表計(jì)行業(yè)的最終目的是數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為達(dá)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(bǔ)充，但并非無(wú)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(shí)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(jìn)，NB-IoT 才能為打造萬(wàn)物互聯(lián)世界發(fā)揮出更大的作用。