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[导读]如今,用“趋热”来谈论物联网已经过时了,这是几年前的情况。眼下,没有比“泛在”更合适了,各大物联网社区以及大多数物联网终端市场所表现出的积极情绪都反映着市场的欣欣向荣,而来自分析机构的数据也证明了这不仅仅是一个乐观的表象而是现状。

如今,用“趋热”来谈论物联网已经过时了,这是几年前的情况。眼下,没有比“泛在”更合适了,各大物联网社区以及大多数物联网终端市场所表现出的积极情绪都反映着市场的欣欣向荣,而来自分析机构的数据也证明了这不仅仅是一个乐观的表象而是现状。

从市场规模看,调研机构北京研精毕智的数据预测到2025年,全球物联网市场规模将超过1.5万亿美元,年复合增长率达到44.59%!

这一增长的基础在于物联网设备数量的高速增长——根据IoT Analytics最近的报告预测,到2022年底,全球物联网市场预计将增长18%,联网设备数量将达到144亿台。预计到2025年,随着芯片供应限制的缓解和应用增长的进一步加速,全球联网物联网设备将增长至270亿台。

这其中,中国的物联网市场也正在高速发展,来自艾瑞咨询的数据预测,2022年中国AIoT市场规模将达到7509亿元,未来3年年复合增长率达到30.49%!

这一切在几年前似乎还不可想象,发生了什么?

看不见的手:连接技术

物联网旨在实现“万物互连”,将物品与互联网相连接,进行信息互换和通信。在实现这一目标的过程中,连接是背后那只看不见的手。而且不同于互联网,物联网是物联网设备、云和网络之间的无缝通信,只有这样,才能确保物联网的全部潜力得到充分发挥。因此,正是连接技术的发展,促进了物联网产业的发展进程。

具体而言,包括无线通信的Wi-Fi、蓝牙/BLE和LPWAN,以及用于数据交换的USB技术的发展,为实现物联网提供了基础。并且,不同于早期通过类似ZigBee技术的本地点对点的连接方式,如今的物联网设备更广泛的使用云智能连接,以实现网域设备整个系统组成一个自主连接,可以进行自我学习和智能控制的应用环境。

Wi-Fi、蓝牙/BLE唱主角

在这个应用环境中,Wi-Fi、蓝牙/BLE技术可以说是连接的主角,应用占有率超过一半。

智能化、多标准、多协议一直是Wi-Fi的发展方向,Wi-Fi技术已经从早期的802.11b发展到现在的Wi-Fi 6/6E,在功耗、覆盖率、网络效率方面更具优势。Wi-Fi 6使用正交频分多址聚合 (OFDMA) 技术来提高网络性能,并使用高阶正交幅度调制 (QAM) 格式来提高数据速率。Wi-Fi 6设备在2.4和5 GHz频段运行,作为Wi-Fi 6的扩展,Wi-Fi 6E在标准历史上首次使用新频谱,可以在未经许可的6 GHz频谱中运行,以访问更多带宽。

支持上行MIMO、更宽调制、更高容量和效率、基于调度的工作和多频段是Wi-Fi 6的主要特性,这使得其除了应用于手机、路由器和网络适配器这些传统领域外,更适用于AR/VR和投影仪、高清摄像头以及其他AI辅助媒体设备,以及工业物联网 (IIoT) 如摄像头、实时仪器仪表和军工(AR眼镜和其他视觉辅助系统)等应用。

蓝牙在IoT设备中主要用于组网时的互联互通,包括作为连接的入口,例如可穿戴设备,以及智能家电蓝牙遥控器等。去年7月,蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式发布了最新的蓝牙规范5.3,虽然和蓝牙5.2一样都是42Mbit/s的传输速率和300米的理论传输距离,但相较于蓝牙5.2,蓝牙5.3通过改善低功耗蓝牙中的周期性广播、连接更新以及频道分级,进一步提升了低功耗蓝牙的通讯效率和蓝牙设备的无线共存性。蓝牙5.3的功耗较蓝牙5.2来说有所降低,并且还引入了一些新功能,增强了经典蓝牙BR/EDR(基础速率和增强速率)的安全性。总之,蓝牙5.3的延迟更低、抗干扰性更强、提升了电池续航时间。这些特性使之更适用于智能医疗设备、便携式医疗设备、门禁控制、门锁和商业照明、人机接口和工业等物联网应用。

上面提到的低功耗蓝牙即BLE,是蓝牙V4.0版本开始有的一个特性,是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术,工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。它从一开始就设计为超低功耗(ULP)无线技术,利用智能手段最大限度地降低功耗,这一特性使其广泛适用于本地连接互联网设备。

技术迭代推动了新应用并带来市场增长,2021年,全球Wi-Fi芯片出货量为47亿,预计2022年增长4.3%至49亿;全球蓝牙芯片出货量为51亿,预计2022年增长3.9%至53亿。

eSIM应用按下“快捷键”

不同于Wi-Fi和蓝牙主要用于局域或本地物联网的连接,在广域范围内的无线物联网连接主力是LPWAN,即低功率广域网络。LPWAN每个频道的传输速率介于0.3~50 kbit/s之间,可以用来建立一个私有的无线感测网络,但也可以是一个第三方提供的服务或基础设施。LPWA可分为两类:一类是工作于未授权频谱的ZETA、LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4/5G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。而后者在应用落地的过程中,eSIM是一个必要而前景广阔的技术。

eSIM技术带来了三大变革:一是去除卡槽,带来了更大的终端设计自由度,同时,由于芯片内嵌于设备之中,可以全面提升防水、抗震性能;二是号码远程下载,带来用户随时随地入网的便捷性;三是eSIM的多场景化,使泛智能终端接入更为便捷,带来了万物互联应用的更多可能。

显然,eSIM的发展与智能终端的小型化、功能稳定性等要求密切相关,也将成为运营商拓展新业务的重要抓手。想当年,苹果刚刚在iOS 12.1的测试版中增加了eSIM 功能,全球运营商就积极响应,纷纷开通eSIM服务。然而,十多年来,尽管一直受到诸如苹果公司在内的众多公司推动,但由于各方面因素,eSIM在中国的发展并不及预期。随着工信部在2020年10月发布批复文件,同意中国电信、中国移动开展物联网等领域的eSIM技术应用服务后,该技术在中国市场可以说迎来了春天。

这背后,其实反映出全球蜂窝物联网市场的快速发展趋势。调研机构Counterpoint发布的全球蜂窝物联网模组和芯片的追踪研究报告显示,2021年第四季度全球蜂窝物联网芯片出货量同比增长57%。其中,中国占据蜂窝物联网芯片市场总出货量的近60%,而4G LTE连接同比增长了25%。

除了上述无线连接技术,作为传输接口总线技术,USB目前已经演进到USB4标准, 通过Type-C口进行传输,最大数据传输带宽达到40Gbit/秒。并且,配备Type-c连接器的标准规格连接线可通过3A的电流甚至最大到5A的电流。2021年9月,USB-IF组织发布了最新的USB Type-C接口和线缆v2.1版本标准协议,供电能力从100W提升到了240W!未来笔记本电脑甚至不再需要标配单独的电源适配器了。

这些特性,使得Type-C接口正在加快统一全球的传输接口。就在今年6月7日,欧洲议会和欧洲理事会一致同意,将自2024年秋天起在欧盟境内统一使用Type-C接口用于移动设备充电。

总的来看,除了手机、电脑、移动电源和小型化设备等传统应用外,USB Type-C的应用将扩展至汽车、高端照明、投影仪和安防等领域。

Matter将启动新一轮杀手级应用

说到应用,去年开始,全屋智能的概念开始趋热,这背后一个重要原因是一项连接技术的成熟——Matter,这是一个基于IPv6的智能家居互联协议,旨在将众多不同的网络派系聚集到一起,简化设备与设备之间传输信息的过程,同时强化对隐私安全的保护。连接标准联盟(前Zigbee 联盟)组建了Matter工作组,工作组由来自170多个大型市场主体的专家组成,其中不乏苹果、亚马逊、谷歌、英飞凌、江森自控、施耐德电气、LG 电子等巨头企业。2022 秋季,Matter1.0 标准将推出。

作为一个高度标准化、通用化同时兼顾易用性的互联互通标准,Matter一方面可以帮助生态系统服务商、设备制造商和最终用户消除物联网碎片化的困境,在避免同质化竞争的同时触达更广泛的家居场景,另一方面也将推动全屋智能产业完成竞争维度的分化,从追求场景覆盖广度,转向个性化服务。在前不久举行的WWDC2022开发者大会上,苹果公司宣布旗下生态产品将全面支持Matter 协议,可以预见,Matter将拉动全屋智能成为物联网新一轮杀手级应用。

看得见的手:产品组合

前面详细介绍了物联网重要的连接技术和它们发挥作用的应用领域,那么,要利用这些技术在复杂多元的物联网领域保持回头率,我们该怎么做?也许,没有比英飞凌更合适的参照了。该公司把“连接现实与数字世界”作为发展愿景和使命,在上述每个领域都有着深厚的技术积累,并推出了丰富的产品组合。

自从完成对赛普拉斯的收购后,英飞凌在“连接”方面如虎添翼,囊括基于eSIM安全蜂窝连接、Wi-Fi、蓝牙、以及基于USB和USB-C的连接技术,可以说涵盖了几乎所有主流的无线和有线连接技术,并将这些技术广泛应用于消费、商业、工业、汽车等多个领域的物联网应用。

多无线连接共存成为主流之选

针对Wi-Fi和蓝牙,英飞凌特别推出了新品牌AIROC,该系列既有Wi-Fi+蓝牙Combo,也有单Wi-Fi、单BLE,或是经典蓝牙和BLE蓝牙双模的产品,以减小物联网设计的外形尺寸。

AIROC产品具有先进的Wi-Fi和蓝牙共存、互操作性和生命周期支持,可在所有环境中可靠运行,并大幅降低功耗,包括极低的睡眠、传输和接收电流消耗,以及优化和延长电池寿命的网络管理功能。

至少在五个方面,AIROC表现出它的核心竞争力:1、可提供丰富的、全新的产品阵容供用户选型;2、可提供不同平台稳定可靠的软件便于用户集成,ModusToolBox可以帮助简化软件整合的过程;3、可提供各种复杂使用环境下的可靠、稳定连接;4、包括芯片工艺、系统软件的集成方面,都提供了可行方案;5、优化的无线芯片设计支撑了吞吐量、功耗和远距离覆盖等方面的高性能表现。据测试,AIROC的Wi-Fi网络效率,接近友商的3倍!而由于采用28nm的芯片制程工艺(目前市场Wi-Fi芯片普遍还是40nm),其接收功耗较市面Wi-Fi4产品低50%,比Wi-Fi5产品低70%,发射功耗低1/4。

利用跨Android的通用软件框架,Linux操作系统,RTOS平台,以及和英飞凌的ModusToolbox软件和工具预先集成,AIROC产品允许开发人员在预算内按时向市场交付高质量的差异化产品。这些特性,得到了市场的认可。目前,AIROC无线连接产品,包括Wi-Fi(4-6/6E)、蓝牙/BLE、无线网络和蓝牙combos已经售出了超过10亿片。

这些产品广泛应用于智能家居、多媒体、可穿戴、办公和娱乐。其中,智能家居包括传统的家电,以及智能公寓、扫地机器人、温控器、园林电动工具、烟感和安防、蓝牙组网照明等设备;在多媒体方面,主要是智能音箱、电视机、耳机、遥控器、投影仪、游戏机投屏和游戏手柄;在可穿戴领域,主要是AR/VR眼镜、手表和TWS耳机。在最新的Wi-Fi6上,AIROC的产品主要是CYW5557x系列,针对高阶的无线应用,例如高端游戏手柄、VR/AR设备、高分辨率的安防控制、实时工业控制,以及高带宽的家庭影院视频应用。

延伸至云端的IoT软件服务成为关键

目前物联网形态已经发展为物联网设备、云和网络之间的无缝通信,因此基于IoT连接的云端服务也必不可少。

针对这一需求,英飞凌推出了Cirrent软件服务,主要包括两个组件:INI和MAI,INI是客户端组件,MAI是手机移动端组件。通过这一服务,英飞凌能够深入洞悉用户的使用环境,最终改善产品应用。例如,在智能家居设备连接方面,Cirrent能够实现一键无线路由连接、自动密码同步所有设备,并通过远程网络连接监视器来提高可靠性、质量和支持。

全屋智能有望迈入Matter时代

智能家居方面,前文提到,Matter将掀起一轮全屋智能行业的热潮。英飞凌非常看好Matter在未来AIoT市场的前景,并已经在其BLE MCU和AIROC的combo以及蓝牙芯片中进行了Matter协议栈的开发,目前已经完成了基本功能的实现和测试认证环境的搭建,有望在明年年初推出支持Matter的量产版本芯片产品。

此外,硬件安全芯片是实现Matter的关键。作为Matter安全工作组的领导者,英飞凌可以说是整个Matter标准的引领者,为解决安全问题提出了许多创新的想法和建议,包括贡献开源实现代码、标准的文本及安全之外的能力。英飞凌提供的PSoCTM(可编程片上系统)和OPTIGATM系列产品,不仅能在非常小的物联网设备中使用更小、更节能、更便宜的设计,还能提供物联网所需的安全身份证书和加密功能,包括随机数生成器、加密/解密、签名和验证等。这些芯片适合用在物联网设备的控制器、网络或节点中。每台设备可以预装密钥对和证书,在设备加入Matter网络时还可加载额外的密钥对。

推动eSIM大范围落地

提到OPTIGA™,熟悉英飞凌产品的都知道,这是该公司一个将硬件安全控制器与软件相结合的系列。而针对eSIM,英飞凌提供的交钥匙方案OPTIGA™ Connect eSIM,全面支持从3G到5G的所有GSMA标准,可以安全地面向所签约的运营商网络进行登网鉴权。该方案基于英飞凌的SLC37安全芯片,可以满足GSMA安全需求并通过了CC EAL4+的测试,因配备坚固耐用且值得信赖的安全保障,所以能够确保敏感数据和密钥的安全,防止欺诈。不仅如此,该解决方案完全符合GSMA和3GPP的最新5G规范。它支持各主要移动运营商的配置文件,并具备远程SIM卡配置功能,可提供最大至1.2 MB的可用内存,供用户存储运营商的配置文件、数据及其他应用。其超小型封装尺寸仅为2.9 mm x 2.5 mm x 0.4 mm,有助于实现崭新的设计,特别适用于印刷电路板空间非常敏感的终端。

得益于其小巧的外形,该eSIM特别适用于智能手机、平板电脑以及智能手表或健身手环等可穿戴设备。此外,通过将硬件和软件整合到一个易于集成的系统中,英飞凌能够帮助制造商高效地开发产品设计,降低eSIM集成工作量,从而加快将产品推向市场。

除了消费级市场,英飞凌在车规及工规eSIM产品上也有布局,并且已经被广大车厂以及智能工业客户所认可,其十年以上的产品线跟踪已经积累了丰富的高质量和高可靠性经验。

历久弥新的USB技术

除了上述物联网无线连接方面广泛的产品组合,英飞凌也是USB和USB-C技术的市场领导者。该公司提供业界最完整的USB产品系列,包括设备控制器、嵌入式主机、集线器、专用桥接器和收发器。英飞凌EZ-PD™产品系列在业内率先支持最新USB供电 (USB PD) 3.0规范,该规范可为笔记本电脑和移动设备提供更耐用的端到端供电和充电解决方案。英飞凌还提供其控制器的AEC-Q100 认证版本,满足汽车级性能要求。

英飞凌的Type-C控制器基于英飞凌PSoC™ 4可编程片上系统级架构,其中包括可编程模拟和数字模块、Arm Cortex M0内核和32 KB闪存。这些产品与顶级PC制造商一起推动业界首款Type-C产品,支持他们将USB Type-C的这些优势推向市场。此外,英飞凌还在线提供适用于EMCA和电子狗应用的参考设计,以缩短用户的设计周期。

自2008年以来,英飞凌向市场交付的USB类产品超过10亿颗。

方向即答案

正如我们看到的,通过无缝集成各种连接技术,英飞凌为消费者、工业、医疗、汽车和其他应用提供了易于使用、可互操作的广泛的产品组合,让客户能够更快地进入市场。作为全球领先的半导体科技公司,该公司致力于打造一个更加便利、安全和环保的世界,通过提供全面的半导体解决方案,来实现高效的能源管理、智慧出行以及安全、无缝通信,连接现实与数字世界。

当英飞凌将战略方向聚焦在“感知、计算、执行、连接、安全、”这5个方向时,也许,“我们要成为连接现实世界与数字世界的桥梁”这句话,已经包含了如何“在物联网领域保持回头率”的所有答案。


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