400万+工程师在用

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WiFi 6芯片市场的机会窗打开了吗?

简析

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描述

WiFi是一种将电子终端设备以无线方式互相连接的局域网通信技术。该技术基于IEEE 802.11标准,这一标准是由电气和电子工程师协会(IEEE)定义的无线局域网通信标准,即通过定义一个媒体访问控制层(MAC)和整个物理层(PHY)规范标准为便携式、可移动终端设备建立局域网无线连接。

WiFi将占各大主流互联方案出货量40%以上

相较于其他短距离传输技术,WiFi在带宽、传输距离、频段、部署及成本等方面具有相对优势,据IDC数据,全球WiFi芯片出货量在2022年将达到49亿颗,占据各大主流互联方案出货量的40%以上。
 
表:短距离传输技术对比
来源:华为《2019-2023企业级WiFi 6产业发展与展望白皮书》

WiFi协议迭代历程

从WiFi 20年的发展历程来看,WiFi每经过4-5年左右便会出现一次技术变革,主要在带宽、速率、并发处理能力等方面。
2018年10月,WiFi联盟为更好的推广WiFi技术,参考通讯技术命名方式,重新命名WiFi标准,其中802.11ax被命名为WiFi 6,11ac被命名为WiFi 5,以此类推。2019年9月,WiFi联盟宣布启动WiFi 6认证,正式开启了WiFi 6的商用之路,但,国际WiFi芯片厂商博通、高通在2017年便已投入研发,甚至发布首款WiFi 6芯片。

(1)802.11

发布年份:1997年
频段:2.4GHz
理论速率:2Mbp
技术升级及市场情况:由于传输速度和传输距离表现欠佳,未被大规模使用。

(2)802.11.a

发布年份:1999年
频段:5GHz
理论速率:54Mbps
技术升级及市场情况:美、日予以认可;欧盟因标准问题被禁止使用;5GHz组件研制速度慢,尚未大规模推广时,市场已被802.11.b占领;总体使用范围较窄;引入OFDM技术;使用的是20MHz频宽。

(3)802.11.b

发布年份:1999年
频段:2.4GHz
理论速率:11Mbps
技术升级及市场情况:由于802.11.a核心芯片研发进度缓慢,802.11.b迅速占领市场,并奠定了整个WiFi市场的发展基础。但802.11.b带宽速率较低;信号易受干扰。

(4)802.11.g

发布年份:2003年
频段:2.4GHz
理论速率:54Mbps
技术升级及市场情况:使用了CCK技术向后兼容802.11.b产品,自此,IEEE在制订每一代新协议时都会后向兼容;继续使用OFDM技术并应用在之后的每一代WiFi协议中。

(5)802.11n

发布年份:2009
频段:2.4GHz、5GHz
理论速率:600Mbps
新命名:WiFi 4
技术升级及市场情况:随着时间推移,互联网已经开始出现了在线图片、视频、流媒体等服务,YouTube、无线家庭媒体网关、企业VoIP Over WLAN等对WLAN技术提出了越来越高的要求,传统技术已经无法支撑,新的场景对全新一代WLAN接入技术提出了需求。802.11n引入了SU-MIMO(提高传输速率)、波束成形(提高传输距离)和40MHz绑定技术(提高传输速率),整体传输速率最高可达600Hbps,自此,WiFi迅速打开短距离无线通信市场。此外,802.11n支持双频段。从2009年开始50%以上的芯片是802.11n产品;2010年后生产的笔记本电脑80%以上支持802.11n。

(6)802.11ac wave1 / 802.11ac wave2

发布年份:2013年/2015年
频段:5GHz
理论速率:6.993Gbps
新命名:WiFi 5
技术升级及市场情况:移动业务的快速发展和高密度接入对WiFi网络的带宽提出了更高的要求;而高画质影音串流体验不佳也对WiFi传输性能提出了更高的要求。802.11ac引入了射频带宽(提升至160MHz)和更高阶的调制技术(256QAM)。随着无线设备的增多,2.4GHz频段,被各种协议使用(如蓝牙4.0、无线鼠标等),IEEE自此将新的WiFi协议制订在5GHz频段上。802.11ac具有良好的向后兼容性,将每个通道的工作频率提升到80MHz甚至160MHz,最终理论传输速率跃升至1Gbps。802.11ac wave 2引入下行MU-MIMO技术(提升多用户数据并发处理能力和网络效率)。2013年支持802.11ac标准的接入点的出货量占同期企业级接入点出货量的6%;占消费者接入点市场总量的8%。2014年成为无线通信市场的主流技术。2018年802.11ac标准占从属接入点出货量的85.7%和从属接入点收入的94.4%;在消费者市场,占出货量的54.3%,占消费者市场收入的76.8%。但802.11ac仅支持5GHz频段的终端,削弱了2.4Ghz频段下的用户体验。

(7)802.11ax

发布年份:2019
频段:2.4GHz、5GHz
理论速率:9.6Gbps
新命名:WiFi 6
技术升级及市场情况:随着视频会议、无线互动VR、移动教学等业务应用越来越丰富,WiFi接入终端越来越多,IoT的发展更是带来了更多的移动终端接入无线网络,此外,越来越多的智能家居设备也使WiFi接入变得拥挤,因此,WiFi仍需不断提升速度,同时还需要考虑是否能接入更多的终端,以适应不断扩大的客户端设备数量以及不同应用的用户体验需求。802.11ax支持双频段,迎合了物联网、智能家居等发展需求,即对于带宽需求不高的智能家居设备可以使用2.4GHz,保证足够的传输距离;对于需要高速传输的设备,则可以使用5GHz频段。802.11ax将上行MU-MIMO与OFDMA相结合,可以大幅提升用户密集环境中的每位用户的平均传输率,可以有效减少网络拥堵、大幅提升无线速度与覆盖范围,可以有效解决网络容量的问题。802.11ax在更低延迟、更精确的功耗控制等方面也有突出表现。

WiFi 6升级的确定性分析如何

(1)技术升级拥有显著优势

如同历代WiFi协议,WiFi 6拥有向后兼容性,构建于现有技术之上。WiFi 6的设计考虑了新的应用场景,包括大带宽需求下的新应用场景,例如AR/VR、4K/8K高清视频信号等。为了应对这些应用场景,WiFi 6的调制最高达到了1024QAM,理论最高速率接近10Gbps。同时,WiFi 6技术能够允许更多设备同时连接到网络,并通过OFDMA技术+MU-MIMO技术在连接相同数量设备的情况下,提供更优的单用户体验。此外,WiFi 6还降低了系统的时延,提升了带宽的利用效率。同之前的WiFi技术一样,WiFi 6也将工作在非授权的ISM频段,可同时支持2.4G与5G两个频段。

表:WiFi 4/5/6对比
来源:koolshare,安信证券研究中心
 
作为目前市场主力的WiFi 5,和WiFi 6对应用场景的需求相似,适用于高速率、低延时、大容量的场景,但后者弥补了前者的很多缺陷。Wi-Fi 6将在接下来的5年内成为无线通信的关键主力技术,其在以下五个方面显著优于第五代技术:
 
表:WiFi 6技术优势
来源:东吴证券研究中心

(2)新场景对WiFi通信提出了更高的要求

WiFi 6设计之初就是为了适用于高密度无线接入和高容量无线业务,比如室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景。在这些场景中,接入WiFi网络的客户端设备将呈现巨大增长,另外,还在不断增加的语音及视频流量也对WiFi网络带来挑战,根据预测,到2020年全球移动视频流量将占移动数据流量的50%以上,其中有80%以上的移动流量将会通过WiFi承载。
例如,4K视频流(带宽要求30Mbps/人)、语音流(时延小于30 ms)、VR流(带宽要求50Mbps/人,时延10~20 ms)对带宽和时延十分敏感,当网络拥塞或重传导致传输延时,将对用户体验带来较大影响。而现有的WiFi 5虽然也能提供大带宽能力,但是随着接入密度的不断升高,吞吐量性能遇到瓶颈。而WiFi 6通过OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM等技术使这些服务比WiFi 5更可靠,不但支持接入更多的客户端,同时还能均衡每个用户带宽。

表:WiFi 6主要适用场景
来源:华为《WiFi 6与5G技术及应用场景白皮书》

(3)三大运营商的千兆计划

2020年5月17日,中国移动、中国电信、中国联通分别召开发布会,宣布将推进WiFi网络升级,布局WiFi 6新业态。中国移动表示要推动千兆平台能力,并明确2020年将集采WiFi 6设备,实现WiFi 6商用;中国电信和中国联通均表示启动“宽带+5G+千兆WiFi”的三千兆升级,明确布局WiFi 6。可见,通信运营商正推进AP端口设备升级换代,而WiFi 6设备将最大化其效益,WiFi 6产业有望进入发展新阶段。
家庭市场WiFi网络设备包括家用路由器和家庭网关,三千兆时代有望催生家庭WLAN设备换机潮。家庭网关指融合对外互联网接入和对内局域网路由功能的硬件平台,是运营商作为家宽网络交付的终端设备,一般都集成WiFi功能。家庭无线路由器和家庭网关是家庭无线局域网的主要解决方案,随着“5G+宽带+WiFi”的三千兆时代到来,WiFi 6逐渐渗透,未来家庭网络设备将迎来换机潮。
中国电信已于2020年10月启动天翼网关4.0集采,其中要求支持双频WiFi 6功能的产品超过1400万台,这是国内首次大规模集采WiFi 6产品。根据中国移动采购计划,2020下半年拟启动WiFi 6采购,并发展WiFi 6用户500万户。
此外,WiFi 6的特性主要为企业网、高性能物联网准备,根据历代WiFi迭代经验,企业用户会基于通信性能需求,率先进行平滑过渡,即企业级应用会先于消费级应用起量。

WiFi 6芯片市场如何

现阶段,WiFi技术仍主要应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等传统消费级电子终端设备,因此,WiFi芯片市场与消费级电子终端市场密切相连。近五年来,消费级电子终端设备市场规模呈下滑趋势,以手机为例,我国手机出货量在2016年达到近五年来的顶峰,而在2017-2019年,我国手机出货量逐年下滑,对WiFi芯片市场造成不利影响。据头豹研究院数据,按芯片销售额计算,我国WiFi芯片市场规模从2015年的172.9亿元下滑至2019年168.0亿元。
近两年,智能家居、智慧城市等物联网领域对WiFi芯片需求提升,我国WiFi芯片出货量有所回升。此外,除传统消费级电子终端和物联网应用外,WiFi技术在VR/AR、超高清视频等新型高速率应用场景亦具有高适用性,预计针对此类应用的WiFi芯片将在未来5年不断增多,预计2023年我国WiFi芯片市场规模将接近270亿元。现阶段,支持WiFi 6标准的芯片出货量仍处于初级阶段,而伴随着WiFi 6标准逐步应用及推广,预计2023年,支持WiFi 6标准的芯片在WiFi芯片总量的占比将达到90%,WiFi 6芯片市场规模将为240亿元。

图:我国WiFi芯片市场规模(按销售额:亿元)
来源:电子发烧友整理
 
从细分市场来看,我国路由器/网关WiFi 6芯片2019年市场规模约为3亿元,2023年预计为45亿元;中高速数据卡WiFi 6芯片2019年市场规模约为5.3亿元,2023年预计突破百亿;中低速物联网WiFi 6芯片2019年约为0.2亿元,2023年预计为6.7亿元;智能手机/手表WiFi 6芯片2019年约为3.6亿元,2023年预计突破50亿元。

表:我国WiFi芯片细分市场规模(按销售额:亿元)
来源:电子发烧友整理

WiFi 6路由器相继上新

根据应用领域的不同,包括WiFi 6在内的各类WiFi芯片主要分为路由器WiFi、数据卡WiFi、手机WiFi及物联网WiFi四大类。
目前WiFi 6产业化处于初级阶段,路由器作为基础设施将率先落地。具体来看,WiFi 6普及的第一步是路由器端先升级为WiFi 6标准,为终端用户提供良好的应用环境,第二步则是终端厂商跟随技术升级趋势推出支持WiFi 6的移动设备及物联网设备。
2019年Wi-Fi联盟发布了最新的WiFi 6无线路由器技术,同时运营商进一步提高入户宽带带宽达千兆的市场比例,市场需求开始出现WiFi 5无线路由器向WiFi 6无线路由器的升级趋势。2020年以来,在产业链及相关技术的日益成熟、疫情期间居家办公/远程办公/在线教育对网络性能要求提升、多款旗舰手机配置WiFi 6功能等因素促进下,各品牌WiFi 6路由器相继上新。
从芯片格局来看,目前,仍处于WiFi 6路由器升级换代的初期,且路由器购买成本较高,虽然博通、高通、MTK等已经入局,但仍有较大的市场替代空间。

表:主流品牌路由器及WiFi 6芯片供应商
来源:电子发烧友整理

WiFi芯片竞争格局

WiFi芯片市场集中度较高,以海外厂商为主,博通、高通、Marvell(无线连接业务被NXP收购)、Celeno、Quantenna(被安森美收购)等头部厂商占据约80%市场份额。
WiFi 6作为最新的WiFi技术标准,博通、高通、Marvell等WiFi芯片头部厂商逐步加快推广WiFi 6芯片产品。2019年WiFi芯片市场发生多起芯片厂商收购事件,传统集成电路头部厂商通过收购WiFi芯片相关企业进入WiFi产业链上游市场,为其在物联网应用市场的战略布局做铺垫。
2017年起博通、高通等国际巨头厂商就已推出部分支持802.11ax的芯片。国内方面,华为海思、紫光展锐等IC设计巨头及乐鑫科技、博通集成、全志科技、中颖电子等上市公司,以及恒玄科技、矽昌通信、新案线、南方硅谷、亮牛等新锐IC设计厂商同样掌握WiFi芯片技术,其中大部分公司主攻物联网终端应用,仅有华为海思、矽昌通信具备路由器WiFi芯片技术(海思同时也生产手机、IoT等终端WiFi芯片)。

WiFi芯片代表厂商

博通

博通是全球领先的有线和无线通信半导体企业,同时为计算网络设备、数字娱乐宽带接入产品以及移动设备的制造商提供片上系统和软件解决方案。
2017年8月,博通推出了基于WiFi 6标准的BCM43684(民用)、BCM43694(商用)、BCM4375三种型号。2020年2月,发布全球首款面向智能手机的WiFi 6E芯片组“BCM4389”,该款芯片采用16nm工艺,支持两个WiFi 6E数据流,数据传输率达到2.4Gbps,手机上的实际速度也可达2.1Gbps,延迟能稳定在2ms 左右。
在经营业绩上,分业务领域来看,据财报披露,2019年半导体解决方案收入下降,主要是由于手机、宽带、光耦、机顶盒及服务器对无线通信的需求下降。据财报显示,来自我国本土及香港的净收入2017-2019年分别为94.60亿美元、103.05亿美元、80.56亿美元。
 

来源:企业公报

高通

高通是全球领先的无线通信技术研发企业,致力于提供无线通信产品及服务,业务线涵盖3G、4G、5G芯片组、系统软件及开发工具。高通Wi-Fi芯片按应用场景包括路由器/网关、手机、汽车、物联网四大系列。
2017年2月,高通推出支持WiFi 6的两款产品——IPQ8074 和 QCA6290。其中,IPQ8074:应用于路由器等网络设备,而QCA6290主要面向消费类移动设备。2018年2月,高通再次推出适用于手机的QCA6390。2019年8月,高通发布针对网络设备端推出第二代WiFi 6无线网络解决方案“Networking Pro”(共四款)。2020年5月,发布第一批支持Wi-Fi 6E的芯片,可用于手机及路由器。
在经营业绩上,从收入及息税前利润构成来看,QCT部即从事无线半导体、芯片及软件技术供应的CDMA部门,2020年二季度实现营收38.07亿美元;2019年四季度到2020年二季度的9个月间实现营收115.26亿美元,分别同比增长6.73%、4.52%。

注:QCT指CDMA技术部;QTL指技术许可部;QSL指战略计划部
来源:企业公报

Qorvo

Qorvo是一家能够设计和制造高级滤波器解决方案以及BLE/Thread/Zigbee多协议SOC和收发器解决方案的WiFi前端提供商,其无线半导体解决方案用于支持WiFi、Zigbee、Thread和BLE的连接设备,可以提供集成的WiFi前端以及用于物联网的大量高级RF芯片和软件。2019年9月,Qorvo推出了首款用于WiFi 6的双频段前端模块(FEM),该模块适用于WiFi 6客户端设备(CPE)。2020年5月,小米发布的AX1800 WiFi 6路由器搭载的是Qorvo的FEM产品。
2021财年Q1营收为7.87亿美元,同比上升1.53%;净利润为9692.2万美元,同比上升145.12%;毛利率为41.4%,较去年同期增长3.5%。

NXP

NXP是一家面向汽车电子、通信基础设施、工业控制、移动设备、智慧城市、智慧家居等场景的物联网解决方案提供商。2019年NXP收购Marvell无线连接业务,总价值17.6亿美元,此次收购包括Marvell的WiFi连接业务部门,蓝牙技术和其他相关业务。2018年Marvell推出了三款WIFI 6芯片:88W9068、88W9064和88W9064S。其中,88W9068支持5GHz;88W9064支持5GHz/2.4GHz,集成蓝牙5.0,适用企业和零售接入点、运营商网关和固定无线服务;88W9064S支持5GHz/2.4GHz,集成蓝牙5.0,适用于服务提供商和OTT机顶盒市场。2020年4月,NXP宣布与Murata村田合作研发面向WiFi 6的RF前端模块,以支持各种5G智能手机和便携式计算设备。
ONSemi
ONSemi作为一家半导体方案供应商,可以提供全面的高能效电源管理、模拟、传感器、逻辑、时序、互通互联、分立、系统单芯片(SoC)及定制器件阵容。2019年9月,旗下的Quantenna联接方案推出Wi-Fi6 Spartan路由器设计方案,以满足无线网络性能和覆盖要求。
2020年第三季度ONSemi实现营业收入13.17亿美元,其中通信业务营收占比19%,亚太区(不含日本)营收来源占64%。

联发科

联发科专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域,产品包含无线通讯、高清数字电视、光储存、DVD等相关类别。2019年1月,联发科发布用于家庭和企业网络服务的WiFi 6芯片组。目前,诸多中低端路由器使用的是联发科的Wi-Fi芯片,其中以MT7621和MT7681为主。
在经营业绩上,2019年联发科营业收入净额为2380.6亿新台币,同比增长3%;净利润207.8亿新台币,同比增长12%。2020年第二季度,联发科MTK营业收入净额为676亿新台币,较前季增长11.1%,较去年同期增长9.8%,由财报可知,主要是由于5G智能手机新产品上市及WiFi、电源管理芯片等部分消费性电子产品销售提升。 

海思

华为海思是一家芯片设计公司,产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案。华为Wi-Fi 6路由器使用的是自研的凌霄系列芯片,包括凌霄HI5651T、凌霄HI5651L,以及增加了芯片协同技术实现WiFi+的凌霄650。目前,凌霄系列芯片专用于华为自家产品。
 
随着更多支持WiFi 6的智能设备、路由器等的发布,将会对新一代无线通信市场和WiFi 6产业链发挥引导和带动作用。WiFi迭代升级的窗口已开,你准备好了吗?
 
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