蜂窝物联网技术主力：Cat.1芯片正加速落地，未来5年规模化推动市场化

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）Counterpoint Research数据显示，预计到2030年全球蜂窝物联网模块的出货量将超过12亿个，复合年增长率达到12%。细分来看，不同制式蜂窝物联网模组，在蜂窝物联网全面过渡到5G时代之前，NB-IoT和4G Cat.1bis依旧是热点，并且会在未来四年的时间里占据市场主流地位。
 
近几年，Cat.1技术持续革新，生态链也不断成熟。移动物联网技术标准和产业格局不断演进，Cat.1芯片及模组凭借集成度更高、硬件架构简单等优势成为新晋“网红”。
 

 
图源：Counterpoint Research

 
发展至今，Cat.1作为主流的蜂窝物联网技术，出现了哪些性能变化，未来又会迎来哪些迭代呢？业内曾传出Cat.1即将代替NB-IoT的声音，双方的“爱恨情仇”未来会如何发展？面对碎片化的物联网市场，芯片厂商配合市场需求推出了哪些创新产品？
 
 
5G到来之前，Cat.1依旧是蜂窝物联网主力军
当下，Cat.1产业链逐渐成熟，国内Cat.1芯片主要玩家有高通、紫光展锐、翱捷科技等老牌厂商，也有初创公司，移芯通信和芯翼信息科技、睿普康等。老牌厂商凭借自身优势发布多款产品，并且快速起量。截至2021年第四季度，翱捷科技Cat.1产品累计芯片全球出货量已超1亿颗。在Counterpoin的统计中，翱捷科技已经进入2022年一季度全球蜂窝物联网模块芯片组出货量前三，芯翼信息科技也进入前八，可见国内老牌厂商与初创公司在全球蜂窝物联网市场的竞争力都在不断提升。
 
4G cat.1芯片作为通用的通信连接芯片，可以应用于大部分中高速物联网智能终端中，广阔的市场空间吸引了多家通信芯片厂商的布局，例如睿普康在2019年正式进入蜂窝物联网领域，其4G cat.1在2022年上半年量产，预计今年年底出货形成销售。睿普康CEO吴齐发在接受电子发烧友网采访时表示，在同样的工艺制程下，睿普康的4G cat.1芯片面积和成本上有优势，芯片面积小就可以降低通信模组的面积，集成于更小的终端产品中。
 

 
睿普康公司创始人、CEO吴齐发

 
 
正如Counterpoint 所预测的，在5G还未真正到来之前，Cat.1在未来很长一段时间内都会是蜂窝物联网的主力。那么，Cat.1技术是基于哪些因素带来的需求呢？
 
对于Cat.1芯片市场的快速发展，吴齐发提到了三大方面的原因：一是物联网市场爆发；二是Cat.1技术能够满足车联网等中高速物联网通信连接需求，芯片成本也降低到市场能接受的程度，而且Cat.1无缝接入最完善的4G 网络，无需运营商升级网络；三是随着2G/3G退网，原来使用2G/3G接入技术的终端市场，会由Cat.1取代。吴齐发预判在未来3-5年，Cat.1芯片市场会继续维持高增长趋势。
 
位于上游的芯片公司，深切地感受到市场变化带来的影响。芯翼信息科技产品总监陈峰对电子发烧友网表示，今年的Cat.1芯片的市场经历了比较大的波动，其中有供应链的原因，也有一部分人为因素。在缺货严重的时候，需求会被放大，回归过程中如果遭遇经济波动，就会出现一些问题。但放长一点时间来看，陈峰同样乐观地预判10年内蜂窝物联网仍然处于一个高速发展时期，远没到瓶颈区。
 
广阔的下游应用领域是Cat.1快速发展的原因之一。在Counterpoint的统计中，今年Q1蜂窝物联网应用排名前五的依次是智能电表、POS机、智能工业、智能汽车、汽车导航，合计占据53.2%的市场份额。其中，智能电表、POS机、智能汽车等多个中速率场景都可以用上Cat.1技术。性能以及成本的下降，让Cat.1技术成为无处不在的蜂窝物联网技术。
 

 
2022年Q1全球蜂窝物联网应用排名
图源：Counterpoint Research
 

 
在Cat.1高速发展之时，业内曾传Cat.1技术会取代NB-IoT技术的说法。时至今日，人们对这两个技术也有了更加清晰且客观的认识。
 
陈峰认为，NB-IoT和Cat.1是低速物联和中速物联的两个典型技术案例，二者之间有一部分重叠市场，但更多的是互为补充，协同发展。NB-IoT进入到5G时代，作为mMTC的重要组成部分，为海量连接提供技术基础。Cat.1可能会纳入RedCAP的范畴，这里面并不存在一个替代的关系。
 
吴齐发则从技术和市场两方面进行考量：NB-IoT因为移动性较差，传输时延也比较大，一般只能应用于静止的、对时延不敏感的业务，比如静态抄表。Cat.1芯片静止和移动状态下传输速率都可以满足大部分物联网应用，所以市场大得多。在技术上，Cat.1取代NB-IoT完全没有问题，但在市场上的取代还有个过程，因为NB-IoT在成本上还有一定的优势。
 
 
Cat.1芯片行业进入“技术竞赛”阶段
在很长一段时间里，蜂窝物联网多是采用手机的基带芯片，而且往往是落后几代的产品。近年来，由于物联网的高速发展，物联网芯片逐渐呈现出独立发展的趋势。蜂窝物联网芯片厂商都加速了Cat.1芯片的布局，并且每一代新品发布都成为芯片厂商的“技术竞赛”，2021年市场上的主流产品还是40nm工艺，今年已经升级22nm工艺，工艺的提升意味着芯片面积更小，功耗更低，成本也会降低，产品也会更有竞争优势。
 
总结来看，Cat.1芯片在技术、标准、应用等三大方面出现了较大的变化。
 
从技术上看，工艺提升，芯片面积更小、功耗更低、集成度更高。一方面，物联网终端趋向于小型化，芯片尺寸的缩减对设备整体性能的提高十分有利。例如可穿戴设备、POS机等手持设备领域，芯片面积的优化可以节省出更多的空间放置电池或存储器，用来增强续航能力或者存储空间。
 
从标准上来看，蜂窝物联网芯片的第一个发展方向是通信标准的演进。LPWA是针对物联网应用提出的第一个3GPP标准，进入到5G时代，这一趋势将会延续，传输能力会进一步加强。
 
从应用上来看，蜂窝物联网芯片需要跟行业应用相结合，叠加感知能力和计算能力的演进。不同的应用对物联网芯片提出了不同的需求，由此产生了更多的细分市场和可能性，比如物联芯片加传感器，也就是通常所说的感知加传输的能力。而在终端能力上，又有云计算和边缘计算，对芯片的处理能力提出不同要求。
 
不管是芯翼信息科技、睿普康还是其他蜂窝物联网芯片厂商，各家的产品都朝着相应的方向迭代。芯翼信息科技的4G LTE Cat.1bis SoC——XY4100集成了Audio Codec, 同样提供了丰富的外围接口，可以兼容主流LTE模组的同时也便于替代以前的2G模组。睿普康的4G cat1芯片也凭借技术优势，用于无线Pos机，云打印终端，智能车机等多个领域。
 
 
碎片化物联网市场之下的多元化布局，Cat.1芯片正加速落地
近年来，国内芯片厂商不断加大对Cat.1技术的投入，使得蜂窝物联网芯片朝着更高通信速率、更低时延等高性能方向演进，并且每一次技术突破都会迎来市场起量。从市场需求来看，在中低速物联网市场Cat.1仍将是主流，在高速物联网市场Cat.4将会成为首选，而Cat.6主要的应用仍会集中在高速业务高端应用市场。在一些新兴的需求和应用的催化下，例如元宇宙、FWA等场景，5G将会成为新的增长点。
 
“5G物联网标准Redcap等在完善和成熟当中，完善的5G物联网可以承载更大的连接数量。基于低轨卫星的物联网技术也在发展当中，可以更进一步拓展远距离物联网的应用范围。”吴齐发表示，公司正在跟进研发这些前沿技术。芯翼信息科技的4G Cat 1 bis预计2022年底推出，5G redcap 也在规划阶段。
 
然而，由于物联网行业的碎片化，没有哪家企业可以凭一颗芯片满足所有需求。“从芯片设计的角度，针对这些需求采用的技术、工艺可能是不一样的，如何提供更有效的解决方案，使得成本更低，性能更优，这是所有从业者都会面对的问题。”陈峰表示，蜂窝物联网的不同应用领域有不同的要求，比如DTU需要更高传输速度时钟校准、远程机械操作等应用场景要求更低时延；跟踪器、表计等电池类应用需要更低功耗；有些则对成本提出严格要求。上述不同的应用领域让物联网芯片呈现出丰富多样的特点。
 
“从产品来看，市场追求的是性价比，并不是技术越先进越受市场欢迎。我认为通信速率和时延能满足绝大多数物联网应用，在性价比和芯片面积上更有优势，这样的蜂窝物联网芯片才更有市场竞争力。”吴齐发提到。
 
当下，国内蜂窝物联网芯片厂商的Cat.1产品加速落地，但是面对碎片化的物联网市场，如何提高产品竞争力，让产品真正适应差异化更加明显的细分市场，依旧是芯片厂商需要思考的问题。