物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分。在萬物互聯(lián)的大趨勢下，物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)在全球各主要經濟體均呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢。信息交換是實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基礎。近年來，物聯(lián)網(wǎng)連接芯片產品的快速發(fā)展拓寬了物聯(lián)網(wǎng)下游應用產品的適用范圍，提升了下游應用產品的產品豐富度?，F(xiàn)今，物聯(lián)網(wǎng)連接芯片產品使用的連接技術有藍牙、Wi-Fi、NB-IoT、LoRa、ZigBee、NFC/RCC、PLC、GNSS、SigFox 等十余種。伴隨連接技術、芯片設計、制造技術的迭代發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)連接芯片產品已經可以支持物聯(lián)網(wǎng)下游應用產品的多樣化和大規(guī)模應用需求。

物聯(lián)網(wǎng)連接芯片的定義與分類

定義

物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)是指通過二維碼識別設備、射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理智能化的一種網(wǎng)絡。

物聯(lián)網(wǎng)連接芯片的定義：隨著物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的快速發(fā)展，新型的物聯(lián)網(wǎng)SoC連接芯片，逐步淘汰了傳統(tǒng)連接方案，即分立無線通信芯片外掛MCU。其定義是具備MCU、無線連接和μA/MHz等級的低功耗電源管理技術，融合MCU、以及RF、電源等數(shù)?；旌想娐罚ㄟ^采用Wi-Fi、藍牙、NB-IoT、NFC、LoRa等連接方式的SoC芯片。

分類

物聯(lián)網(wǎng)無線連接芯片根據(jù)技術類別可分為Wi-Fi、藍牙、NFC/RCC、PLC、多模芯片、衛(wèi)星網(wǎng)絡通信、Zigbee、LoRa、NB-IoT等。不同的應用場景對連接方式、傳輸速率、傳輸距離、成本要求不同，采用的連接技術也不同?？紤]到藍牙、Wi-Fi是目前物聯(lián)網(wǎng)領域使用最廣泛的兩種連接技術；NB-IoT是廣域低速蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的代表性連接技術，且中國公司已經在NB-IoT芯片的研發(fā)上取得先導優(yōu)勢；在NFC/RCC連接技術中，中國的國民技術公司自主開發(fā)的適用于近場通信的RCC技術標準已經正式成為國家標準。所以本文將在“物聯(lián)網(wǎng)連接芯片典型產品發(fā)展情況分析”章節(jié)中從技術、市場等方面著重介紹藍牙、Wi-Fi、NB-IoT、NFC/RCC芯片。

物聯(lián)網(wǎng)連接芯片應用市場分析

物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展情況

近年來，全球及中國物聯(lián)網(wǎng)市場均保持高速增長態(tài)勢。Gartner數(shù)據(jù)顯示，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到1.69萬億美元，較2016年市場規(guī)模增長22%。未來，在新一輪的技術革命和產業(yè)變革的帶動下，預計物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的發(fā)展將保持20%左右的增長速度。到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)市場規(guī)模將達到2.93萬億美元，市場規(guī)模年復合增長率將達到20.3%。

近年來，在制造強國等戰(zhàn)略的指導下，中國物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)取得迅猛發(fā)展。Gartner數(shù)據(jù)顯示，2017年中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將從2016年的2225億美元增長至2703億美元，增長幅度為21%。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術逐步向智能工業(yè)、智能生活、智能城市、智能金融等多應用場景中滲透，中國物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)將保持快速增長勢頭；預計2020年中國物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)規(guī)模將達到5539億美元，年復合增長率為25.2%，明顯高于全球總體水平。

物聯(lián)網(wǎng)連接芯片市場特點

物聯(lián)網(wǎng)市場呈井噴式發(fā)展，推動物聯(lián)網(wǎng)連接芯片市場高速發(fā)展：在物聯(lián)網(wǎng)市場高速發(fā)展的背景下，越來越多的設備連接入網(wǎng)。截至2020年，全球范圍內物聯(lián)網(wǎng)終端安裝數(shù)量預計將達到197.8億個，較2015年的45.8億個增長332%。由于物聯(lián)網(wǎng)終端安裝數(shù)量的快速增長，物聯(lián)網(wǎng)終端設備所需物聯(lián)網(wǎng)連接芯片數(shù)量也將按比例快速增長。未來，即使在物聯(lián)網(wǎng)連接芯片單價不斷降低的背景下，高速增長的物聯(lián)網(wǎng)連接芯片需求也將推動物聯(lián)網(wǎng)連接芯片市場規(guī)模實現(xiàn)較大幅度增長。

物聯(lián)網(wǎng)連接芯片技術需求差異化顯著，多種物聯(lián)網(wǎng)連接技術共存：在不同物聯(lián)網(wǎng)應用場景中，物聯(lián)網(wǎng)設備對連接技術需求存在巨大差異。例如，在數(shù)據(jù)傳輸速率上，身份識別設備僅有數(shù)Kbps的數(shù)據(jù)使用需求，而視頻監(jiān)控設備對數(shù)據(jù)的需求量卻達到Mbps級別，兩者擁有數(shù)百倍的數(shù)據(jù)傳輸量差距。在信號傳輸距離方面，銀行卡交易使用的近場無線通信技術只能在10厘米內進行無線信號傳輸，而遠程抄表卻需要無線通信信號傳輸距離達到千米級別，兩者的技術需求差距更是相去甚遠。不同應用場景的技術需求，使得多種物聯(lián)網(wǎng)連接技術在物聯(lián)網(wǎng)市場共同存在，且各自擁有合適的市場支持相關連接技術的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)典型應用場景分析

遠程抄表?，F(xiàn)今，由于人工抄表具有高成本、低準確性等明顯劣勢，人工抄表正在快速被遠程抄表所替代?，F(xiàn)在使用的典型遠程抄表技術具有組網(wǎng)方式復雜、ISM頻段干擾大、中繼設備多且需要供電、網(wǎng)絡需要定期維護、有線表需要布線且施工困難等劣勢。

伴隨物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術及理念在遠程抄表場景上的應用使遠程抄表融入了大數(shù)據(jù)、云計算等功能。尤其在NB-IoT、LoRa等新興物聯(lián)網(wǎng)連接技術的帶動下，儀表終端實現(xiàn)了大規(guī)模同步組網(wǎng)，這不但避免了傳輸網(wǎng)絡需要中繼設備、數(shù)據(jù)無法集中傳輸?shù)炔蛔悖€可以為水、電、燃氣等資源供應公司提供高精度、大規(guī)模的動態(tài)客戶使用數(shù)據(jù)，方便資源供應公司更加精準高效地實現(xiàn)資源管理與調度，進而提高資源利用率。

目前，智能抄表市場發(fā)展迅速。Gartner預計，全球范圍內包括智能電表、智能燃氣表、智能水表在內的智能儀表出貨量將從2016年的9182萬套增長至2020年的1.8584億套，年復合增長率為15.1%。其中，由于電力行業(yè)相比于水和燃氣屬于壟斷行業(yè)，大型電網(wǎng)公司一直推動著智能電表的更新?lián)Q代工作，導致目前智能電表推進工作明顯好于智能水表和智能燃氣表。

智慧家庭。智慧家庭是利用物聯(lián)網(wǎng)技術，將家庭智能控制、信息交流以及消費服務等居家生活有效的結合起來，其使用物聯(lián)網(wǎng)的目的是創(chuàng)造高效、舒適、安全、便捷的個性化居家生活。智慧家庭涵蓋家庭自動化、家庭安全、人身健康、能源管理和家庭娛樂等多個方面。借助于物聯(lián)網(wǎng)技術在家電產品中的應用，用戶可以隨時隨地地同家里的智能設備進行連接和溝通。為實現(xiàn)“智慧家庭”，各類傳感器、智能設備、手機應用程序和用戶網(wǎng)頁界面等被廣泛使用并組網(wǎng)。通過綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術，并結合自動控制技術，家庭電子設備可以實現(xiàn)智能控制、家庭環(huán)境感知、家人健康感知、家居安全感知以及信息交流等功能。

當前，藍牙、Wi-Fi、ZigBee、Z-Wave、廣域低速網(wǎng)絡（LPWA）等共同承擔起智慧家庭市場的數(shù)據(jù)傳輸、物聯(lián)等功能。在眾多連接方式中，藍牙與Wi-Fi主導了智慧家庭市場的連接方式。經過多年的發(fā)展，兩種連接技術在使用成本、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)傳輸距離等方面，已經基本滿足關鍵客戶需求。其中，藍牙在低功耗、低成本方面相比于Wi-Fi更具優(yōu)勢，Wi-Fi相比于藍牙具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更遠的信號覆蓋范圍。

近年來，智慧家庭市場規(guī)模和終端連接數(shù)量增長迅猛。Gartner預測，全球智慧家庭市場規(guī)模將從2015年的134.27億美元增長至2020年的557.11億美元，年復合增長率（CAGR）為21.86%；全球智慧家庭終端連接數(shù)量將從2015年的2.9億個增長至2020年的47.79億個，年復合增長率高達75.16%。

目前，隨著智能電視、智能冰箱等智能家電的普及，作為各種智能設備控制中樞的智能藍牙音箱的加入，以及搭載移動互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的智能手機作為控制補充，使得智慧家庭已經初具雛形。

物聯(lián)網(wǎng)連接芯片典型產品發(fā)展情況分析

藍牙芯片。藍牙技術（Bluetooth）是一種低成本、短距離無線傳輸技術。由于藍牙技術在功耗、傳輸距離、傳輸速率等方面的綜合優(yōu)勢，藍牙技術已經成為使用量最大的物聯(lián)網(wǎng)連接技術之一。功耗方面，自從藍牙4.1協(xié)議開始，伴隨藍牙技術在低功耗方面的進步，藍牙芯片已經實現(xiàn)小于1mA的運行功耗。傳輸距離方面，最新的藍牙5.0技術可實現(xiàn)的最遠傳輸距離為300m，已經與Wi-Fi技術相當。傳輸速度方面，藍牙技術已可以實現(xiàn)在低功耗狀態(tài)下2Mbps的傳輸速率。近年來，伴隨藍牙技術在2.4GHz ISM頻段的逐漸使用，藍牙技術連接已無需申請許可證。

2016年，全球藍牙芯片總出貨量超過37億枚；其中由于中國是全球智能手機、筆記本電腦（包括無線鼠標、鍵盤）、可穿戴設備等的制造中心，中國制造了全球約80%的藍牙產品。伴隨可穿戴設備、藍牙音頻播放器（包括藍牙耳機和藍牙音箱）等產品的快速發(fā)展，藍牙芯片出貨量將繼續(xù)擴大，預計2018年全球藍牙芯片出貨量將達50億枚。

針對于藍牙芯片市場競爭格局，高通公司通過收購CSR公司，成為全球第一大藍牙芯片企業(yè)，2016年市場占有率高達44%。市場份額排名前五的公司還有Microchip Technology、Dialog Semiconductor、NordicSemiconductor和博通公司，2016年前五大藍牙芯片企業(yè)占有全球藍牙芯片市場88%的市場份額。目前，中國藍牙芯片企業(yè)市場競爭力正在逐步增強。其中，珠海杰理、泰凌微電子、銳迪科微電子已經在藍牙芯片研發(fā)與應用方面取得一定突破。

珠海杰理從國產藍牙音頻產品入手。產品應用于藍牙便攜音箱、藍牙收錄機、藍牙K歌麥克風、智能語音玩具、車載藍牙點煙器、車載藍牙耳機等設備中。公司于2016年推出型號為BR17的一體化低功耗雙模藍牙SoC芯片，預計2017年實現(xiàn)累計銷量超過1億枚。

泰凌微電子以物聯(lián)網(wǎng)相關應用為切入點。藍牙芯片產品應用于照明接入物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、AppleHomeKit智能鎖、藍牙鍵鼠、電子貨架標簽組、冷鏈物流無線溫度傳感網(wǎng)絡、玩具等設備中。2016年，公司BLE芯片和Mesh技術被GE照明的“C by GE”系列產品采用。2017年9月，公司發(fā)布支持藍牙5.0協(xié)議的TLSR8255藍牙低功耗多模芯片。芯片內嵌RISC 32位自主MCU處理器，最高主頻48MHz；使用內存為SRAM 48KB、Flash 512KB；支持固件OTA、固件加密功能；可提供BLE5.0、BLE mesh、HomeKit HAP R9、Zigbee 3.0等多種協(xié)議棧開發(fā)包。依據(jù)公司計劃，該款芯片于2017年底向重點客戶提供工程樣片，2018年第一季度實現(xiàn)量產。

銳迪科微電子藍牙芯片產品主要應用于藍牙音箱、藍牙耳機、藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)仍O備，客戶包括三星、松下、夏普、任天堂、小米、美的等國內外龍頭企業(yè)。目前，公司已具備設計CMOS 55nm工藝制程藍牙芯片的設計能力。2017年9月，公司發(fā)布面向于藍牙耳機市場的RDA5836 SoC芯片，主要面向藍牙耳機市場，芯片計劃2017年底出貨量達到0.5億枚。

Wi-Fi芯片。Wi-Fi技術是目前使用比較廣泛的一種短距離無線網(wǎng)絡傳輸技術。近幾年，伴隨以智能手機、筆記本電腦、平板電腦為代表的移動設備興起，帶有Wi-Fi功能的終端設備出貨量不斷增加，Wi-Fi已經成為現(xiàn)階段最主流的物聯(lián)網(wǎng)連接方式之一。Gartner數(shù)據(jù)顯示，2016年全球Wi-Fi芯片市場規(guī)模為25.39億美元，較2015年有10%的下降。Wi-Fi芯片市場規(guī)模的萎縮主要由以下原因引起：一是支持最新802.11ad協(xié)議的Wi-Fi設備仍然沒有被廣泛使用，這使得整體 Wi-Fi芯片單價走低。二是以Google Wi-Fi、Linksys Velop等為代表的Wi-FiMesh網(wǎng)絡尚未獲得市場廣泛認同，使得Wi-Fi芯片需求量并未獲得顯著增加。

2016年，Wi-Fi芯片市場整體格局沒有發(fā)生根本改變，原有前五大Wi-Fi芯片企業(yè)仍占據(jù)市場超過90%的市場份額。其中，博通公司因為2016年7月出售自身部分藍牙與Wi-Fi業(yè)務給Cypress公司，將Wi-Fi芯片市場第一名的位置讓與了高通公司。Marvell公司在Wi-Fi芯片上的業(yè)績出現(xiàn)了大幅下降，這主要是由于Marvell公司已決定剝離公司移動芯片部門，導致公司整體移動芯片業(yè)務均出現(xiàn)大幅下降。

現(xiàn)今，Wi-Fi芯片已經經歷數(shù)代的發(fā)展。以博通為例，早期支持802.11a/b/g協(xié)議的BCM4312芯片支持2.4/5GHz雙頻段，最高速率達到54Mbps。往后，支持802.11n協(xié)議的BCM4319芯片因為增加了MIMO技術，使得最高速率達到了600Mbps。而現(xiàn)在主流的802.11ac協(xié)議使得其BCM43455可以容納更多的MIMO空間流和更寬的帶寬，將速率提升至1000Mbps以上。2017年8月，博通發(fā)布了使用第六代Wi-Fi技術的BCM43684芯片，芯片通過搭配最多4條數(shù)據(jù)鏈和每條數(shù)據(jù)鏈支持最高1.8Gbps傳輸速率，使得其峰值傳輸速率達到4.8Gbps。

盡管Wi-Fi技術已經發(fā)展多年，仍有一些技術上的缺陷難以解決：一是安全性和穩(wěn)定性較低，尤其針對公共Wi-Fi，存在個人信息被竊取的風險。二是組網(wǎng)能力較低，現(xiàn)階段的Wi-Fi網(wǎng)絡規(guī)模僅僅能達到十幾個設備，這大大限制了Wi-Fi技術的拓展空間。三是功耗高，較高的功耗影響了Wi-Fi技術在諸如智能門鎖、各類傳感器等產品中的應用。因此，新型的Wi-Fi芯片開始向低功耗、低成本、高集成度的方向發(fā)展。

中國廠商在Wi-Fi芯片研發(fā)過程中，雖然相比于國際大廠起步時間較晚，整體市場競爭力較弱，但是中國廠商已經在低功耗Wi-Fi芯片上占據(jù)一席之地。針對于物聯(lián)網(wǎng)市場，海思、新岸線、樂鑫信息、聯(lián)盛德、瑞芯微電子等中國廠商已經研發(fā)出低功耗Wi-Fi芯片產品。其中瑞芯微推出的RKi 6000型號Wi-Fi芯片工作功耗僅為20mA，相較Wi-Fi芯片平均功耗降低85%，工作功耗已經同藍牙4.0芯片功耗相當。未來，低功耗Wi-Fi芯片將在智能門鎖、智能音箱等對功耗有較高要求的智能硬件設備中獲得廣泛應用。

NB-IoT芯片。廣域低速蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術是未來最主要的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接技術，預計2020年將有60%的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備采用廣域低速連接技術。目前，GSM和NB-IoT連接技術共同在廣域低速蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備中使用。未來，在“4G/5G全IP網(wǎng)絡”中，NB-IoT網(wǎng)絡將在低速物聯(lián)網(wǎng)應用上全面取代GSM網(wǎng)絡，成為廣域低速蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中最重要的連接方式。目前，中國廠商在NB-IoT芯片研發(fā)過程中，因為研發(fā)過程的先發(fā)優(yōu)勢，已經在研發(fā)與生產過程中取得業(yè)界領先地位。華為公司曾經主導NB-IoT技術標準制定過程，在NB-IoT標準化工作中，通過的447項提案有184項提案由華為提出，占通過總提案數(shù)的41%。2017年2月，華為海思半導體量產全球第一款支持NB-IoT網(wǎng)絡的芯片——Boudica 120。2017年6月底，華為宣布Boudica 120芯片出貨量達到100萬枚/月，成為全球第一款實現(xiàn)大規(guī)模出貨的NB-IoT單模芯片。

目前，NB-IoT相關產業(yè)發(fā)展得到我國政府的大力推動。其中，2017年6月，工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布《關于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）建設發(fā)展的通知》，明確了建設NB-IoT網(wǎng)絡、發(fā)展NB-IoT應用的重大意義，并提出2020年NB-IoT連接總數(shù)不少于6億個的發(fā)展目標。作為未來運營商在物聯(lián)網(wǎng)領域的重要增值服務之一，NB-IoT網(wǎng)絡建設工作獲得了國內三大運營商的重視，目前三大運營商在NBIoT基站方面的建設進度已快于工信部規(guī)劃，2017年底實際建成基站數(shù)量將多于40萬個的規(guī)劃目標?？梢灶A期，在政府、運營商、芯片廠商等多方面促進下，NB-IoT連接技術將被廣泛使用在公共服務（智能抄表、智能停車、環(huán)境監(jiān)測等）、個人生活（智慧家居、可穿戴設備、健康監(jiān)測、資產追蹤等）、工業(yè)制造（智能制造、物流運輸、智慧農業(yè)等）等細分領域中，也必將為NB-IoT芯片帶來每年數(shù)億級的需求量。

NFC芯片。近場通信技術（NFC）是射頻識別技術（RFID）的演進技術。其通信距離在20厘米之內，通信方式可主動或被動，具有連接時間短（小于0.1秒）、帶寬高、能耗低、安全性好等優(yōu)點。目前NFC設備主要由NFC芯片和NFC天線構成。其中NFC芯片中包含通信和計算功能模塊、加密邏輯電路、加密/解密模塊等，NFC天線由耦合線圈搭配磁性薄膜構成。

支持NFC的設備通常擁有主動或被動兩種傳輸數(shù)據(jù)模式。主動模式下，NFC設備發(fā)出信號，對其他NFC設備中信息進行讀取或寫入。被動模式下，NFC設備退化成一張信息卡，被其它NFC設備讀取并寫入。

根據(jù)上述NFC芯片工作模式，其數(shù)據(jù)操作方式可被分為模擬卡（標簽）、讀卡器、點對點三種。NFC設備作為模擬卡時，通常與SE安全模塊綁定，形成了加密通信，可以用于支付，一卡通，門禁，身份證明等。NFC設備作為讀卡器時，可用于標簽防偽，信息寫入等。NFC設備作為點對點應用時，可用于電器控制，可穿戴設備互聯(lián)，替代U盤實現(xiàn)信息轉移等。

目前，NFC芯片被廣泛使用在手機、計算機、除手機外的其他移動設備、網(wǎng)絡、電子標簽、醫(yī)療健康、工業(yè)等領域。其中，手機一直是NFC芯片的最大用戶，2017年手機應用占比為73.2%。2017年，全球含NFC芯片智能手機的出貨量為13.63億、占智能手機總出貨量的65%。但是伴隨智能手機出貨量增速的下降、NFC其他應用設備的興起，手機應用占NFC總體應用的比例逐年下降。在其他NFC應用設備中，NFC功能近年來在計算機中的普及率不斷加大，這促使計算機已經穩(wěn)居NFC第二大應用種類。因為可穿戴設備開始支持移動支付、身份識別等功能，所以可穿戴設備對NFC芯片的大量需求成為除手機外的其他移動設備對NFC需求的重要組成部分。

NFC技術最先由飛利浦、諾基亞和索尼公司共同主推。2003年，三家公司共同建立了NFC技術的NFCIP-1技術協(xié)議，協(xié)議對NFC設備使用、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M行了詳細規(guī)定。往后，為使得NFC設備可以兼容非接觸式智能卡，2004年的NFC論壇對擁有NFC協(xié)議進行補充，推出了NFCIP-2技術協(xié)議。

目前，全球NFC芯片市場被NXP、三星電子和博通三家公司壟斷。據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，2015年、2016年三家公司完全占據(jù)全球NFC芯片市場。其中2016年占有市場86%份額的NXP公司，是包括Apple在內的主流智能手機廠商NFC芯片產品的主要供應商；另外，NXP公司的NFC芯片產品還被大量使用在可穿戴設備、智能汽車和智能家庭等市場。2016年，三星電子在自家手機中實現(xiàn)自產NFC芯片替代，這直接導致了2016年三星電子NFC芯片產品營業(yè)收入大幅增加。

目前，中國企業(yè)在近場通信芯片領域通過另辟蹊徑、自主研發(fā)RCC通信技術，相關芯片產品已被大量使用在IC卡、智能手機中。