“模組芯片化”會是投向物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的重磅炸彈嗎？

在通往芯片小型化和微型化的路上，一條以SoC（片上集成）為主，沿著摩爾定律持續(xù)演進；另一條以SiP封裝技術為主，被視為超越摩爾定律的重要路徑。在物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應用的驅動下，NB-IoT模組又將沿著哪條路演進呢？

自2015年7月NB-IoT被提出以來，在華為及全球范圍內(nèi)大批企業(yè)的共同推動下，經(jīng)過近6年時間的發(fā)展，NB-IoT已經(jīng)成為低功耗廣覆蓋應用場景中的首選技術，并在去年7月正式被納入5G技術標準當中，與5G生命周期同步，承擔起龐大的低速率應用場景的連接重任。在NB-IoT強勢發(fā)展的過程中，模組廠商在產(chǎn)業(yè)鏈中起“承上啟下”的銜接作用，愈加受到行業(yè)關注。

從出貨量來看，2020年國內(nèi)NB-IoT模組出貨已經(jīng)超過6000萬的規(guī)模，并且保持著積極的增長態(tài)勢。不過，伴隨著NB-IoT應用規(guī)模的進一步持續(xù)擴大，新應用、新場景、新需求不斷推陳出新，各家NB-IoT模組方案也逐漸演進至全新發(fā)展階段。

基于行業(yè)觀察，驅動各家模組廠商產(chǎn)品不斷迭代的原因主要來自兩個方面：一方面來自行業(yè)內(nèi)部動力，各家模組成本持續(xù)壓低、尺寸追求極致、功耗要求更低、性能需要更穩(wěn)定，且不斷融合BLE/GNSS/Cat.1等功能模塊與植入軟硬件安全等成為主流；另一方面則來自于物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)差異化需求的驅動，模組廠商更需要展示其生產(chǎn)制造、行業(yè)解決方案、技術服務、商務支撐等全方位綜合能力。

因此，對于物聯(lián)網(wǎng)模組廠商及上游參與者而言，看準NB-IoT模組未來發(fā)展趨勢顯得尤為關鍵。如今，“模組芯片化”正在成為行業(yè)的新興趨勢。

全新模組方案：模組芯片化

隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不斷快速發(fā)展，為滿足千差萬別的物聯(lián)網(wǎng)應用場景而誕生了種類豐富、數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)終端。去年11月，國際知名市場研究機構IoT Analytics發(fā)布數(shù)據(jù)指出，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)首次完成對非物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的“超車”，同時指出物聯(lián)網(wǎng)設備在過去十年間已經(jīng)成為全球設備保持高速增長的主要動力。

從連接數(shù)來看，在國內(nèi)，中國電信NB-IoT總連接數(shù)一騎絕塵，截至2021年2月已經(jīng)達到8700萬，中國移動NB-IoT用戶數(shù)緊隨其后，截至2020年10月也累計達4800萬。從應用層來看，行業(yè)已經(jīng)開拓了智能表計、智能追蹤、智慧煙感、智慧路燈、智慧停車、智能門鎖、智慧大氣監(jiān)測等數(shù)十種應用場景，形成了“4（千萬級）+7（百萬級）+N（新興潛力）”的規(guī)模格局。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以不可思議的速度向前狂奔，與此同時物聯(lián)網(wǎng)廠商面臨的挑戰(zhàn)也一并襲來。眾所周知，消費電子產(chǎn)品與行業(yè)終端之間的要求、價值等可謂大相徑庭，不同于以往電腦、手機、平板等體積較大的消費電子產(chǎn)品對于芯片等核心元器件的體積要求不那么敏感，物聯(lián)網(wǎng)時代出現(xiàn)的大量智能硬件、可穿戴設備、智能表計產(chǎn)品等，對產(chǎn)品的尺寸大小、功耗、成本價格等要求甚為苛刻。

比如看似比手機、電腦體積更大的自行車，通信器件部署不僅要隱蔽，還需要針對其成本和完備的功能進行考量。而相比較之下的消費端，或許人們就更愿意購買像蘋果AirTag一樣價格高昂的硬件掛在鑰匙上。因為購買主體不一樣，發(fā)揮價值不一樣，導致兩種商業(yè)思維自然也不一樣，比如AirTag除了防丟失之外的“面子”價值，就不是行業(yè)用戶所考慮的。

而從目前市面來看，各主流芯片廠商已經(jīng)推出實現(xiàn)商用落地的NB-IoT芯片的大小一般為6mm?6mm的尺寸，然后交付下游由模組廠商再按照各自設計把MCU、存儲芯片、濾波芯片及其他元器件集成封裝，最終產(chǎn)出完整的NB-IoT模組。而此時NB-IoT模組的體積已經(jīng)相較芯片時的大小“膨脹”了數(shù)倍。此前，業(yè)內(nèi)發(fā)布的全球最小體積的NB-IoT模組的尺寸也達到了16mm?18mm的大小，雖然大小只與一枚1元硬幣相當，但這對終端廠商而言依然是其產(chǎn)品落地中的“阿喀琉斯之踵”。

相比之下，在NB-IoT芯片和模組尺寸、價格都做到極致時，將NB-IoT模組芯片化，圍繞垂直行業(yè)做高集成化的NB-IoT解決方案或許更能找準用戶核心價值?；诖?，蘇州吾愛易達物聯(lián)網(wǎng)公司近日推出了兩款芯片化超小體積的NB-IoT模組——SNS521S和SNS521H。（詳情可發(fā)送郵件至support@szwayd.com，或致電話到13429161097，獲取更多信息）

其中，SNS521S為一款全球最小體積的高性能超低功耗芯片級NB-IoT通信模組，它的尺寸大小僅為8mm?8mm，相比此前全球最小體積的NB-IoT模組僅為其體積的四分之一，幾乎與主流NB-IoT芯片大小相當，并且其內(nèi)部集成了NB-IoT通信所需的所有功能部件。

SNS521H為一款燃氣行業(yè)專用芯片級解決方案，其大小只有12mm?12mm的尺寸。更重要是的是，它專為智慧表計行業(yè)設計，不僅能滿足基本的通信需求，還針對性進行更高程度的集成，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃氣表MCU微控制器，提供二次開發(fā)能力。

除吾愛易達之外，包括芯翼信息科技有限公司、杭州為峰智能科技有限公司、上海奧藍迪物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司在內(nèi)的大批芯片及模組廠商都開始探索“模組芯片化”之路，采用SiP技術賦能模組進入新時代。

揭秘方案背后：超越摩爾定律的SiP

NB-IoT模組芯片化的演進過程并不是一蹴而就的。從芯片技術演進角度講，NB-IoT行業(yè)的芯片/模組廠商更像是“站在巨人的肩膀上”受到啟發(fā)，彌補了NB-IoT行業(yè)多年的空白。

眾所周知，電子產(chǎn)品在過去幾十年的發(fā)展過程中都以摩爾定律為“圣經(jīng)”，這使得相關產(chǎn)品的性能在此期間獲得了最大保障。但是，隨著芯片承載的物理空間逼近極限，摩爾定律也只能隨著時間推移而失效。

業(yè)界為在芯片層面繼續(xù)探索小型化和微型化系統(tǒng)，提出了SoC片上集成和SiP芯片級封裝兩種思路，前者是摩爾定律的延續(xù)，已經(jīng)被證實發(fā)展前景困難重重，后者是超越摩爾定律的嘗試，在摩爾定律逐漸失效以及PCB板技術演進長期停滯的狀態(tài)下，為對設計空間、產(chǎn)品體積、成本等要求嚴格的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)拓展了更大空間。

根據(jù)國際半導體路線組織（ITRS）對SiP的定義：SiP為將多個具有不同功能的有源電子器件和可選無源電子元件，以及諸多如MEMS或光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標準封裝件，進而形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。

從思路上來看，SoC從設計的角度出發(fā)，而SiP則是從封裝的角度出發(fā)。從架構上來看，SiP將不同功能的芯片集成在一個封裝內(nèi)，不同功能的芯片、不同材質(zhì)的芯片都可以按照并排或疊加的方式，也就是2D SiP或3D SiP的方式封裝。對于物聯(lián)網(wǎng)下游終端客戶而言，除了已經(jīng)提及的小體積降低PCB板用量、更低成本、更高更可靠的性能等優(yōu)勢之外，SiP技術減少了芯片的重復封裝，降低了布局與排線難度，也進一步縮短了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)周期，有助于行業(yè)用戶研發(fā)的產(chǎn)品更快實現(xiàn)商業(yè)化落地。

當然，NB-IoT行業(yè)逐漸應用SiP技術并非摸著石頭過河，早在消費端電子產(chǎn)品中SiP就已經(jīng)進行了大量的實踐和驗證。蘋果就是SiP技術的堅定擁護者，比如iPhone7 Plus中就采用了約15處不同類型的SiP封裝技術，以便在智能手機功能不斷豐富以及高性能的過程中仍保持其輕薄化。并且，不局限于消費端，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對SiP技術的使用也由來已久。

相比NB-IoT領域，不少企業(yè)在Lora相關的產(chǎn)品研發(fā)中早已采用了SiP技術，并驗證了它潛在的價值。眾所周知，從目前Lora芯片的供應鏈來看，早已擺脫了以往單一供應商，轉為多供應商的格局。主導LoRa技術的Semtech公司不僅銷售LoRa芯片，同時也向獲得授權的合作伙伴同時直接銷售LoRa晶圓（不帶封裝）。比如中國臺灣群登科技、ASR、深圳國民技術等公司，都可以通過SiP技術把MCU和其他芯片與LoRa一起封裝，自行銷售SiP芯片。而這樣做的優(yōu)勢顯而易見，LoRa上演了百家爭鳴的繁榮格局，并避免了現(xiàn)階段國際環(huán)境下對于供應鏈的擔憂。

對于已經(jīng)到來的5G時代，SiP技術的重要還將日益凸顯，因為5G時代電子產(chǎn)品將集成更多的電子元器件，包括毫米波的應用、多網(wǎng)絡通信制式的兼容等，對于芯片封裝技術的要求只會更高。

價值凸顯：更適應物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的方案 

當然，NB-IoT行業(yè)芯片及模組廠商應用SiP技術不僅是行業(yè)內(nèi)部動力使然，作為NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈的上游供應方，向行業(yè)展示其垂直行業(yè)解決方案全棧能力也有外部環(huán)境的驅動。不同于數(shù)十年發(fā)展而來的消費電子領域，幾乎由上游主導，上游供應鏈提供什么，下游就只能使用什么，然后再基于各自理解做差異化擴展。而物聯(lián)網(wǎng)領域本身就是極具碎片化、差異化，不再由技術驅動，轉而向需求驅動轉變。

在這種商業(yè)思維的轉變下，近幾年行業(yè)中也出現(xiàn)了不同以往的理解，以往感覺高高在上的芯片、模組企業(yè)都在不斷下沉，貼近垂直行業(yè)，做更加精細化的分工，提供差異化的解決方案。向上是芯片及模組廠商主動求變，推動技術革新；向下則是深入垂直行業(yè)獲取行業(yè)Konw-How，形成更緊密的供應鏈體系。

模組芯片化就是更適應物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一條可行之徑。以往，上游芯片廠商開發(fā)多功能集成、多部件植入的通用模組，由下游模組廠商做擴展并圈定適用范圍，對于終端側用戶而言并無太多主動權與發(fā)言權，行業(yè)用戶甚至無法對商業(yè)模式進行主導?，F(xiàn)在，通過模組廠商客制化能力，由行業(yè)用戶需求入手為其提供個性化的系統(tǒng)集成，配合行業(yè)軟件、AI應用支撐等，更需要把行業(yè)發(fā)展的主動權交還給行業(yè)用戶自己。

簡單來說，NB-IoT與Cat.1一定有差異化的應用場景需求，而即使是同為NB-IoT應用，其需求也是千差萬別。比如典型的NB-IoT水表與燃氣表，它們在數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)顆粒度、功耗等方面根據(jù)自身需求也有不同的要求。相比傳統(tǒng)通用模組，進行模組芯片化定制開發(fā)的模組不僅能在形態(tài)、成本以及性能上滿足用戶，更可以根據(jù)不同類型的業(yè)務場景提供精細化服務，打造屬于行業(yè)簡單、易用、智慧的商業(yè)化方案。

小結

隨著物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模落地，越來越多物聯(lián)網(wǎng)智能終端需要更加極致的設計和多功能的整合，通過SiP技術達到模組芯片化將會日益受到關注。同時，上游廠商不斷下沉行業(yè)已成為既定的事實，進而更加務實的轉向行業(yè)發(fā)展，以需求驅動，以定制化為主，才是突破物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)碎片化、差異化瓶頸的必經(jīng)之路。