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NB-IoT熱身賽開打  晶片/模組/設備商火力全開
新通訊 20178 月號 198 期《 封面故事 》
文.廖專崇
3GPP授權頻段LPWAN賽局正式開跑,晶片、模組、設備等廠商近期更是大舉投入各式各樣的應用測試,產品發表的訊息也如雨後春筍,本文針對晶片、模組、設備等廠商現況來觀察產業動態與產業生態系發展概況。
GPP低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)今年不僅標準制定到位,市場推廣的動作不斷,大幅扭轉過去一年多來,各界對進展落後的批評,展望未來幾年,除了針對市場需求推出更有價值的服務之外,也需提出更合理的服務費率,然後充實產業鏈,讓更多供應商提供物美價廉的產品,從晶片、通訊模組、閘道器、基站到電信商,創造蓬勃的產業生態體系(Ecosystem)。 

3GPP LPWAN使用授權頻段,多半為目前營運商使用中的3G/4G頻段,無需重新網路布建,只需要透過軟體升級,加上為求延長傳輸距離,目前多使用700∼900MHz的低頻段,對於晶片開發商幾乎沒有甚麼技術難度,唯一的重點就是晶片或模組的價格必須要快速達到市場接受的價格,目前相關產業鏈(圖1)已經有大致的樣貌,本文就晶片、模組、基地台等廠商現況來觀察一下產業動態。 

圖1 NB-IoT產業鏈與廠商投入概況

資料來源:各公司,資策會MIC整理(6/2017)

NB-IoT晶片還在蹲馬步 

從圖1可以看出來,目前NB-IoT晶片掌握在5、6家主要廠商手中,其中最主要的就屬推動標準出力最多的高通(Qualcomm)與華為(Huawei),ARM透過IP授權模式,雖未推出晶片產品,但有可能是未來NB-IoT普及的一大助力,英特爾(Intel)相較之下就非常低調,另外,國內IC設計大廠聯發科(MTK)也積極投入,預計目前這個鴨子划水的階段不會持續太久,等到全球各地商業化服務以及解決方案陸續上路,贏家將很快脫穎而出。 

華為Huawei 

早在2014年,華為就開始了物聯網技術的研究,並於同年9月,以2,500萬美元收購英國物聯網研究機構Neul。隨後在2015年,華為、高通和Neul聯合提出NB-CIoT,與此同時,愛立信、諾基亞等廠商則提出NB-LTE。最終,在2015年9月的RAN #69會議NB-IoT被認同為融合版本。在2016年6月,NB-IoT標準凍結,3GPP第一個窄頻物聯網標準正式現身。 

到目前為止,華為是業界唯一一家能夠提供從晶片、網路設備到物聯網雲端平台的廠商。華為不僅是NB-IoT的發起者、也是主要貢獻者,提案1,000多項,通過200餘項,排名全球第一。華為的NB-IoT晶片是透過旗下海思與先前併購的Neul團隊開發,根據該公司負責相關產品線的主管透露,華為的NB-IoT終端晶片已可投入商用,2017年4月份可出貨20萬片,後續每月預計達100萬片。 

高通Qualcomm 

全球通訊IC龍頭高通針對NB-IoT與eMTC已經推出MDM9206 LTE IoT解決方案,並在中國大陸與許多廠商進行商業化前的測試合作,包括:2016年11月與中國移動、愛立信啟動第一個Cat-M1測試;2016年12月,與中移物聯網簽署合作備忘錄,探討展開多種合作形式及內容的可行性;2017年5月,高通、中國移動研究院及摩拜單車共同宣布計畫展開中國首個LTE IoT多模場域測試。此外,高通MDM9206也參與中國移動的NB-IoT和eMTC場域測試,與多家系統廠商展開終端間的互連互通測試。 

另外,高通6月底發表針對穿戴式應用的Snapdragon Wear 1200平台,利用NB-IoT或eMTC,訴求低功耗、高效能、常時聯網、具成本優勢的應用,導入兒童、寵物、老人以及健身追蹤器等特定用途穿戴裝置之中。該平台尺寸僅79平方毫米,內含LTE系統單晶片(SoC)、電源管理IC、無線收發器等元件,並支援15個全球通用M1/NB1/E-GPRS射頻頻帶,已通過許多電信業者的網路預先驗證(Pre-certified)。 

聯發科MTK

乘著NB-IoT的熱潮,台灣IC設計業者聯發科技也不缺席,6月底正式宣布推出旗下首款NB-IoT系統單晶片—MT2625,並與中國移動合作宣稱業界尺寸最小(16mm×18mm)的NB-IoT通用模組,強調高整合度、低功耗、低成本。MT2625訴求支援國際標準3GPP R13 NB1、R14 NB2的450MHz至2.1GHz全頻段運作,適用智慧家庭、物流追蹤、智慧讀表等物聯網應用。 

MT2625整合ARM Cortex-M微控制器(MCU)、虛擬靜態隨機存取記憶體(PSRAM)、快閃記憶體與電源管理單元(PMU)並導入自有的低功耗技術。而與中國移動的合作更整合了中國移動eSIM卡,可銜接中國移動自主研發的物聯網開放平台OneNET,MT2625預計於2017年第三季進入商用化。 

英特爾Intel 

從3G時代就積極進軍無線通訊的英特爾(Intel),一路曲折卻從未忘情此領域,此次在5G產業也提早切入,早在2016年3月就針對物聯網應用有所布局,分為支援NB-IoT的XMM 7115與支援LTE-M Cat.1的7120M。另外,XMM 7315整合LTE Modem與應用處理器,屬於一款SoC,而且同時支援LTE Cat-M以及NB-IoT兩種標準。 

2016世界行動通訊大會上Intel於諾基亞展場與諾基亞和沃達豐(Vodafone)一同展示城市與鄉村的物件追蹤應用服務,與其所帶來的益處。不過,到2017年Intel的動作卻轉為低調,市場也有傳聞該公司可能專注於5G Modem的布局,而對可能在價格與毛利率非常競爭的窄頻物聯網應用轉趨保守。 

安謀國際ARM 

全球另類IC巨頭安謀國際(ARM)在智慧型手機時代一統行動晶片架構後,當然也希望能繼續延伸版圖到物聯網產業,於是在2017年2月宣布收購Mistbase和NextG-Com兩家公司,其中,Mistbase是瑞典公司,提供完整的NB-IoT實體層解決方案;NextG-Com則是英國公司,為NB-IoT提供完整的第二層與第三層軟體。 

並在整合兩家公司的SIP後,發表其專為NB-IoT設計的Cordio-N架構,ARM無線通訊事業群技術行銷經理竇振誠表示,Cordio是由Cortex加上無線電(Radio)組合而成的,第一顆採用Cordio-N矽智財授權方案的測試晶片將在2017年第四季問世,晶片正式量產將落在2018年中。 

芯原微電子VeriSilicon 

大陸的IC設計服務公司VeriSilicon也與代工廠格羅方德(GLOBALFOUNDRIES, GF)合作推出eMTC與NB-IoT雙模的基頻數據機搭配整合式射頻前端模組,強調能夠以單晶片高效率整合射頻、收發器、基頻、處理器和電源管理元件,採用先進的22nm製程,提供包括整合式基頻、電源管理、RF無線電的解決方案。 

其他 

除了上述廠商以外,還有部分傳出布局消息的廠商包括:中興微電子、Altair、Sequans等都已推出了支援NB-IoT技術的晶片。中興微電子已於2016年9月發表NB-IoT原型晶片,並在北京國際通信展上展出;此外,還宣布在2017年即將正式推出NB-IoT商用晶片。 

通訊晶片廠商思寬(Sequans)於2017世界行動通訊大會前夕,宣布其將基頻與射頻整合至單一晶片,同時支援Cat-M1與Cat-NB1的Monarch SX平台。另外,Altair宣布其ALT1160 Cat-1晶片通過T-Mobile的認證,也將與澳洲電信業者Telstra合作,於墨爾本與塔斯馬尼亞進行Cat-M1的物聯網測試。 

模組業者強化整合方案 

相較於晶片業者,未來物聯網應用很多都是混合型的情境,比如在家中就可能同時出現藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi、NB-IoT等連結需求;而在智慧城市中,又會出現NB-IoT、eMTC、Wi-Fi、GNSS(Global Navigation Satellite System)等連結需求,因此整合不同通訊技術的無線模組,預計也會在物聯網應用中扮演重要的角色,目前大部分通訊模組廠商都採用Qualcomm、華為或聯發科等大廠的解決方案,包括u-blox、Telit、SIMCom、Sierra Wireless、Gemalto等模組廠也都積極布局MTC解決方案。 

圖2 u-blox商業開發經理黃俊豪表示,現階段NB-IoT的應用雖然商轉案例還在少數,但各種試運行的方案越來越多。
u-blox

u-blox早於2015年就與Neul進行物聯網的合作,所以在該團隊為華為併購之後,u-blox就與華為繼續合作,所以華為最早推出的NB-IoT展示方案就有u-blox的參與。u-blox商業開發經理黃俊豪(圖2)表示,現階段NB-IoT的應用雖然商轉案例還在少數,但各種試運行的方案越來越多,比如智慧量表、智慧路燈/照明、智慧停車場、智慧鎖都是未來非常有潛力的應用。 

u-blox專長在模組,黃俊豪指出,原則上u-blox會提供NB-IoT、藍牙、GPS這類的整合性模組,並針對不同的應用需求,提出更多整合性解決方案,也於2016年6月就發表第一款NB-IoT模組。目前其Sara-R4系列產品可支援LTE Cat-M1/NB1,該系列最新多模模組Sara-R410M-02B,尺寸僅16×26mm,Sara-N2系列則支援LTE Cat-NB1,特別降低耗電量,希望可以延長系統的電池壽命。 

圖3 Telit台灣暨東南亞地區業務總監王鉦德說,在 NB-IoT/eMTC的應用上,該公司看好智慧管理、智慧量表與智慧建築等。
泰利特Telit 

在NB-IoT/eMTC的應用上,Telit台灣暨東南亞地區業務總監王鉦德(圖3)說,該公司看好智慧管理如:智慧照明、智慧停車、智慧廢棄物管理、智慧交通管理;智慧量表(電力、氣體、水);智慧建築等。在垂直產業部分,農業、物流和運輸、醫療保健、製造、能源和公用事業、消費電子、零售等都有很大的發展潛力。 

芯訊通SIMCom 

隨著NB-IoT技術標準底定,晶片產品陸續問世,通訊模組廠商SIMCom全面布局MTC產品,該公司研發副總駱小燕(圖4)認為,SIMCom已經推出以高通MDM9206為基礎的eMTC/NB-IoT/GSM的SIM7000系列模組,其中SIM7000C針對中國市場、SIM7000E針對歐洲市場、SIM7000A針對北美市場等。綜合來看,該系列適用於車載、定位、智慧量表、安全監控、遠端控制、設備資產管理等領域。另外,也將開發採用聯發科MTK2625晶片的NB-IoT模組。 

圖4 SIMCom研發副總駱小燕認為,SIM7000系列除內部整套研發和驗證測試專案外,也完成網路端的相容性測試、用戶端的應用體驗測試。
M2M模組是物聯網應用中的核心元件之一,負擔整個資料傳輸的工作,並與前端各種感測器通訊、控制以及雲端平台連接,駱小燕進一步解釋,芯訊通研發團隊對SIM7000系列除了內部整套研發和驗證測試專案外,也完成網路端的相容性測試、用戶端的應用體驗測試。SIM7000系列上下行資料流程量峰值達到375bit/s,並採用SMT封裝,具有性能穩定、外觀小巧、性價比高、極低功耗特性。模組提供硬體介面包括UART、USB 2.0、PCM等,軟體介面包括:TCP、HTTP、HTTPS、SMS等,並支援定位功能。 

司亞樂Sierra Wireless 

無線通訊模組廠商Sierra Wireless也發表了支援NB-IoT與eMTC的雙模LPWAN模組AirPrimeWP77系列解決方案。該公司主任工程師Gus Vos指出,該模組將整合GNSS定位功能,可以降低系統成本並縮短開發時間。AirPrimeWP77強調高訊號覆蓋範圍與低功耗,並訴求智慧停車與智慧照明等應用市場。 

設備廠商大舉投入應用測試

而在閘道器與設備廠商部分,供應商則顯得非常單純,主要就是華為、諾基亞與愛立信三大設備商,從這些廠商原先布局的3G/4G網路市場延伸,因為MTC應用在核心網路部分只要透過軟體升級,所以三大廠都是以鞏固原有市場,並且協助電信商客戶做好互通互連測試,甚至在部分具備高度潛力的應用上,協助電信商一起進行系統測試為主要策略。 

2017年7月愛立信宣佈協助中華電信建置NB-IoT系統,內容包括愛立信無線系統、支援NB-IoT大規模物聯網無線接取網路(RAN)軟體、虛擬演進式封包核心(vEPC)、虛擬用戶資料庫,以及物聯網裝置及應用服務。核心網路將採用網路切片(Network Slicing)功能,部署成為專用的IoT封包核心網路,中華電信將利用此系統在其實驗室,進行各項物聯網裝置與應用測試。 

華為早在兩年前就開始在包括中國大陸與全球各地,大舉推動各類不同的MTC應用系統測試,由於該公司非常積極投入不管是技術貢獻或從晶片到設備的全面串連,一般認為華為在NB-IoT產業必然會扮演非常重要的角色。諾基亞從去年第四季開始也積極與電信商合作,以台彎市場而言,五大電信商幾乎都有與其合作的消息,相信相關訊息在2017年下半年會越來越多。 

總結上述,目前NB-IoT賽局算是正式開跑,雖然應用測試多過正式商業服務,晶片廠的出貨量都還不具經濟規模,晶片/模組價格也尚未進入市場大量採用的甜蜜點,消費者對於服務的需求更未正式展現,最重要的是消費者對於能接受的服務費率也莫衷一是,但相信這些問題終究會逐步迎刃而解,物聯網不再像過去那樣「霧裡看花」,LPWAN一定會是物聯網產業發展最早也最重要的灘頭堡之一。

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