3GPP 5G技術 LTE IoT 蜂巢式 BLE SiP LPWAN RF SEP

供應鏈模式迥異手機 IoT翻轉蜂巢通訊元件市場

2020-10-05
智慧手機一直以來,都是帶動產業發展蜂巢半導體供應鏈的動力。但隨著營運商轉向尋求新的收益,除需具備蜂巢式技術外,也需留意專利與新商業模式的決策,進而促進物聯網新興應用發展。

 

在不依賴智慧手機的情況下,蜂巢式物聯網市場需要的半導體供應模式,將與傳統電訊市場走向完全不同的道路 從最早期的第一代網路到現今迅速成熟的4G和起步中的5G基礎架構,電信業已發展成一個為智慧手機用戶滿足需要的產業。這是一個要求特別嚴格的市場。據預測到2020年,將有38億人擁有行動電話。在整個地球上,這接近於每兩個人就有一支手機。

智慧手機行動電信服務的門號數甚至超過了手機銷售量,根據GSMA Intelligence的資料,到2018年底,有接近七成的人申請了行動電訊服務。世界上越來越多人口擁有了通往網際網路的門戶,並且享用了網際網路為教育、醫療保健、娛樂和銀行等領域帶來的好處。

智慧手機一直是帶動業界發展蜂巢半導體(Cellular Semiconducter)供應鏈的動力,這並不足為奇。分析機構Linley Group指出,雖然很難得知蜂巢半導體方面的確切數據,但是蜂巢式基頻處理器市場(智慧手機的重要零組件)在2015年的價值為214億美元,現在的價值肯定更是大為提高。

希望在這一蓬勃發展的產業中搶到市占率的企業採取了積極策略,導致企業間的相互購併發生以及設計人才的匯聚。如今,在價值以數十億美元計的常規蜂巢式晶片業務中,變成只有少數幾家相互競爭的蜂巢式半導體技術巨頭,向少數幾個相互競爭的智慧手機巨頭銷售產品。儘管激烈競爭給失敗的廠商帶來痛苦,但是對於消費者而言,激烈的競爭卻逐年產生更優異的高階產品,與此同時,非洲等發展中的大陸也可以憑藉價格便宜的低階手機款式來享受到蜂巢技術的好處。

然而,改變即將到來—推動力主要來自營運商尋求新的收益,以抵消為支援蜂巢技術的RF頻譜部分所花費的巨額授權成本。具體來說,除了其網路上專用於常規高需求流量的頻寬,營運商還熱衷於鼓勵用戶使用低功耗、低速度的物聯網設備,以充分利用其蜂巢式網路上可用的備用頻寬。

蜂巢式技術能夠提供現成的解決方案來將遠端低功耗廣域網路(LPWAN)中的IoT感測器直接連接到雲端,進而獲得超越其他LPWAN無線技術的競爭優勢。第三代合作夥伴計畫(3GPP)是多個電信標準協會的合作成果,它的第13標準版本引入了針對兩種低功耗LTE形式(LTE-M和NB-IoT)的規範,迅速鼓勵企業利用這一優勢。該標準版本於2015年採用,並且推動了4G LTE為物聯網應用帶來支援。

而人們也已經感受到這些影響。全球電訊基礎設施設備商愛立信(Ericssion)的最新研究預測,到2024年蜂巢式物聯網連接數量將劇增至41億個(其中LTE-M和NB-IoT技術將占45%)。這些低資料速率設備不需要手機核心中複雜且昂貴的蜂巢晶片模組,進而為新的供應商打開了市場,這些供應商為IoT應用開發出精簡高效的小型蜂巢式數據機,並且顛覆了已建立的蜂巢式半導體供應鏈。

物聯網鼓勵新企業加入

這些供應商當中的半導體商,如Nordic便已經看到物聯網所需要的半導體供應模式,其與蜂巢式智慧手機市場的供應模式幾乎完全相反。

Nordic蜂巢物聯網產品經理Peder Rand表示,就終端產品與應用而言,消費性和工業物聯網將會由許多較小的公司和新創企業主導。當然,市場上有大型客戶希望應用蜂巢式物聯網來有效推動大規模營運,這對於蜂巢式物聯網無線技術的長期成功極為重要。但是,現在蜂巢式物聯網領域中的代表性企業都是蜂巢式技術的新手,他們希望將蜂巢式技術加到現有的物聯網產品中以取代Wi-Fi等技術,或者開發具有全球連線性的全新物聯網應用,以提高營運效率並降低成本。

而蜂巢式物聯網市場和由小公司和新創企業為主導的傳統藍牙和超低功耗無線半導體市場之間,有著更多的共同點。如Nordic至今為止已向220多家公司提供nRF9160 SiP樣品,並宣布其蜂巢式物聯網客戶已上市了大約十種產品及應用,這些產品及應用幾乎都來自較小的公司和新創企業。這些公司經常表示,技術支援是產品成功商業化的關鍵實現因素。

市場分析機構IoT Analytics最近進行的一項研究(2019年物聯網新創企業報告和資料庫)認同了此一發展趨勢,該研究對當今全球共計1,018家快速興起的物聯網新創企業和規模較小的公司進行了驗證和分類,而這些企業的成立時間均不超過六年。將現有的中小型企業加入其中後,可以看到全球有成千上萬的企業參與蜂巢式物聯網半導體模組市場。

供應方也有類似的情況:今日的蜂巢IoT半導體市場由Nordic等幾家供應商向成千上萬的客戶提供服務,其中許多是規模較小的公司或新創企業。其中許多客戶需要極為密切的技術支援才能掌握蜂巢式物聯網的複雜性,以建構原型並將新產品推向市場。與此形成鮮明對比的是,現有的手機市場是由少數幾家供應商和幾家具備蜂巢專業知識的智慧手機製造商所主導,這樣一來,出現新商業模式的原因就很明顯了。

智慧手機設計化繁為簡

Nordic公司的Rand對此感到認同,他表示,那些將蜂巢IoT整合到自家產品中的小型企業有一個特點,他們往往必須取得全部的技術支援之後,才有辦法將新的LTE-M或NB-IoT產品或應用快速推向市場。考慮到蜂巢基礎無線技術的複雜性早已人盡皆知,或許這實在不足為奇。Nordic的技術長Svein-Egil Nielsen表示,把傳統的蜂巢式數據機融入智慧手機的設計中,是一項極其複雜的任務,遠遠超出大多數公司的工程技術能力。這有助於解釋為什麼今日製造手機的企業有如鳳毛麟角。

Nielsen補充,Nordic很早就意識到必須找出其他方法來幫助客戶避免受制於蜂巢無線技術的複雜性,否則他們將難以起步,更不用說開發成功的商業產品。但是Nordic確實有自己的訣竅,因為他們在低功耗藍牙領域中擁有較高的市占率。他進一步解釋,該公司藉由低功耗藍牙軟體架構和開發套件,消除了所有不必要的技術複雜性,促進了藍牙在各種應用領域中的快速採用,使開發人員可以專注於開發應用上,而不必面對複雜的RF技術。同時,因為知道在蜂巢式物聯網領域的典型客戶需要完全相同的簡化方法,因此該公司打造nRF9160 SiP和開發工具來支援這項策略,並為其SiP取得全球許多營運商的認證,未來將繼續努力,以便客戶能夠將產品提供給多個國際市場。而其也與eSIM的供應商iBasis合作,以確保採用nRF9160的公司具有即時接取網路的內建解決方案。

不過,Nielsen提醒,還有一些不利的因素有可能阻礙蜂巢式物聯網的迅速採用。首先,與Nordic競爭的解決方案傾向假設開發商自身擁有大量蜂巢式技術專業知識,進而限制可以利用這些解決方案的公司數目。但是Nielsen認為,技術的複雜性不是阻礙未來成長的唯一因素,專利許可也是另一個因素。

Nordic正在與其他企業一起打造解決方案。Nordic法律總監Marianne Frydenlund認為,主要的蜂巢標準必要專利(SEP)持有人尚未將專利組合的授權許可,提供給如Nordic的元件製造商,若對這一點置之不理,將會對蜂巢式物聯網產業的發展形成強大阻力,這也是他最近加入無線技術專利監管機構歐洲公平標準聯盟(Fair Standards Alliance)的原因之一。

蜂巢物聯網推促跨領域產品上市

蜂巢式物聯網新企業的工作狀況如何?從Nordic的角度來看,使用該公司的蜂巢IoT解決方案進行產品和應用開發證實事半功倍,橫跨多個產業的一系列創新產品已迅速上巿。

其中一個例子是電池供電的多合一LTE-M智慧家庭警報器。在該產品應用中,LTE-M連接取代了先前使用的Wi-Fi,無論屋主身在世界的任何角落,這個警報器都可以向屋主的智慧手機發送即時警報。

另一個例子是蜂巢式物聯網緊急警報。該警報器目的在保護需要特別看顧的人們,例如可能遭受人身攻擊或獨自遇上意外的專業人士,以及居家的老年人。該警報器不需要用戶自行設置,只要按下兩次按鈕便可以啟動,然後將用戶的身分(憑藉獨一無二的用戶ID)及其GPS位置通知緊急回應中心。

事實證明,客戶對Nordic的解決方案反應正面。一位客戶表示,該公司致力於開發蜂巢式物聯網技術,讓其留下深刻的印象。Nordic採用的策略,迎合了現今蜂巢式物聯網改變蜂巢式技術產業的步調,而且會在產品邁入商業化之前,就多年投入大量的研發資源來開發蜂巢式物聯網解決方案。

智慧手機橫越局限

早期的產品應用展示了蜂巢式物聯網如何為企業提供超越傳統智慧手機市場的新機會。有潛力的應用清單也數之不盡,並且很可能涉及包括農業、汽車、基礎設施、建築維修、消費性電子產品、能源和公用事業、衛生保健、工業和安全應用等在內的各個主要領域。新興物聯網應用清單越來越長,要求蜂巢式物聯網應用採用不同的業務模式。這個只是一個開端,並不包括蜂巢式物聯網現階段將可落實商業化的嶄新應用。

然而,蜂巢式物聯網無線技術不會單獨存在,它需要與支援IoT的各種其他無線技術共存,例如短距離、低功耗協定的低功耗藍牙、藍牙Mesh、Thread和Zigbee。作為對其他物聯網技術的補強,蜂巢式物聯網將會更多地納入物聯網領域矽產品的成熟供應鏈中,進而進一步影響現有的蜂巢式技術產品供應鏈現狀。

智慧手機數據機模組目的在於滿足特定應用(高傳輸量蜂巢通訊)和少數設備製造商的需求。相反地,蜂巢式物聯網必須滿足成千上萬的應用和成千上萬的客戶的需求,兩者截然不同。

(本文由Nordic提供)


 

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