“模组芯片化”会是投向物联网行业嘅重磅炸弹吗？

转载：本文来自微信公众号“物联网智库”（ID:iot101），作者：Enzo，转载经授权发布。

喺通往芯片小型化和微型化嘅路上，一条以SoC（片上集成）为主，沿住摩尔定律持续演进；另一条以SiP封装技术为主，被视为超越摩尔定律嘅重要路径。喺物联网规模化应用嘅驱动下，NB-IoT模组又将沿住边条路演进呢？

自2015年7月NB-IoT被提出以来，喺华为及全球范围内大批企业嘅共同推动下，经过近6年时间嘅发展，NB-IoT已经成为低功耗广覆盖应用场景中嘅首选技术，并喺上年7月正式被纳入5G技术标准当度，同5G生命周期同步，承担起庞大嘅低速率应用场景嘅连接重任。喺NB-IoT强势发展嘅过程度，模组厂商喺产业链中起“承上启下”嘅衔接作用，愈加受到行业关注。

从出货量来睇，2020年国内NB-IoT模组出货已经超过6000万嘅规模，并且保持住积极嘅增长态势。唔过，伴随住NB-IoT应用规模嘅进一步持续扩大，新应用、新场景、新需求唔断推陈出新，各家NB-IoT模组方案也逐渐演进至全新发展阶段。

基于行业观察，驱动各家模组厂商产品唔断迭代嘅原因主要来自两个方面：一方面来自行业内部动力，各家模组成本持续压低、尺寸追求极致、功耗要求更低、性能需要更稳定，且唔断融合BLE/GNSS/Cat.1等功能模块同植入软硬件安全等成为主流；另一方面则来自于物联网垂直行业差异化需求嘅驱动，模组厂商更需要展示其生产制造、行业解决方案、技术服务、商务支撑等全方位综合能力。

因此，对于物联网模组厂商及上游参同者而言，睇准NB-IoT模组未来发展趋势显得尤为关键。而家，“模组芯片化”正喺成为行业嘅新兴趋势。

全新模组方案：模组芯片化

随住物联网行业唔断快速发展，为满足千差万别嘅物联网应用场景而诞生‌种类丰富、数量庞大嘅物联网终端。上年11月，国际知名市场研究机构IoT Analytics发布数据指出，全球物联网连接数首次完成对非物联网连接数嘅“超车”，同时指出物联网设备喺过去十年间已经成为全球设备保持高速增长嘅主要动力。

从连接数来睇，喺国内，中国电信NB-IoT总连接数一骑绝尘，截至2021年2月已经达到8700万，中国移动NB-IoT用户数紧随其后，截至2020年10月也累计达4800万。从应用层来睇，行业已经开拓‌智能表计、智能追踪、智慧烟感、智慧路灯、智慧停车、智能门锁、智慧大气监测等数十种应用场景，形成‌“4（千其级）+7（百万级）+N（新兴潜力）”嘅规模格局。 

物联网发展以唔可思议嘅速度向前狂奔，同样哋物联网厂商面临嘅挑战也一并袭来。众所周知，消费电子产品同行业终端之间嘅要求、价值等可谓大相径庭，唔同于以往电脑、手机、平板等体积较大嘅消费电子产品对于芯片等核心元器件嘅体积要求唔那么敏感，物联网时代出现嘅大量智能硬件、可穿戴设备、智能表计产品等，对产品嘅尺寸大小、功耗、成本价格等要求甚为苛刻。

比如睇似比手机、电脑体积更大嘅自行车，通信器件部署唔仅要隐蔽，仲要需要针对其成本和完备嘅功能进行考量。而相比较之下嘅消费端，或者人就更愿意购买像苹果AirTag一样价格高昂嘅硬件挂喺钥匙上。因为购买主体唔一样，发挥价值唔一样，导致两种商业思维自然也唔一样，比如AirTag除咗防丢失之外嘅“面子”价值，就唔是行业用户所考虑嘅。 

而从目前市面来睇，各主流芯片厂商已经推出实现商用落地嘅NB-IoT芯片嘅大小一般为6mm6mm嘅尺寸，然后交付下游由模组厂商再按照各自设计将MCU、存储芯片、滤波芯片及第啲元器件集成封装，最终产出完整嘅NB-IoT模组。而此时NB-IoT模组嘅体积已经相较芯片时嘅大小“膨胀”‌数倍。之前，业内发布嘅全球最小体积嘅NB-IoT模组嘅尺寸也达到‌16mm18mm嘅大小，虽然大小只同一枚1元硬币相当，但这对终端厂商而言依然是其产品落地中嘅“阿喀琉斯之踵”。

相比之下，喺NB-IoT芯片和模组尺寸、价格都做到极致时，将NB-IoT模组芯片化，围绕垂直行业做高集成化嘅NB-IoT解决方案或者更能找准用户核心价值。基于此，苏州吾爱易达物联网公司呢排推出‌两款芯片化超小体积嘅NB-IoT模组——SNS521S和SNS521H。

其度，SNS521S为一款全球最小体积嘅高性能超低功耗芯片级NB-IoT通信模组，佢嘅尺寸大小仅为8mm8mm，相比之前全球最小体积嘅NB-IoT模组仅为其体积嘅四分之一，几乎同主流NB-IoT芯片大小相当，并且其内部集成‌NB-IoT通信所需嘅所有功能部件。

SNS521H为一款燃气行业专用芯片级解决方案，其大小只有12mm12mm嘅尺寸。更重要是嘅是，佢专为智慧表计行业设计，唔仅能满足基本嘅通信需求，仲要针对性进行更高程度嘅集成，可代替传统燃气表MCU微控制器，提供二次开发能力。 

除吾爱易达之外，包括芯翼信息科技有限公司、杭州为峰智能科技有限公司、上海奥蓝迪物联网科技有限公司喺内嘅大批芯片及模组厂商都开始探索“模组芯片化”之路，采用SiP技术赋能模组进入新时代。

揭秘方案背后：超越摩尔定律嘅SiP

NB-IoT模组芯片化嘅演进过程并唔系一蹴而就嘅。从芯片技术演进角度讲，NB-IoT行业嘅芯片/模组厂商更似是“企喺巨人嘅肩膀上”受到启发，弥补‌NB-IoT行业多年嘅空白。

众所周知，电子产品喺过去几十年嘅发展过程中都以摩尔定律为“圣 经”，呢令到相关产品嘅性能喺此期间获得‌最大保障。但是，随住芯片承载嘅物理空间逼近极限，摩尔定律也只能随住时间推移而失效。

业界为喺芯片层面继续探索小型化和微型化系统，提出‌SoC片上集成和SiP芯片级封装两种思路，前者是摩尔定律嘅延续，已经被证实发展前景困难重重，后者是超越摩尔定律嘅尝试，喺摩尔定律逐渐失效以及PCB板技术演进长期停滞嘅状态下，为对设计空间、产品体积、成本等要求严格嘅物联网行业拓展‌更大空间。

根据国际半导体路线组织（ITRS）对SiP嘅定义：SiP为将多个具有唔同功能嘅有源电子器件和可选无源电子元件，以及诸多如MEMS或光学器件等第啲器件优先组装到一齐，实现一定功能嘅单个标准封装件，进而形成一个系统或子系统。 

从思路上来睇，SoC从设计嘅角度出发，而SiP则是从封装嘅角度出发。从架构上来睇，SiP将唔同功能嘅芯片集成喺一个封装内，唔同功能嘅芯片、唔同材质嘅芯片都可以按照并排或叠加嘅方式，也就是2D SiP或3D SiP嘅方式封装。对于物联网下游终端客户而言，除咗已经提及嘅小体积降低PCB板用量、更低成本、更高更可靠嘅性能等优势之外，SiP技术减少‌芯片嘅重复封装，降低‌布局同排线难度，也进一步缩短‌物联网产品嘅研发周期，有助于行业用户研发嘅产品更快实现商业化落地。

当然，NB-IoT行业逐渐应用SiP技术并非摸住石头过河，早喺消费端电子产品中SiP就已经进行‌大量嘅实践和验证。苹果就是SiP技术嘅坚定拥护者，比如iPhone7 Plus中就采用‌约15处唔同类型嘅SiP封装技术，以便喺智能手机功能唔断丰富以及高性能嘅过程中仍保持其轻薄化。并且，唔局限于消费端，物联网行业对SiP技术嘅使用也由来已耐。

相比NB-IoT领域，唔少企业喺Lora相关嘅产品研发中早已采用‌SiP技术，并验证‌佢潜在嘅价值。众所周知，从目前Lora芯片嘅供应链来睇，早已摆脱‌以往单一供应商，转为多供应商嘅格局。主导LoRa技术嘅Semtech公司唔仅销售LoRa芯片，同时也向获得授权嘅合作伙伴同时直接销售LoRa晶圆（唔带封装）。比如台湾群登科技、ASR、深圳国民技术等公司，都可以通过SiP技术将MCU和第啲芯片同LoRa一齐封装，自行销售SiP芯片。而咁样做嘅优势显而易见，LoRa上演‌百家争鸣嘅繁荣格局，并避免‌现阶段国际环境下对于供应链嘅担忧。

对于已经到来嘅5G时代，SiP技术嘅重要还将日益凸显，因为5G时代电子产品将集成更多嘅电子元器件，包括毫米波嘅应用、多网络通信制式嘅兼容等，对于芯片封装技术嘅要求只会更高。

价值凸显：更适应物联网行业嘅方案

当然，NB-IoT行业芯片及模组厂商应用SiP技术唔仅是行业内部动力使然，作为NB-IoT产业链嘅上游供应方，向行业展示其垂直行业解决方案全栈能力也有外部环境嘅驱动。唔同于数十年发展而来嘅消费电子领域，几乎由上游主导，上游供应链提供乜嘢，下游就只能使用乜嘢，然后再基于各自理解做差异化扩展。而物联网领域本身就是极具碎片化、差异化，唔再由技术驱动，转而向需求驱动转变。

喺呢种商业思维嘅转变下，呢几年行业中也出现咗唔同以往嘅理解，以往感觉高高喺上嘅芯片、模组企业都喺度唔断下沉，贴近垂直行业，做更加精细化嘅分工，提供差异化嘅解决方案。向上是芯片及模组厂商主动求变，推动技术革新；向下则是深入垂直行业获取行业Konw-How，形成更紧密嘅供应链体系。 

模组芯片化就是更适应物联网发展嘅一条可行之径。以往，上游芯片厂商开发多功能集成、多部件植入嘅通用模组，由下游模组厂商做扩展并圈定适用范围，对于终端侧用户而言并无太多主动权同发言权，行业用户甚至无办法对商业模式进行主导。而家，通过模组厂商客制化能力，由行业用户需求入手为其提供个性化嘅系统集成，配合行业软件、AI应用支撑等，更需要将行业发展嘅主动权交还畀行业用户自己。

简单嚟讲，NB-IoT同Cat.1一定有差异化嘅应用场景需求，而就算是同为NB-IoT应用，其需求都系千差万别。比如典型嘅NB-IoT水表同燃气表，佢喺数据类型、数据粒粒度、功耗等方面根据自身需求也有唔同嘅要求。相比传统通用模组，进行模组芯片化定制开发嘅模组唔仅能喺形态、成本以及性能上满足用户，更可以根据唔同类型嘅业务场景提供精细化服务，打造属于行业简单、易用、智慧嘅商业化方案。

小结

随住物联网应用规模落地，越来越多物联网智能终端需要更加极致嘅设计和多功能嘅整合，通过SiP技术达到模组芯片化将会日益受到关注。同时，上游厂商唔断下沉行业已成为既定嘅事实，进而更加务实嘅转向行业发展，以需求驱动，以定制化为主，先是突破物联网行业碎片化、差异化瓶颈嘅必经之路。