AIoT之工业互联网芯片浅析

工业互联网（Industrial Internet）是互联网、大数据、人工智能、物联网技术与实体经济深度融合的应用模式，将重塑工业生态链、供应链和产业链，也是智能物联的重要场景之一。根据工信部数据，我国的工业互联网应用截至今年6月底，工业互联网应用已覆盖45个国民经济大类，工业互联网高质量外网覆盖300多个城市。已培育较大型的工业互联网平台超过150家，连接工业设备超过7800万台（套），服务企业超160万家。已部署123个工业互联网试点示范项目和4个产业示范基地，国家工业互联网大数据中心等75个项目建成投入运行，全国“5G+工业互联网”在建项目总数达到了2400个。

图1、工信部工业互联网专项工作组

我国“5G+工业互联网”得益于基站建设及覆盖快而全，近年来工业级5G芯片及模组、AI芯片及模组、感知传感器等突破卡脖子及国产替代的步伐也在加快，部分5G模组售价已下探至500元以下，但相对于4G模组数十元的出厂价仍有不少差距。2G、3G的逐步退网，6G技术白皮书的发布，让产业还遵循着摩尔定律向前发展。苹果收购了英特尔基带芯片，5G集成到A16以失败告终，虽然在笔记本芯片全面替代了英特尔，但是5G基带芯片不得不对高通点头哈腰；4G芯片尚有高通、博通、英特尔、华为海思、三星、联发科、Altair（已被索尼收购）、意法爱立信（已关闭）、英伟达、美满、联芯科技、展讯通信（已被紫光兼并）、锐迪科（已被紫光兼并）、GCT、瑞萨（4G资产已被博通收购）、中兴微电子等原厂角逐，然而全球5G芯片厂商仅剩高通、华为海思（仅自用不外售，5G芯片被打压致使断供）、联发科、三星（仅自用不外售）和紫光展锐五家，中兴微、翱捷、创芯慧联等国产厂商有流片却尚未实现量产，将来或能成为5G模组普及的生力军。

图2、渐成寡头的5G芯片原厂（图源：前瞻产业研究院）

终端模组成本高企是工业互联网推广难度大普及度尚小的阻碍之一，虽然工业级芯片及模组比消费类电子的接受价稍高一些，但是工业互联网应用的百花齐放还仰赖于高性价比5G芯片和轻量化的模组的推出，才能走向规模化应用与发展。基带芯片负责调制（QAM）和解调功能，即信号处理和协议处理，更详细的说主要用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码，是无线通讯的基础，也是决定通话质量和数据传输速度的关键元件。基带芯片的难度在于通信技术是一个长期积累起来的技术，5G基带芯片不仅要满足5G标准，还要兼容4G、3G、2G、1G等多种通信协议。市场研究机构Strategy Analytics数据显示，2021年全球手机基带处理器市场收益同比增长了19.5%，达到314亿美元。高通、联发科、三星LSI、紫光展锐和英特尔占据了2021年基带芯片市场收益份额的前五名。高通以56%市场份额引领基带芯片市场，联发科市场份额为28%，三星市场份额为7%。联发科、高通和紫光展锐的市场份额有所增加，而2021年英特尔、海思半导体和三星的市场份额有所下降。

图3、基带芯片和射频芯片工作示意图

在BAW市场国内具备FBAR供应能力的企业主要是天津诺思，已推出适用于5G NR n41和n78频段的FBAR滤波器，另外，汉天下、珠海晶讯等也已实现部分频段的BAW量产。

LTCC器件方面，顺络电子、麦捷科技、风华高科、嘉兴佳利、飞特尔等已实现产品布局。其中，顺络电子已推出多款LTCC智能手机和基站用滤波器，覆盖N77、N78、N79等5G主流频段；麦捷科技实现了LTCC滤波器量产及主流客户导入。

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IPD滤波器市场，卓胜微采用优化设计的IPD滤波器已满足Sub-6GHz超高频段滤波需求，采用差异化IPD滤波器方案的LFEM产品整体性能指标已比肩国际先进水平，并已实现规模出货。

在PA市场，面对Skyworks、Qorvo和博通各自20%以上的市占率，国内PA主要供应商唯捷创芯、飞骧科技、昂瑞微、慧智微等依靠晶圆厂代工，都实现了5G PA的量产。这也会是国产射频芯片率先突破和超车的领域。

图4、射频芯片市场及产业链（图源：中金公司）

5G核心技术推动5G频段增多，5G手机射频前端PA、滤波器、开关及模组产品的数量不断提升，平均单机射频价值将从4G手机的7-16美元增加到32-38美元。这也成为了5G模组售价居高不下的主要阻碍之一。

另外一方面，工业互联网不同场景特点的应用，对于网络的需求千差万别。有的要求大带宽，增强型移动宽带（eMBB）；有的要求大连接，海量连接应用（mMTC）；还有的要求低时延，超可靠低时延连接（uRLLC）。同一网络下同时满足这些要求代价很大，而5G网络切片在一个物理网络上实现多个资源隔离的逻辑网络来满足需求，技术上尚需突破。

图5、5G网络切片技术

据通信产业网统计，无论从全球市场，还是国内市场来看，移远、广和通和日海三家在5G模组供应方面的出货量均位于前列，5G模组TOP5厂商分别是移远通信、广和通、日海、中兴通讯、鼎桥。

图6、5G模组TOP5（图源：通信产业网）

移远通信已开发了5G模组型号已超30余个，包括5G工规级模组、5G安卓智能模组、5G车规级模组等，覆盖Sub－6GHz和毫米波频段，可满足不同行业应用对频段、尺寸、功能的个性化需求；广和通已发布FG150、FM650、FG360等在内的十余款基于不同芯片平台（高通骁龙、紫光展锐、联发科）的5G模组，多次入围国内运营商招标采购项目；日海通过先后并购模组厂商“龙尚科技”与“芯讯通”，一举成为全球模组份额前列的厂商。

此外还有中移物联OneMO、联通数科、美格智能、爱联科技、有方科技、芯翼、高新兴、利尔达、华为、海信通信等企业推出过5G模组，相对4G或其他无线通讯方式的模组厂少了一个数量级。这也是5G模组售价居高不下的原因之一。华为预计今年5G模组价格将下探到40美金以下，到2023年降至20美金以下。

图7、5G模组价格趋势（图源：华为）

“十年磨1G”是通信产业的共识，5G Advanced技术演进能为6G打好基础，为未来工业互联网领域的多样化应用创造新价值。最近全球5G标准的第三个版本——3GPP R17完成第三阶段的功能性冻结，即完成系统设计。R17的完成标志着5G技术演进第一阶段的圆满结束，R17能让更多5G系统增强功能逐步走向成熟，将5G持续扩展至全新工业互联网终端、应用和商用部署。

图8、5G标准发展路线图（图源：3GPP）

然而在智能机床、高档数控、工业软件、工业机理模型等高端产品和核心技术方面存在短板和弱项，我国95%的高档数控系统、80%的芯片以及几乎全部的高档液压件、密封件和发动机都依赖进口；工业企业内各种生产设备型号繁多，连接协议等技术标准尚不统一，我国工业制造企业离数字化、智能化尚有较大差距。此外，5G在工厂内网络部署架构、网络配置模式、上行带宽不足等关键问题尚未解决。我国工业互联网在底层技术和工业软件等方面仍与发达国家存在一定差距。我国5G商用2年多来，5G行业应用案例超过1.2万个，覆盖钢铁、电力、矿山、港口等20多个重要行业和有关领域，形成了一大批丰富应用场景，成为引领经济高质量发展新引擎。

5G芯片和模组仅是工业互联网落地的基本点，我国工业互联网产业规模超过万亿，芯片和方案的国产替代未来可期。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了物联网芯片的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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审核编辑 黄昊宇