无线通信分为近间隔和远间隔传输,而局域物联网正快速推动短间隔无线通信办法发展。根据爱立信移动市场报告估量,环球物联网终端数量将由86亿增加至2024年的223亿,复合增长率17%。并且短间隔无线连接是物联网的紧张连接形式,连接设备数量将由2018年75亿上升到2024年178亿,复合增长率达到15%。
无线通信技能紧张分广域网和局域网两种,差别在传输间隔和通信协议方面。局域网无线通信技能包括NFC、IrDA、WIFI、蓝牙、ZigBee、Z-Wave、UWB、RFID、LiFi等,传输一样平常在0-300米;广域网无线通信技能包括GPRS、LoRa、NB-IoT等,有效传输间隔在公里级。蓝牙是最紧张的局域网(短间隔)无线通信办法之一,适宜覆盖间隔在百米以内、数据传输量较小的通信。

蓝牙实现功耗、本钱、功能的完美结合,运用开拓方面拥有上风。在紧张的几种局域网无线通信技能中,NFC紧张用于近场识别与通讯,运用领域较为局限;WIFI传输速率快、与互联网无缝连接,但功耗较高、运用开拓上无上风;ZigBee最大的亮点是可实现mesh组网,在大规模联网设备掌握方面具有上风,但与智好手机连接需额外网关。而蓝牙在传输间隔(最大可达300米)、功耗(分别可实现10mA和数uA级别的事情和待机功耗)、本钱、效率和安全性上均具有较大的上风,且集成其他通信技能的功能,如mesh等,运用上风较为明显。

蓝牙技能标准迈入5.0时期,Mesh组网技能助力高端低功耗蓝牙开拓物联网市场
蓝牙4.0引入了低功耗模块,敲开物联网的大门。蓝牙技能最早由爱立信公司在1995年提出,紧张运用于蓝牙音频领域,随后1998年蓝牙技能同盟(SIG)成立,卖力制订和掩护蓝牙技能标准。至今蓝牙技能标准从1.1到5.1版本,共经历了10次升级,而自2010年蓝牙4.0标准发布之后,蓝牙由经典蓝牙迈向低功耗蓝牙时期,而低功耗模块的引入,也将蓝牙的功耗降落了90%以上,使更多终端尤其是移动终端设备的联网化成为可能。
蓝牙5.0占领了蓝牙传输速率和传输间隔的短板,功耗进一步降落,高精度定位测向功能扩大运用领域。蓝牙5.0相对付4.2版本,传输速率是4.2的两倍,有效传输间隔是4.2的4倍,广播模式信息容量提高到原来的8倍;并且功耗再次降落,事情电流达到毫安乃至微安级别,待机电流降至毫安乃至纳安级别;其余,BLE5.1引入高精度定位测向功能,室内导航定位达到厘米级精度,这些性能也进一步巩固了BLE在物联网领域的地位。
Mesh组网技能是低功耗蓝牙实现大规模物联网连接的关键技能。蓝牙Mesh组网技能在2017年得到SIG批准,这是一种独立的网络技能,兼容4及5系列蓝牙协议。它把蓝牙设备作为旗子暗记中继站,利用低功耗蓝牙广播的办法进行信息收发,可以实现多对多设备通信,从而实现大面积覆盖。这种技能可组节点成百上千,无需网关就可以直接与智能终端通信,知足物联网的连接需求,尤其是在工业物联网、聪慧城市、智能建筑等领域具有运用上风。
相对付经典蓝牙,低功耗蓝牙有传输远、功耗低、延迟低等上风。传输间隔方面,经典蓝牙只有10-100米,而BLE最远能传输300米;连接办法上,经典蓝牙只能通过点对点的办法传输,而BLE设备能够能通过点对点、广播、Mesh组网与其他设备相连;在功耗上,两者的差别巨大,低功耗蓝牙运行和待机功耗极低,利用一颗纽扣电池便能连续事情数月乃至数年之久。
经典蓝牙支持音频传输,而低功耗蓝牙紧张用在非音频数据传输上。基于这个差距,经典蓝牙和低功耗蓝牙运用处景有所不同。经典蓝牙紧张运用在音频传输设备上,而低功耗蓝牙紧张用在数据传输领域,尤其因此物联网为主的数据传输。
蓝牙技能同盟(SIG)逐步停滞掩护经典蓝牙标准,蓝牙进入5.0时期是一个一定。随着蓝牙技能标准不断升级,为提高蓝牙产品品质,推动新版蓝牙运用,蓝牙技能同盟对经典蓝牙标准逐渐停滞掩护,已于2019年撤销经典蓝牙2.0版本,弃用4.1/4.0/3.0/2.1版本,并将于2020年正式撤销4.2以前的版本,不再认证4.2标准以下的产品,5.0版本的高端低功耗蓝牙取代以前蓝牙是未来主流趋势,蓝牙进入5.0时期已是板上钉钉。
低功耗蓝牙受益可穿着设备、物联网发展,市场空间达65亿美元,保持快速增长
蓝牙分为经典蓝牙和低功耗蓝牙。经典蓝牙一样平常包含根本速率(BR)、增强速率(EDR)、高速率(HS/AMP)这三种模式,低功耗蓝牙则包括低功耗模块(LE)。
在低功耗蓝牙芯片市场中,存在单模和双模两种不同的芯片设计。单模蓝牙芯片是指仅支持低功耗传输功能的芯片,而双模蓝牙除了支持低功耗传输以外,还支持经典蓝牙传输,这就使得蓝牙芯片可以兼容4.0以下的版本。值得把稳的是,双模低功耗蓝牙实际功耗更靠近于经典蓝牙。
可穿着设备是低功耗蓝牙率先爆发的市场,当前处在快速增长期。根据IDC数据,估量2019年整年可穿着设备出货量有望超过2.23亿台,2023年出货量将增加至3.02亿台,年复合增长率达到7.9%。可穿着设备增长紧张来自腕式设备和耳戴式设备,个中腕式设备出货量占比超过60%,紧张为智好手表和手环,常用于康健、运动等场景,作为手机等移动终真个外围设备,数据传输是其紧张功能,对功耗有很高哀求。
物联网市场增量空间巨大,且对功耗和组网能力哀求愈加严格,低功耗蓝牙将是局域物联网主要玩家。低功耗蓝牙以其本钱低、功耗低、Mesh组网能连接上千个节点的上风,无论是在单个设备还是系统构建上,都有用武之地,因此低功耗蓝牙是局域物联网运用处景不可或缺的玩家。
详细来说,低功耗蓝牙在物联网未来爆发的空间集中在智能家居、聪慧楼宇、聪慧城市、智能工业等领域。根据蓝牙技能同盟(SIG)数据,估量2023年蓝牙智能家居设备年出货量将达到11.5亿,年复合增长率达到59%;估量2023年蓝牙智能楼宇设备年出货量会达到3.74亿,年复合增长率达到46%;估量2023年蓝牙聪慧城市设备年出货量会达到1.97亿,年复合增长率达到40%;估量2023年蓝牙聪慧工业设备年出货量达到2.78亿,年复合增长率达到40%。
低功耗蓝牙市场将持续增长,2023年环球低功耗蓝牙市场有望达到67亿美元,2018-2023年复合增长率达7.6%。根据蓝牙技能同盟SIG估算,2018年低功耗单模蓝牙出货量为5.4亿,双模蓝牙出货量为27亿,BLE总市场规模约45亿美元。估量到2023年,环球90%以上的蓝牙设备将利用低功耗蓝牙芯片,约有三分之一的设备将利用单模低功耗蓝牙,出货量估量达到16亿,市场空间达22亿美元;为了能够充分利用蓝牙技能的上风,双模蓝牙正在取代经典蓝牙,估量2023年双模蓝牙芯片出货量将达32亿,市场空间高达45美元。2018至2023年低功耗蓝牙整体复合增长率达到7.6%。
国外厂商抢占高端BLE市场先机,海内厂商也开始逐步布局低功耗蓝牙
BLE领域尚未完备形成寡头垄断格局,国外厂商布局较早,霸占紧张市场份额
环球低功耗蓝牙企业呈现充分竞争的格局,国外厂商布局较早,市占相对较大。自2010年低功耗蓝牙引入以来,国外厂商引领低功耗蓝牙培植,到目前为止,环球紧张低功耗蓝牙厂商有Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon lab、Microchip、Toshiba、泰凌微等。除泰凌微外,其他厂商多来自欧美和日本,霸占高端BLE芯片市场,个中挪威的Nordic以40%旁边的市占率成为BLE领域的龙头,海内涵这个领域市占率较高的厂商只有泰凌微一家,目前产品在照明领域运用较多,其他厂商多是蓝牙领域的低端同质产品。
以Nordic为代表的国外厂商在低功耗领域布局较早,节制技能和市场先机。早期低功耗蓝牙(或称“蓝牙智能”)由诺基亚和Nordic互助开拓,被纳入蓝牙4.0标准并发布,因而Nordic也为低功耗蓝牙标准贡献了核心技能和专业知识,成为技能鼻祖。在拥有技能上风根本上,Nordic准确把握市场趋势,快速推进低功耗蓝牙芯片研发,在2012年发布了第一代超低功耗蓝牙nRF51系列,在2015年又成功推出nRF52系列低功耗芯片,并及时将这两个系列蓝牙升级到5.0及以上版本,霸占市场先机。2018年Nordic低功耗蓝牙芯片收入为1.85亿美元,年增长率23.3%,市占率40%旁边。
细分运用领域的渐次渗透助力Nordic完成市场开拓。早在2013年,Nordic在电脑配件市场霸占一席之地,这个市场为其低功耗蓝牙运用供应了良好的过渡。在此根本上,Nordic瞄准物联网市场,不断开拓低功耗蓝牙在物联网细分领域中的运用,尤其在可穿着设备、智能家居、医疗保健设备市场上得到了不少客户的青睐,在市场上霸占了领先地位。Nordic客户分部在欧洲、美洲和亚太;2018年亚太地区客户带来的业务收入高达75%,中国是紧张的客户之一。
Dialog是仅次于Nordic的第二大低功耗蓝牙芯片公司,截至2018年,低功耗蓝牙芯片出货量超过2亿颗。2018年Dialog低功耗蓝牙业务收入约0.52亿美元,年增长率21%,市占率约11%。公司从2013年开始研发低功耗蓝牙,2015年第一代低功耗蓝牙出货,逐渐形成完全的产品组合,2016年第二代低功耗蓝牙出货,并在2017年升级到蓝牙5.0。其产品紧张运用在可穿着设备和智能家居上。
可见,国外霸占一定市场份额的公司在低功耗蓝牙研发上起步较早,与下贱客户联系紧密,为最近几年低功耗蓝牙运用处景的爆发做了充足的铺垫。只管低功耗蓝牙以国外厂商为主,但在环球市场上并未形成少数厂商垄断的局势。
国产高端低功耗蓝牙逐渐起步,入口替代成为确定趋势
低功耗蓝牙作为物联网主要无线连接技能,利用场景越来越丰富,海内厂商也在加速布局,撤除传统蓝牙企业积极转型或拓展新板块,低功耗蓝牙创业公司也如雨后春笋般萌发。只管国外低功耗蓝牙芯片发展较早霸占上风,但国外产品普遍价格昂贵,且面临着连续开拓难度大、海内本土化做事不敷等劣势,为海内企业进入低功耗蓝牙领域创造了机会。
海内传统蓝牙厂商出货的BLE的普遍集中在低端BLE上,版本在4.2及以下,近两年才开始转型布局BLE5.0,但紧张还是运用在蓝牙音频上的双模低功耗蓝牙芯片,少数厂商开拓具有蓝牙mesh和室内定位等功能的单模蓝牙透传芯片。台湾络达、瑞昱成立韶光较早,紧张生产蓝牙音频芯片,在2016年往后才陆续研发高端BLE,近两年有部分BLE5.0产品出货,但量还不算大。别的公司例如恒玄、珠海杰理、炬芯、博通集成等,近年来都陆续转向高端低功耗双模蓝牙产品研发。例如,2019年4月上市的公司博通集成,上市筹资紧张用于研发BLE5.0和5.1芯片。
海内早期切入BLE芯片市场的厂商只有泰凌微一家,但近几年以BLE作为创业方向的公司越来越多。泰凌微于2010年景立,是我国第一家真正意义上的低功耗蓝牙,2014年第一代低功耗蓝牙芯片实现量产,2016年多模低功耗蓝牙芯片出身。产品紧张运用于物联网中智能照明和可穿着设备,它是海内出货量最大的低功耗蓝牙厂商,环球占比靠近8%。其他低功耗蓝牙创业公司比如富瑞坤、巨微、奉加微、联睿微、桃芯科技等也正在起步,并结合中国企业的需求,开拓本土化程度更高的低功耗蓝牙芯片。
芯片设计家当转移大势所趋,多重驱动使得海内低功耗蓝牙厂商实现入口替代确定性高。随着中国对集成电路家当政策支持发力,以及为了抵御中美贸易摩擦带来IC供应链风险等外部成分;还有海内物联网发展带来蓝牙终端市场的巨大需求刺激,以及海内芯片设计精良人才变多等内部成分;蓝牙厂商逐渐向内地转移,高端低功耗蓝牙作为一个好赛道,国产替代是一个一定。
蓝牙芯片厂商以产品功耗、本钱和稳定性作为公司的核心竞争力
低功耗是BLE设计主要哀求
无线连接设备对功耗哀求高,平衡BLE性能和功耗十分关键。在可穿着设备、蓝牙位置做事、智能家居、工业物联网等蓝牙新兴运用方向中,这些设备不须要时候保持运行,只需在被唤醒时,进行数据传输或实行掌握,而且每次传输的数据量不大。出于体积限定和无线连接的哀求,要设备保持长久运行就须要功耗极低,这就对BLE芯片的功耗提出了哀求。
低功耗蓝牙芯片功耗紧张来源为动态运行功耗和静态就寝功耗。而这些功耗是受设备激活韶光、休眠韶光、激活和休眠之间转换频率、实行通信协议和运用程序的效率、供电电压、事情温度等成分影响。图24反响了连接事宜和连接间隔对功耗的影响,当设备激活运行时,功耗较高,处在休眠状态时,功耗较低;当连接间隔越永劫,通信频率低落,传输韶光变长,而功耗也变低了。其余,图25表示从设备(slave)对主设备(master)发出的连接事宜相应的韶光也对功耗有影响。从设备只在有数据的时候才传输,在没有数据要传输的环境下不须要对主设备进行相应,功耗也会降落。
BLE功耗的降落,紧张是通过芯片设计和系统设计实现。在设计之初,通过合理地划分软硬件,得到比较合理的低功耗系统方案。在此根本上进行设计,芯片设计上须要考虑防非常功耗设计、功耗管理设计、电源管理设计、微功耗值守电路设计等;详细而言是要减少射频、电源管理和系统掌握的功耗。系统设计方面须要外围软件开拓适应硬件,优化软件代码以减少运算繁芜性,采取低功耗的程序设计以及有效的外围功耗管理设计,从而达到产品功耗和性能的最佳平衡。
壁垒无线连接稳定性是低功耗蓝牙产品力的表示
BLE连接稳定性直接影响用户体验,是决定产品市场开拓广度和深度的主要成分。外界环境无线滋扰很多,给BLE连接带来问题,比如设备无法连接、连接非常断开、反复断开重连、复位从机连接的情形。蓝牙芯片要良好抵御外部滋扰,厂商的芯片设计是担保稳定性的紧张环节。特殊是对仿照旗子暗记采集、模数转换、射频真个电路设计,决定了产品稳定性。
从旗子暗记链角度出发,蓝牙芯片要传输传感器网络的数据,须要经由基带和射频来实现。基带部分处理数字旗子暗记,进行信道编码、脉冲成形和调制解调等,射频端则通过功放、滤波器、天线等发送旗子暗记。而在这些过程中,蓝牙芯片须要区分并处理其他蓝牙设备产生的旗子暗记或其他无线技能产生的无关旗子暗记,以担保数据完全且高质量的传输,这也是蓝牙芯片稳定性的表示。BLE芯片稳定性很大程度上表示了产品性能,这哀求公司履历丰富的仿照芯片工程师对芯片架构做合理设计,使蓝牙传输旗子暗记保持稳定,优化蓝牙性能。
本钱是低功耗蓝牙厂商进入市场的关键成分
BLE厂商能否成功切入市场,不仅须要产品性能好,还要售价合理;而公司自身也需保有较高毛利率来坚持运转。这两个成分都哀求公司的产品本钱要低,而芯片本钱紧张包括芯片设计本钱和芯片硬件本钱。
BLE芯片设计本钱包括研发用度、EDA开拓工具、IP授权等用度。这部分用度不同公司差异较大,而蓝牙IP授权用度占芯片设计本钱的很大一部分。低功耗蓝牙芯片利用的CPU核紧张来自ARM,蓝牙通讯协议多采取CEVA公司,这些用度都不算便宜。
蓝牙芯片硬件本钱包括芯片制造、封装测试阶段的用度。制造本钱占比最大,紧张包括晶圆本钱和掩膜本钱,这些本钱与采取的制造工艺和芯片设计能力直接干系。采取越前辈工艺,一片wafer能够切割的die就越多,面积越小,单颗芯片本钱越低;但是wafer本身的本钱与芯片设计繁芜度相干系,设计越繁芜,掩膜本钱就越高,芯片制造本钱越高。比较之下,芯片封测本钱占比较小,占比在硬件本钱30%以下。硬件本钱掌握紧张表示芯片公司议价能力,且议价能力的提升是紧张靠规模提升实现的。一样平常来说,芯片产量大的企业规模效应更明显,均匀本钱也会降落。
不才游运用端,客户还十分关注BLE运用方案整体本钱。大多数蓝牙芯片都以SOC的形式存在,而在实际运用中,要形成系统级方案,可能还须要其他配件。以是,客户选择何种芯片,还须要考虑芯片集程度,运用方案整体本钱,以及方案实现的难易程度等。
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