在通往芯片小型化和微型化的路上，一條以SoC（片上集成）為主,，沿著摩爾定律持續(xù)演進(jìn)；另一條以SiP封裝技術(shù)為主,，被視為超越摩爾定律的重要路徑,。在物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應(yīng)用的驅(qū)動下,，NB-IoT模組又將沿著哪條路演進(jìn)呢,？

　　自2015年7月NB-IoT被提出以來，在華為及全球范圍內(nèi)大批企業(yè)的共同推動下,，經(jīng)過近6年時間的發(fā)展,，NB-IoT已經(jīng)成為低功耗廣覆蓋應(yīng)用場景中的首選技術(shù)，并在去年7月正式被納入5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中,，與5G生命周期同步,，承擔(dān)起龐大的低速率應(yīng)用場景的連接重任。在NB-IoT強(qiáng)勢發(fā)展的過程中,，模組廠商在產(chǎn)業(yè)鏈中起“承上啟下”的銜接作用,，愈加受到行業(yè)關(guān)注。

　　從出貨量來看,，2020年國內(nèi)NB-IoT模組出貨已經(jīng)超過6000萬的規(guī)模,，并且保持著積極的增長態(tài)勢。不過,，伴隨著NB-IoT應(yīng)用規(guī)模的進(jìn)一步持續(xù)擴(kuò)大,，新應(yīng)用、新場景,、新需求不斷推陳出新,，各家NB-IoT模組方案也逐漸演進(jìn)至全新發(fā)展階段。

　　基于行業(yè)觀察,，驅(qū)動各家模組廠商產(chǎn)品不斷迭代的原因主要來自兩個方面：一方面來自行業(yè)內(nèi)部動力,，各家模組成本持續(xù)壓低,、尺寸追求極致,、功耗要求更低、性能需要更穩(wěn)定,，且不斷融合BLE/GNSS/Cat.1等功能模塊與植入軟硬件安全等成為主流,；另一方面則來自于物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)差異化需求的驅(qū)動，模組廠商更需要展示其生產(chǎn)制造,、行業(yè)解決方案,、技術(shù)服務(wù)、商務(wù)支撐等全方位綜合能力,。

　　因此,，對于物聯(lián)網(wǎng)模組廠商及上游參與者而言,，看準(zhǔn)NB-IoT模組未來發(fā)展趨勢顯得尤為關(guān)鍵。如今,，“模組芯片化”正在成為行業(yè)的新興趨勢,。

　　全新模組方案：模組芯片化

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不斷快速發(fā)展，為滿足千差萬別的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景而誕生了種類豐富,、數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)終端,。去年11月，國際知名市場研究機(jī)構(gòu)IoT Analytics發(fā)布數(shù)據(jù)指出,，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)首次完成對非物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的“超車”,，同時指出物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在過去十年間已經(jīng)成為全球設(shè)備保持高速增長的主要動力。

　　從連接數(shù)來看,，在國內(nèi),，中國電信NB-IoT總連接數(shù)一騎絕塵，截至2021年2月已經(jīng)達(dá)到8700萬,，中國移動NB-IoT用戶數(shù)緊隨其后,，截至2020年10月也累計達(dá)4800萬。從應(yīng)用層來看,，行業(yè)已經(jīng)開拓了智能表計,、智能追蹤、智慧煙感,、智慧路燈,、智慧停車、智能門鎖,、智慧大氣監(jiān)測等數(shù)十種應(yīng)用場景,，形成了“4（千萬級）+7（百萬級）+N（新興潛力）”的規(guī)模格局。

　　物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以不可思議的速度向前狂奔,，與此同時物聯(lián)網(wǎng)廠商面臨的挑戰(zhàn)也一并襲來,。眾所周知，消費(fèi)電子產(chǎn)品與行業(yè)終端之間的要求,、價值等可謂大相徑庭,，不同于以往電腦、手機(jī),、平板等體積較大的消費(fèi)電子產(chǎn)品對于芯片等核心元器件的體積要求不那么敏感,，物聯(lián)網(wǎng)時代出現(xiàn)的大量智能硬件、可穿戴設(shè)備,、智能表計產(chǎn)品等,，對產(chǎn)品的尺寸大小、功耗,、成本價格等要求甚為苛刻,。

　　比如看似比手機(jī),、電腦體積更大的自行車，通信器件部署不僅要隱蔽,，還需要針對其成本和完備的功能進(jìn)行考量,。而相比較之下的消費(fèi)端，或許人們就更愿意購買像蘋果AirTag一樣價格高昂的硬件掛在鑰匙上,。因?yàn)橘徺I主體不一樣,，發(fā)揮價值不一樣，導(dǎo)致兩種商業(yè)思維自然也不一樣,，比如AirTag除了防丟失之外的“面子”價值,，就不是行業(yè)用戶所考慮的。

　　而從目前市面來看,，各主流芯片廠商已經(jīng)推出實(shí)現(xiàn)商用落地的NB-IoT芯片的大小一般為6mm?6mm的尺寸,，然后交付下游由模組廠商再按照各自設(shè)計把MCU、存儲芯片,、濾波芯片及其他元器件集成封裝,，最終產(chǎn)出完整的NB-IoT模組。而此時NB-IoT模組的體積已經(jīng)相較芯片時的大小“膨脹”了數(shù)倍,。此前,，業(yè)內(nèi)發(fā)布的全球最小體積的NB-IoT模組的尺寸也達(dá)到了16mm?18mm的大小，雖然大小只與一枚1元硬幣相當(dāng),，但這對終端廠商而言依然是其產(chǎn)品落地中的“阿喀琉斯之踵”,。

　　相比之下，在NB-IoT芯片和模組尺寸,、價格都做到極致時,，將NB-IoT模組芯片化，圍繞垂直行業(yè)做高集成化的NB-IoT解決方案或許更能找準(zhǔn)用戶核心價值,?；诖耍K州吾愛易達(dá)物聯(lián)網(wǎng)公司近日推出了兩款芯片化超小體積的NB-IoT模組——SNS521S和SNS521H,。（詳情可發(fā)送郵件至[email protected],，或致電話到13429161097，獲取更多信息）

　　其中,，SNS521S為一款全球最小體積的高性能超低功耗芯片級NB-IoT通信模組,，它的尺寸大小僅為8mm?8mm，相比此前全球最小體積的NB-IoT模組僅為其體積的四分之一,，幾乎與主流NB-IoT芯片大小相當(dāng)，并且其內(nèi)部集成了NB-IoT通信所需的所有功能部件,。

　　SNS521H為一款燃?xì)庑袠I(yè)專用芯片級解決方案,，其大小只有12mm?12mm的尺寸,。更重要是的是，它專為智慧表計行業(yè)設(shè)計,，不僅能滿足基本的通信需求,，還針對性進(jìn)行更高程度的集成，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃?xì)獗鞰CU微控制器,，提供二次開發(fā)能力,。

　　除吾愛易達(dá)之外，包括芯翼信息科技有限公司,、杭州為峰智能科技有限公司,、上海奧藍(lán)迪物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司在內(nèi)的大批芯片及模組廠商都開始探索“模組芯片化”之路，采用SiP技術(shù)賦能模組進(jìn)入新時代,。

　　揭秘方案背后：超越摩爾定律的SiP

　　NB-IoT模組芯片化的演進(jìn)過程并不是一蹴而就的,。從芯片技術(shù)演進(jìn)角度講，NB-IoT行業(yè)的芯片/模組廠商更像是“站在巨人的肩膀上”受到啟發(fā),，彌補(bǔ)了NB-IoT行業(yè)多年的空白,。

　　眾所周知，電子產(chǎn)品在過去幾十年的發(fā)展過程中都以摩爾定律為“圣經(jīng)”,，這使得相關(guān)產(chǎn)品的性能在此期間獲得了最大保障,。但是，隨著芯片承載的物理空間逼近極限,，摩爾定律也只能隨著時間推移而失效,。

　　業(yè)界為在芯片層面繼續(xù)探索小型化和微型化系統(tǒng)，提出了SoC片上集成和SiP芯片級封裝兩種思路,，前者是摩爾定律的延續(xù),，已經(jīng)被證實(shí)發(fā)展前景困難重重，后者是超越摩爾定律的嘗試,，在摩爾定律逐漸失效以及PCB板技術(shù)演進(jìn)長期停滯的狀態(tài)下,，為對設(shè)計空間、產(chǎn)品體積,、成本等要求嚴(yán)格的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)拓展了更大空間,。

　　根據(jù)國際半導(dǎo)體路線組織（ITRS）對SiP的定義：SiP為將多個具有不同功能的有源電子器件和可選無源電子元件，以及諸多如MEMS或光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起,，實(shí)現(xiàn)一定功能的單個標(biāo)準(zhǔn)封裝件,，進(jìn)而形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。

　　從思路上來看,，SoC從設(shè)計的角度出發(fā),，而SiP則是從封裝的角度出發(fā)。從架構(gòu)上來看,，SiP將不同功能的芯片集成在一個封裝內(nèi),，不同功能的芯片,、不同材質(zhì)的芯片都可以按照并排或疊加的方式，也就是2D SiP或3D SiP的方式封裝,。對于物聯(lián)網(wǎng)下游終端客戶而言,，除了已經(jīng)提及的小體積降低PCB板用量、更低成本,、更高更可靠的性能等優(yōu)勢之外,，SiP技術(shù)減少了芯片的重復(fù)封裝，降低了布局與排線難度,，也進(jìn)一步縮短了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)周期,，有助于行業(yè)用戶研發(fā)的產(chǎn)品更快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。

　　當(dāng)然,，NB-IoT行業(yè)逐漸應(yīng)用SiP技術(shù)并非摸著石頭過河,，早在消費(fèi)端電子產(chǎn)品中SiP就已經(jīng)進(jìn)行了大量的實(shí)踐和驗(yàn)證。蘋果就是SiP技術(shù)的堅定擁護(hù)者,，比如iPhone7 Plus中就采用了約15處不同類型的SiP封裝技術(shù),，以便在智能手機(jī)功能不斷豐富以及高性能的過程中仍保持其輕薄化。并且,，不局限于消費(fèi)端,，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對SiP技術(shù)的使用也由來已久。

　　相比NB-IoT領(lǐng)域,，不少企業(yè)在Lora相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)中早已采用了SiP技術(shù),，并驗(yàn)證了它潛在的價值。眾所周知,，從目前Lora芯片的供應(yīng)鏈來看,，早已擺脫了以往單一供應(yīng)商，轉(zhuǎn)為多供應(yīng)商的格局,。主導(dǎo)LoRa技術(shù)的Semtech公司不僅銷售LoRa芯片,，同時也向獲得授權(quán)的合作伙伴同時直接銷售LoRa晶圓（不帶封裝）。比如臺灣群登科技,、ASR,、深圳國民技術(shù)等公司，都可以通過SiP技術(shù)把MCU和其他芯片與LoRa一起封裝,，自行銷售SiP芯片,。而這樣做的優(yōu)勢顯而易見，LoRa上演了百家爭鳴的繁榮格局,，并避免了現(xiàn)階段國際環(huán)境下對于供應(yīng)鏈的擔(dān)憂,。

　　對于已經(jīng)到來的5G時代，SiP技術(shù)的重要還將日益凸顯，因?yàn)?G時代電子產(chǎn)品將集成更多的電子元器件,，包括毫米波的應(yīng)用,、多網(wǎng)絡(luò)通信制式的兼容等,，對于芯片封裝技術(shù)的要求只會更高,。

　　價值凸顯：更適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的方案

　　當(dāng)然，NB-IoT行業(yè)芯片及模組廠商應(yīng)用SiP技術(shù)不僅是行業(yè)內(nèi)部動力使然,，作為NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈的上游供應(yīng)方,，向行業(yè)展示其垂直行業(yè)解決方案全棧能力也有外部環(huán)境的驅(qū)動。不同于數(shù)十年發(fā)展而來的消費(fèi)電子領(lǐng)域,，幾乎由上游主導(dǎo),，上游供應(yīng)鏈提供什么，下游就只能使用什么,，然后再基于各自理解做差異化擴(kuò)展,。而物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域本身就是極具碎片化、差異化,，不再由技術(shù)驅(qū)動,，轉(zhuǎn)而向需求驅(qū)動轉(zhuǎn)變。

　　在這種商業(yè)思維的轉(zhuǎn)變下,，近幾年行業(yè)中也出現(xiàn)了不同以往的理解,，以往感覺高高在上的芯片、模組企業(yè)都在不斷下沉,，貼近垂直行業(yè),，做更加精細(xì)化的分工，提供差異化的解決方案,。向上是芯片及模組廠商主動求變,，推動技術(shù)革新；向下則是深入垂直行業(yè)獲取行業(yè)Konw-How,，形成更緊密的供應(yīng)鏈體系,。

　　模組芯片化就是更適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一條可行之徑。以往,，上游芯片廠商開發(fā)多功能集成,、多部件植入的通用模組，由下游模組廠商做擴(kuò)展并圈定適用范圍,，對于終端側(cè)用戶而言并無太多主動權(quán)與發(fā)言權(quán),，行業(yè)用戶甚至無法對商業(yè)模式進(jìn)行主導(dǎo)。現(xiàn)在,，通過模組廠商客制化能力,，由行業(yè)用戶需求入手為其提供個性化的系統(tǒng)集成，配合行業(yè)軟件、AI應(yīng)用支撐等,，更需要把行業(yè)發(fā)展的主動權(quán)交還給行業(yè)用戶自己,。

　　簡單來說，NB-IoT與Cat.1一定有差異化的應(yīng)用場景需求,，而即使是同為NB-IoT應(yīng)用,，其需求也是千差萬別。比如典型的NB-IoT水表與燃?xì)獗?，它們在?shù)據(jù)類型,、數(shù)據(jù)顆粒度、功耗等方面根據(jù)自身需求也有不同的要求,。相比傳統(tǒng)通用模組,，進(jìn)行模組芯片化定制開發(fā)的模組不僅能在形態(tài)、成本以及性能上滿足用戶,，更可以根據(jù)不同類型的業(yè)務(wù)場景提供精細(xì)化服務(wù),，打造屬于行業(yè)簡單、易用,、智慧的商業(yè)化方案,。

　　小結(jié)

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模落地，越來越多物聯(lián)網(wǎng)智能終端需要更加極致的設(shè)計和多功能的整合,，通過SiP技術(shù)達(dá)到模組芯片化將會日益受到關(guān)注,。同時，上游廠商不斷下沉行業(yè)已成為既定的事實(shí),，進(jìn)而更加務(wù)實(shí)的轉(zhuǎn)向行業(yè)發(fā)展,，以需求驅(qū)動，以定制化為主,，才是突破物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)碎片化,、差異化瓶頸的必經(jīng)之路。