為5G物聯(lián)網(wǎng)奉獻(xiàn)超酷的芯

　　鄭小龍 （《電子產(chǎn)品世界》編委，北京 100036）

　　摘 要：5G通訊技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）注入新的活力 ，其中NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)將物物相連提高到全新的水平，于是支持NB-IoT的芯片應(yīng)運(yùn)而生。北京智聯(lián)安科技有限公司致力于提供符合NB-IoT+CAT1的智能化、高性能、低功耗和低成本芯片，并已批量生產(chǎn)。

　　關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；5G；NB-IoT；CAT1；低功耗

　　1 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代正在來(lái)臨

　　隨著數(shù)字信息時(shí)代的到來(lái)，人們熱衷討論的話題之一是“移動(dòng)互聯(lián)”，其突出標(biāo)志首先是人與人相聯(lián)的智能化便攜式終端，即移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，隨后就是物與物相聯(lián)的智能化傳感器，即物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是5G發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，正是5G在開啟“萬(wàn)物互聯(lián)”的新時(shí)代，因此具有巨大的市場(chǎng)前景。據(jù)預(yù)測(cè)，2030年全球物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備數(shù)目將是爆炸性的1 000 億個(gè)（中國(guó)將占1/3），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)移動(dòng)終端連接數(shù)的成長(zhǎng)。盡管2020年，無(wú)論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)還只是起步階段，卻是未雨綢繆、蓄勢(shì)待發(fā)的關(guān)鍵階段。

　　2 看好NB-IoT和CAT1

　　物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)將采用什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？國(guó)內(nèi)芯片公司在5G互聯(lián)創(chuàng)新機(jī)遇中是否可以占得先機(jī)？帶著這些問(wèn)題，筆者來(lái)到北京的銀谷大廈，拜訪了北京智聯(lián)安科技有限公司。

　　這是家有十余年歷史的公司，董事長(zhǎng)呂悅川是筆者的清華精密儀器系88級(jí)校友，他于2007年從海外歸來(lái)就著手創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)辦了從事芯片設(shè)計(jì)的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。他曾帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出CMMB的手機(jī)電視芯片，為聯(lián)想和中興國(guó)產(chǎn)手機(jī)所采用，為2008年的北京奧運(yùn)會(huì)增添精彩；也曾經(jīng)開發(fā)出單芯片工業(yè)傳感器解決方案，實(shí)現(xiàn)精密位置和角度傳感，更好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)與控制，并順利流片。

　　隨著5G的出現(xiàn)，智聯(lián)安發(fā)現(xiàn)了在廣闊通信領(lǐng)域蘊(yùn)藏的巨大通訊機(jī)遇，便毅然投入智能移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)通訊芯片的研發(fā)。移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)，由于歷史原因，以往的數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)都是以通信業(yè)務(wù)為主，雖然不斷加入通訊的內(nèi)容，但是標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，并且存在不公開的問(wèn)題。隨著2G逐步退網(wǎng)，3G和4G都沒(méi)有國(guó)外的LPWA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，LoRa標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模受制于頻率管制。NB-IoT源于4G LTE，2019年正式并入5G長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃并獲得ITU確認(rèn)，實(shí)際成為未來(lái)10~15年移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范。

　　基于此，智聯(lián)安確立將NB-IoT和CAT1作為主力支持的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榍罢呤?G物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期演進(jìn)的起點(diǎn)，后者是之前成熟技術(shù)的積累。

　　3 NB-IoT和CAT1在5G中的角色

　　NB-IoT和CAT1也得到了我國(guó)政府的支持。2020年5月工信部發(fā)布《關(guān)于深入推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，明確NB-IoT、CAT1、5G/uRLLC正式成為移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期技術(shù)。

　　5G有三大應(yīng)用場(chǎng)景，即增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬（eMBB），低功耗大規(guī)模機(jī)器通信場(chǎng)景（mMTC），高可靠、低延時(shí)場(chǎng)景（uRLLC)。圖1為5G相關(guān)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系及目標(biāo)應(yīng)用，可見(jiàn)NB-IoT和CAT1屬于mMTC范疇，而該場(chǎng)景下的芯片，不僅需要具備高性能、智能化、低成本的外在特點(diǎn)，還需要內(nèi)“芯”超酷（cool）——功耗越低越好。

　　4 MK8010酷在哪兒？

　　性能優(yōu)異的NBIoT芯片必然具備高性能、智能化和低功耗特色，當(dāng)然還要低成本，這都在第一款MK8010芯片得到體現(xiàn)。

　　● MK8010高性能表現(xiàn)在靈敏度為-117 dBm，優(yōu)于業(yè)界平均水平-115 dBm。

　　這種優(yōu)異性能保障產(chǎn)品互聯(lián)互通的可靠性。

　　● 智能化表現(xiàn)在內(nèi)嵌功能強(qiáng)大的用戶MCU，啟動(dòng)時(shí)間小于10 μs，僅是業(yè)界平均水平的一成；時(shí)鐘高達(dá)192 MHz；休眠方式多達(dá)5種，更為省電；大容量（閃存4M，內(nèi)存64K）；更多可擴(kuò)展功能由48GPIO支持。

　　● 低功耗表現(xiàn)在2 . 0 V芯片的工作電壓，低至1 μA的PSM（省電模式）電流，這些都低于業(yè)界平均水平，因此電池可使用10年。

　　● 低成本表現(xiàn)在硅片面積比競(jìng)品小一半以上，采用QFN封裝，成本比競(jìng)品低一半；而集成的高性能MCU使系統(tǒng)成本降低約1美元。

　　MK8010支持最新的NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到150 kbps。

　　與此同時(shí)，智聯(lián)安芯片的工藝也在不斷超越，現(xiàn)在采用的是55 nm工藝，之后已規(guī)劃了40 nm、28 nm，甚至到10 nm，這就為功耗和成本的不斷降低鋪平了道路。

　　5 掌握核心技術(shù)，對(duì)外攜手合作

　　MK8010芯片的核心技術(shù)由智聯(lián)安團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，包括SoC設(shè)計(jì)平臺(tái)、射頻、物理層、協(xié)議棧代碼等?；贜B-IoT的芯片全棧屬于自研平臺(tái)，由于跟進(jìn)3GPP規(guī)范的長(zhǎng)期演進(jìn)，MK8010更具靈活性，客戶由此可擺脫第三方供應(yīng)商的限制，在研發(fā)和市場(chǎng)上占得先機(jī)。

　　對(duì)于功耗和成本需求均極為敏感型的通用物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，MK8010也將大顯身手，諸如智慧城市中的社區(qū)、樓宇、家居的安防、消防及保健等；智能生活包括智能手表和智能手環(huán)以及可穿戴設(shè)備等；智能氣象包括云層采集和霧水收集等設(shè)備的密集化；智能環(huán)保包括各種覆蓋不同環(huán)節(jié)設(shè)備的精細(xì)化。而對(duì)于行業(yè)客戶的特殊需求，客戶定制化也是可行的，以符合物聯(lián)網(wǎng)差異化的本質(zhì)需求。

　　在5G移動(dòng)物聯(lián)通訊芯片研發(fā)上，智聯(lián)安并不是孤軍奮戰(zhàn)，而是攜手國(guó)內(nèi)幾家同行一起開拓市場(chǎng)，并友好競(jìng)爭(zhēng)。

　　正是由于本土芯片企業(yè)的興起和堅(jiān)守，幾乎完全擠壓了國(guó)際知名廠商如英特爾和高通在國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)通訊領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展空間。目前，智聯(lián)安已經(jīng)成為了取得入網(wǎng)資質(zhì)的NB-IoT芯片主要供應(yīng)商之一。同時(shí)，智聯(lián)安秉持開發(fā)和共贏的設(shè)計(jì)和經(jīng)營(yíng)理念，愿意把自有的成熟技術(shù)授權(quán)給有實(shí)力的頭部企業(yè)，例如運(yùn)營(yíng)商、國(guó)內(nèi)電網(wǎng)、優(yōu)質(zhì)的MCU設(shè)計(jì)企業(yè)，以便公司在更先進(jìn)的技術(shù)上跟進(jìn)快跑，實(shí)現(xiàn)快速的技術(shù)迭代。

　　呂總深情地展望未來(lái)5G的發(fā)展，指出手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)將是重要的發(fā)展方向，而圍繞物聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算將大有可為。由于海量數(shù)據(jù)采集需要用到大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，需要人工智能的參與，為此，智聯(lián)安已有相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備。呂總拿出一本《自然》雜志，封面就是他們?cè)?jīng)協(xié)助清華大學(xué)開發(fā)出的一款類腦芯片的畫面（圖2）。

圖2 《自然》雜志的封面

　　將人工智能與先進(jìn)通訊技術(shù)的結(jié)合，為世界奉獻(xiàn)具有更加智能化、更低功耗的超級(jí)國(guó)產(chǎn)芯片，是智聯(lián)安公司不懈努力的愿景。血濃于水、血總是熱的！要打造一顆物聯(lián)網(wǎng)通訊超酷的芯，需要的是滿腔的熱情和火熱的心。相信智聯(lián)安在百尺竿頭上會(huì)更進(jìn)一步，使5G更加精彩！

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期。）