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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；另一條以SiP封裝技術為主，被視為超越摩爾定律的重要路徑。在物聯(lián)網規(guī)?；瘧玫尿寗酉?，NB-IoT模組又將沿著哪條路演進呢？
自2015年7月NB-IoT被提出以來，在華為及全球范圍內大批企業(yè)的共同推動下，經過近6年時間的發(fā)展，NB-IoT已經成為低功耗廣覆蓋應用場景中的首選技術，并在去年7月正式被納入5G技術標準當中，與5G生命周期同步，承擔起龐大的低速率應用場景的連接重任。在NB-IoT強勢發(fā)展的過程中，模組廠商在產業(yè)鏈中起“承上啟下”的銜接作用，愈加受到行業(yè)關注。
從出貨量來看，2020年國內NB-IoT模組出貨已經超過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應用規(guī)模的進一步持續(xù)擴大，新應用、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至全新發(fā)展階段。
基于行業(yè)觀察，驅動各家模組廠商產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)網垂直行業(yè)差異化需求的驅動，模組廠商更需要展示其生產制造、行業(yè)解決方案、技術服務、商務支撐等全方位綜合能力。
因此，對于物聯(lián)網模組廠商及上游參與者而言，看準NB-IoT模組未來發(fā)展趨勢顯得尤為關鍵。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)網行業(yè)不斷快速發(fā)展，為滿足千差萬別的物聯(lián)網應用場景而誕生了種類豐富、數量龐大的物聯(lián)網終端。去年11月，國際知名市場研究機構IoT Analytics發(fā)布數據指出，全球物聯(lián)網連接數首次完成對非物聯(lián)網連接數的“超車”，同時指出物聯(lián)網設備在過去十年間已經成為全球設備保持高速增長的主要動力。
從連接數來看，在國內，中國電信NB-IoT總連接數一騎絕塵，截至2021年2月已經達到8700萬，中國移動NB-IoT用戶數緊隨其后，截至2020年10月也累計達4800萬。從應用層來看，行業(yè)已經開拓了智能表計、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)測等數十種應用場景，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)網發(fā)展以不可思議的速度向前狂奔，與此同時物聯(lián)網廠商面臨的挑戰(zhàn)也一并襲來。眾所周知，消費電子產品與行業(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、平板等體積較大的消費電子產品對于芯片等核心元器件的體積要求不那么敏感，物聯(lián)網時代出現(xiàn)的大量智能硬件、可穿戴設備、智能表計產品等，對產品的尺寸大小、功耗、成本價格等要求甚為苛刻。
比如看似比手機、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行考量。而相比較之下的消費端，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。因為購買主體不一樣，發(fā)揮價值不一樣，導致兩種商業(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推出實現(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計把MCU、存儲芯片、濾波芯片及其他元器件集成封裝，最終產出完整的NB-IoT模組。而此時NB-IoT模組的體積已經相較芯片時的大小“膨脹”了數倍。此前，業(yè)內發(fā)布的全球最小體積的NB-IoT模組的尺寸也達到了16mm?18mm的大小，雖然大小只與一枚1元硬幣相當，但這對終端廠商而言依然是其產品落地中的“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用戶核心價值?；诖?，蘇州吾愛易達物聯(lián)網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support@szwayd.com，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，并且其內部集成了NB-IoT通信所需的所有功能部件。
SNS521H為一款燃氣行業(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)設計，不僅能滿足基本的通信需求，還針對性進行更高程度的集成，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃氣表MCU微控制器，提供二次開發(fā)能力。
除吾愛易達之外，包括芯翼信息科技有限公司、杭州為峰智能科技有限公司、上海奧藍迪物聯(lián)網科技有限公司在內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技術賦能模組進入新時代。
揭秘方案背后：超越摩爾定律的SiP
NB-IoT模組芯片化的演進過程并不是一蹴而就的。從芯片技術演進角度講，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)，彌補了NB-IoT行業(yè)多年的空白。
眾所周知，電子產品在過去幾十年的發(fā)展過程中都以摩爾定律為“圣經”，這使得相關產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)，已經被證實發(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板技術演進長期停滯的狀態(tài)下，為對設計空間、產品體積、成本等要求嚴格的物聯(lián)網行業(yè)拓展了更大空間。
根據國際半導體路線組織（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或光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標準封裝件，進而形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。
從思路上來看，SoC從設計的角度出發(fā)，而SiP則是從封裝的角度出發(fā)。從架構上來看，SiP將不同功能的芯片集成在一個封裝內，不同功能的芯片、不同材質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)網下游終端客戶而言，除了已經提及的小體積降低PCB板用量、更低成本、更高更可靠的性能等優(yōu)勢之外，SiP技術減少了芯片的重復封裝，降低了布局與排線難度，也進一步縮短了物聯(lián)網產品的研發(fā)周期，有助于行業(yè)用戶研發(fā)的產品更快實現(xiàn)商業(yè)化落地。
當然，NB-IoT行業(yè)逐漸應用SiP技術并非摸著石頭過河，早在消費端電子產品中SiP就已經進行了大量的實踐和驗證。蘋果就是SiP技術的堅定擁護者，比如iPhone7 Plus中就采用了約15處不同類型的SiP封裝技術，以便在智能手機功能不斷豐富以及高性能的過程中仍保持其輕薄化。并且，不局限于消費端，物聯(lián)網行業(yè)對SiP技術的使用也由來已久。
相比NB-IoT領域，不少企業(yè)在Lora相關的產品研發(fā)中早已采用了SiP技術，并驗證了它潛在的價值。眾所周知，從目前Lora芯片的供應鏈來看，早已擺脫了以往單一供應商，轉為多供應商的格局。主導LoRa技術的Semtech公司不僅銷售LoRa芯片，同時也向獲得授權的合作伙伴同時直接銷售LoRa晶圓（不帶封裝）。比如中國臺灣群登科技、ASR、深圳國民技術等公司，都可以通過SiP技術把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)境下對于供應鏈的擔憂。
對于已經到來的5G時代，SiP技術的重要還將日益凸顯，因為5G時代電子產品將集成更多的電子元器件，包括毫米波的應用、多網絡通信制式的兼容等，對于芯片封裝技術的要求只會更高。
價值凸顯：更適應物聯(lián)網行業(yè)的方案
當然，NB-IoT行業(yè)芯片及模組廠商應用SiP技術不僅是行業(yè)內部動力使然，作為NB-IoT產業(yè)鏈的上游供應方，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)境的驅動。不同于數十年發(fā)展而來的消費電子領域，幾乎由上游主導，上游供應鏈提供什么，下游就只能使用什么，然后再基于各自理解做差異化擴展。而物聯(lián)網領域本身就是極具碎片化、差異化，不再由技術驅動，轉而向需求驅動轉變。
在這種商業(yè)思維的轉變下，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，形成更緊密的供應鏈體系。
模組芯片化就是更適應物聯(lián)網發(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展并圈定適用范圍，對于終端側用戶而言并無太多主動權與發(fā)言權，行業(yè)用戶甚至無法對商業(yè)模式進行主導。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應用支撐等，更需要把行業(yè)發(fā)展的主動權交還給行業(yè)用戶自己。
簡單來說，NB-IoT與Cat.1一定有差異化的應用場景需求，而即使是同為NB-IoT應用，其需求也是千差萬別。比如典型的NB-IoT水表與燃氣表，它們在數據類型、數據顆粒度、功耗等方面根據自身需求也有不同的要求。相比傳統(tǒng)通用模組，進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，更可以根據不同類型的業(yè)務場景提供精細化服務，打造屬于行業(yè)簡單、易用、智慧的商業(yè)化方案。
小結
隨著物聯(lián)網應用規(guī)模落地，越來越多物聯(lián)網智能終端需要更加極致的設計和多功能的整合，通過SiP技術達到模組芯片化將會日益受到關注。同時，上游廠商不斷下沉行業(yè)已成為既定的事實，進而更加務實的轉向行業(yè)發(fā)展，以需求驅動，以定制化為主，才是突破物聯(lián)網行業(yè)碎片化、差異化瓶頸的必經之路。
