为5G物联网奉献超酷的芯

作者：郑小龙时间：2020-06-29来源：电子产品世界收藏

　　郑小龙（《电子产品世界》编委，北京 100036）

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202006/414825.htm

　　摘要：5G通讯技术为物联网（IoT）注入新的活力，其中NB-IoT标准将物物相连提高到全新的水平，于是支持NB-IoT的芯片应运而生。北京智联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，并已批量生产。

　　关键字：物联网；5G；NB-IoT；CAT1；低功耗

　　1 物联网时代正在来临

　　随着数字信息时代的到来，人们热衷讨论的话题之一是“移动互联”，其突出标志首先是人与人相联的智能化便携式终端，即移动互联网，随后就是物与物相联的智能化传感器，即物联网（IoT）。移动互联网和物联网是5G发展的驱动力，正是5G在开启“万物互联”的新时代，因此具有巨大的市场前景。据预测，2030年全球物联网连接设备数目将是爆炸性的1 000 亿个（中国将占1/3），远远超过移动终端连接数的成长。尽管2020年，无论国际还是国内还只是起步阶段，却是未雨绸缪、蓄势待发的关键阶段。

　　2 看好NB-IoT和CAT1

　　物联网互联将采用什么网络协议？国内芯片公司在5G互联创新机遇中是否可以占得先机？带着这些问题，笔者来到北京的银谷大厦，拜访了北京智联安科技有限公司。

　　这是家有十余年历史的公司，董事长吕悦川是笔者的清华精密仪器系88级校友，他于2007年从海外归来就着手创业，创办了从事芯片设计的国家高新技术企业。他曾带领研发团队，成功开发出CMMB的手机电视芯片，为联想和中兴国产手机所采用，为2008年的北京奥运会增添精彩；也曾经开发出单芯片工业传感器解决方案，实现精密位置和角度传感，更好地实现了自动检测与控制，并顺利流片。

　　随着5G的出现，智联安发现了在广阔通信领域蕴藏的巨大通讯机遇，便毅然投入智能移动物联网通讯芯片的研发。移动物联网的关键是标准，由于历史原因，以往的数字移动系统都是以通信业务为主，虽然不断加入通讯的内容，但是标准并不统一，并且存在不公开的问题。随着2G逐步退网，3G和4G都没有国外的LPWA标准规范，LoRa标准规模受制于频率管制。NB-IoT源于4G LTE，2019年正式并入5G长期演进计划并获得ITU确认，实际成为未来10~15年移动物联网的技术规范。

　　基于此，智联安确立将NB-IoT和CAT1作为主力支持的标准，因为前者是5G物联网标准长期演进的起点，后者是之前成熟技术的积累。

　　3 NB-IoT和CAT1在5G中的角色

　　NB-IoT和CAT1也得到了我国政府的支持。2020年5月工信部发布《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，明确NB-IoT、CAT1、5G/uRLLC正式成为移动物联网的长期技术。

　　5G有三大应用场景，即增强型移动带宽（eMBB），低功耗大规模机器通信场景（mMTC），高可靠、低延时场景（uRLLC)。图1为5G相关移动物联网标准关系及目标应用，可见NB-IoT和CAT1属于mMTC范畴，而该场景下的芯片，不仅需要具备高性能、智能化、低成本的外在特点，还需要内“芯”超酷（cool）——功耗越低越好。

　　4 MK8010酷在哪儿？

　　性能优异的NBIoT芯片必然具备高性能、智能化和低功耗特色，当然还要低成本，这都在第一款MK8010芯片得到体现。

　　● MK8010高性能表现在灵敏度为-117 dBm，优于业界平均水平-115 dBm。

　　这种优异性能保障产品互联互通的可靠性。

　　● 智能化表现在内嵌功能强大的用户MCU，启动时间小于10 μs，仅是业界平均水平的一成；时钟高达192 MHz；休眠方式多达5种，更为省电；大容量（闪存4M，内存64K）；更多可扩展功能由48GPIO支持。

　　● 低功耗表现在2 . 0 V芯片的工作电压，低至1 μA的PSM（省电模式）电流，这些都低于业界平均水平，因此电池可使用10年。

　　● 低成本表现在硅片面积比竞品小一半以上，采用QFN封装，成本比竞品低一半；而集成的高性能MCU使系统成本降低约1美元。

　　MK8010支持最新的NB-IoT标准，数据传输速率达到150 kbps。

　　与此同时，智联安芯片的工艺也在不断超越，现在采用的是55 nm工艺，之后已规划了40 nm、28 nm，甚至到10 nm，这就为功耗和成本的不断降低铺平了道路。

　　5 掌握核心技术，对外携手合作

　　MK8010芯片的核心技术由智联安团队自主研发，包括SoC设计平台、射频、物理层、协议栈代码等。基于NB-IoT的芯片全栈属于自研平台，由于跟进3GPP规范的长期演进，MK8010更具灵活性，客户由此可摆脱第三方供应商的限制，在研发和市场上占得先机。

　　对于功耗和成本需求均极为敏感型的通用物联网领域，MK8010也将大显身手，诸如智慧城市中的社区、楼宇、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环以及可穿戴设备等；智能气象包括云层采集和雾水收集等设备的密集化；智能环保包括各种覆盖不同环节设备的精细化。而对于行业客户的特殊需求，客户定制化也是可行的，以符合物联网差异化的本质需求。

　　在5G移动物联通讯芯片研发上，智联安并不是孤军奋战，而是携手国内几家同行一起开拓市场，并友好竞争。

　　正是由于本土芯片企业的兴起和坚守，几乎完全挤压了国际知名厂商如英特尔和高通在国内物联网通讯领域内的发展空间。目前，智联安已经成为了取得入网资质的NB-IoT芯片主要供应商之一。同时，智联安秉持开发和共赢的设计和经营理念，愿意把自有的成熟技术授权给有实力的头部企业，例如运营商、国内电网、优质的MCU设计企业，以便公司在更先进的技术上跟进快跑，实现快速的技术迭代。

　　吕总深情地展望未来5G的发展，指出手机、物联网和车联网将是重要的发展方向，而围绕物联网的边缘计算将大有可为。由于海量数据采集需要用到大数据和深度学习技术，需要人工智能的参与，为此，智联安已有相关的技术储备。吕总拿出一本《自然》杂志，封面就是他们曾经协助清华大学开发出的一款类脑芯片的画面（图2）。