本土首款無(wú)線(xiàn)路由芯片的研發(fā)及市場(chǎng)定位歷程

作者/迎九《電子產(chǎn)品世界》編輯

　　摘要：上海矽昌通信技術(shù)有限公司的SF16A18無(wú)線(xiàn)路由器芯片于2018年一季度問(wèn)世，堪稱(chēng)中國大陸首創(chuàng )。矽昌創(chuàng )始人兼董事長(cháng)李興仁博士介紹了該公司芯片的市場(chǎng)定位，以及研發(fā)過(guò)程中的技術(shù)挑戰等。市場(chǎng)挑戰包括選擇哪個(gè)領(lǐng)域切入，芯片的功能定義、商業(yè)模式等。技術(shù)上，該芯片經(jīng)歷了5次MPW投片，花費約億元，通訊類(lèi)系統的兼容性是最大的技術(shù)挑戰，此外還有人才挑戰、資金挑戰。

       關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn);路由;芯片;Wi-Fi;兼容

　　1 公司成立僅四年，就出爐了本土首款無(wú)線(xiàn)路由芯片

　　不久前，上海矽昌通信技術(shù)有限公司在北京宣布，該公司于2018年年初試機成功并在年中實(shí)現量產(chǎn)的中國大陸首款自研的無(wú)線(xiàn)路由芯片SF16A18將進(jìn)一步擴展應用領(lǐng)域。實(shí)際上，矽昌成立于2014年12月，僅用四年就研制出了SF16A18。該公司是怎么做到的呢?先來(lái)看看矽昌及創(chuàng )始人李興仁博士的背景。

　　矽昌注冊地址是在上海張江高科技園區核心地帶，截止到2019年1月15日，總共融資1.6億元人民幣，實(shí)到資金是1.1億元。公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)是網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)通信芯片及方案的研發(fā)和銷(xiāo)售;同時(shí)，針對智能家居和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)的中小企業(yè)提供智能家居云平臺服務(wù)。

　　創(chuàng )始人李興仁博士于2000年復旦大學(xué)博士畢業(yè)，第一個(gè)七年半在上海華龍信息技術(shù)開(kāi)發(fā)中心擔任研發(fā)副總兼技術(shù)總監，這期間比較有名的芯片是“領(lǐng)航一號”，屬于北斗二代衛星導航芯片。2007年8月李博士開(kāi)始創(chuàng )辦盈方微電子，并于2014年6月上市。盈方微填補了一項空白——推出了國內首款GHz級的平板電腦、智能電視的ARM CPU芯片,該芯片也促成了盈方微的上市。李興仁博士此次創(chuàng )業(yè)的新公司矽昌又完成了第三個(gè)國內第一——是中國大陸第一款無(wú)線(xiàn)路由器芯片，于2018年年初研發(fā)成功。

　　2 為何要做無(wú)線(xiàn)路由芯片?

　　主要有兩個(gè)維度：產(chǎn)業(yè)背景和市場(chǎng)背景。

　　2.1 產(chǎn)業(yè)背景

　　首先，矽昌想選擇一個(gè)市場(chǎng)潛力巨大的產(chǎn)品[1]。公司2014創(chuàng )立時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)浪潮剛剛興起。通信和無(wú)線(xiàn)是物聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵詞，無(wú)線(xiàn)通信芯片是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢。在物聯(lián)網(wǎng)里，智能家居是最貼近人們生活的，也是面向消費類(lèi)的應用，因此用量很大，而且發(fā)展也會(huì )十分迅速。智能家居的特點(diǎn)是人不管在近場(chǎng)還是遠場(chǎng)，通過(guò)手機、電腦、面板以及云、網(wǎng)關(guān)，可對家電進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)/連接控制。同時(shí)物和物之間也可以進(jìn)行連接控制，因此中間網(wǎng)關(guān)是整個(gè)智能家居的神經(jīng)中樞，也是人與物、物與物之間通信的中樞。無(wú)線(xiàn)路由器就承載了這個(gè)基本功能。

　　當前，無(wú)線(xiàn)路由器正在快速地由傳統向智能轉型。網(wǎng)關(guān)已經(jīng)加速由網(wǎng)絡(luò )連接過(guò)渡到其他的智能控制中樞，最新的產(chǎn)品諸如智能音箱等，它通過(guò)語(yǔ)音作為人機界面，替代手指的功能對家庭進(jìn)行互聯(lián)互通。

　　路由器的趨勢和需求帶來(lái)了芯片功能的轉換。市場(chǎng)上的一些友商的芯片聲稱(chēng)支持的上網(wǎng)速度很快，但是只嵌入了一個(gè)很小的CPU，運行一些基本的通信功能;但是矽昌認為，在智能時(shí)代，需要CPU的功能更強大。

　　2.2 市場(chǎng)背景

　　2013年我國提出“寬帶中國戰略”，目前已上升到國家戰略?！皩拵е袊鴳鹇浴鳖櫭剂x就是讓千千萬(wàn)戶(hù)上網(wǎng)，尤其讓邊遠地區的老百姓上網(wǎng)。2020年的目標實(shí)現寬帶接入用戶(hù)4億戶(hù)，覆蓋11億網(wǎng)民。在寬帶接入能力方面，城市要求帶寬大于50 Mbps，農村要平均在20 Mbps以上。

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò )安全已經(jīng)上升到刻不容緩的高度。網(wǎng)絡(luò )安全戰略一定要從源頭抓起，絕對不是在上面多建幾個(gè)防火墻就能解決的，基礎的硬件、芯片、供應鏈也要從核心來(lái)解決。

　　可見(jiàn)，在國家的寬帶戰略需求下，需要大量的無(wú)線(xiàn)路由的芯片，在網(wǎng)絡(luò )安全的大背景下，核心的基礎芯片需要自主開(kāi)發(fā)、自主可控[2-3]。與此同時(shí)，我國每年也需要大量的路由器，全世界80%的路由器也是在中國設計生產(chǎn)的。所以從這一角度來(lái)看，相關(guān)芯片一直依賴(lài)進(jìn)口是不合理的。

　　在矽昌人的努力下，2018年一季度，矽昌第一款無(wú)線(xiàn)路由處理器芯片SF16A18終于研制成功了，并且堪稱(chēng)中國大陸首款自主可控的無(wú)線(xiàn)路由器芯片。

　　3 無(wú)線(xiàn)路由器芯片的研發(fā)難點(diǎn)

　　這里面有幾個(gè)數字，該芯片有60名工程師堅持了將近4年，其中做了5次MPW投片。業(yè)內人士知道，每次MPW投片的代價(jià)都十分巨大，不僅是時(shí)間的代價(jià)，成本更為可觀(guān)——花費了億元左右的資金，才堅持把這款芯片做了出來(lái)。

　　3.1 技術(shù)“水太深”

　　李興仁博士稱(chēng)研制過(guò)程苦不堪言。李博士創(chuàng )業(yè)時(shí)曾經(jīng)有一位上海領(lǐng)導講，他們曾論證過(guò)無(wú)線(xiàn)路由器芯片是一個(gè)很好的方向，但是認為不具備條件，做不了。但李興仁博士及其團隊心里很不服氣，嘗試去挑戰，結果做到一年半左右就開(kāi)始后悔了，發(fā)現這里的水太深。

　　第一，國內無(wú)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )通信的人才匱乏。李興仁博士團隊可謂是第一個(gè)吃螃蟹者，而我國這方面的人才儲備極少，很難招到深度人才，只能自己培養，或者與海外機構協(xié)作。

　　第二，研發(fā)難度非常大。這里面不僅有要支持到802.11ac的通訊規格，同時(shí)還要向下兼容802.11 a/b/g/n傳統的規格，此外，它又是2.4 GHz與5 GHz雙頻并發(fā)的體系，對CPU的架構、噪聲的干擾、吞吐率、射頻的信號等都有非常高的要求。

　　第三，網(wǎng)絡(luò )通訊本身也是一門(mén)很復雜的學(xué)科，技術(shù)難度大。其中的通信類(lèi)系統兼容性是個(gè)非常有挑戰的事情。SF16A18涉及的生態(tài)十分復雜，要保證所做的路由器芯片能讓所有具備Wi-Fi功能的手機都能上網(wǎng)，要保證任何一個(gè)電腦連上你的網(wǎng)口都能上網(wǎng)。實(shí)際上，早在2016年矽昌就已經(jīng)做出芯片了，前面兩版芯片也是能工作、上網(wǎng)的，但是有一些問(wèn)題，例如挑用戶(hù)，有的手機能上網(wǎng)，有的手機上不了網(wǎng)，可見(jiàn)通訊的兼容性問(wèn)題非常復雜。為此，從2016年開(kāi)始，矽昌陸續租用了上千種手機，把能找到的最早帶Wi-Fi的手機，一直到今天的最新功能的手機都要找來(lái)測試。矽昌曾向一些手機租賃公司租借，租金高達每天80元。在這樣的堅持下，兩年來(lái)，矽昌測試了市面上能見(jiàn)到的各種古董手機。

　　同樣，網(wǎng)絡(luò )方面也存在兼容性問(wèn)題，矽昌找來(lái)各種品牌，甚至買(mǎi)了很多網(wǎng)卡來(lái)對接。

　　在解決兼容性問(wèn)題方面，不僅需要第三方協(xié)議棧的優(yōu)化，而且性能要上去，同時(shí)要過(guò)國際標準。

　　矽昌SF16A18的5次MPW充分說(shuō)明做無(wú)線(xiàn)路由系統的不容易，有的投片就是為了解決兼容性問(wèn)題，有的投片為了解決符合標準、不能有泄露的問(wèn)題?！斑@里面的水太深了，你必須不停地改，改了投片后再測，測了以后再投片再測,因為有很多通過(guò)仿真或者AP環(huán)境仿不出來(lái)?！崩钆d仁博士稱(chēng)。

　　3.2 資金挑戰

　　最難的時(shí)候是2018年春節前后，融資融不到、貸款貸不到，矽昌馬上要彈盡糧絕，工資都發(fā)不出來(lái)，幸好遇到貴人，李興仁博士把自己的房產(chǎn)抵押了2000萬(wàn)元，又堅持了大半年。

　　4 技術(shù)定位：這款芯片實(shí)現了什么功能

　　首先，SF16A18無(wú)線(xiàn)路由器芯片集成了雙核四處理器十二線(xiàn)程CPU，主頻達到1.2 GHz。為什么定這個(gè)規格?因為隨著(zhù)智能的發(fā)展，路由器不再僅是單純的上網(wǎng)功能，會(huì )承載著(zhù)家庭很多智能分析的功能，對CPU的計算性能要求會(huì )越來(lái)越高。

　　第二，對于Wi-Fi部分，沒(méi)有只支持單頻，矽昌做的是2.4 GHz、5 GHz Wi-Fi并發(fā)處理，支持802.11a/b/g/n/ac，也就意味著(zhù)可支持所有的手機，并支持5個(gè)端口的以太網(wǎng)交換接口，支持千兆的GMAC(注：該功能主要是為了服務(wù)運營(yíng)商的千兆寬帶入戶(hù))。

　　芯片工藝是TSMC CMOS 28 nm工藝，該工藝與高通、博通同類(lèi)芯片的工藝水平齊平。接口種類(lèi)支持USB、SD卡甚至一些顯示接口、服務(wù)網(wǎng)關(guān)等，具體功能如表1所示。

　　SF16A18芯片的定位是服務(wù)500 Mbps以下的寬帶上網(wǎng)需求，主要有兩個(gè)原因。首先，性?xún)r(jià)比是最終的競爭力。根據矽昌這幾年的判斷，一是在中國大陸，即使是一線(xiàn)城市，真正千兆寬帶入戶(hù)的還不多，矽昌預估從2018到2022年、甚至2025年，可能中國絕大部分家庭入戶(hù)的帶寬速度還是在500 Mbps及以下。所以矽昌第一款芯片想追求的是雙頻的最佳性?xún)r(jià)比，沒(méi)有刻意支持1200 Mbps。第二，根據矽昌的經(jīng)驗，以及矽昌2018年所接觸的應用，大多數應用暫時(shí)不會(huì )超過(guò)30 Mbps的帶寬需求。

　　所以從規格來(lái)看，SF16A18適當做了一些成本控制，沒(méi)有去做很復雜的全千兆，但是支持雙頻，因為雙頻中的802.11 ac很重要，一路可以使帶寬達到433 Mbps，同時(shí)在5.8 GHz這個(gè)頻段上很干凈，因此矽昌做的是雙頻并發(fā)處理。

　　無(wú)線(xiàn)路由芯片中，矽昌是屬于比較少的用多核來(lái)做的公司，且CPU的性能比較領(lǐng)先?，F在智能音箱方面已有客戶(hù)。

　　此外，SF16A18是業(yè)界具有較高集成度的芯片。友商通常把2.4 GHz和有線(xiàn)交換放在一顆芯片上，5 GHz是單獨一顆芯片;還有個(gè)別的友商是三芯片方案。矽昌SF16A18是單芯片，把2.4 GHz、5 GHz全部集成，可謂雙頻一芯;同時(shí)內部有一個(gè)強大的CPU。因此，與現在市場(chǎng)上最熱門(mén)的某款雙頻2×2芯片相比，SF16A18節省了200件以上的物料。

　　5 希望運營(yíng)商支持，商業(yè)模式靈活

　　5.1 運營(yíng)商是最大的客戶(hù)

　　矽昌認為，對于運營(yíng)商來(lái)講，SF16A18的性?xún)r(jià)比非常高，滿(mǎn)足了500兆以下家庭寬帶入戶(hù)的市場(chǎng)需求;同時(shí)是安全可控的。

　　矽昌希望運營(yíng)商/政府采購方面，多關(guān)注矽昌這樣的本土企業(yè)。因為運營(yíng)商/政府采購是矽昌最大的目標客戶(hù)，中國現在四大運營(yíng)商每年這類(lèi)芯片的采購量是上億片。例如，僅僅2018年中國電信一個(gè)標案是3004萬(wàn)套，標案值50億元，這就需要約3000萬(wàn)顆芯片。此外，中國移動(dòng)、中國聯(lián)通等也有很多標案會(huì )發(fā)生。不過(guò)，2018年運營(yíng)商的門(mén)還沒(méi)有被敲開(kāi)，個(gè)別地方開(kāi)始得到支持了，如上海東方有線(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始采用，一個(gè)原因可能是運營(yíng)商等客戶(hù)不知道國內公司有這樣的芯片。

　　矽昌的建議是：我們支持海外企業(yè)，也要給本土企業(yè)展現自己實(shí)力的機會(huì )。例如，現在運營(yíng)商的規格清一色的全部是2×2 1200 Mbps Wi-Fi接入，這里就有一個(gè)問(wèn)題：第一，你家里寬帶是多少?我國有多少城市和地方是千兆寬帶光纖入戶(hù)?可能200 Mbps以下的占80%，1200 Mbps提高了產(chǎn)品的成本。第二，我們也有芯片，隔壁家的孩子都考90分，自家的孩子考80分也應該是有培養前途的。

　　因此，對于新的市場(chǎng)，矽昌認為SF16A18芯片足夠用，同時(shí)矽昌將于2019年下半年還會(huì )投產(chǎn)現在運營(yíng)商標案里需求的2×2 1200 Mbps上網(wǎng)芯片。

　　5.2 從芯片到解決方案的商業(yè)模式

　　那么，為什么SF16A18芯片2018年一季度就研制成功了，到2019年1月才正式向社會(huì )進(jìn)行發(fā)布?因為芯片本身是沒(méi)有用，只有結合到產(chǎn)品的方案當中才能發(fā)揮最大的作用。

　　為此，在2018年這一年時(shí)間里，矽昌同時(shí)在此基礎上已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)了七大板塊的交鑰匙方案，包括基本路由器、運營(yíng)商寬帶入戶(hù)路由器、智能網(wǎng)關(guān)、雙頻信號中繼器、家庭服務(wù)器、智能路由音箱、86面板等可靈活應用于不同場(chǎng)景的解決方案。

　　6 未來(lái)規劃

　　下一步，矽昌計劃將研發(fā)與方案設計繼續下沉，從模組角度出發(fā)，結合NB-IoT應用場(chǎng)景，打通智慧家庭的完整解決方案鏈，進(jìn)一步布局物聯(lián)網(wǎng)智能家居市場(chǎng)，盤(pán)活中國物聯(lián)網(wǎng)智能家居生態(tài)鏈，通過(guò)自身產(chǎn)品增加市場(chǎng)國產(chǎn)化的聲音，也能夠通過(guò)交鑰匙方案助力更多設備制造商豐富其產(chǎn)品品類(lèi)，實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)國產(chǎn)化領(lǐng)域的“多贏(yíng)”。

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第11頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處