為5G物聯(lián)網(wǎng)奉獻超酷的芯

　　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標準將物物相連提高到全新的水平，于是支持NB-IoT的芯片應運而生。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(zhù)數字信息時(shí)代的到來(lái)，人們熱衷討論的話(huà)題之一是“移動(dòng)互聯(lián)”，其突出標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)展的驅動(dòng)力，正是5G在開(kāi)啟“萬(wàn)物互聯(lián)”的新時(shí)代，因此具有巨大的市場(chǎng)前景。據預測，2030年全球物聯(lián)網(wǎng)連接設備數目將是爆炸性的1 000 億個(gè)（中國將占1/3），遠遠超過(guò)移動(dòng)終端連接數的成長(cháng)。盡管2020年，無(wú)論國際還是國內還只是起步階段，卻是未雨綢繆、蓄勢待發(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？國內芯片公司在5G互聯(lián)創(chuàng )新機遇中是否可以占得先機？帶著(zhù)這些問(wèn)題，筆者來(lái)到北京的銀谷大廈，拜訪(fǎng)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(cháng)呂悅川是筆者的清華精密儀器系88級校友，他于2007年從海外歸來(lái)就著(zhù)手創(chuàng )業(yè)，創(chuàng )辦了從事芯片設計的國家高新技術(shù)企業(yè)。他曾帶領(lǐng)研發(fā)團隊，成功開(kāi)發(fā)出CMMB的手機電視芯片，為聯(lián)想和中興國產(chǎn)手機所采用，為2008年的北京奧運會(huì )增添精彩；也曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出單芯片工業(yè)傳感器解決方案，實(shí)現精密位置和角度傳感，更好地實(shí)現了自動(dòng)檢測與控制，并順利流片。

　　隨著(zhù)5G的出現，智聯(lián)安發(fā)現了在廣闊通信領(lǐng)域蘊藏的巨大通訊機遇，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)鍵是標準，由于歷史原因，以往的數字移動(dòng)系統都是以通信業(yè)務(wù)為主，雖然不斷加入通訊的內容，但是標準并不統一，并且存在不公開(kāi)的問(wèn)題。隨著(zhù)2G逐步退網(wǎng)，3G和4G都沒(méi)有國外的LPWA標準規范，LoRa標準規模受制于頻率管制。NB-IoT源于4G LTE，2019年正式并入5G長(cháng)期演進(jìn)計劃并獲得ITU確認，實(shí)際成為未來(lái)10~15年移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)規范。

　　基于此，智聯(lián)安確立將NB-IoT和CAT1作為主力支持的標準，因為前者是5G物聯(lián)網(wǎng)標準長(cháng)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(cháng)期技術(shù)。

　　5G有三大應用場(chǎng)景，即增強型移動(dòng)帶寬（eMBB），低功耗大規模機器通信場(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)標準關(guān)系及目標應用，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“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，當然還要低成本，這都在第一款MK8010芯片得到體現。

　　● MK8010高性能表現在靈敏度為-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。

　　● 智能化表現在內嵌功能強大的用戶(hù)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192 MHz；休眠方式多達5種，更為省電；大容量（閃存4M，內存64K）；更多可擴展功能由48GPIO支持。

　　● 低功耗表現在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。

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

　　MK8010支持最新的NB-IoT標準，數據傳輸速率達到150 kbps。

　　與此同時(shí)，智聯(lián)安芯片的工藝也在不斷超越，現在采用的是55 nm工藝，之后已規劃了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)，對外攜手合作

　　MK8010芯片的核心技術(shù)由智聯(lián)安團隊自主研發(fā)，包括SoC設計平臺、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，由于跟進(jìn)3GPP規范的長(cháng)期演進(jìn)，MK8010更具靈活性，客戶(hù)由此可擺脫第三方供應商的限制，在研發(fā)和市場(chǎng)上占得先機。

　　對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、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)以及可穿戴設備等；智能氣象包括云層采集和霧水收集等設備的密集化；智能環(huán)保包括各種覆蓋不同環(huán)節設備的精細化。而對于行業(yè)客戶(hù)的特殊需求，客戶(hù)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，而是攜手國內幾家同行一起開(kāi)拓市場(chǎng)，并友好競爭。

　　正是由于本土芯片企業(yè)的興起和堅守，幾乎完全擠壓了國際知名廠(chǎng)商如英特爾和高通在國內物聯(lián)網(wǎng)通訊領(lǐng)域內的發(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芯片主要供應商之一。同時(shí)，智聯(lián)安秉持開(kāi)發(fā)和共贏(yíng)的設計和經(jīng)營(yíng)理念，愿意把自有的成熟技術(shù)授權給有實(shí)力的頭部企業(yè)，例如運營(yíng)商、國內電網(wǎng)、優(yōu)質(zhì)的MCU設計企業(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、物聯(lián)網(wǎng)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)將是重要的發(fā)展方向，而圍繞物聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算將大有可為。由于海量數據采集需要用到大數據和深度學(xué)習技術(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)儲備。呂總拿出一本《自然》雜志，封面就是他們曾經(jīng)協(xié)助清華大學(xué)開(kāi)發(fā)出的一款類(lèi)腦芯片的畫(huà)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)的結合，為世界奉獻具有更加智能化、更低功耗的超級國產(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(mǎn)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。）