芯片巨头，涌向UWB
发布时间：2024-3-4 08:21
发布者：eechina
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UWB
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来源：半导体行业观察 近年来，很多企业都在拱火UWB市场： 2019 年，苹果iPhone11搭载UWB芯片，火极一时的AirDrop隔空投送带来的“空间感知”功能，率先带动UWB在消费电子领域的商用。 2022年3月，一则海思招聘UWB技术工程师的信息也引起业内关注，被认为是华为海思入局UWB技术领域的信号。 宝马、蔚来宣布在车上搭载UWB芯片，随后大众、福特、小鹏、比亚迪等一干车型相继跟上。 此外，小米的“一指连”，华为的“灵犀指向遥控”相继入局智能家居领域，市场是否愿意为这个成本高但非刚需的功能买单，不确定性仍然很强。 业界一系列动态，似乎宣告着UWB应用可以无处不在。UWB技术在汽车、智能穿戴，以及工业市场都有很大的机会。 但从市场后续的一系列反映来看，不温不火，或许才是对UWB行业最贴切的描述。 UWB市场体量和WiFi、蓝牙、RFID根本不是一个数量级；和Lora、Zigbee这些小众的无线通讯技术的市场规模也有不小的差距。原因在于UWB缺少成功的、具备一定量的落地应用场景支撑。 沉寂已久的UWB仍需要等待一个机会，来实现新的救赎。 UWB芯片，迎来新转折 近日，短暂平静的UWB市场传来了重磅消息——在2024年的MWC上，高通一口气发布了众多新产品。其中，UWB芯片也迎来了新的进展。 据了解，高通发布了一款型号为FastConnect 7900的芯片，采用6nm制程工艺，是一颗融合了“Wi-Fi7+蓝牙+UWB”多种局域网通信技术的套片。 值得注意的是，这款芯片可以与高通最新发布的5G芯片“骁龙X80”组成新一代的高端移动芯片组，一起使用于手机、PC、车载、IoT等客户。 这或将成为助推UWB产业发展的关键一环。 因为“骁龙X80”+“FastConnect 7900”芯片组合的推出，就意味着高通的UWB进入到手机的时间就很近了。据介绍，搭载该平台的商用终端预计将于2024年下半年发布，到时国产安卓手机厂商就会同步搭载UWB功能，一旦有安卓手机厂商大规模用UWB芯片，其他的手机厂商也会很快跟进。 届时，UWB也许将迎来市场需求的新局面。 借此机会，我们一起来看一下UWB的技术特点与优势，以及当前的应用进展和企业布局情况，更深入的了解UWB技术的发展现状、挑战与未来趋势。 UWB，从军用走向商用 UWB，全称为Ultra Wide Band，是一种超宽带无线载波通信技术。 UWB不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输的。由于脉冲时间宽度极短，因此可以实现频谱上的超宽带，从3.1GHz - 10.6GHz，总共7.5GHz的可用频谱带宽，使用的射频带宽在500MHz以上。 
超宽带UWB与其他无线数据传输技术工作频率分布图 （图源：eliko.tech） 这种脉冲信号的宽带特性使得UWB芯片能够在相对较低的功率下传输更多的数据，相比全球导航卫星系统（GNSS）、WiFi和蓝牙等常见的定位技术，UWB技术具有定位精度高、抗干扰能力强、安全性好、传输速度快、功耗低等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。 实际上，UWB并不是一项新技术，它大概在1960年时就被提出，主要用于军事上的雷达系统，属于辅助系统，用量不算太大。 直到2002年2月，UWB获得美国联邦通信委员会(FCC)的批准，开始在民用和商用通信领域得到应用。2007年3月，国际标准化组织(ISO)正式通过了WiMedia联盟提交的MB-OFDM标准，这标志着UWB技术的第一个国际标准诞生，开始向大规模商用过渡。 2013年开始，UWB逐渐应用于公安系统、仓储、物流、医院、工厂、煤矿、工地、展馆、商场、隧道、机房、机场、体育等诸多不同的垂直领域。 UWB进一步被大众所了解，则是在2019年苹果在iPhone 11系列上配备了这一技术，也使得UWB开始逐步被越来越多的设备应用。 在此期间，一些公司开始推出UWB芯片，用于实现高速短距离无线通信以及高精度定位定向。 UWB开始时被定位为一种与Wi-Fi类似的数据传输技术，但由于各种原因，包括功率限制，在商业用途上一直没有取得成功。 当该技术重新定位，主要朝着基于脉冲无线电、基于IEEE 802.15.4a标准的安全测距和定位技术发展之后，为UWB赋予了安全、可靠、厘米级精确距离和位置测量的能力。 简单理解，UWB本质不是为数据通讯服务的，优势在于测距及定位。 UWB的主要吸引力在于其极高的位置和方向精度，可以精确定位物体的位置，误差仅有几厘米，大大高于蓝牙、GPS和其他跟踪方法。 得益于显著的优势，UWB在上述B端市场快速落地，并且逐渐商用。 随着技术的成熟，UWB技术开始开拓B端之外的应用场景，发挥在消费市场的巨大应用潜力。各种终端设备开始集成UWB通信功能，如笔记本电脑、移动电话和智能汽车等消费电子产品。 UWB，寻找落脚点 那么，UWB究竟能为用户带来什么好处？ 上面对UWB技术优势的介绍可能不太直观，我们以应用场景为例，可以更清楚的了解到UWB在实际应用中的功能和价值，例如： 苹果利用UWB技术的超高精度定位能力，提高了手机的定位精度，能够感知周围手机的准确位置，苹果将其命名为空间感知能力。通过Airdrop（隔空投送）功能，快速建立无线连接，来为用户传输数据做好准备。 此外，UWB还被苹果应用在了AirTag上，由于其支持厘米级的定位精度，还能够实现立体三维位置跟踪，并且不仅速度快、而且功耗也更低，因此AirTag能够让所有设备都具备防丢功能，而且用户寻找的过程也更为便捷。除了AirTag外，在Apple Watch、HomePod等产品获得UWB的加持后，同样也能够通过精准定位来实现精准定位。 苹果是为数不多大规模在旗下设备中应用UWB的厂商。 三星也在旗下产品中积极引入UWB的应用，自Galaxy Note 20 Ultra、Galaxy Z Fold2开始就加入了这一技术，例如在“对准来分享”功能中，UWB同样也能通过快速定位来建立无线连接，以实现数据传输。同时，三星也推出了SmartTag+智能追踪器。除了终端产品外，三星还通过了支持UWB的Exynos Connect U100芯片，直接面向智能家居、智能工厂和智能汽车领域。 在智能家居领域，小米推出了具备UWB技术的“一指连”功能，以及由此衍生的“一指操控”和“一指投送”功能。借助UWB的精准定位和快速连接特性，“一指连”功能的空间定位已实现厘米级和±3°的角度测量精度，指向即可实现定向操控，还能轻松完成投屏等操作。而在米家生态链这一体系下，UWB的应用也为用户带来了更多的便利性。 去年，华为发布了首款隔空触控电视，创新地搭载了全球首发的华为灵犀指向遥控交互方式，在大屏电视上实现了滑动、拖拽、圈选等手机才有的操控体验。这种绝对指向遥控技术通过UWB技术，达到了“所指即所得”的隔空触控效果。华为表示，这种全新电视交互方式的推出，将让电视行业步入“巨幕手机”的新时代。 从消费电子到智能汽车，UWB的“第二落点”？ 消费市场正在成为UWB技术的敲门砖，让消费者见识到了UWB的奇妙之处。而仍在消费市场寻找出路的UWB，如今在汽车市场反而有了率先爆发的迹象。 2019年，车联网联盟将UWB列为下一代车辆安全访问技术，促进了移动设备的大规模可用性。随后，多家汽车品牌都开始引入 UWB汽车数字钥匙。 虽然目前已经存在各种形式的无钥匙进入技术，但UWB的采用将使车辆能够在几厘米内实时测量遥控钥匙的确切位置，与其他无线标准相比，UWB极大地提高了车辆的安全性。未来，你可以用支持UWB的设备（比如智能手机）或使用其数字钥匙平台的可穿戴设备解锁车辆，不必随身携带单独的遥控钥匙。同时，也可以支持高精度寻车。 
图源：物联网智库 有业内人士表示，“UWB目前应用最广泛、前景最好的场景便是汽车数字钥匙。” 随着蔚来、长城、路虎、宝马等主机厂量产车型的推动，2022年更是被称为“UWB数字钥匙量产元年”。 2023年，业界更是出现了多个标志性事件。无论是苹果的“一掷乾坤”、蜂窝模组龙头移远的入局，亦或驰芯半导体和纽瑞芯的新品发布，都透露出UWB或许将在汽车数字钥匙这一应用大展拳脚。 然而，UWB 在汽车上不仅仅只有智能车钥匙这一个应用场景。 UWB雷达还可以帮助感知周围环境，因为UWB的精度非常高，舱内监测无疑是首先受益于政策法规强制要求的细分市场之一，应用它对人体生物的呼吸来感知车内有没有生物，比如，欧洲新车评价规程Euro NCAP是全球首个将儿童保护纳入评价体系的地区法规，防止大人不小心把门关了，车内的小孩还没出来，可能造成安全隐患。用UWB技术就可以检测到关门之后车内有没有活体存在，给车主报警提示或者直接不让车主关上车门等。此外，UWB的雷达功能还能够实现脚踢打开后备箱。 上述应用会促使UWB在汽车市场的应用推广，而相应的，汽车用户需要用手机中的UWB芯片和汽车的UWB芯片进行交互，进而手机UWB芯片的大规模应用会反向推动其他消费类电子使用UWB技术。 最近几年，在苹果、小米、三星等大厂以及汽车厂商的共同努力下，UWB已经从主要面向行业应用的小众技术，逐渐走到台前，转变为消费市场积极拥抱的大众科技了，同时也成为了资本市场重点关注的领域之一。 目前，UWB技术主要应用在智能手机、汽车、智能家居、可穿戴设备、消费电子标签等领域。其中，中高端手机庞大的出货量，可以持续引领C端智能手表、智能可穿戴、智能家居等各类UWB设备的出货增长。 值得注意的是，智能手机里面加UWB芯片有两种思路：一种就如现在苹果所做的，专门加一颗“U1”芯片，这颗芯片的功能也不只是定位与测距，还有其他的功能，这会更加丰富智能手机的功能；第二种就是在手机主控芯片里面加入UWB功能，就好比现在4G、5G、WiFi、蓝牙都直接集成进一颗芯片一样。 对于第一种方案，新兴的芯片厂商还有机会，而第二种方案则大概率会直接被高通、MTK、华为等移动芯片企业直接吃掉。 根据Techno Systems Research的最新报告，2027年全球UWB的出货量将超过12亿个，年复合增长率超过30%。在“手机生态+汽车生态”的双核驱动下，未来UWB将具有广阔的蓝海市场。从应用领域来看，到2027年，智能手机依旧是最大的应用市场，其次是智能汽车、智能家居、可穿戴设备、电子标签。 
图源：Techno Systems Research UWB芯片行业现状与挑战 在全球市场上，UWB芯片的主要玩家包括苹果、恩智浦、Qorvo等。其中，Qorvo 在2020年以4亿美元收购Decawave进入UWB 芯片领域，目前主导包括工厂、煤矿、半导体企业等需要定位的B端UWB市场，主要产品为DW系列；而手机领域的UWB的供应以恩智浦和Qorvo两家供应商为主，苹果则是自研自用；而在车规级UWB芯片领域恩智浦一家独大，主要产品为Trimension系列。 此外，意法半导体、英飞凌、瑞萨等传统汽车大厂也加大了UWB的布局，近年来也已经取得了一定的进展。 
而在中国市场上，虽然UWB芯片设计领域起步较晚，但由于较好的市场及产业链优势，目前也正在加速崛起中。 UWB芯片国内主要市场参与者包括浩云科技、环旭电子、联睿电子、唐恩科技、精位科技、纽瑞芯、柯锐思德、易百德、瀚巍微电子、优智联、驰芯半导体、捷扬微、清研讯科等，多家国产厂商在UWB芯片领域取得新的进展。 总体来说，无论是国内还是国际，UWB技术都在不断发展和完善，但在国内核心技术和产业链上游方面仍存在一些差距。随着技术的进一步成熟和市场需求的增长，预计未来UWB技术将得到更广泛的应用和推广。 成本难题 UWB技术在市场上也能看到一些采用，但为何UWB并没有如想象中那般火爆呢？ 归根结底，目前大部分应用都是无关痛痒的，属于体验改善性质的应用，甚至一些改善比较鸡肋，并不能解决前所未有的问题。 另一方面，UWB的实用成本目前依然较高，在中高端产品的向下兼容方面还需要进一步发力。 对此，有业内人士指出，UWB现在价格比较高最主要的原因还是产业链还没有起来。随着半导体工艺技术的不断演进，以及国产UWB厂商的不断崛起，UWB的出货量将不断增大，而出货量的快速增长将在很大程度上带动成本的降低，进而带动UWB在中低端设备中的普及。 UWB标准化进程慢 再一个原因是，每项新技术生态建立都需要一个过程。 UWB的行业标准目前总体上还处在相对“散装”的阶段。该技术的应用毕竟横跨了消费级、工业级、车规级等不同场景等级，而每个场景的等级标准也亟待进一步理清。 因此，建立相对统一的标准是绕不过去的拦路虎。 UWB有两个国际标准化组织：一个是UWB联盟，另一个是Fira联盟。 UWB联盟面对的目标市场是B端的RTLS市场，也就是区域/室内定位市场：通过对室内人、车、物位置实时感知，实现管理自动化目的。RTLS市场是以TDOA/TOF三角定位作为的定位算法技术路线，每家公司产品在UWB链路层通讯协议以及RTLS定位算法都不相同，也就没有厂家间产品相互兼容的可能性。 FiRa联盟的成员包括苹果、索尼、三星、高通、小米、OPPO等知名厂商，并致力于跨垂直业务领域开发基于IEEE 802.15.4标准的UWB应用场景，目标是制定UWB室内定位行业的互操作性标准，旨在打破不同标准和制式的限制，推动全球统一标准的形成。 但整体来看，UWB雷声大雨点小，加上这几年终端厂家日子不如以前。对于融合UWB技术，相比WiFi、BLE、5G而言热情度不高。大厂多采取观望态度，多数在培育和寻求市场，不做重大的战略投入策略。 UWB，趋势解读 基于UWB行业发展现状、应用进展和技术挑战，物联传媒观察到UWB发展的几大趋势，笔者对此做了精简总结： 1. 国产UWB芯片玩家正在崛起：国产UWB芯片玩家大约在2019年后陆续开始布局，目前，几家进度快的国产芯片玩家已经实现了芯片量产，预计一两年之内会有更多的产品实现量产。国产芯片玩家的崛起势必会给市场注入更多的活力，很多应用场景或者产品需要在某些层面有定制化的功能，并且对成本要求极低，这都将会是国产UWB芯片玩家的机会。 2. 安卓手机将快速普及UWB芯片：iPhone早就普及了UWB芯片，此前，关于安卓手机使用UWB芯片的新闻时有耳闻，但进展缓慢。但此次随着高通推出集成UWB功能的5G套片，直接一颗多合一的芯片卖给手机厂商，这对手机厂商而言是最佳的方案，也将会直接带动UWB在安卓手机厂商的普及。 3. 低成本是行业刚需：无论是B端还是C端企业，都一致反馈目前的UWB产品太贵，需要降价，这其实是一种需求传导，需求方的一个普遍认知是：UWB这个技术很好，但是产品太贵。而基于这样的需求现状，上游产业无论是芯片厂商，还是产品与方案商，最有效的应对策略就是“把价格打下去”，至少现阶段来说，这不是一种恶意的价格战，而是满足行业需求的举动。 4. 行业分工开始明确：几年前，UWB行业现状是，芯片企业数量很少，然后有众多方案商，各家方案商的产品与业务领域都高度重合。而当前，逐渐看到了产业分工的趋势，有部分企业逐渐聚焦于做模组或者标准硬件产品，有部分企业逐渐只做定位软件，部分企业逐渐聚焦于垂直行业的整体方案等。这是产业在发展壮大的一个良好信号。 5. UWB厂商有的放矢，深耕垂直行业：几年前，几乎所有的方案商啥行业项目都会去做，但如今，国内大多数UWB方案商在有意识做减法，聚焦精力深耕几个垂直行业，理解这个行业或用户的业务逻辑与需求，打造一体化的信息化方案。 6. UWB多模融合产品逐渐增多：无论是B端产品，还是C端产品，如果要定位都会涉及到室内外融合，或者与其他技术的融合。比如B端产品，UWB往往需要跟蓝牙、GNSS甚至LoRa、WiFi等传输技术融合起来的产品，基于这样的需求，未来在芯片上游端，也会逐渐出现多模或者合封的产品。 总之，UWB超宽带是一项潜力巨大的技术。 有业内人士表示，未来UWB会成为一种跟蓝牙、WiFi相似普及程度和规模的无线技术，也正是如此，行业厂商不断深耕UWB领域，并且在多个应用场景上去做从芯片底层技术上的支撑。 但UWB目前仍处于起步阶段，正面临来自蓝牙、GPS和Wi-Fi等技术的激烈竞争。虽然UWB在安全性、高带宽、双向通信等许多方面存在优势，使其在许多应用中都能获得好评，然而，UWB因行业使用量不高导致它的产品价格较高，市场推广仍然艰难。 同时，UWB技术的门槛也很高，从研发到落地，不仅要符合监管要求、一致性要求，而且还要顺利通过FiRa PHY认证测试以及ToF和AoA测量，可以说，UWB技术的特点和部署确实会给测试带来巨大的挑战。 虽然目前UWB的发展面临诸多挑战，但随着消费电子市场的推动，尤其是高通UWB集成芯片的推出，及其加速进入汽车市场，无疑为UWB市场发展提供了新的动能。 我们有理由相信，UWB技术在未来几年将实现更大的突破。但它并非旨在取代 Wi-Fi、蓝牙或NFC，而是智能地补充它们。 写在最后 UWB还不是香饽饽，更不是救命稻草，需要产业链上下游企业的积极摸索和共同参与，围绕功耗、成本以及标准化等方面解决问题，开启UWB芯片产品的“芯”篇章。 |
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