| ¿Puede el 5G reemplazar al Wi-Fi 6?La noche del 9 de junio de 2021, se celebró en la Ciudad Científica de Zhangjiang la sexta edición del salón industrial "Chip Everyone Says/I Say IC", organizado por Zhangjiang Hi-Tech y Xinmo Research. Durante el evento, Zhang Pengfei, presidente y director ejecutivo de Broadcom Integration, pronunció un magnífico discurso sobre el tema "La reconstrucción del Internet de las Cosas: Hablando de Wi-Fi 6". El salón contó con la participación de ejecutivos de nivel medio y alto de reconocidas empresas como Huawei, Huahong Grace, Unisoc, Pingtouge e Intel.Durante la sesión de comunicación presencial, Zhang Pengfei mantuvo un animado debate con el público sobre los temas más relevantes del sector, las oportunidades de la industria, las estrategias corporativas y otros asuntos. Zhang Pengfei, presidente y director ejecutivo de Broadcom IntegrationEl Sr. Zhang Pengfei es presidente y director ejecutivo de Broadcom Integration y cuenta con más de 20 años de experiencia en la industria de semiconductores. Estudió Ingeniería Electrónica en la Universidad de Tsinghua, donde obtuvo su licenciatura, maestría y doctorado. En 1994, se trasladó a Estados Unidos para realizar una investigación postdoctoral en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA). Fue cofundador, junto con sus socios, de Resonext Communications, una empresa de diseño de circuitos integrados en Estados Unidos, que posteriormente fue adquirida por RF Micro Devices, una empresa que cotiza en bolsa en Estados Unidos. En 2005, tras su regreso a China, fundó Broadcom Integration en el Parque Tecnológico de Shanghai Zhangjiang, centrándose en la investigación, el desarrollo y la venta de chips de circuitos integrados para comunicaciones inalámbricas. La empresa proporciona chips de radiofrecuencia inalámbrica y microprocesadores SOC de bajo consumo y alto rendimiento a clientes nacionales e internacionales, incluyendo numerosas marcas de renombre mundial, y ofrece soluciones integrales para el transporte inteligente y el Internet de las Cosas. En abril de 2019, Broadcom Integration comenzó a cotizar en el mercado principal de acciones A.A continuación se presenta el contenido del magnífico discurso del Sr. Zhang Pengfei, recopilado por Xinmo Research.Zhang Pengfei:
Todos conocemos el Wi-Fi y todos tenemos al menos un dispositivo que lo utiliza. En los últimos dos años, con el lanzamiento de la tecnología Wi-Fi 6, muchos dispositivos se han actualizado a esta tecnología, que también ha captado la atención de los medios. Hoy quiero hablarles sobre Wi-Fi 6, sus nuevas mejoras tecnológicas, sus nuevos escenarios de aplicación y las nuevas oportunidades de inversión que ofrece.Ampliaré los siguientes puntos:1. El origen de la tecnología Wi-Fi; 2. Cinco principales obstáculos para la aplicación de Wi-Fi 5; 3. Nueve importantes mejoras tecnológicas de Wi-Fi 6; 4. Comparación entre Wi-Fi 6 y 5G; 5. Desafíos de diseño de los chips Wi-Fi 6; 6. El auge de la industria Wi-Fi; 7. Previsión del tamaño del mercado Wi-Fi; 8. Productos Wi-Fi integrados de Broadcom.
El origen de la tecnología Wi-Fi
La industria de la información electrónica se ha desarrollado durante más de 50 años y ha creado numerosos productos que han transformado el mundo. Los ordenadores y los teléfonos móviles son dos de sus productos más representativos. La transmisión y la conexión son tecnologías fundamentales que sustentan todo esto.Utilizamos más de un protocolo de transmisión inalámbrica a diario, y cada teléfono móvil incluye al menos tres: red celular, Wi-Fi y Bluetooth. Existen tres dimensiones importantes para medir la tecnología de transmisión inalámbrica: distancia, ancho de banda y duración de la batería. Desde una perspectiva técnica, es imposible alcanzar la perfección en estas tres dimensiones, e incluso si se lograra, el coste sería muy elevado. Por ello, los teléfonos móviles cuentan con tres protocolos de transmisión inalámbrica. Las redes celulares priorizan la distancia, Wi-Fi optimiza el ancho de banda y Bluetooth prioriza el bajo consumo de energía.Desde 1999, la WLAN cuenta con un estándar de protocolo de comunicación inalámbrica Wi-Fi. Tras un largo periodo de desarrollo, antes de Wi-Fi 6, experimentó cinco generaciones de evolución tecnológica, cuyo objetivo principal era aumentar la cantidad de datos transmitidos por unidad de tiempo. Por ejemplo, los protocolos Wi-Fi de tercera generación 802.11a y 802.11g permiten enviar correos electrónicos; el protocolo Wi-Fi de cuarta generación permite a los dispositivos navegar libremente por Internet, y el protocolo Wi-Fi de quinta generación 802.11ac permite reproducir vídeos sin problemas. Con la actualización tecnológica, cada vez más usuarios utilizan Wi-Fi, y esta tecnología ha comenzado a tener éxito en la industria y los negocios. Sin embargo, también han surgido limitaciones para los usuarios.
Cinco cuellos de botella importantes en las aplicaciones de Wi-Fi 5
Primero, veamos un escenario típico de aplicación Wi-Fi. En un entorno de oficina, hay un punto de acceso (AP), que puede ser un enrutador, un punto de acceso o una puerta de enlace. Muchos dispositivos en la oficina se conectan a Internet a través de los AP. Un AP y todos los dispositivos conectados a él forman una estación base (BSS). Los dispositivos conectados al AP se denominan estaciones (STA). Dentro de una BSS, hay un AP. Todas las STA que acceden al AP en un momento dado deben competir por el medio de transmisión inalámbrica para conectarse a Internet. Dos BSS adyacentes se denominan estaciones base de oficina (OBSS).Una vez comprendido esto, podremos determinar qué cuellos de botella técnicos existían en la tecnología Wi-Fi antes de la llegada de Wi-Fi 6.(1) La coexistencia de múltiples dispositivos provoca una congestión graveCon la amplia aplicación de Wi-Fi, cada vez más estaciones (STA) se conectan a un punto de acceso (AP) en una estación base (BSS), lo que reduce la probabilidad de que cada STA acceda al AP. En la práctica, dentro de una BSS, si la utilización de un canal alcanza el 75%, se produce la saturación. Si se añade otra STA, se producirá un retraso considerable. Las estaciones base operativas (OBSS) siguen interfiriendo entre sí.(2) La proporción de datos de trama corta es demasiado alta.Cuando el punto de acceso (AP) transmite datos de estación (STA), necesita empaquetarlos y enviarlos. Este proceso genera cierta sobrecarga de gestión y control para establecer conexiones de datos seguras y eficaces. Cuanto mayor sea la cantidad de datos válidos, mayor será la utilización del medio de transmisión. Normalmente, utilizamos Wi-Fi para enviar mensajes cortos, y la cantidad de datos efectivos no es grande. Solo al enviar información de 4K y 8K se genera una gran cantidad de datos válidos. En este caso, la utilización del medio inalámbrico durante el proceso de empaquetado es muy baja.(3) Grave escasez de recursos del espectroLa banda de frecuencia de 2.4 GHz es la que más utilizamos. Incluso con un ancho de banda mínimo de 20 MHz, solo hay tres canales disponibles. Si se utiliza un ancho de banda de 40 MHz, solo se puede seleccionar un canal en la banda de 2.4 GHz. Desde el punto de vista de los recursos de frecuencia, la banda de 2.4 GHz es muy difícil de usar. Por ejemplo, si el protocolo 802.11ap utiliza un ancho de banda de 160 MHz, solo se pueden usar dos canales incluso en la banda de 5 GHz. La congestión, en muchos casos, se debe a la insuficiencia de canales.(4) Bajo consumo de energíaCada vez hay más usuarios del Internet de las Cosas, y un requisito fundamental para su aplicación es la reducción del consumo energético. En el sector del Wi-Fi, aún no se presta suficiente atención al bajo consumo. Actualmente, las baterías de los dispositivos electrónicos se pueden reemplazar una vez al año, lo cual funciona muy bien. Sin embargo, con la llegada del Internet de las Cosas, si hay 100 dispositivos de este tipo en casa, habrá que reemplazar dos baterías cada semana, lo que supondrá una gran presión para los usuarios. Por lo tanto, prolongar la vida útil de las baterías es un reto crucial.(5) Larga distancia al aire libreEl Wi-Fi es un protocolo de transmisión para interiores, ¿por qué usarlo en exteriores? Con la llegada del Internet de las Cosas, la demanda de soluciones para exteriores ha aumentado. Por ejemplo, para la videovigilancia y las instalaciones de ocio y entretenimiento, necesitamos protocolos de transmisión para exteriores más fiables.Todas estas son dificultades y desafíos en materia de eficiencia que surgen en los escenarios de aplicación Wi-Fi debido al rápido desarrollo de la industria antes de la llegada de Wi-Fi 6. Este es también el contexto técnico industrial que permitió al IEEE lanzar Wi-Fi 6 desde la perspectiva de la formulación del estándar inalámbrico.
Wi-Fi 6: nueve importantes mejoras técnicas
¿Qué novedades trae Wi-Fi 6? En resumen, Wi-Fi 6 incorpora nueve mejoras técnicas importantes.(1) Tecnología de modulación de orden superior 1024QAM.Wi-Fi 6 utiliza una tecnología de modulación 1024QAM de gama alta, que aumenta la velocidad máxima de transmisión de datos en un 25 % en comparación con Wi-Fi 5.Wi-Fi 5 utiliza tecnología de modulación 256QAM y la densidad de datos de un solo símbolo es 8. Wi-Fi 6 utiliza modulación vectorial 1024QAM y la densidad de datos de un solo símbolo alcanza 10.(2) Los datos de subportadora aumentaron en 4 veces.Wi-Fi utiliza tecnología multiportadora. Wi-Fi 5 contaba con 256 subportadoras. Wi-Fi 6 cuadruplicó esta cifra, alcanzando las 1024. Este aumento de subportadoras ofrece dos ventajas: una mejora en la utilización del espectro y una optimización del tiempo de transmisión.Las subportadoras se agrupan en unidades de radio (RU) de diferentes tamaños y se asignan a cada estación (STA) en unidades RU. Mediante la tecnología OFDMA, se pueden empaquetar diferentes datos en un mismo paquete para evitar el desperdicio de espectro causado por paquetes cortos. Esto también reduce la competencia entre estaciones y disminuye la latencia.(4) Compatibilidad con MU-MIMOEl estándar Wi-Fi 5 ya admite la transmisión simultánea de múltiples usuarios en el enlace descendente; Wi-Fi 6 añade la transmisión simultánea de múltiples usuarios en el enlace ascendente. Existen numerosos requisitos: medición de la matriz de canales, gestión del reloj y control de potencia. Tanto la tecnología MU-MIMO como la tecnología OFDMA resuelven el problema de la transmisión entre múltiples dispositivos. La tecnología OFDMA lo resuelve mediante la reutilización de frecuencias, mientras que la tecnología MU-MIMO lo resuelve mediante la multiplexación espacial.La tecnología de coloración BSS se basa en el protocolo 802.11ah. Por ejemplo, la transmisión de datos es como comer en un comedor. Cada mesa es una BSS. Con Wi-Fi 5, no se puede hablar mientras haya una persona hablando en el comedor, pero con Wi-Fi 6, se puede hablar siempre que la persona en la mesa no hable. Mediante este método, pueden coexistir 64 BSS diferentes.(6) TWT (tiempo de espera objetivo)La forma más eficaz de reducir el consumo de energía es poner los dispositivos inactivos en modo de suspensión. Dado que Wi-Fi 6 se utiliza en aplicaciones de Internet de las Cosas, permite que la estación (STA) entre en modo de suspensión de forma segura, aunque permanezca desconectada. El punto de acceso (AP) y la estación (STA) negocian el tiempo de activación e intercambian información periódicamente para aumentar el tiempo de transmisión del AP y mejorar sus capacidades de control. En otras palabras, Wi-Fi 6 reduce la cantidad de dispositivos que compiten entre sí y disminuye el consumo de energía al mejorar las capacidades de gestión y control de los dispositivos.(7) Admite bandas de frecuencia de 2.4 GHz y 6 GHz.Para solucionar el problema de la escasez de espectro radioeléctrico, Wi-Fi 6 admite las bandas de frecuencia de 2.4 GHz y 6 GHz. La banda de 2.4 GHz se añadió por su baja pérdida de transmisión y su conexión fiable. La banda de 6 GHz es exclusiva de Wi-Fi 6, lo que triplica los recursos de espectro (incluidos los canales 59/29/14/7). Al no existir otros dispositivos con versiones anteriores en la banda de 6 GHz, no se requiere compatibilidad, lo que mejora aún más la eficiencia del sistema.Wi-Fi 6 ofrece productos exclusivos de 20 MHz diseñados a medida para satisfacer las necesidades específicas de bajo consumo, bajo costo y baja velocidad de las aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Los terminales Wi-Fi 6 para IoT solo requieren un ancho de banda de 20 MHz, lo que simplifica el sistema y los hace adecuados para iluminación, entretenimiento, control remoto, dispositivos portátiles, atención médica, aplicaciones médicas y otros escenarios.(9) Nivel de seguridad WPA 3El nivel de seguridad de cifrado de Wi-Fi 6 se ha actualizado de WPA 2 a WPA 3, con una palabra de cifrado de 192 bits, capaz de resistir ataques de tipo "diccionario". Para proteger la seguridad de los datos antes de que sean vulnerados, el nivel de seguridad en entornos empresariales, domésticos y corporativos es superior al de las redes celulares.
Comparación entre Wi-Fi 6 y 5G
Cada vez que se actualiza la red celular, alguien afirma que el Wi-Fi ya no es necesario. Esta afirmación fue muy popular con el 4G-LTE. Ahora que las redes celulares han evolucionado a 5G, ¿reemplazarán al Wi-Fi? Lo veo improbable. Primero, analicemos la comparación técnica entre Wi-Fi 6 y 5G.En comparación con 5G, Wi-Fi 6 tiene mejor capacidad y latencia; el costo de cobertura por unidad de área también es menor que 5G; la arquitectura de red en capas de 5G facilita el acceso a Wi-Fi; las mejoras de seguridad facilitan la gestión y el control de datos, y la seguridad de los datos es más confiable; los equipos compatibles con versiones futuras permiten realizar actualizaciones de red paso a paso; las bandas de frecuencia y los protocolos unificados globalmente hacen que Wi-Fi 6 sea más fácil de popularizar que 5G; la banda de frecuencia de 6 GHz recientemente agregada mejora la competitividad de la onda milimétrica de 5G; los hábitos de los usuarios de Wi-Fi pueden seguir promoviendo la coexistencia; la estática en interiores y la dinámica en exteriores se complementan y se impulsan mutuamente. Por lo tanto, 5G y Wi-Fi seguirán coexistiendo.
Desafíos de diseño de los chips Wi-Fi 6
Las numerosas mejoras técnicas de Wi-Fi 6 imponen grandes exigencias al diseño de chips y plantean importantes desafíos. Esto incluye principalmente varios componentes: receptor, transmisor, circuito de banda base y sincronización de reloj. En el ámbito de los circuitos de banda base, la industria ha comenzado a utilizar procesos de fabricación más avanzados, como los de 12 nm y 14 nm. El control de la potencia de transmisión del reloj no estaba disponible en los relojes de los sistemas Wi-Fi en el pasado, y su diseño resultaba muy complejo.Muchas empresas han diseñado chips Wi-Fi 6, la mayoría estadounidenses. La primera en hacerlo fue Quantenna, que lanzó sus chips Wi-Fi 6 en 2016. Ahora, esta empresa ha sido adquirida por ON Semiconductor. Cabe destacar que el estándar Wi-Fi 6 se formuló en 2019 y no se implementará en la industria hasta 2020. ¿Por qué sus chips se lanzaron antes que el estándar? La razón principal es que estas empresas participan en la formulación de estándares, por lo que estos son fundamentales para el desarrollo de nuestra industria. Estamos demasiado estancados en el proceso de estandarización.
El auge de la industria Wi-Fi
El desarrollo de la industria Wi-Fi no es fácil. Actualmente, esta industria mueve 3.3 billones de dólares estadounidenses y cuenta con 37.5 millones de chips Wi-Fi. En promedio, cada persona tiene dos dispositivos que utilizan tecnología Wi-Fi.En el mercado de aplicaciones, el mercado de routers y gateways se acerca a los 500 millones de unidades y mantiene un fuerte crecimiento. Entre los productos con envíos anuales superiores a 200 millones se incluyen televisores, altavoces inteligentes, electrodomésticos, iluminación y cámaras de vigilancia. Los productos con envíos anuales superiores a 100 millones incluyen relojes y conmutadores inteligentes. Desde 2017, el mercado de chips Wi-Fi ha crecido en 1 millones de unidades al año.
Previsión del tamaño del mercado Wi-Fi
Si nos fijamos únicamente en el mercado de Wi-Fi 6, la tendencia de crecimiento es evidente. En primer lugar, el rápido desarrollo de la tecnología 5G ha impulsado la rápida migración de dispositivos Wi-Fi a Wi-Fi 6. En segundo lugar, la política nacional de "Aumento de Velocidad a Doble Gigabit" beneficia al mercado de Wi-Fi 6. En tercer lugar, el rápido aumento de la densidad de dispositivos IoT exige que Wi-Fi 6 mejore la experiencia del usuario. Por último, se prevé que más de la mitad de los dispositivos Wi-Fi utilicen Wi-Fi 6 en 2025.Wi-Fi 6 representa una oportunidad única para la industria de semiconductores de China. Históricamente, cada avance tecnológico ha sido un buen momento para incursionar en el sector. La aparición de nuevas aplicaciones también propicia la innovación. La IAoT (Industria para el Internet de las Cosas) y la Industria 4.0 han generado nuevos mercados. China cuenta con una cadena industrial completa. Al mismo tiempo, las políticas nacionales promueven activamente la seguridad de dicha cadena. Esto conlleva numerosos beneficios en términos de inversión y políticas. Es un momento propicio para el desarrollo de la industria de semiconductores.
Productos Wi-Fi integrados de Broadcom
Por último, vamos a presentar la situación de la integración de Broadcom en nuestra empresa.Broadcom Integration, fundada en 2005, se centra en la industria de la transmisión inalámbrica. Cotiza en el mercado principal de acciones A desde 2019. La cartera de productos de Broadcom Integrated se divide principalmente en dos áreas: primero, soluciones inteligentes para el hogar, principalmente chips Bluetooth y chips Wi-Fi para IoT; segundo, chips inteligentes de alta velocidad, siendo el principal proveedor de chips ETC internacionales y una gama completa de chips para la industria automotriz.En cuanto a productos, Broadcom Integration cuenta actualmente con dos productos estrella: el chip procesador de audio inteligente de doble núcleo multimodo Wi-Fi/BT/FM BK7271, que dispone de amplios recursos de procesamiento de audio y vídeo, incluyendo una matriz de micrófonos, reducción activa de ruido, activación por palabra clave mediante inteligencia artificial y otras tecnologías únicas; y el chip MCU IoT Wi-Fi 6 BK7236, compatible con el protocolo Wi-Fi 6, adecuado para la mayoría de las aplicaciones IoT y certificado por la Wi-Fi 6 Alliance.El foro industrial "I Say IC" es una plataforma de intercambio de ideas innovadora y periódica, creada conjuntamente por Zhangjiang Hi-Tech y Xinmo Research. En el futuro, la plataforma organizará foros regulares centrados en temas de actualidad del desarrollo industrial y se esforzará por convertirse en la plataforma de comunicación, innovación y conocimiento más influyente del sector de los circuitos integrados.
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