| Kan 5G Wi-Fi 6 vervangen?On the evening of June 9, 2021, the sixth "Chip Everyone Says/I Say IC" industry salon organized by Zhangjiang Hi-Tech and Xinmo Research was held in Zhangjiang Science City. During the salon, Zhang Pengfei, Chairman and CEO of Broadcom Integration, gave a wonderful speech on the theme of "Reconstruction of the Internet of Things: Talk about Wi-Fi 6". The salon attracted the participation of middle and high-level executives from well-known companies such as Huawei, Huahong Grace, Unisoc, Pingtouge, and Intel.Tijdens de communicatiesessie op locatie voerde Zhang Pengfei een levendige discussie met het publiek over actuele thema's en kansen in de sector, bedrijfsstrategieën en andere onderwerpen. Zhang Pengfei, voorzitter en CEO van Broadcom IntegrationDe heer Zhang Pengfei is de voorzitter en CEO van Broadcom Integration en heeft meer dan 20 jaar ervaring in de halfgeleiderindustrie. Hij studeerde elektronische technologie aan de Tsinghua Universiteit, waar hij zijn bachelor-, master- en doctoraatstitel behaalde. In 1994 vertrok hij naar de Verenigde Staten voor postdoctoraal onderzoek aan de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA). Samen met partners was hij medeoprichter van Resonext Communications, een bedrijf in de Verenigde Staten dat zich specialiseerde in het ontwerpen van geïntegreerde schakelingen. Dit bedrijf werd later succesvol overgenomen door RF Micro Devices, een beursgenoteerd bedrijf in de Verenigde Staten. Na zijn terugkeer naar China in 2005 richtte Zhang Pengfei Broadcom Integration op in het Zhangjiang High-Tech Park in Shanghai. Het bedrijf richt zich op de R&D en verkoop van geïntegreerde schakelingen voor draadloze communicatie. Broadcom Integration levert energiezuinige, krachtige draadloze radiofrequentie- en microprocessor-SOC-chips aan binnenlandse en buitenlandse klanten, waaronder vele wereldberoemde merken, en biedt complete oplossingen voor intelligent transport en het Internet of Things. In april 2019 werd Broadcom Integration genoteerd aan de A-aandelenbeurs.Hieronder volgt de inhoud van de prachtige toespraak van de heer Zhang Pengfei, samengesteld door Xinmo Research.Zhang Pengfei:
Iedereen kent wifi en iedereen heeft wel minstens één apparaat dat wifi gebruikt. De afgelopen twee jaar, met de introductie van wifi 6, zijn veel apparaten geüpgraded naar wifi 6 en heeft wifi 6 ook veel media-aandacht gekregen. Vandaag wil ik het met u hebben over wifi 6 en de nieuwe technologische verbeteringen, toepassingsmogelijkheden en investeringskansen die het biedt.Ik zal de volgende punten nader toelichten:1. De oorsprong van Wi-Fi-technologie; 2. Vijf belangrijke toepassingsknelpunten van Wi-Fi 5; 3. Negen belangrijke technologische upgrades van Wi-Fi 6; 4. Een vergelijking tussen Wi-Fi 6 en 5G; 5. Ontwerpproblemen bij Wi-Fi 6-chips; 6. De opkomst van de Wi-Fi-industrie; 7. Marktprognose voor Wi-Fi; 8. Geïntegreerde Wi-Fi-producten van Broadcom.
De oorsprong van wifi-technologie
De elektronische informatie-industrie is al meer dan 50 jaar in ontwikkeling en heeft talloze producten voortgebracht die de wereld hebben veranderd. Computers en mobiele telefoons zijn de twee meest representatieve voorbeelden. De cruciale ondersteunende technologie hierachter is transmissie en verbinding.We gebruiken dagelijks meer dan één draadloos transmissieprotocol, en elke mobiele telefoon bevat minstens drie protocollen: mobiel netwerk, wifi en Bluetooth. Er zijn drie belangrijke dimensies voor het meten van draadloze transmissietechnologie: bereik, bandbreedte en batterijduur. Technisch gezien is het onmogelijk om op al deze drie vlakken de ultieme prestatie te leveren, en zelfs als dat wel zou lukken, zouden de kosten zeer hoog zijn. Daarom zijn er drie draadloze transmissieprotocollen in mobiele telefoons. Mobiele netwerken optimaliseren het bereik, wifi optimaliseert de bandbreedte en Bluetooth zorgt voor een laag energieverbruik.Sinds 1999 bestaat er een WLAN-standaard voor draadloze communicatie, Wi-Fi. Na een lange ontwikkelingsperiode, vóór Wi-Fi 6, heeft het protocol vijf generaties technologische vooruitgang doorgemaakt, waarbij het belangrijkste thema de hoeveelheid data die per tijdseenheid wordt verzonden, was. Zo konden met de derde generatie Wi-Fi-protocollen 802.11a en 802.11g e-mails worden verzonden; met de vierde generatie konden apparaten vrijelijk internetten, en met de vijfde generatie, 802.11ac, konden apparaten video's vloeiend afspelen. Door de technologische vooruitgang maken steeds meer gebruikers gebruik van Wi-Fi, waardoor het steeds succesvoller wordt in de industrie en het bedrijfsleven. Hierdoor ontstaan echter ook knelpunten voor gebruikers.
Vijf belangrijke toepassingsknelpunten van Wi-Fi 5
Laten we eerst eens kijken naar een typisch Wi-Fi-toepassingsscenario. In een kantooromgeving is er een access point (AP), dit kan een router, een hotspot of een gateway zijn. Veel apparaten in het kantoor zijn via AP's verbonden met het internet. Een AP en alle apparaten die erop zijn aangesloten, vormen een BSS (Base Station System). De apparaten die met de AP zijn verbonden, worden STA's (Stations Apparaten) genoemd. Binnen een BSS bevindt zich een AP. Alle STA's die op een bepaald moment toegang proberen te krijgen tot de AP, moeten concurreren om het draadloze transmissiemedium om verbinding te maken met het internet. Twee naast elkaar gelegen BSS'en worden OBSS'en (Outside Block Station System) genoemd.Als we dit begrijpen, kunnen we achterhalen welke technische knelpunten er in de Wi-Fi-technologie bestaan vóór de komst van Wi-Fi 6.(1) Het naast elkaar bestaan van meerdere apparaten leidt tot ernstige congestieDoor de wijdverspreide toepassing van Wi-Fi zijn er steeds meer stations (STA's) verbonden met een toegangspunt (AP) in een basisstation (BSS), waardoor de kans dat elke STA toegang krijgt tot het AP afneemt. In de praktijk is een kanaal binnen een BSS verzadigd zodra de benutting 75% bereikt. Het toevoegen van een extra STA leidt tot ernstige vertraging. Bovendien interfereren de verschillende stations (OBSS'en) nog steeds met elkaar.(2) Het aandeel korte-framegegevens is te hoogWanneer het access point (AP) STA-data verzendt, moet het deze data verpakken en versturen. Dit proces brengt extra beheer- en controlekosten met zich mee om effectieve en veilige dataverbindingen te garanderen. Hoe meer geldige data er is, hoe hoger de benutting van het transmissiemedium. Normaal gesproken gebruiken we wifi om korte berichten te verzenden, waarbij de hoeveelheid effectieve data niet groot is. Alleen bij het verzenden van 4K- en 8K-informatie is er sprake van een grote hoeveelheid geldige data. In dat geval is de benutting van het draadloze medium tijdens het samenstellen van de datapakketten zeer laag.(3) Ernstig tekort aan spectrumbronnenWe gebruiken de 2.4 GHz-frequentieband het meest. Zelfs met de kleinste bandbreedte van 20 MHz zijn er slechts drie kanalen beschikbaar. Bij een bandbreedte van 40 MHz kan er slechts één kanaal in de 2.4 GHz-band worden geselecteerd. Vanuit het oogpunt van frequentiebronnen is 2.4 GHz erg moeilijk te gebruiken. Als het 802.11ap-protocol bijvoorbeeld een bandbreedte van 160 MHz gebruikt, kunnen er zelfs in de 5 GHz-band slechts twee kanalen worden gebruikt. Overbelasting wordt in veel gevallen veroorzaakt door een tekort aan kanalen.Het aantal gebruikers van het Internet der Dingen neemt toe, en een zeer belangrijke vereiste voor de toepassing ervan is een laag energieverbruik. In de wifi-industrie wordt er nog steeds onvoldoende aandacht besteed aan een laag energieverbruik. De batterijen van moderne elektronische apparaten hoeven maar eens per jaar vervangen te worden. Dat is prima geregeld. Stel dat er in het tijdperk van het Internet der Dingen 100 van zulke apparaten in huis zijn, dan moeten er wekelijks twee batterijen vervangen worden, wat een flinke belasting voor de gebruiker vormt. Het verlengen van de batterijduur is daarom een cruciale uitdaging.Wi-Fi is een transmissieprotocol voor binnenshuis, waarom zou je het buitenshuis gebruiken? Nu het Internet der Dingen opkomt, is de vraag naar buitenshuisgebruik juist toegenomen. Denk bijvoorbeeld aan beveiligingssystemen en recreatie- en entertainmentfaciliteiten. We hebben daarom betrouwbaardere transmissieprotocollen voor buiten nodig.Dit zijn allemaal moeilijkheden en uitdagingen op het gebied van efficiëntie die zich voordoen in Wi-Fi-toepassingsscenario's als gevolg van de snelle ontwikkeling van de industrie vóór de komst van Wi-Fi 6. Dit vormt tevens de industriële technische achtergrond voor IEEE om Wi-Fi 6 te lanceren vanuit het perspectief van de formulering van draadloze standaarden.
Wi-Fi 6: negen belangrijke technische upgrades
Wat heeft Wi-Fi 6 gedaan? Kort samengevat heeft Wi-Fi 6 negen belangrijke technische verbeteringen.(1) Modulatietechnologie van hogere orde 1024QAM.Wi-Fi 6 maakt gebruik van de geavanceerdere 1024QAM-modulatietechnologie, waardoor de maximale gegevensoverdrachtssnelheid met 25% toeneemt ten opzichte van Wi-Fi 5.Wi-Fi 5 maakt gebruik van 256QAM-modulatietechnologie, waardoor de datadichtheid per symbool 8 bedraagt. Wi-Fi 6 maakt gebruik van 1024QAM-vectormodulatie, waardoor de datadichtheid per symbool 10 bereikt.(2) Subcarrier-gegevens zijn verviervoudigdWi-Fi maakt gebruik van multicarrier-technologie. Het aantal subcarriers in Wi-Fi 5 is 256. In Wi-Fi 6 is dit verviervoudigd, waardoor het aantal subcarriers is gestegen tot 1024. De toename van het aantal subcarriers heeft twee voordelen: een efficiënter gebruik van het spectrum en een efficiënter gebruik van de zendtijd.Subdragers worden gegroepeerd in RU-groepen van verschillende groottes en toegewezen aan elke STA in RU-eenheden. Met behulp van OFDMA-technologie kunnen verschillende informatiegegevens in hetzelfde pakket worden verpakt om spectrumverspilling door korte pakketten te voorkomen. Het vermindert ook de concurrentie tussen STA's en verlaagt de latentie.De Wi-Fi 5-standaard ondersteunt al gelijktijdige downlink-verbindingen van meerdere gebruikers; Wi-Fi 6 voegt daar gelijktijdige uplink-verbindingen van meerdere gebruikers aan toe. Er zijn veel eisen: kanaalmatrixmetingen, klokbeheer en energiebeheer. Zowel MU-MIMO-technologie als OFDMA-technologie lossen het probleem van transmissie door meerdere apparaten op. OFDMA-technologie doet dit door frequentiehergebruik, terwijl MU-MIMO-technologie dit doet door ruimtelijke multiplexing.De BSS-kleurtechnologie maakt gebruik van het 802.11ah-protocol. Een voorbeeld van gegevensoverdracht is te vergelijken met eten in een eetzaal. Elke tafel is een BSS. Onder Wi-Fi 5 kun je niet praten zolang er iemand aan tafel praat, maar onder Wi-Fi 6 kun je wel praten zolang de persoon aan tafel niet praat. Met deze methode kunnen 64 verschillende BSS'en naast elkaar bestaan.De meest effectieve manier om het stroomverbruik te verminderen, is door inactieve apparaten in de slaapstand te zetten. Omdat Wi-Fi 6 wordt gebruikt voor Internet of Things-toepassingen, is het zo ingesteld dat STA's veilig in de slaapstand kunnen gaan, maar offline blijven. De AP en STA onderhandelen over de periode waarin ze actief moeten zijn en wisselen regelmatig informatie uit om de uitzendperiode van de AP te verlengen en de controlemogelijkheden van de AP te verbeteren. Met andere woorden, Wi-Fi 6 vermindert het aantal concurrerende apparaten en verlaagt het stroomverbruik door de beheer- en controlemogelijkheden van apparaten te verbeteren.(7) Ondersteunt de frequentiebanden 2.4 GHz en 6 GHzOm het probleem van een tekort aan spectrumbronnen op te lossen, ondersteunt Wi-Fi 6 de 2.4 GHz- en 6 GHz-frequentiebanden. De 2.4 GHz-band is toegevoegd vanwege het lage transmissieverlies en de betrouwbare verbinding. De 6 GHz-frequentieband is de exclusieve frequentieband van Wi-Fi 6, die de spectrumbronnen verdrievoudigt (inclusief kanalen 59/29/14/7). Er zijn geen andere apparaten met oudere versies in de 6 GHz-frequentieband, waardoor compatibiliteit niet vereist is en de systeemefficiëntie verder wordt verbeterd.Wi-Fi 6 heeft speciaal ontwikkelde 20MHz-producten die voldoen aan de specifieke eisen van een laag energieverbruik, lage kosten en lage snelheid voor Internet of Things-toepassingen. IoT Wi-Fi 6-terminals hoeven slechts een bandbreedte van 20MHz te ondersteunen, het systeem is eenvoudig en het is geschikt voor verlichting, entertainment, afstandsbediening, wearables, gezondheidszorg, medische toepassingen en andere toepassingen.(9) WPA 3-beveiligingsniveauDe beveiligingsstandaard van Wi-Fi 6 is verbeterd van WPA 2 naar WPA 3, met een versleutelingswoord van 192 bits, wat bestand is tegen zogenaamde "woordenboekaanvallen". Om de gegevensbeveiliging te beschermen tegen mogelijke onderscheppingen, is het beveiligingsniveau in bedrijfs-, thuis- en zakelijke omgevingen hoger dan dat van mobiele netwerken.
Vergelijking van Wi-Fi 6 en 5G
Telkens wanneer het mobiele netwerk wordt geüpgraded, komt er wel iemand met de bewering dat wifi overbodig is. Deze uitspraak was erg populair bij 4G-LTE. Nu mobiele netwerken zijn doorontwikkeld tot 5G, zullen ze wifi dan vervangen? Ik denk van niet. Laten we eerst eens kijken naar de technische vergelijking tussen wifi 6 en 5G.Vergeleken met 5G heeft Wi-Fi 6 een betere capaciteit en lagere latentie; de dekkingskosten per oppervlakte-eenheid zijn ook lager dan bij 5G; de gelaagde netwerkstructuur van 5G maakt Wi-Fi toegankelijker; beveiligingsupgrades maken het eenvoudiger om gegevens te beheren en te controleren, en de gegevensbeveiliging is betrouwbaarder; toekomstbestendige apparatuur maakt stapsgewijze netwerkupgrades mogelijk; wereldwijd uniforme frequentiebanden en protocollen maken de popularisering van Wi-Fi 6 gemakkelijker dan die van 5G; de nieuw toegevoegde 6GHz-frequentieband versterkt de concurrentiepositie van 5G millimetergolven; de gewoonten van gebruikers met betrekking tot Wi-Fi-gebruik kunnen de co-existentie blijven bevorderen; statische en dynamische activiteiten binnenshuis vullen elkaar aan en versterken elkaar. Daarom zullen 5G en Wi-Fi naast elkaar blijven bestaan.
Ontwerpproblemen bij Wi-Fi 6-chips
De vele technische verbeteringen van Wi-Fi 6 stellen hoge eisen aan het chipontwerp en brengen grote uitdagingen met zich mee. Het gaat hierbij hoofdzakelijk om verschillende onderdelen: ontvanger, zender, basisbandcircuit en kloksynchronisatie. Op het gebied van basisbandcircuits is de industrie begonnen met het gebruik van hogere procestechnologieën zoals 12 nm en 14 nm. Regeling van het zendvermogen van de klok was in het verleden niet mogelijk in Wi-Fi-systeemklokken, waardoor het ontwerpen hiervan zeer complex is.Veel bedrijven hebben inmiddels Wi-Fi 6-chips ontworpen, waarvan de meeste Amerikaanse bedrijven zijn. Quantenna was de eerste die dit deed. Zij produceerden Wi-Fi 6-chips in 2016. Dit bedrijf is inmiddels overgenomen door ON Semiconductor. Het is belangrijk om te weten dat de Wi-Fi 6-standaard in 2019 is opgesteld en pas in 2020 in de industrie wordt geïntroduceerd. Waarom komen hun chips eerder op de markt dan de standaard? De belangrijkste reden is dat deze bedrijven betrokken zijn bij de ontwikkeling van standaarden, en die standaarden zijn cruciaal voor de ontwikkeling van onze industrie. We zitten te vast in het standaardiseringsproces.
De opkomst van de wifi-industrie
De ontwikkeling van de wifi-industrie is geen gemakkelijke opgave. De wifi-industrie heeft inmiddels een omvang van 3.3 biljoen dollar bereikt, met 37.5 miljard wifi-chips. Gemiddeld heeft elke persoon twee apparaten die gebruikmaken van wifi-technologie.In de applicatiemarkt is de markt voor routers en gateways nu bijna 500 miljoen eenheden groot en blijft deze een sterke groei vertonen. Producten met een jaarlijkse levering van meer dan 200 miljoen stuks omvatten televisies, slimme luidsprekers, huishoudelijke apparaten, verlichting en bewakingscamera's. Producten met een jaarlijkse levering van meer dan 100 miljoen stuks zijn onder andere smartwatches en slimme schakelaars. Sinds 2017 is de markt voor wifi-chips met 1 miljard stuks per jaar gegroeid.
Prognose van de omvang van de Wi-Fi-markt
Als we alleen al naar de Wi-Fi 6-markt kijken, is de groeitrend duidelijk. Ten eerste heeft de snelle ontwikkeling van 5G de snelle overstap van Wi-Fi-apparaten naar Wi-Fi 6 gestimuleerd. Ten tweede is het nationale beleid van "Double Gigabit Speed Boost" gunstig voor de Wi-Fi 6-markt. Ten derde vereist de snel toenemende dichtheid van IoT-apparaten Wi-Fi 6 om de gebruikerservaring te verbeteren. Ten slotte wordt verwacht dat in 2025 meer dan de helft van de Wi-Fi-apparaten Wi-Fi 6 zal gebruiken.Wi-Fi 6 biedt een unieke kans voor de Chinese halfgeleiderindustrie. Historisch gezien is elke technologische upgrade een goed moment om de industrie te betreden. De opkomst van nieuwe toepassingen is ook een gunstig moment voor innovatie. AIOT en Industrie 4.0 hebben nieuwe afzetmarkten gecreëerd. China beschikt over een complete industriële keten. Tegelijkertijd zet het nationale beleid zich krachtig in voor de veiligheid van deze keten. Dit brengt veel voordelen met zich mee op het gebied van investeringen en beleid. Het is een gunstige tijd voor de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie.
Broadcom geïntegreerde Wi-Fi-producten
Laten we tot slot de situatie rond de integratie van Broadcom binnen ons bedrijf toelichten.Broadcom Integration, opgericht in 2005, richt zich op de draadloze transmissie-industrie. Het bedrijf is sinds 2019 genoteerd aan de A-share hoofdbeurs. De productportfolio van Broadcom Integrated is hoofdzakelijk gericht op twee gebieden: ten eerste slimme oplossingen voor het hele huis, met name Bluetooth-chips en IoT Wi-Fi-chips; ten tweede slimme hogesnelheidschips, waarbij het bedrijf een belangrijke leverancier is van internationale ETC-chips en een volledig assortiment chipproducten van autokwaliteit.Wat producten betreft, heeft Broadcom Integration momenteel twee vlaggenschipproducten: de BK7271, een slimme audioprocessorchip met dual-core Wi-Fi/BT/FM-multimodus, die beschikt over uitgebreide audio- en videoverwerkingsmogelijkheden, waaronder een microfoonarray, actieve ruisonderdrukking, een door kunstmatige intelligentie geactiveerde spraakopdracht en andere unieke technologieën; en de BK7236, een MCU-chip voor Wi-Fi 6 IoT, die het Wi-Fi 6-protocol ondersteunt, geschikt is voor de meeste IoT-toepassingen en is gecertificeerd door de Wi-Fi 6 Alliance.
De "I Say IC"-branchebijeenkomst is een regelmatig terugkerend en innovatief platform voor de uitwisseling van ideeën, gezamenlijk opgezet door Zhangjiang Hi-Tech en Xinmo Research. In de toekomst zal het platform regelmatig bijeenkomsten organiseren die zich richten op actuele thema's in de industriële ontwikkeling, met als doel het meest invloedrijke platform voor kennisdeling, innovatie en communicatie binnen de IC-industrie te worden.
Deze inhoud is afkomstig van internet./KernonderzoekDeze website biedt uitsluitend herdrukmogelijkheden. De standpunten, meningen, technologie, enz. in dit artikel hebben niets met deze website te maken. Mocht er sprake zijn van inbreuk, neem dan contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen!
