| O 5G pode substituir o Wi-Fi 6?Na noite de 9 de junho de 2021, o sexto salão da indústria "Chip Everyone Says/I Say IC", organizado pela Zhangjiang Hi-Tech e pela Xinmo Research, foi realizado na Cidade da Ciência de Zhangjiang. Durante o evento, Zhang Pengfei, presidente e CEO da Broadcom Integration, proferiu um discurso inspirador sobre o tema "Reconstrução da Internet das Coisas: Uma conversa sobre Wi-Fi 6". O salão contou com a participação de executivos de nível médio e alto de empresas renomadas como Huawei, Huahong Grace, Unisoc, Pingtouge e Intel.Durante a sessão de comunicação presencial, Zhang Pengfei teve uma discussão animada com o público sobre os principais temas do setor, oportunidades de mercado, estratégias corporativas e outras questões. Zhang Pengfei, Presidente e CEO da Broadcom IntegrationO Sr. Zhang Pengfei é o presidente e CEO da Broadcom Integration e possui mais de 20 anos de experiência na indústria de semicondutores. Formou-se em Engenharia Eletrônica pela Universidade Tsinghua, onde obteve seus títulos de bacharelado, mestrado e doutorado. Em 1994, foi para os Estados Unidos realizar pesquisa de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA). Nos Estados Unidos, foi cofundador da Resonext Communications, uma empresa de design de circuitos integrados, que posteriormente foi adquirida com sucesso pela RF Micro Devices, uma empresa listada na bolsa de valores americana. Em 2005, após retornar à China, Zhang Pengfei fundou a Broadcom Integration no Parque de Alta Tecnologia de Zhangjiang, em Xangai, com foco em pesquisa e desenvolvimento e vendas de chips de circuitos integrados para comunicação sem fio. A empresa fornece chips de radiofrequência sem fio e microprocessadores SoC de baixo consumo e alto desempenho para clientes nacionais e internacionais, incluindo diversas marcas mundialmente renomadas, além de oferecer soluções completas para transporte inteligente e Internet das Coisas. Em abril de 2019, a Broadcom Integration foi listada na bolsa principal de ações da classe A.Segue abaixo o conteúdo do maravilhoso discurso do Sr. Zhang Pengfei, compilado pela Xinmo Research.Zhang Peng Fei:
Todo mundo está familiarizado com Wi-Fi e possui pelo menos um dispositivo que utiliza essa tecnologia. Nos últimos dois anos, com o lançamento do Wi-Fi 6, muitos dispositivos foram atualizados para essa tecnologia, que também atraiu a atenção da mídia e da imprensa. Hoje, quero falar sobre o Wi-Fi 6 e suas novas atualizações tecnológicas, novos cenários de aplicação e novas oportunidades de investimento.Vou detalhar os seguintes pontos:1. A origem da tecnologia Wi-Fi; 2. Cinco principais gargalos de aplicação do Wi-Fi 5; 3. Nove principais atualizações tecnológicas do Wi-Fi 6; 4. Comparação entre Wi-Fi 6 e 5G; 5. Desafios de design dos chips Wi-Fi 6; 6. A ascensão da indústria Wi-Fi; 7. Previsão do tamanho do mercado Wi-Fi; 8. Produtos Wi-Fi integrados da Broadcom.
A origem da tecnologia Wi-Fi
A indústria da informação eletrônica se desenvolveu ao longo de mais de 50 anos e criou muitos produtos que mudaram o mundo. Computadores e telefones celulares são os dois produtos mais representativos. A tecnologia de suporte fundamental por trás disso é a transmissão e a conexão.Usamos mais de um protocolo de transmissão sem fio diariamente, e todo celular contém pelo menos três protocolos: rede celular, Wi-Fi e Bluetooth. Existem três dimensões importantes para avaliar a tecnologia de transmissão sem fio: alcance, largura de banda e duração da bateria. Do ponto de vista técnico, não há como alcançar o desempenho ideal nessas três dimensões, e mesmo que fosse possível, o custo seria muito alto. É por isso que existem três protocolos de transmissão sem fio em celulares. As redes celulares priorizam o alcance, o Wi-Fi prioriza a largura de banda e o Bluetooth prioriza o baixo consumo de energia.Desde 1999, a WLAN possui um padrão de protocolo de comunicação sem fio, o Wi-Fi. Após um longo período de desenvolvimento, até o Wi-Fi 6, passou por cinco gerações de aprimoramento tecnológico, cujo principal objetivo era aumentar a quantidade de dados transmitidos por unidade de tempo. Por exemplo, os protocolos Wi-Fi de terceira geração, 802.11a e 802.11g, permitem o envio de e-mails; o protocolo Wi-Fi de quarta geração permite que os dispositivos naveguem na internet livremente; e o protocolo Wi-Fi de quinta geração, 802.11ac, permite a reprodução de vídeos sem interrupções. Com a evolução da tecnologia, o uso do Wi-Fi aumentou consideravelmente, e a tecnologia começou a se consolidar na indústria e no comércio. No entanto, também surgiram gargalos de uso.
Cinco principais gargalos de aplicação do Wi-Fi 5
Vamos primeiro analisar um cenário típico de aplicação Wi-Fi. Em um ambiente de escritório, existe um ponto de acesso (AP), que pode ser um roteador, um hotspot ou um gateway. Muitos dispositivos no escritório estão conectados à internet externa por meio de APs. Um AP e todos os dispositivos conectados a ele formam uma rede de estações base (BSS). Os dispositivos conectados ao AP são chamados de estações (STA). Dentro de uma BSS, existe um AP. Todas as STAs que acessam o AP em um determinado momento precisam competir pelo meio de transmissão sem fio para se conectar à internet. Duas BSS adjacentes são chamadas de rede de estações base de terceiros (OBSS).Após entendermos isso, podemos descobrir quais gargalos técnicos existem na tecnologia Wi-Fi antes da chegada do Wi-Fi 6.(1) A coexistência de múltiplos dispositivos leva a uma grave congestãoCom a ampla aplicação do Wi-Fi, cada vez mais estações (STAs) se conectam a um ponto de acesso (AP) em uma rede de estações base (BSS), e a probabilidade de cada STA acessar o AP diminui. Na prática, dentro de uma BSS, se a utilização de um canal atingir 75%, ele estará saturado. Ao adicionar outra STA, ocorrerá um atraso significativo. As redes BSS ainda interferem umas nas outras.(2) A proporção de dados de quadros curtos é muito altaQuando o ponto de acesso (AP) transmite dados da estação (STA), ele precisa empacotar os dados e enviá-los. Esse processo gera uma sobrecarga de gerenciamento e controle para garantir conexões de dados eficazes e seguras. Quanto mais dados válidos, maior a utilização do meio de transmissão. Normalmente, usamos o Wi-Fi para enviar mensagens curtas, e a quantidade de dados válidos não é grande. Somente ao enviar informações de 4K e 8K é que haverá uma grande quantidade de dados válidos. Nesse caso, a utilização do meio sem fio durante o processo de montagem do pacote é muito, muito baixa.(3) Grave escassez de recursos de espectroA banda de frequência de 2.4 GHz é a que mais utilizamos. Mesmo com a menor largura de banda de 20 MHz, apenas três canais estão disponíveis. Se uma largura de banda de 40 MHz for utilizada, apenas um canal poderá ser selecionado na banda de 2.4 GHz. Do ponto de vista dos recursos de frequência, a banda de 2.4 GHz é muito difícil de ser utilizada. Por exemplo, se o protocolo 802.11ap utiliza uma largura de banda de 160 MHz, apenas dois canais podem ser utilizados mesmo na banda de 5 GHz. A congestão, em muitos casos, é causada pela insuficiência de canais.(4) Baixo consumo de energiaO número de usuários da Internet das Coisas (IoT) está crescendo, e um requisito fundamental para a aplicação dessa tecnologia é a redução do consumo de energia. No setor de Wi-Fi, a baixa potência ainda não recebe a devida atenção. Atualmente, os dispositivos eletrônicos podem ter suas baterias trocadas apenas uma vez por ano, o que funciona muito bem. Com a chegada da era da IoT, imagine que haja 100 dispositivos desse tipo em uma residência; duas baterias precisarão ser trocadas a cada semana, o que representará um grande desafio para os usuários. Portanto, prolongar a vida útil da bateria é um desafio crucial.(5) Longa distância ao ar livreO Wi-Fi é um protocolo de transmissão para ambientes internos, então por que usá-lo ao ar livre? Com a chegada da Internet das Coisas, a demanda por soluções para ambientes externos aumentou. Por exemplo, para monitoramento de segurança e instalações de lazer e entretenimento, precisamos de protocolos de transmissão externos mais confiáveis.Essas são todas dificuldades e desafios de eficiência que surgem em cenários de aplicação Wi-Fi devido ao rápido desenvolvimento da indústria antes da chegada do Wi-Fi 6. Esse também é o contexto técnico industrial que levou o IEEE a lançar o Wi-Fi 6, do ponto de vista da formulação de padrões sem fio.
Wi-Fi 6: nove grandes atualizações técnicas
O que o Wi-Fi 6 trouxe de novo? Em resumo, o Wi-Fi 6 apresenta nove grandes melhorias técnicas.(1) Tecnologia de modulação de ordem superior 1024QAM.O Wi-Fi 6 utiliza a tecnologia de modulação 1024QAM de última geração, que aumenta a taxa máxima de transmissão de dados em 25% em comparação com o Wi-Fi 5.O Wi-Fi 5 utiliza a tecnologia de modulação 256QAM, e a densidade de dados por símbolo é de 8. O Wi-Fi 6 utiliza modulação vetorial 1024QAM, e a densidade de dados por símbolo atinge 10.(2) Os dados da subportadora aumentaram 4 vezesO Wi-Fi utiliza tecnologia multi-portadora. O número de subportadoras no Wi-Fi 5 é 256. O Wi-Fi 6 quadruplicou esse número, chegando a 1024 subportadoras. O aumento no número de subportadoras traz dois benefícios: melhora a utilização do espectro e otimiza o tempo de transmissão.As subportadoras são agrupadas em grupos RU de tamanhos diferentes e alocadas a cada STA em unidades RU. Utilizando a tecnologia OFDMA, diferentes dados de informação podem ser compactados no mesmo pacote para evitar o desperdício de espectro causado por pacotes curtos. Isso também reduz a competição entre as STAs e a latência.O padrão Wi-Fi 5 já suporta a transmissão simultânea de múltiplos usuários em downlink; o Wi-Fi 6 adiciona a transmissão simultânea de múltiplos usuários em uplink. Existem muitos requisitos: medições da matriz de canais, gerenciamento de clock e controle de potência. Tanto a tecnologia MU-MIMO quanto a tecnologia OFDMA resolvem o problema da transmissão entre múltiplos dispositivos. A tecnologia OFDMA resolve isso por meio da reutilização de frequência, enquanto a tecnologia MU-MIMO resolve por meio da multiplexação espacial.A tecnologia de coloração BSS utiliza o protocolo 802.11ah. Por exemplo, a transmissão de dados é como comer em um refeitório. Cada mesa é uma BSS. No Wi-Fi 5, você não pode falar enquanto houver alguém falando no refeitório, mas no Wi-Fi 6, você pode falar enquanto a pessoa na mesa não estiver falando. Usando esse método, 64 BSSs diferentes podem coexistir.(6) TWT (tempo de espera alvo)A maneira mais eficaz de reduzir o consumo de energia é colocar dispositivos inativos em modo de suspensão. Como o Wi-Fi 6 atende a aplicações da Internet das Coisas (IoT), ele permite que a estação (STA) entre em modo de suspensão com segurança, mas permaneça offline. O ponto de acesso (AP) e a estação (STA) negociam o período de ativação e trocam informações regularmente para aumentar o período de transmissão do AP e melhorar seus recursos de controle. Em outras palavras, o Wi-Fi 6 reduz o número de dispositivos concorrentes e o consumo de energia, aprimorando os recursos de gerenciamento e controle dos dispositivos.(7) Suporta bandas de frequência de 2.4 GHz e 6 GHzPara solucionar o problema da escassez de espectro, o Wi-Fi 6 suporta as bandas de frequência de 2.4 GHz e 6 GHz. A banda de 2.4 GHz foi adicionada devido à sua baixa perda de transmissão e conexão confiável. A banda de 6 GHz é exclusiva do Wi-Fi 6, triplicando o espectro disponível (incluindo os canais 59/29/14/7). Como não há outros dispositivos com versões anteriores operando na banda de 6 GHz, a compatibilidade não é necessária, o que melhora ainda mais a eficiência do sistema.O Wi-Fi 6 possui produtos exclusivos de 20 MHz personalizados para atender aos requisitos especiais de baixo consumo de energia, baixo custo e baixa velocidade para aplicações da Internet das Coisas (IoT). Os terminais Wi-Fi 6 para IoT precisam apenas suportar largura de banda de 20 MHz, o sistema é simples e adequado para iluminação, entretenimento, controle remoto, dispositivos vestíveis, saúde, medicina e outros cenários de aplicação.(9) Nível de segurança WPA 3O nível de segurança de criptografia do Wi-Fi 6 foi atualizado de WPA2 para WPA3, com uma palavra de criptografia de 192 bits, que pode resistir a ataques de "dicionário". Para proteger a segurança dos dados antes que sejam decifrados, o nível de segurança em ambientes corporativos, domésticos e empresariais é superior ao das redes celulares.
Sempre que a rede celular é atualizada, alguém aparece dizendo que o Wi-Fi não é mais necessário. Essa afirmação era muito comum com o 4G-LTE. Agora que as redes celulares evoluíram para o 5G, será que elas substituirão o Wi-Fi? Acho improvável. Vamos primeiro analisar a comparação técnica entre o Wi-Fi 6 e o 5G.Comparado ao 5G, o Wi-Fi 6 possui melhor capacidade e latência; o custo de cobertura por unidade de área também é menor que o do 5G; a rede em camadas do 5G facilita o acesso ao Wi-Fi; as melhorias de segurança tornam o gerenciamento e o controle de dados mais fáceis, e a segurança dos dados é mais confiável; a compatibilidade com versões futuras permite atualizações de rede graduais; as bandas de frequência e os protocolos globalmente unificados tornam o Wi-Fi 6 mais fácil de popularizar do que o 5G; a nova banda de frequência de 6 GHz aumenta a competitividade do 5G em ondas milimétricas; os hábitos dos usuários de usar Wi-Fi podem continuar a promover a coexistência; a estática em ambientes internos e a dinâmica em ambientes externos se complementam e se impulsionam mutuamente. Portanto, o 5G e o Wi-Fi continuarão a coexistir.
Desafios de design dos chips Wi-Fi 6
As inúmeras melhorias técnicas do Wi-Fi 6 impõem altas exigências ao projeto de chips e representam grandes desafios. Isso inclui principalmente vários itens: receptor, transmissor, circuito de banda base e sincronização de clock. No campo dos circuitos de banda base, a indústria começou a utilizar processos de fabricação mais avançados, como 12 nm e 14 nm. O controle de potência de transmissão do clock não estava disponível nos clocks dos sistemas Wi-Fi anteriores, e seu projeto é bastante complexo.Muitas empresas já desenvolveram chips Wi-Fi 6, a maioria delas americanas. A primeira a fazê-lo foi a Quantenna, com seus chips Wi-Fi 6 lançados em 2016. Atualmente, a empresa foi adquirida pela ON Semiconductor. Vale ressaltar que o padrão Wi-Fi 6 foi formulado em 2019 e só será apresentado ao mercado em 2020. Por que esses chips chegam ao mercado antes do padrão? O principal motivo é que essas empresas participam da formulação dos padrões, que são cruciais para o desenvolvimento do nosso setor. Estamos muito presos ao processo de padronização.
A ascensão da indústria Wi-Fi
O desenvolvimento da indústria Wi-Fi não é fácil. Hoje, a escala da indústria Wi-Fi atingiu 3.3 trilhões de dólares americanos, com 37.5 bilhões de chips Wi-Fi. Em média, cada pessoa possui dois dispositivos que utilizam a tecnologia Wi-Fi.No mercado de aplicações, o segmento de roteadores e gateways está próximo de 500 milhões de unidades e mantém um forte crescimento. Produtos com remessas anuais acima de 200 milhões incluem TVs, alto-falantes inteligentes, eletrodomésticos, iluminação e câmeras de vigilância. Já os produtos com remessas anuais acima de 100 milhões incluem relógios inteligentes e interruptores inteligentes. Desde 2017, o mercado de chips Wi-Fi cresce 1 bilhão de unidades por ano.
previsão do tamanho do mercado de Wi-Fi
Analisando apenas o mercado de Wi-Fi 6, a tendência de crescimento é evidente. Em primeiro lugar, o rápido desenvolvimento do 5G impulsionou a rápida conversão de dispositivos Wi-Fi para o Wi-Fi 6. Em segundo lugar, a política nacional de "Aumento da Velocidade Gigabit" é benéfica para o mercado de Wi-Fi 6. Em terceiro lugar, o rápido aumento na densidade de dispositivos IoT exige o Wi-Fi 6 para melhorar a experiência do usuário. Por fim, espera-se que mais da metade dos dispositivos Wi-Fi utilizem Wi-Fi 6 em 2025.O Wi-Fi 6 representa uma oportunidade especial para a indústria de semicondutores da China. Historicamente, cada etapa de atualização tecnológica é um bom momento para ingressar no setor. O surgimento de novas aplicações também é um momento propício para a inovação. IAoT (Inteligência Artificial das Coisas) e Indústria 4.0 abriram novos mercados de aplicação. A China possui uma cadeia produtiva completa. Ao mesmo tempo, as políticas nacionais estão promovendo vigorosamente a segurança dessa cadeia. Há muitos benefícios relacionados a investimentos e políticas. Este é um momento excelente para o desenvolvimento da indústria de semicondutores.
Produtos Wi-Fi integrados da Broadcom
Por fim, vamos apresentar a situação da integração da Broadcom em nossa empresa.A Broadcom Integration, fundada em 2005, concentra-se na indústria de transmissão sem fio. Sua bolsa de valores, a A-share, foi aberta em 2019. O portfólio de produtos da Broadcom Integration se divide principalmente em duas vertentes: primeiro, soluções inteligentes para residências, principalmente chips Bluetooth e chips Wi-Fi para IoT; segundo, chips inteligentes de alta velocidade, sendo a principal fornecedora internacional de chips ETC e de uma linha completa de chips para o setor automotivo.Em termos de produtos, a Broadcom Integration possui atualmente dois produtos principais: o chip processador de áudio inteligente dual-core multimodo Wi-Fi/BT/FM BK7271, que possui amplos recursos de processamento de áudio e vídeo, incluindo matriz de microfones, redução ativa de ruído, ativação por palavra-chave com inteligência artificial e outras tecnologias exclusivas; e o chip MCU IoT Wi-Fi 6 BK7236, compatível com o protocolo Wi-Fi 6, adequado para a maioria das aplicações de IoT e certificado pela Wi-Fi 6 Alliance.O salão da indústria "I Say IC" é uma plataforma regular e inovadora de troca de ideias, criada em conjunto pela Zhangjiang Hi-Tech e pela Xinmo Research. No futuro, a plataforma realizará salões regulares focados em temas relevantes para o desenvolvimento industrial, buscando se tornar a plataforma de comunicação, inovação e conhecimento mais influente da indústria de circuitos integrados.
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