2021年6月9日晚，由張江高新技術企業有限公司和新墨研究院聯合主辦的第六屆「晶片人人說/我說IC」產業沙龍在張江科學城舉行。沙龍期間，博通整合公司董事長兼CEO張鵬飛發表了題為「物聯網重建：暢談Wi-Fi 6」的精彩演講。華為、華虹格雷斯、紫光展銳、平頭閣、英特爾等知名企業的眾多中高層管理人員出席了本次沙龍。在現場交流會上，張鵬飛與觀眾就產業熱點、產業機會、企業策略等議題進行了熱烈的討論。 張鵬飛先生是博通整合有限公司的董事長兼首席執行官，在半導體產業擁有超過20年的經驗。張鵬飛先生先後在清華大學電子工程系獲得學士、碩士和博士學位。 1994年，他赴美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）從事博士後研究。他曾與合夥人共同創立了美國積體電路設計公司Resonext Communications，該公司後來被美國上市公司RF Micro Devices成功收購。 2005年，張鵬飛先生回國後，在上海張江高新技術產業園創立了博通整合有限公司，專注於無線通訊積體電路晶片的研發與銷售。本公司為國內外客戶提供低功耗、高效能的無線射頻和微處理器SoC晶片，其中包括許多世界知名品牌，並為智慧交通和物聯網提供完整的解決方案。 2019年4月，博通整合有限公司在A股主機板上市。張鵬飛：
Wi-Fi 幾乎人人都熟悉，幾乎每個人都至少擁有一台支援 Wi-Fi 的裝置。過去兩年，隨著 Wi-Fi 6 技術的推出，許多終端產品都升級到了 Wi-Fi 6，Wi-Fi 6 也因此備受媒體關注。今天，我想和大家聊聊 Wi-Fi 6，以及它有哪些新的技術升級、新的應用場景和新的投資機會。我將詳細闡述以下幾點：1. Wi-Fi 技術的起源；2. Wi-Fi 5 的五大應用瓶頸；3. Wi-Fi 6 的九大技術升級；4. Wi-Fi 6 與 5G 的比較；5. Wi-Fi 6 晶片的設計挑戰；6. Wi-Fi 產業的崛起；7. Wi-Fi 市場規模預測；Fi 產品。
電子資訊產業發展至今已有50餘年，創造了許多改變世界的產品。電腦和行動電話便是其中最具代表性的兩大產品。而支撐這些產品的關鍵技術則是傳輸和連接。我們每天都會使用不只一種無線傳輸協議，每部手機至少包含三種協議：蜂窩網路、Wi-Fi 和藍牙。衡量無線傳輸技術有三個重要維度：距離、頻寬和電池續航時間。從技術角度來看，不可能在這三個維度上都達到極致，即使能夠做到，成本也會非常高昂。這就是為什麼手機中會包含三種無線傳輸協定的原因。蜂窩網路選擇優化傳輸距離，Wi-Fi 選擇優化頻寬，而藍牙則選擇低功耗。自1999年以來，WLAN就有了Wi-Fi無線通訊協定標準。經過漫長的發展，在Wi-Fi 6之前，它經歷了五代技術革新，主要方向是提高單位時間內傳輸的資料量。例如，第三代Wi-Fi 802.11a和802.11g協定可以傳輸電子郵件；第四代Wi-Fi協定使裝置能夠自由上網；第五代Wi-Fi 802.11ac協定則使裝置能夠流暢播放影片。隨著技術的升級，越來越多的用戶開始使用Wi-Fi，Wi-Fi也開始在工業和商業領域取得成功。同時，用戶瓶頸問題也隨之出現。
我們先來看一個典型的Wi-Fi應用場景。在辦公室環境中，通常會有一個存取點（AP），它可以是路由器、熱點或閘道。辦公室裡的許多設備都透過AP連接到外部網路。一個AP及其連接的所有設備構成一個基地台服務區（BSS）。連接到AP的設備稱為站點（STA）。每個BSS內都包含一個AP。所有在同一時間點存取該AP的STA都需要競爭無線傳輸媒體才能連接到網際網路。兩個相鄰的BSS稱為外部基地台服務區（OBSS）。了解了這一點之後，我們就可以弄清楚在 Wi-Fi 6 到來之前，Wi-Fi 技術存在哪些技術瓶頸。With the widespread application of Wi-Fi, more and more STAs are connected to an AP in a BSS, and the probability of each STA accessing the AP is reduced. The actual situation is that within a BSS, if a channel utilization reaches 75%, it has reached saturation. Add another STA, and serious lagging will occur. OBSS still interfere with each other.當接入點（AP）發送STA資料時，需要將資料打包並發送出去。為了建立高效安全的資料連接，這個過程會產生一定的管理和控制開銷。只有有效資料越多，傳輸介質的利用率就越高。通常情況下，我們使用Wi-Fi發送的是短訊息，有效資料量並不大。只有在發送4K和8K訊息時，才會產生大量的有效數據。在這種情況下，資料包組裝過程中的無線介質利用率會非常低。我們使用最多的頻段是 2.4GHz。即使使用最小的 20MHz 頻寬，也只有三個可用頻道。如果使用 40MHz 頻寬，則在 2.4GHz 頻段中只能選擇一個頻道。從頻率資源的角度來看，2.4GHz 頻段的使用非常困難。例如，如果 802.11ap 協定使用 160MHz 頻寬，即使在 5GHz 頻段中也只能使用兩個頻道。很多情況下，擁塞都是因為頻道不足所造成的。隨著物聯網用戶數量的不斷增長，降低功耗成為物聯網應用的重要要求。在Wi-Fi產業，低功耗問題尚未得到足夠的重視。如今的電子設備電池一年只需更換一次，這方面做得非常出色。然而，在物聯網時代到來之際，假設家中擁有100台這樣的設備，每週就需要更換兩塊電池，這將給用戶帶來巨大的壓力。因此，延長電池壽命是一項至關重要的挑戰。Wi-Fi 是一種室內傳輸協議，為什麼要在室外使用？隨著物聯網的到來，戶外場景的需求日益增長。例如，在安防監控、休閒娛樂場所等，我們需要更可靠的室外傳輸協定。這些都是Wi-Fi 6推出前，由於產業快速發展，Wi-Fi應用場景中效率方面出現的困難與挑戰。這也是IEEE從無線標準制定角度推出Wi-Fi 6的產業技術背景。
What has Wi-Fi 6 done? To sum up, Wi-Fi 6 has nine major technical upgrades.Wi-Fi 6 uses higher-end 1024QAM modulation technology, which increases the maximum data transmission rate by 25% compared with Wi-Fi 5.Wi-Fi 5 採用 256QAM 調變技術，單符號資料密度為 8。 Wi-Fi 6 採用 1024QAM 向量調製，單符號資料密度達到 10。Wi-Fi採用多載波技術。 Wi-Fi 5的子載波數量為256個。 Wi-Fi 6增加了4倍，子載波數量達到1024個。子載波數量的增加有兩個好處：一是提高頻譜利用率，二是提高傳輸時間利用率。子載波被分組為不同大小的RU組，並以RU為單位分配給每個STA。利用OFDMA技術，可以將不同的資訊資料打包到同一個資料包中，從而避免短資料包造成的頻譜浪費。此外，它還能減少STA之間的競爭並降低延遲。Wi-Fi 5 標準已經支援下行鏈路多用戶並發；Wi-Fi 6 則增加了上行鏈路多用戶並發。這帶來了許多要求：通道矩陣測量、時脈管理、功率控制等等。 MU-MIMO 技術和 OFDMA 技術都能解決多設備傳輸的問題。 OFDMA 技術透過頻率復用來實現，而 MU-MIMO 技術則透過空間復用來實現。BSS著色技術基於802.11ah協定。例如，資料傳輸就像在餐廳用餐，每張桌子就是一個BSS。在Wi-Fi 5下，只要餐廳裡有人說話，你就不能說話；但在Wi-Fi 6下，只要餐桌上的人不說話，你就可以說話。利用這種方法，可以同時支援64個不同的BSS。降低功耗最有效的方法是讓不活躍的裝置進入睡眠模式。由於 Wi-Fi 6 服務於物聯網應用，因此它允許 STA 設備安全進入睡眠狀態，但保持離線狀態。 AP 和 STA 設備會協商喚醒時間，並定期交換訊息，以增加 AP 的廣播週期，並提升 AP 的控制能力。換句話說，Wi-Fi 6 透過提升設備的管理和控制能力，減少了競爭設備的數量，從而降低了功耗。In order to solve the problem of lack of spectrum resources, Wi-Fi 6 supports the 2.4GHz and 6Ghz frequency bands. The 2.4GHz band was added because of its low transmission loss and reliable connection. The 6G frequency band is the exclusive frequency band of Wi-Fi 6, which increases spectrum resources by 3 times (including channels 59/29/14/7). There are no other devices with historical versions in the 6G frequency band, so compatibility is not required, and system efficiency is further improved.Wi-Fi 6針對物聯網應用對低功耗、低成本和低速的特殊需求，客製了20MHz專屬產品。物聯網Wi-Fi 6終端只需支援20MHz頻寬，系統簡單，適用於照明、娛樂、遠端控制、穿戴式裝置、醫療保健等應用情境。Wi-Fi 6 的加密安全等級已從 WPA2 升級到 WPA3，採用 192 位元加密字，可以抵禦「字典」攻擊。為了在資料被破解之前就保護其安全，其在企業、家庭和公司場景下的安全等級高於蜂窩網路。
每次行動網路升級，總是會有人跳出來說Wi-Fi已經沒用了。這種說法在4G-LTE時代尤其盛行。如今行動網路已經發展到5G，它會取代Wi-Fi嗎？我認為不太可能。我們先來看看Wi-Fi 6和5G的技術比較。與5G相比，Wi-Fi 6擁有更高的容量和更低的延遲；單位面積覆蓋成本也低於5G；5G網路分層使Wi-Fi接入更加便捷；安全升級使資料管理和控制更加容易，資料安全也更加可靠；向前相容的設備使得網路升級可以逐步進行；全球統一的頻段和協定使Wi-Fi 6比5G更容易普及；新增的6GHz頻段增強了5G毫米波的競爭力；用戶使用Wi-Fi的習慣可以繼續促進二者共存；室內靜態與室外動態相互補充、相互驅動。因此，5G和Wi-Fi將繼續共存。
The many technical upgrades of Wi-Fi 6 place high demands on chip design and pose great challenges. It mainly includes several items: receiver, transmitter, baseband circuit and clock synchronization. In the field of baseband circuits, the industry has begun to use higher process 12nm and 14nm. Clock transmission power control was not available in Wi-Fi system clocks in the past, and the design of these is very difficult.Many companies have now designed Wi-Fi 6 chips, most of which are American companies. The first one to make it was Quantenna. They made Wi-Fi 6 chips in 2016. Now this company has been acquired by ON Semiconductor. It is worth noting that the Wi-Fi 6 standard was formulated in 2019 and will not be introduced to the industry until 2020. Why do their chips come out earlier than the standard? The most important reason is that these companies are the makers who participate in the formulation of standards, so standards are very important to the development of our industry. We are stuck too much in the standard process.
Wi-Fi產業的發展並非一帆風順。如今，Wi-Fi產業規模已達3.3兆美元，擁有37.5億顆Wi-Fi晶片。平均每人擁有兩台使用Wi-Fi技術的設備。在應用市場方面，路由器和網關市場規模已接近500億台，並保持強勁成長動能。年出貨量超過200億台的產品包括電視、智慧音箱、家用電器、照明設備和監視器。年出貨量超過1億台的產品包括智慧手錶和智慧開關。自2017年以來，Wi-Fi晶片市場每年成長100億顆。
僅就Wi-Fi 6市場而言，其成長趨勢顯而易見。首先，5G的快速發展推動了Wi-Fi設備向Wi-Fi 6的快速升級。其次，國家推行的「雙千兆速度提升」政策有利於Wi-Fi 6市場的發展。第三，物聯網設備密度的快速成長要求Wi-Fi 6提升使用者體驗。最後，預計到2025年，超過一半的Wi-Fi設備將採用Wi-Fi 6技術。Wi-Fi 6 為中國半導體產業帶來了特殊機會。回顧歷史，每一次技術升級都是進入該行業的良機。新應用的湧現也是創新的良機。 AIoT 和工業 4.0 帶來了新的應用市場。中國擁有完整的產業鏈，同時國家政策也大力推動產業鏈安全。投資和政策方面都有許多利好因素。現在正是半導體產業發展的好時機。
博通整合有限公司成立於2005年，專注於無線傳輸產業，並於2019年在A股主機板上市。博通整合的產品累積主要集中在兩個方向：一是全屋智慧解決方案，主要包括藍牙晶片和物聯網Wi-Fi晶片；二是智慧高速系列晶片，是國際ETC晶片的主要供應商，並提供全系列車規級晶片產品。In terms of products, Broadcom Integration currently has two flagship products: Wi-Fi/BT/FM multi-mode dual-core smart audio processor chip BK7271, which has rich audio and video processing resources, including microphone array, active noise reduction, artificial intelligence keyword wake-up and other unique technologies; Wi-Fi 6 IoT MCU chip BK7236, supports Wi-Fi 6 protocol, is suitable for most IoT applications, and has been certified by the Wi-Fi 6 Alliance.「我說IC」產業沙龍是由張江高科和新墨研究院共同打造的定期創新理念交流平台。未來，該平台將定期舉辦聚焦產業發展熱門議題的沙龍，力求成為最具影響力的IC產業智慧、創新與交流平台。
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