苹果带火的“防丢神器”UWB(超宽带)技术,正在随着数字车钥匙、无感门禁、无感支付等新兴应用在车载、智能家居、物联网等领域打开增量空间。据 ABI Research 分析,到 2026 年,支持 UWB 的设备出货量将从 2020 年的 1.43 亿台增长到超过 13 亿台。 

3月22日,村田电子在线上座谈会介绍了基于Qorvo和恩智浦的UWB芯片开发的超小型SiP系统模组,主要面向物联网市场提供高精度定位及数据传输功能。除了恩智浦、Qorvo等海外企业积极布局UWB芯片,国内UWB芯片企业纽瑞芯科技、瀚巍微电子先后在去年底和今年1月完成新一轮融资,小米等下游厂商也在对UWB芯片研发企业进行投资并构建UWB生态。面向UWB的市场应用空间,芯片准备好了么?

手机+汽车是最大潜在市场

“丢三落四这门绝技,要失传了”——2021年4月,苹果在春季发布会发布了“防丢神器”Airtag。凭借UWB技术,用户可以看到挂着AirTag的物品离手机有多远,该朝哪个方向找。同年,谷歌Pixel 6 Pro旗舰手机采用了基于Qorvo的UWB技术,成为首款搭载QorvoUWB技术的安卓智能手机。 

在Airtag的热潮背后,是市场对于短距离、高精度定位的需求。UWB的发展已经有几十年历史。早期的UWB技术研究主要用来解决短距离、高速率的传输问题。由于当时缺乏明确的市场需求,加上相关的标准推动工作进展缓慢,UWB一度被市场搁置,短距离、高速率通信市场也逐渐被WiFi占领。手机厂商对UWB技术的引入,尤其是苹果等厂商的头部效应,使UWB技术获得了广泛的设备基础和广阔的市场空间。

相比蓝牙等定位技术,UWB具有超宽带宽、定位精度高、抗干扰能力强等特性。目前,UWB技术已经应用于消费电子和工业领域。在消费电子领域,UWB可用于寻物定位以及数字车钥匙、无感门禁、无感支付、智能家居等。工业应用包括智能制造、电力能源、煤矿、隧道等场景下的工业资产定位、仓库库存管理、关键场合人员定位、AGV(自动导引运输车)室内导航等。 

而车载领域,正在成为UWB的热点市场。今年1月,蔚来ET7正式开启锁单,而这款车型的一大亮点就是搭载了全球首批UWB智能钥匙以及手机UWB/BLE钥匙,增强了进出车体的便利性。搭载UWB技术的数字车钥匙已经成为一种趋势。

“智能手机和汽车作为将来大众万物互联中最主要、最核心的智能终端,也将是UWB技术潜在的最大市场,相信手机感知+智慧汽车双核驱动下,UWB应用生态将会是个广阔的蓝海市场。” 北京纽瑞芯科技有限公司创始合伙人、CEO陈振骐向《中国电子报》记者表示。

“与手机相关的功能是UWB真正起量的应用,其中最刚需的功能是以手机作为数字钥匙实现汽车的安全解锁,这是UWB技术配合手机实现的一个刚需应用。” Qorvo UWB事业部高级销售经理Jessica Zhou告诉《中国电子报》记者。

另外值得注意的是,蓝牙耳机也有可能成为UWB的应用市场。市调机构Canalys数据显示,TWS(真无线蓝牙耳机)在 2021 年第四季度已经达到 1.038 亿部,首次突破了一亿部。

“基于蓝牙传输到耳机的音乐是压缩过的,我们在构想基于UWB更高的传输速率,可以向耳机传输高保真无损的音乐,这是未来努力的一个方向。”Jessica Zhou表示。

芯片要综合考量便捷度、安全性、易用性

Airtag不仅让市场真正关注到UWB技术,也加快了UWB的产业化进程。苹果Airtag的硬件核心是其在2019年秋季发布会上推出的UWB芯片U1,恩智浦半导体、Qorvo等芯片大厂也通过自研或市场并购的方式陆续推出UWB芯片,推动软硬件生态布局。国内企业中,环旭电子具备UWB模组产品供应能力,纽瑞芯的UWB系列系统芯片已完成试量产,瀚巍微电子等企业也陆续发布了UWB芯片产品。

据JessicaZhou介绍,UWB芯片是一款短距离通信收发芯片,Qorvo也有把收发芯片集成为带有MCU的SoC。在金融支付等对安全等级要求较高的场景,可以搭配安全 SE(安全模块)去做格外的保证。

在性能维度,下游客户会关注UWB芯片的定位准确度、反应灵敏度、定位期间芯片抗干扰的能力,以及功耗、产品的电池供电等,同时也会对便捷度、安全性及易用性进行通盘考量。

“除了定位性能的优劣,UWB芯片作为下游厂商智能设备的一个部件,能全面考虑厂商使用的便捷度、安全性、易用性也是非常重要的一个环节,比如通用协议的兼容度、芯片的再开发难度,与设备其他部件、系统软件的契合度等等;甚至与芯片的尺寸,封装工艺的形式都有关联,一旦芯片设计中未充分考虑到便捷度、安全性及易用性这些因素,厂商的开发难度和成本就势必会增加,芯片的市场竞争力自然会下降。”陈振骐表示。 

而软硬件的生态支持,也是UWB产业化的关键

“在产品设计中,客户需要软硬件等各方面的支持,因此会看重全套参考设计的成熟度,以缩短产品的设计周期。” Jessica Zhou表示。

产业化还需强化生态

作为一项正在提升市场认知度的技术,UWB的产业化发展和规模化应用,还需要产业链的完善和产业生态的强化。在生态构建方面,UWB相关组织和企业已经开展部署。2019年,HID Global、恩智浦、三星等企业机构组建了FiRa联盟,以支持UWB的行业生态构建。该联盟支持企业在广泛的业务领域开发用例,定义规范并认证产品以确保互操作性,并培育更强大的 UWB 生态系统以实现快速技术部署。苹果、小米等手机厂商也在构建自己的UWB生态。

Jessica Zhou表示,生态联盟的建立能够更好地定义互联互通上的部分标准以及相应的应用案例,为厂商提供标准和流程参考。而基于智能手机的UWB生态构建和推广,是UWB规模化的基础。智能手机的普及加上外围配套企业的协同,以及具备实用价值的应用案例推广,才能更有效地推动UWB的规模化应用。

“目前芯片在硬件上面是比较成熟的,软件生态的建立则是一个比较长期的过程,我们希望与更多的外围厂家协同构建一个更大的互联互通市场,用更多的应用案例去触发用户使用 UWB的功能。” Jessica Zhou指出。

对于芯片功能,Jessica Zhou表示,Oorvo的第二代UWB芯片已经面市,也在做第三代芯片的研发,会持续优化灵敏度等硬件性能并长期促进软件发展,推动UWB芯片实现更大的应用体量和更优的性价比。 

对于国内UWB产业来说,标准、人才等产业要素还亟待完善。陈振骐表示,UWB当下最大的挑战是没有完善的产业链支持。随着UWB行业热度逐步提升,从事UWB芯片开发的公司也大量快速地“冒尖”,但标准化的芯片仍比较缺乏,从业者难以形成合力,做到像蓝牙一样的标准统一、互联互通。此外,UWB专业人员紧缺,这也和国内半导体人才缺口大的大环境有关,而功能良好、应用顺畅的UWB芯片对于技术人员综合能力的要求很高,从业企业和人员在跟风的大环境下也是良莠不齐,这也是影响UWB发展的一个重要问题,需要整个国家层面对半导体人才的培养进一步加强支持力度。

“希望从事UWB的行业伙伴协力构筑统一的行业标准,合力共赢、不设壁垒,达成真正的UWB互联互通,使这个行业有更大的发展、更光明的前景。” 陈振骐说。