根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) IoT Analytics 更新版的全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組和芯片市場追蹤報(bào)告（2024 年第一季度更新），2023 年全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組和芯片組的出貨量同比下降 16% 。有兩個(gè)因素導(dǎo)致了這種下降：一是制造商的庫存優(yōu)化，二是經(jīng)濟(jì)前景的不確定性。
然而，面向未來，隨著庫存壓力的減少和經(jīng)濟(jì)形勢的好轉(zhuǎn)，IoT Analytics 預(yù)計(jì)該市場會(huì)在短期內(nèi)反彈，2024 年底一掃 2023 年的低迷，到 2027 年將實(shí)現(xiàn) 22% 的復(fù)合年增長率。
其中，智能模組和人工智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組成為助推該市場增長的重要推動(dòng)力，這類模組能夠利用嵌入式計(jì)算資源直接在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上執(zhí)行高級(jí)數(shù)據(jù)分析甚至人工智能推理。預(yù)計(jì)到 2027 年，這些先進(jìn)模組的出貨量將以 76% 的復(fù)合年增長率持續(xù)增長。
在筆者看來，所謂的智能模組和人工智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組，其實(shí)和國內(nèi)這兩年常說的“算力模組”概念重合，代表了蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接的最新前沿風(fēng)向。無獨(dú)有偶，市場研究機(jī)構(gòu) Counterpoint 也在報(bào)告里發(fā)現(xiàn)，2023 年模組廠商出貨的諸多模組產(chǎn)品中，其中約有 12% 在軟件或硬件層面具備 AI 功能。這些模組在汽車、路由器/CPE 和 PC 等高端市場越來越受歡迎，有利于管理這些領(lǐng)域不斷增加的數(shù)據(jù)負(fù)載。
基于研究機(jī)構(gòu)最新發(fā)布的洞察，本文將梳理物聯(lián)網(wǎng)模組和芯片的代際演變，并進(jìn)一步了解這類模組的處理能力和相關(guān)應(yīng)用。
蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組的代際演變
蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組的發(fā)展可以被劃分為 3 個(gè)重疊的世代：傳統(tǒng)的、智能的和人工智能使能的，如下圖所示：
傳統(tǒng)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組：基本連接模塊，主要功能是實(shí)現(xiàn)蜂窩通信，這些模塊僅包含支持這種連接的芯片組，無需附加功能。
智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組：除了像傳統(tǒng)模塊一樣提供連接功能外，還以中央處理器和圖形處理器（CPU 和 GPU）的形式集成了額外的計(jì)算硬件。
人工智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組：除了提供與智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組相同的功能外，還包括用于人工智能加速的專用芯片組，如神經(jīng)、張量或并行處理單元（NPU、TPU 或 PPU）的連接模塊。
發(fā)展初期——傳統(tǒng)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組（1.0）
傳統(tǒng)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組已經(jīng)存在了近二十年，只能為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供從某個(gè)位置發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的連接能力，內(nèi)置可用于連接到指定蜂窩技術(shù) (如 2G、3G、5G 或 NB-IoT) 的蜂窩芯片組/基帶。
2023 年，傳統(tǒng)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組占全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組出貨量的 96%。預(yù)計(jì)到 2027 年，這些模組的出貨量將以 18% 的復(fù)合年增長率增長，但它們在全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組出貨量中所占的整體份額將開始讓位于智能和人工智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊。
示例：傳統(tǒng)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組的一個(gè)典型示例是加拿大無線通信設(shè)備制造商 Sierra Wireless 的 EM9190 5G (NR) Sub-6 GHz 模組。該模組使設(shè)備能夠在 5G 不可用時(shí)回退連接到 4G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)。Sierra Wireless 于 2020 年 8 月宣布推出 EM91 系列傳統(tǒng)模組，這反映出在不需要邊緣處理的情況下，市場對(duì)傳統(tǒng)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組仍有需求。
*注：美國半導(dǎo)體和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供商 Semtech 于 2023 年 1 月收購了 Sierra Wireless 。
Sierra Wireless EM9190 型號(hào)系列模組（來源：Sierra Wireless）
邁向邊緣——智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組（2.0）
智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組進(jìn)入市場已經(jīng)有將近十年的時(shí)間。除了提供與傳統(tǒng)模組相同的連接功能外，這些智能模組還內(nèi)置強(qiáng)大的 CPU 和 GPU，用于設(shè)備的數(shù)據(jù)處理。它們還可以支持 Linux 或 Android 等操作系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能和多媒體功能。
2023 年，這些智能模組將占全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊出貨量的 2%；然而，追蹤機(jī)構(gòu)預(yù)測，到 2027 年這一數(shù)字將上升至 10%，復(fù)合年增長率為 79%。
示例：智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組的一個(gè)典型示例是美國蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊制造商 Cavli Wireless 推出的 CQS290 智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)安卓模組。Cavli 于 2023 年 10 月在印度移動(dòng)大會(huì)上宣布推出該模組。這款 LTE Cat 4 模組搭載 Android 12，運(yùn)行于 ARM Cortex A53 四核處理器上，并內(nèi)置 Adreno 702 圖形處理單元 (GPU) 。
Cavli Wireless CQS290 智能模組（來源：Cavli Wireless）
邊緣智能——人工智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組（3.0）
與傳統(tǒng)模組和智能模組相比，支持人工智能的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組相對(duì)較新，上市時(shí)間超過 5 年。除了具有其他類型蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組的連接功能外，支持人工智能的版本還包括用于人工智能推理的 NPU、TPU、PPU 或其他專用并行處理芯片組（如 GPU）。
雖然人工智能與蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的融合仍處于早期階段，但它具有徹底改變各行各業(yè)的巨大潛力。將人工智能直接集成到物聯(lián)網(wǎng)模組中，意味著人工智能推理可以在邊緣側(cè)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)邊緣快速智能決策。這減少了蜂窩網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省了帶寬和成本，有利于為時(shí)間敏感型應(yīng)用提供即時(shí)、自主的決策。此外，在連接模塊中嵌入人工智能芯片組可以節(jié)省空間，簡化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的外形尺寸?？傊@些模組正在從單純的數(shù)據(jù)通信推進(jìn)器演變?yōu)槟軌颡?dú)立處理某些工作負(fù)載的智能邊緣節(jié)點(diǎn)。
2023 年，支持人工智能的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組占全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊出貨量的 2%。跟蹤機(jī)構(gòu)預(yù)測，到 2027 年，這一比例將增至 9%，年復(fù)合增長率為 73%。
示例1：2023年11月，中國無線通信模組供應(yīng)商廣和通 宣布推出SC228 LTE智能模組，SC228 基于 6nm 制程工藝的高通 SM6225 平臺(tái)設(shè)計(jì)，采用高端八核（4A73@2.4GHz + 4A53@1.9GHz）處理器，主頻高達(dá) 2.4GHz，平衡功耗與性能，可為終端提供優(yōu)異的綜合性能。SC228 支持全球4G全網(wǎng)通、雙頻Wi-Fi以及藍(lán)牙近距離無線通信，同時(shí)預(yù)置開放Android 14操作系統(tǒng)并支持后續(xù)版本迭代，可廣泛應(yīng)用于無線智能支付、可穿戴音視頻記錄儀、對(duì)講機(jī)、車載后裝設(shè)備、智慧家居等終端。
廣和通 SC228 LTE智能模組（來源：廣和通）
示例2：2023 年 5 月 26 日，移遠(yuǎn)通信表示公司 5G 模組與英偉達(dá) Jetson AGX Orin 平臺(tái)已成功完成聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn) 5G 通信+ AI 邊緣計(jì)算能力。借助移遠(yuǎn) 5G 模組的出色聯(lián)網(wǎng)性能和 Jetson AGX Orin 的強(qiáng)大計(jì)算能力，“移遠(yuǎn) 5G 模組+Jetson AGX Orin 平臺(tái)”組合方案可應(yīng)用于高端機(jī)器人、無人地面車輛、低速自動(dòng)駕駛、智慧交通等終端產(chǎn)品及場景。這些計(jì)算密集型 AIoT（人工智能物聯(lián)網(wǎng)）應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)數(shù) Gbps 級(jí)別的數(shù)據(jù)傳輸速率以及每秒高達(dá) 275 萬億次操作的邊緣計(jì)算性能。
人工智能蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組的功能和應(yīng)用
在支持人工智能的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組中，根據(jù)特定應(yīng)用的需求或硬件的限制，有不同的處理能力。IoT Analytics 將這些模組按照計(jì)算能力概括為三類：低、中和高。
*注：計(jì)算能力指的是數(shù)據(jù)的處理能力，通常采用 TOPS（Tera Operations Per Second）作為單位，1TOPS 代表處理器每秒鐘可進(jìn)行一萬億次操作。
① 低 AI 能力
AI 推理能力較低的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組以低于 5 TOPS 的速度進(jìn)行計(jì)算，這些模組的常見應(yīng)用包括：
聲學(xué)事件檢測
手勢/活動(dòng)識(shí)別
語音識(shí)別/關(guān)鍵詞識(shí)別
到 2023 年，這些低 AI 能力模組占全球支持 AI 的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組出貨量的 59%。雖然跟蹤機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)這些模組的出貨量到 2027 年將以 30% 的復(fù)合年增長率增長，但具有中等和較高 AI 能力的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組預(yù)計(jì)將增長更快。
示例：廣和通 SC138-EAU 模組采用高通 QCM6125 SoC，具有1 TOPS 的 AI 引擎。
② 中等 AI能力
具有中等 AI 能力的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組以 5-10 TOPS的速度進(jìn)行 AI 推理，這些模組的常見應(yīng)用包括：
人體檢測
車輛檢測
人數(shù)統(tǒng)計(jì)
人臉檢測
到 2023 年，具有中等 AI 功能的模組占全球所有支持 AI 的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊出貨量的 36%。跟蹤機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到 2027 年，這些模塊的出貨量將以 102% 的復(fù)合年增長率增長。
示例：移遠(yuǎn)通信 SG-530C-CN 模組搭載紫光展銳 P778 SoC，其中包含 NPU，計(jì)算能力能夠達(dá)到 8 TOPS。
③ 高 AI 能力
最后，具有較高 AI 能力的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組可以以超過 10 TOPS的速度進(jìn)行邊緣 AI 推理，這些模組的常見高級(jí)應(yīng)用包括：
人工智能驅(qū)動(dòng)的預(yù)測性維護(hù)
通過高級(jí)分析增強(qiáng)決策制定
AI 增強(qiáng)型駕駛員安全解決方案
實(shí)時(shí)監(jiān)測困倦和分心情況
全面的安全分析
智能語音輔助
追蹤機(jī)構(gòu)稱，到 2023 年，這些具有高等人工智能功能的模組將占全球所有人工智能模組出貨量的 5%。到 2027 年，這些模組的出貨量將以 128% 的復(fù)合年增長率增長。
示例：美格智能 SRM930模組搭載高通 QCM6490 SoC，綜合 AI 算力高達(dá) 14 TOPS 。
寫在最后
隨著數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資料、算力成為新的生產(chǎn)力，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)超越了單純的連接——它現(xiàn)在包括互聯(lián)設(shè)備、設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及基于數(shù)據(jù)獲得的洞察，因此，計(jì)算能力和智能水平變得越來越重要，尤其是在靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的地方——邊緣側(cè)。
盡管仍處于早期階段，但將人工智能與蜂窩物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合有望改變各行各業(yè)。不過，其背后的核心技術(shù)是由高通、索尼 Altai 和紫光展銳等芯片公司推動(dòng)的，聯(lián)發(fā)科和意法半導(dǎo)體等其他芯片公司可能會(huì)很快進(jìn)入這一市場。
另外，還有兩個(gè)趨勢值得關(guān)注：第一，專注于汽車行業(yè)應(yīng)用的人工智能蜂窩模組，尤其是具有 5G 連接功能的模組，預(yù)計(jì)將加速普及。到 2027 年，汽車應(yīng)用中的人工智能 5G 模組預(yù)計(jì)將占所有人工智能蜂窩模塊出貨量的 21%。第二，人工智能和蜂窩LPWA 模組的結(jié)合將成為趨勢。例如，索尼 Altair ALT1350 是一款低功耗 LTE-M/NB-IoT SoC，配備 AI 功能，可實(shí)現(xiàn)低功耗加速，為蜂窩 LPWA 領(lǐng)域中支持 AI 的模組打開了大門。
