根據物聯網市場調研機構 IoT Analytics 更新版的全球蜂窩物聯網模組和芯片市場追蹤報告（2024 年第(di)一季(ji)度(du)更新），2023 年全(quan)球(qiu)蜂窩物聯網模組(zu)和芯片組(zu)的出貨量同(tong)比(bi)下(xia)降 16% 。有兩個因素導致了這(zhe)種下(xia)降：一是制造(zao)商(shang)的庫存優化(hua)，二(er)是經濟前(qian)景的不確定性。
然而，面向未來，隨著庫存壓力的減少(shao)和經濟形勢的好轉(zhuan)，IoT Analytics 預計該市場會在短期內反彈(dan)，2024 年(nian)底(di)一掃 2023 年(nian)的低迷，到 2027 年(nian)將實(shi)現 22% 的復合(he)年(nian)增長率(lv)。
其中，智能模組和人工智能蜂窩物聯網模組成為助推該市場增長的重要推動力，這類模組能夠利用嵌入式計算資源直接在物聯網設備上執行高級數據分析甚至人工智能推理。預計到 2027 年，這些先進模組的出貨量將以 76% 的復合年增長率持續增長。
在筆者看來，所謂的智能模組和人工智能蜂窩物聯(lian)網(wang)模(mo)組(zu)，其實(shi)和(he)國內這(zhe)兩年(nian)常說的(de)“算力模(mo)組(zu)”概念(nian)重合，代表(biao)了蜂窩物聯(lian)網(wang)連接的(de)最新前(qian)沿風(feng)向。無獨有(you)偶(ou)，市場研究機構 Counterpoint 也(ye)在(zai)報告(gao)里(li)發現(xian)，2023 年(nian)模(mo)組(zu)廠(chang)商出貨(huo)的(de)諸多(duo)模(mo)組(zu)產品中，其中約有(you) 12% 在(zai)軟件或硬件層面具(ju)備 AI 功(gong)能。這(zhe)些模(mo)組(zu)在(zai)汽(qi)車、路由器/CPE 和(he) PC 等高端市場越(yue)來越(yue)受歡迎(ying)，有(you)利(li)于管理這(zhe)些領(ling)域不斷(duan)增(zeng)加的(de)數據(ju)負載。
基于研究機構最新發布的(de)洞(dong)察，本文將梳(shu)理物聯網模組和芯片的(de)代際演變，并進一步(bu)了解這類模組的(de)處(chu)理能(neng)力(li)和相關應用。
蜂窩物聯網模組的代際演變
蜂窩物聯(lian)網模組(zu)的(de)發展(zhan)可以被劃(hua)分(fen)為 3 個(ge)重疊(die)的(de)世代：傳統(tong)的(de)、智能的(de)和人(ren)工智能使能的(de)，如(ru)下(xia)圖(tu)所示：
傳統蜂窩物聯網模組：基本連接(jie)模塊，主要(yao)功(gong)能是實現蜂窩通(tong)信，這些模塊僅包含(han)支持這種連接(jie)的芯片組，無需附(fu)加功(gong)能。
智能蜂窩物聯網模組：除了(le)像傳(chuan)統模塊一樣提供(gong)連(lian)接(jie)功能外(wai)(wai)，還以中(zhong)央處理器和圖(tu)形處理器（CPU 和 GPU）的形式集成了(le)額外(wai)(wai)的計(ji)算硬件。
人工智能蜂窩物聯網模組：除(chu)了(le)提供與智(zhi)能蜂窩物聯網模組(zu)相同的(de)功能外，還包括用于人(ren)工智(zhi)能加速(su)的(de)專用芯(xin)片(pian)組(zu)，如神(shen)經、張量或并行處(chu)理單(dan)元（NPU、TPU 或 PPU）的(de)連(lian)接模塊。
發展初期——傳統蜂窩物聯網模組（1.0）
傳統的蜂窩(wo)物聯網模組已(yi)經存在(zai)了近二十年，只能(neng)為物聯網設(she)備提(ti)供從(cong)某(mou)個位置發送和接(jie)收數據的連接(jie)能(neng)力，內置可用于連接(jie)到(dao)指定(ding)蜂窩(wo)技(ji)術 (如 2G、3G、5G 或 NB-IoT) 的蜂窩(wo)芯片組/基帶。
2023 年，傳統蜂窩物聯網模組占全球蜂窩物聯網模組出貨量的 96%。預計到 2027 年，這些模組的出貨量將以 18% 的復合年增長率增長，但它們在全球蜂窩物聯網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網模塊。
示例：傳(chuan)統蜂窩(wo)物(wu)聯網(wang)模(mo)(mo)組(zu)的一(yi)個典型示例是加拿大無線通信設(she)(she)備制造商 Sierra Wireless 的 EM9190 5G (NR) Sub-6 GHz 模(mo)(mo)組(zu)。該(gai)模(mo)(mo)組(zu)使(shi)設(she)(she)備能(neng)夠在 5G 不可用時回(hui)退連接到 4G 和(he) 3G 網(wang)絡。Sierra Wireless 于 2020 年(nian) 8 月宣布推出 EM91 系列(lie)傳(chuan)統模(mo)(mo)組(zu)，這反映出在不需要邊緣處理的情況下，市場對(dui)傳(chuan)統蜂窩(wo)物(wu)聯網(wang)模(mo)(mo)組(zu)仍(reng)有需求。
*注：美國半導體和物聯網系統提供商 Semtech 于 2023 年 1 月收購了 Sierra Wireless 。
Sierra Wireless EM9190 型號系列模組（來源(yuan)：Sierra Wireless）
邁向邊緣——智能蜂窩物聯網模組（2.0）
智(zhi)能(neng)(neng)(neng)蜂窩物聯網模組進入市場已經(jing)有將(jiang)近十年的(de)時間。除了提(ti)供與傳統(tong)模組相同(tong)的(de)連接功能(neng)(neng)(neng)外，這些(xie)智(zhi)能(neng)(neng)(neng)模組還內置強大(da)的(de) CPU 和 GPU，用(yong)于設備的(de)數據處理。它(ta)們還可以支(zhi)持 Linux 或 Android 等操作系統(tong)，以實現高級功能(neng)(neng)(neng)和多媒體功能(neng)(neng)(neng)。
2023 年，這些智能模組將占全球蜂窩物聯網模塊出貨量的 2%；然而，追蹤機構預測，到 2027 年這一數字將上升至 10%，復合年增長率為 79%。
示例：智(zhi)能蜂(feng)窩物聯網(wang)模(mo)(mo)組(zu)的一個典型示例是美國(guo)蜂(feng)窩物聯網(wang)模(mo)(mo)塊制(zhi)造商 Cavli Wireless 推出的 CQS290 智(zhi)能蜂(feng)窩物聯網(wang)安卓(zhuo)模(mo)(mo)組(zu)。Cavli 于(yu) 2023 年 10 月在印度(du)移(yi)動大會上宣(xuan)布推出該模(mo)(mo)組(zu)。這款(kuan) LTE Cat 4 模(mo)(mo)組(zu)搭載 Android 12，運(yun)行于(yu) ARM Cortex A53 四(si)核處理(li)器(qi)上，并內置 Adreno 702 圖(tu)形處理(li)單元 (GPU) 。
Cavli Wireless CQS290 智能模(mo)組（來源：Cavli Wireless）
邊緣智能——人工智能蜂窩物聯網模組（3.0）
與(yu)傳(chuan)統模組(zu)(zu)和(he)智能(neng)模組(zu)(zu)相比(bi)，支(zhi)持(chi)人(ren)工智能(neng)的(de)蜂窩物(wu)聯網模組(zu)(zu)相對(dui)較新，上市時間(jian)超過 5 年。除了(le)具有(you)其他(ta)類型蜂窩物(wu)聯網模組(zu)(zu)的(de)連接功能(neng)外，支(zhi)持(chi)人(ren)工智能(neng)的(de)版本還包括(kuo)用于人(ren)工智能(neng)推理的(de) NPU、TPU、PPU 或(huo)其他(ta)專(zhuan)用并(bing)行處(chu)理芯片組(zu)(zu)（如 GPU）。
雖然人(ren)(ren)工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(neng)與蜂窩物(wu)聯(lian)網的融合(he)仍處(chu)于早期階(jie)段，但(dan)它具有(you)徹(che)底改(gai)變各行各業的巨大(da)潛力。將(jiang)人(ren)(ren)工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(neng)直接集(ji)成(cheng)到物(wu)聯(lian)網模組(zu)中，意味著人(ren)(ren)工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(neng)推理可(ke)以(yi)在(zai)邊緣側(ce)進行，從而實現邊緣快速智能(neng)(neng)(neng)(neng)決策。這(zhe)減(jian)少了(le)蜂窩網絡上的數(shu)據(ju)傳輸(shu)，節(jie)(jie)省了(le)帶寬和成(cheng)本(ben)，有(you)利于為(wei)時間(jian)敏感型(xing)應(ying)用提(ti)供即(ji)時、自主的決策。此(ci)外(wai)，在(zai)連接模塊(kuai)中嵌入(ru)人(ren)(ren)工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(neng)芯(xin)片(pian)組(zu)可(ke)以(yi)節(jie)(jie)省空間(jian)，簡(jian)化物(wu)聯(lian)網設(she)備的外(wai)形(xing)尺寸(cun)。總之，這(zhe)些模組(zu)正在(zai)從單純的數(shu)據(ju)通信推進器演變為(wei)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠獨立處(chu)理某些工(gong)作(zuo)負載的智能(neng)(neng)(neng)(neng)邊緣節(jie)(jie)點。
2023 年，支持人工智能的蜂窩物聯網模組占全球蜂窩物聯網模塊出貨量的 2%。跟蹤機構預測，到 2027 年，這一比例將增至 9%，年復合增長率為 73%。
示例1：2023年11月，中國無線通信模組供應商廣和通 宣布推出SC228 LTE智能模組，SC228 基于 6nm 制程工藝的高通 SM6225 平臺設計，采用高端八核（4A73@2.4GHz + 4A53@1.9GHz）處理器，主頻高達 2.4GHz，平衡(heng)功耗與性能，可(ke)(ke)為終(zhong)端(duan)提供優異的綜合性能。SC228 支(zhi)持全(quan)球4G全(quan)網通、雙頻Wi-Fi以及藍牙近距離無線通信(xin)，同時預置開(kai)放Android 14操(cao)作系(xi)統(tong)并支(zhi)持后(hou)續版本(ben)迭代，可(ke)(ke)廣泛應用于無線智能支(zhi)付(fu)、可(ke)(ke)穿戴音視頻記錄(lu)儀、對講機、車載后(hou)裝(zhuang)設備(bei)、智慧家(jia)居等(deng)終(zhong)端(duan)。
廣和通(tong)(tong) SC228 LTE智能模組（來源(yuan)：廣和通(tong)(tong)）
示例2：2023 年 5 月(yue) 26 日，移遠(yuan)通信(xin)(xin)表示公司 5G 模組(zu)與英偉達 Jetson AGX Orin 平臺已成(cheng)功完成(cheng)聯(lian)調，實現 5G 通信(xin)(xin)+ AI 邊緣(yuan)計(ji)(ji)算能(neng)(neng)力。借助移遠(yuan) 5G 模組(zu)的(de)出色聯(lian)網(wang)性(xing)能(neng)(neng)和 Jetson AGX Orin 的(de)強(qiang)大計(ji)(ji)算能(neng)(neng)力，“移遠(yuan) 5G 模組(zu)+Jetson AGX Orin 平臺”組(zu)合方案(an)可應用(yong)于高端機器人(ren)、無人(ren)地面車(che)輛、低速(su)自動駕駛、智慧交通等終端產品(pin)及(ji)場景。這些計(ji)(ji)算密集型 AIoT（人(ren)工智能(neng)(neng)物聯(lian)網(wang)）應用(yong)可實現數 Gbps 級別的(de)數據(ju)傳輸速(su)率以及(ji)每秒高達 275 萬億次操作的(de)邊緣(yuan)計(ji)(ji)算性(xing)能(neng)(neng)。
人工智能蜂窩物聯網模組的功能和應用
在支持人工智能的蜂窩物聯(lian)網模(mo)組(zu)(zu)中，根據特定(ding)應用(yong)的需求(qiu)或硬件的限制，有(you)不同的處理能力。IoT Analytics 將這些模(mo)組(zu)(zu)按照計算能力概括為三類：低、中和高。
*注：計算能力指的是數據的處理能力，通常采用 TOPS（Tera Operations Per Second）作為單位，1TOPS 代表處理器每秒鐘可進行一萬億次操作。
① 低 AI 能力
AI 推理能力較低的蜂窩物聯網模組以低于 5 TOPS 的速度進行計算，這(zhe)些(xie)模組的常見應用包括：
聲學事件檢測
手勢/活動識別
語音識(shi)別/關鍵詞識(shi)別
到 2023 年，這些低 AI 能力模組占全球支持 AI 的蜂窩物聯網模組出貨量的 59%。雖然跟蹤機構預計這些模組的出貨量到 2027 年將以 30% 的復合年增長率增長，但具有中等和較高 AI 能力的蜂窩物聯網模組預計將增長更快。
示例：廣和通 SC138-EAU 模(mo)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 能力的蜂窩物聯網模組以 5-10 TOPS的速度進(jin)行(xing) AI 推理(li)，這些(xie)模(mo)組的常見應用(yong)包括：
人體檢測
車輛檢測
人數統計
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 的蜂窩物聯網模塊出貨量的 36%。跟蹤機構預計，到 2027 年，這些模塊的出貨量將以 102% 的復合年增長率增長。
示例：移(yi)遠通信 SG-530C-CN 模(mo)組(zu)搭載(zai)紫光展銳 P778 SoC，其中(zhong)包含 NPU，計算能力(li)能夠(gou)達到 8 TOPS。
③ 高 AI 能力
最后，具有較高 AI 能力的蜂窩物聯網模組可以以超過 10 TOPS的速度(du)進行(xing)邊緣 AI 推理，這些模組(zu)的常見高(gao)級應用包括：
人工智(zhi)能驅動的預(yu)測性維護(hu)
通過高級分(fen)析增強決策制(zhi)定
AI 增強型駕駛員安全解決(jue)方(fang)案(an)
實時監測困(kun)倦和分心情況
全面的安全分析
智能語音輔助
追蹤機構稱，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% 的復合年增長率增長。
示例：美格(ge)智能 SRM930模組搭(da)載高(gao)通 QCM6490 SoC，綜合 AI 算力(li)高(gao)達(da) 14 TOPS 。
寫在最后
隨著數(shu)據(ju)成(cheng)為新的(de)(de)(de)生產資(zi)料、算力成(cheng)為新的(de)(de)(de)生產力，物聯網(wang)的(de)(de)(de)發(fa)展已(yi)經超(chao)越(yue)了單純的(de)(de)(de)連接(jie)——它現(xian)在(zai)包括互(hu)聯設(she)備、設(she)備產生的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)，以及基(ji)于(yu)數(shu)據(ju)獲得的(de)(de)(de)洞(dong)察，因此，計算能力和智能水平變(bian)得越(yue)來越(yue)重(zhong)要，尤其是在(zai)靠近數(shu)據(ju)產生的(de)(de)(de)地方——邊緣(yuan)側。
盡管仍處(chu)于早期階段，但將人(ren)工(gong)智能(neng)與蜂窩(wo)物聯網相結合(he)有望改變各行(xing)各業(ye)。不過，其背后(hou)的(de)(de)核心技術是由高通、索(suo)尼 Altai 和紫光展銳等芯片(pian)公(gong)司(si)推動(dong)的(de)(de)，聯發(fa)科(ke)和意法半導(dao)體等其他(ta)芯片(pian)公(gong)司(si)可(ke)能(neng)會很快進入這一市場。
另外，還有兩個趨勢值得關注：第一，專注于汽車行業應用的人工智能蜂窩模組，尤其是具有 5G 連接功能的模組，預計將加速普及。到 2027 年，汽車應用中的人工智能 5G 模組預計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 模組的結合將成為趨勢。例(li)如，索尼 Altair ALT1350 是(shi)一款(kuan)低(di)功耗 LTE-M/NB-IoT SoC，配備 AI 功能，可實現低(di)功耗加速，為蜂窩 LPWA 領域中支持 AI 的模組打(da)開了(le)大門。
