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(chang)追蹤報告(gao)（2024 年(nian)第(di)一(yi)季度更新），2023 年(nian)全(quan)球蜂(feng)窩物聯網模(mo)組(zu)和芯(xin)片組(zu)的(de)出(chu)貨量同比下降(jiang)(jiang) 16% 。有兩個因素導致了(le)這種下降(jiang)(jiang)：一(yi)是制(zhi)造商的(de)庫存優化，二是經濟前景的(de)不確(que)定性(xing)。
然而，面向未來，隨(sui)著庫存壓力的(de)減少和經濟形(xing)勢(shi)的(de)好轉(zhuan)，IoT Analytics 預(yu)計該市(shi)場(chang)會(hui)在短期(qi)內(nei)反彈，2024 年(nian)(nian)底一掃(sao) 2023 年(nian)(nian)的(de)低迷(mi)，到 2027 年(nian)(nian)將實現(xian) 22% 的(de)復合年(nian)(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)網模組，其實和國內這兩年(nian)常(chang)說的“算(suan)力模組”概念重(zhong)合(he)，代表了蜂窩物聯(lian)網連接的最新前沿(yan)風向。無(wu)獨有偶，市場研究(jiu)機構 Counterpoint 也在報(bao)告里發現，2023 年(nian)模組廠(chang)商出貨的諸多模組產品中，其中約有 12% 在軟件或硬(ying)件層(ceng)面具備 AI 功(gong)能。這些模組在汽車、路由器(qi)/CPE 和 PC 等高端市場越(yue)來越(yue)受歡迎，有利于(yu)管(guan)理(li)這些領域不(bu)斷增加的數據負載。
基(ji)于研(yan)究機構最新發布的(de)洞察，本文(wen)將梳理物(wu)聯(lian)網模組和芯片(pian)的(de)代際演變，并進一步了解(jie)這類模組的(de)處(chu)理能(neng)力和相(xiang)關應用。
蜂窩物聯網模組的代際演變
蜂窩物聯網模組(zu)的發展可以(yi)被劃(hua)分為(wei) 3 個重(zhong)疊(die)的世代(dai)：傳(chuan)統的、智(zhi)能的和(he)人工智(zhi)能使(shi)能的，如(ru)下圖所示：
傳統蜂窩物聯網模組：基本連接模(mo)塊(kuai)，主(zhu)要(yao)功能是實現蜂窩(wo)通(tong)信，這些(xie)模(mo)塊(kuai)僅(jin)包含(han)支持這種連接的芯片組(zu)，無(wu)需(xu)附加功能。
智能蜂窩物聯網模組：除了像傳(chuan)統模塊(kuai)一樣提供連接功能外(wai)，還以(yi)中央處理器和(he)圖形處理器（CPU 和(he) GPU）的形式集成了額外(wai)的計算硬件(jian)。
人工智能蜂窩物聯網模組：除(chu)了提供(gong)與智(zhi)能蜂窩(wo)物聯網模組相同的(de)功能外，還(huan)包括用于人工智(zhi)能加速的(de)專用芯片(pian)組，如神經、張量(liang)或并行處理單(dan)元（NPU、TPU 或 PPU）的(de)連接模塊。
發展初期——傳統蜂窩物聯網模組（1.0）
傳統的(de)蜂(feng)窩(wo)物聯(lian)網模(mo)組(zu)已(yi)經存在了近(jin)二十年，只能為物聯(lian)網設(she)備(bei)提供(gong)從某個位置(zhi)發(fa)送和接收數據的(de)連(lian)接能力，內置(zhi)可用于連(lian)接到指定蜂(feng)窩(wo)技術 (如 2G、3G、5G 或(huo) NB-IoT) 的(de)蜂(feng)窩(wo)芯片組(zu)/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：傳統(tong)蜂窩(wo)物聯網模組的一(yi)個典型示例是加拿大無線通信(xin)設備(bei)制造商(shang) Sierra Wireless 的 EM9190 5G (NR) Sub-6 GHz 模組。該模組使(shi)設備(bei)能(neng)夠在 5G 不(bu)可用時(shi)回退連接到 4G 和 3G 網絡。Sierra Wireless 于(yu) 2020 年 8 月宣布推出 EM91 系列傳統(tong)模組，這反(fan)映出在不(bu)需要邊緣處(chu)理的情況(kuang)下，市(shi)場對傳統(tong)蜂窩(wo)物聯網模組仍有需求。
*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(xi)列(lie)模組（來(lai)源：Sierra Wireless）
邁向邊緣——智能蜂窩物聯網模組（2.0）
智能蜂窩物聯(lian)網模(mo)組(zu)進入市(shi)場已經(jing)有將(jiang)近十年的時間(jian)。除了(le)提供與傳統(tong)模(mo)組(zu)相同的連接功(gong)能外(wai)，這些智能模(mo)組(zu)還內置(zhi)強大的 CPU 和(he) GPU，用于設備(bei)的數(shu)據處理。它(ta)們還可以支持 Linux 或 Android 等操作系統(tong)，以實現高(gao)級(ji)功(gong)能和(he)多媒體功(gong)能。
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：智能蜂窩(wo)物聯網模(mo)組(zu)的一個典型(xing)示(shi)例(li)是美國蜂窩(wo)物聯網模(mo)塊(kuai)制(zhi)造(zao)商(shang) Cavli Wireless 推(tui)出的 CQS290 智能蜂窩(wo)物聯網安卓模(mo)組(zu)。Cavli 于 2023 年 10 月在印度移動大會上(shang)宣(xuan)布推(tui)出該模(mo)組(zu)。這款 LTE Cat 4 模(mo)組(zu)搭載 Android 12，運行(xing)于 ARM Cortex A53 四(si)核(he)處理器上(shang)，并內置 Adreno 702 圖形處理單元(yuan) (GPU) 。
Cavli Wireless CQS290 智能模組（來(lai)源：Cavli Wireless）
邊緣智能——人工智能蜂窩物聯網模組（3.0）
與傳統模組(zu)和智(zhi)能(neng)模組(zu)相比，支持人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)的(de)(de)(de)蜂(feng)(feng)窩物(wu)聯網模組(zu)相對較新，上市時(shi)間超過 5 年。除了(le)具有其他類型蜂(feng)(feng)窩物(wu)聯網模組(zu)的(de)(de)(de)連接功(gong)能(neng)外(wai)，支持人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)的(de)(de)(de)版本還包(bao)括用(yong)于人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)推(tui)理的(de)(de)(de) NPU、TPU、PPU 或(huo)其他專用(yong)并(bing)行處(chu)理芯片組(zu)（如 GPU）。
雖然人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)與蜂窩(wo)物聯網(wang)(wang)的(de)(de)融(rong)合仍處于早期階段，但它具有徹(che)底改變各行(xing)各業的(de)(de)巨大潛(qian)力(li)。將人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)直接(jie)(jie)集成到(dao)物聯網(wang)(wang)模組中(zhong)，意味著人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)推理可(ke)以在邊緣側進行(xing)，從而實現邊緣快速(su)智(zhi)能(neng)(neng)決策。這減少了蜂窩(wo)網(wang)(wang)絡上的(de)(de)數(shu)據傳輸，節(jie)省了帶寬和成本，有利于為時間敏感(gan)型應用提(ti)供即時、自主(zhu)的(de)(de)決策。此外，在連接(jie)(jie)模塊中(zhong)嵌入人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)芯片組可(ke)以節(jie)省空間，簡化(hua)物聯網(wang)(wang)設備的(de)(de)外形尺寸。總(zong)之(zhi)，這些(xie)模組正(zheng)在從單純的(de)(de)數(shu)據通(tong)信推進器演變為能(neng)(neng)夠獨(du)立處理某些(xie)工(gong)作(zuo)負載(zai)的(de)(de)智(zhi)能(neng)(neng)邊緣節(jie)點(dian)。
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(chu)理器，主頻高(gao)達 2.4GHz，平衡功(gong)耗與(yu)性(xing)能(neng)(neng)，可為終(zhong)端提供優(you)異的綜(zong)合性(xing)能(neng)(neng)。SC228 支(zhi)持(chi)全球4G全網通、雙頻Wi-Fi以及(ji)藍牙近(jin)距離無線通信，同時預置開放Android 14操作系統并支(zhi)持(chi)后(hou)續版本迭代，可廣泛(fan)應用于無線智(zhi)能(neng)(neng)支(zhi)付、可穿(chuan)戴(dai)音視頻記錄儀、對(dui)講(jiang)機、車載(zai)后(hou)裝設備、智(zhi)慧家居等終(zhong)端。
廣(guang)(guang)和通(tong) SC228 LTE智能模組（來(lai)源：廣(guang)(guang)和通(tong)）
示例2：2023 年 5 月 26 日，移遠(yuan)通信表示公司 5G 模組(zu)(zu)與英偉達 Jetson AGX Orin 平臺(tai)已成功完成聯調，實現 5G 通信+ AI 邊緣(yuan)計算(suan)能(neng)力。借助移遠(yuan) 5G 模組(zu)(zu)的(de)出色聯網性能(neng)和 Jetson AGX Orin 的(de)強大(da)計算(suan)能(neng)力，“移遠(yuan) 5G 模組(zu)(zu)+Jetson AGX Orin 平臺(tai)”組(zu)(zu)合方案(an)可應(ying)用于(yu)高端機器人(ren)、無人(ren)地(di)面車(che)輛、低速自(zi)動駕駛、智(zhi)慧交通等終端產品及場景。這(zhe)些計算(suan)密集(ji)型 AIoT（人(ren)工智(zhi)能(neng)物聯網）應(ying)用可實現數(shu) Gbps 級別的(de)數(shu)據傳(chuan)輸速率(lv)以(yi)及每秒高達 275 萬億次操(cao)作的(de)邊緣(yuan)計算(suan)性能(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(neng)(neng)的蜂窩物聯網模(mo)(mo)組(zu)中(zhong)，根據特定應用的需(xu)求或硬件的限制，有(you)不(bu)同的處(chu)理(li)能(neng)(neng)力(li)(li)。IoT Analytics 將這(zhe)些模(mo)(mo)組(zu)按照計(ji)算能(neng)(neng)力(li)(li)概括為三(san)類：低、中(zhong)和(he)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(de)速度進行計算(suan)，這些模組(zu)的(de)常見(jian)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的速度進行 AI 推理(li)，這些模組的常見應用包(bao)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：移遠通信 SG-530C-CN 模組搭載紫光展(zhan)銳 P778 SoC，其(qi)中包含 NPU，計算(suan)能力(li)能夠達(da)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(de)速度進行邊緣 AI 推理，這些模組的(de)常見(jian)高(gao)級應(ying)用(yong)包括(kuo)：
人工智能驅動(dong)的預測性維(wei)護
通(tong)過高級分(fen)析增(zeng)強決策制定(ding)
AI 增強型駕駛(shi)員安全解決方案
實時監測困倦和分心情況
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：美格智能(neng) SRM930模組搭載(zai)高通 QCM6490 SoC，綜合 AI 算力高達 14 TOPS 。
寫在最后
隨著數(shu)(shu)據(ju)(ju)成(cheng)為新的(de)生產(chan)資料、算(suan)力成(cheng)為新的(de)生產(chan)力，物聯(lian)網的(de)發展(zhan)已經超越(yue)了單純的(de)連接——它現在包括互(hu)聯(lian)設(she)備、設(she)備產(chan)生的(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)，以(yi)及基于數(shu)(shu)據(ju)(ju)獲得的(de)洞察，因此，計算(suan)能力和智能水(shui)平(ping)變得越(yue)來越(yue)重要，尤其(qi)是在靠近數(shu)(shu)據(ju)(ju)產(chan)生的(de)地方——邊緣側。
盡管仍處于早期階段，但將人(ren)工智能與蜂窩物聯網相結合有望改變各行各業。不過，其背(bei)后的(de)(de)核心技術(shu)是(shi)由高通、索(suo)尼 Altai 和紫光展銳等芯片公(gong)司(si)推動的(de)(de)，聯發科和意法(fa)半導體等其他芯片公(gong)司(si)可能會很(hen)快(kuai)進(jin)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。例如，索尼 Altair ALT1350 是一款低(di)功耗(hao) LTE-M/NB-IoT SoC，配備 AI 功能，可實現低(di)功耗(hao)加速，為蜂窩(wo) LPWA 領域(yu)中(zhong)支(zhi)持 AI 的模組打開了大門。
