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(nian)(nian)第(di)一季(ji)度更新(xin)），2023 年(nian)(nian)全(quan)球蜂(feng)窩(wo)物聯(lian)網模組(zu)和芯片組(zu)的(de)出貨量(liang)同比下降 16% 。有(you)兩個因素(su)導致(zhi)了這(zhe)種下降：一是(shi)(shi)制造商(shang)的(de)庫(ku)存優(you)化，二是(shi)(shi)經濟前景的(de)不(bu)確定性(xing)。
然而，面向未來，隨著庫存壓力(li)的減少和經濟(ji)形勢(shi)的好轉，IoT Analytics 預計該市場會在短期內反彈，2024 年(nian)底一掃 2023 年(nian)的低迷，到 2027 年(nian)將實現 22% 的復合年(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(wo)物(wu)聯(lian)網(wang)模(mo)(mo)組(zu)，其(qi)實(shi)和國(guo)內(nei)這兩(liang)年(nian)常(chang)說的“算力模(mo)(mo)組(zu)”概(gai)念重合，代表了蜂窩(wo)物(wu)聯(lian)網(wang)連接的最(zui)新前(qian)沿(yan)風向。無獨有偶，市場(chang)研究(jiu)機構 Counterpoint 也在報告里(li)發現，2023 年(nian)模(mo)(mo)組(zu)廠商出貨的諸多模(mo)(mo)組(zu)產品中，其(qi)中約有 12% 在軟(ruan)件或硬(ying)件層面具備 AI 功能。這些模(mo)(mo)組(zu)在汽車、路由器(qi)/CPE 和 PC 等(deng)高端市場(chang)越(yue)來越(yue)受歡迎，有利(li)于管理這些領域(yu)不斷增加的數據負載。
基于研究機構最新發布的洞察，本(ben)文將(jiang)梳理物聯網模組和芯片的代際(ji)演變，并進一步了解這類模組的處理能力和相關應用。
蜂窩物聯網模組的代際演變
蜂(feng)窩物(wu)聯網模組的發(fa)展(zhan)可以被(bei)劃分(fen)為 3 個(ge)重疊的世(shi)代：傳統的、智(zhi)能的和人工智(zhi)能使(shi)能的，如下圖(tu)所示：
傳統蜂窩物聯網模組：基本連(lian)接模(mo)塊，主要功能(neng)(neng)是實(shi)現蜂窩通信，這些模(mo)塊僅包含支持(chi)這種連(lian)接的芯(xin)片組，無(wu)需(xu)附加功能(neng)(neng)。
智能蜂窩物聯網模組：除了像傳統模塊一樣提供連接功能(neng)外，還以中央處理(li)器和(he)圖形處理(li)器（CPU 和(he) GPU）的形式集成了額(e)外的計算硬件。
人工智能蜂窩物聯網模組：除了提供(gong)與(yu)智(zhi)能蜂窩(wo)物聯網模組相(xiang)同的(de)功(gong)能外(wai)，還包括用于人工智(zhi)能加速(su)的(de)專用芯片組，如神經、張量(liang)或并行處(chu)理單元（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）
傳統的蜂窩(wo)物(wu)聯網(wang)模組(zu)已經存在了近二十年，只能為物(wu)聯網(wang)設備提(ti)供從某個位置發送和接收數據的連(lian)接能力，內置可用于連(lian)接到指定蜂窩(wo)技術 (如 2G、3G、5G 或 NB-IoT) 的蜂窩(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(chuan)統蜂窩(wo)物聯(lian)網模(mo)(mo)組(zu)(zu)(zu)的一個典型示例(li)是加拿大無(wu)線通信(xin)設(she)備(bei)(bei)制造商 Sierra Wireless 的 EM9190 5G (NR) Sub-6 GHz 模(mo)(mo)組(zu)(zu)(zu)。該模(mo)(mo)組(zu)(zu)(zu)使設(she)備(bei)(bei)能夠在 5G 不(bu)可用時回退連(lian)接到 4G 和 3G 網絡(luo)。Sierra Wireless 于 2020 年 8 月宣布推出(chu) EM91 系列(lie)傳(chuan)統模(mo)(mo)組(zu)(zu)(zu)，這(zhe)反(fan)映出(chu)在不(bu)需要邊(bian)緣(yuan)處理(li)的情況下(xia)，市場對傳(chuan)統蜂窩(wo)物聯(lian)網模(mo)(mo)組(zu)(zu)(zu)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 型號系列模組（來源：Sierra Wireless）
邁向邊緣——智能蜂窩物聯網模組（2.0）
智能(neng)蜂(feng)窩物聯網模組進入市場已經有將(jiang)近十年的(de)時(shi)間。除了提供(gong)與傳統(tong)模組相(xiang)同的(de)連接(jie)功(gong)能(neng)外，這些智能(neng)模組還(huan)內置(zhi)強大的(de) CPU 和 GPU，用于設備的(de)數據處理(li)。它(ta)們還(huan)可以支持 Linux 或 Android 等操作系統(tong)，以實現高級(ji)功(gong)能(neng)和多媒體功(gong)能(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)能蜂窩物(wu)聯網模(mo)(mo)組的(de)(de)一個典型示例是美國蜂窩物(wu)聯網模(mo)(mo)塊制造(zao)商(shang) Cavli Wireless 推(tui)出的(de)(de) CQS290 智(zhi)能蜂窩物(wu)聯網安卓(zhuo)模(mo)(mo)組。Cavli 于(yu) 2023 年 10 月在(zai)印度移(yi)動大會上宣(xuan)布推(tui)出該模(mo)(mo)組。這款 LTE Cat 4 模(mo)(mo)組搭載 Android 12，運行于(yu) ARM Cortex A53 四(si)核處(chu)理(li)(li)器上，并內置 Adreno 702 圖形(xing)處(chu)理(li)(li)單元 (GPU) 。
Cavli Wireless CQS290 智能模組（來源：Cavli Wireless）
邊緣智能——人工智能蜂窩物聯網模組（3.0）
與(yu)傳(chuan)統模(mo)(mo)組(zu)和智(zhi)能(neng)模(mo)(mo)組(zu)相比，支持(chi)人工智(zhi)能(neng)的蜂(feng)窩物聯網(wang)模(mo)(mo)組(zu)相對(dui)較新，上(shang)市時間超過(guo) 5 年。除了具有其(qi)他類型蜂(feng)窩物聯網(wang)模(mo)(mo)組(zu)的連(lian)接功能(neng)外，支持(chi)人工智(zhi)能(neng)的版本(ben)還包括用于人工智(zhi)能(neng)推理的 NPU、TPU、PPU 或(huo)其(qi)他專(zhuan)用并行處理芯片(pian)組(zu)（如 GPU）。
雖(sui)然(ran)人工智(zhi)能與蜂窩物聯網的(de)融合仍處于早期階段，但它(ta)具有徹底改變(bian)各(ge)行各(ge)業的(de)巨大潛力。將人工智(zhi)能直接(jie)集成(cheng)到(dao)物聯網模(mo)組(zu)中，意味著人工智(zhi)能推(tui)理可(ke)以在(zai)邊(bian)緣(yuan)側進行，從(cong)而實現邊(bian)緣(yuan)快(kuai)速智(zhi)能決策。這減少了蜂窩網絡上(shang)的(de)數(shu)據傳輸，節省了帶寬和(he)成(cheng)本，有利于為時間(jian)敏(min)感型應用提供即時、自主的(de)決策。此(ci)外，在(zai)連接(jie)模(mo)塊中嵌入人工智(zhi)能芯片組(zu)可(ke)以節省空(kong)間(jian)，簡化物聯網設備的(de)外形尺寸。總之，這些模(mo)組(zu)正(zheng)在(zai)從(cong)單純的(de)數(shu)據通信推(tui)進器演變(bian)為能夠獨立處理某(mou)些工作負載的(de)智(zhi)能邊(bian)緣(yuan)節點(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）處理(li)器，主頻高達 2.4GHz，平(ping)衡功耗(hao)與性(xing)能，可(ke)(ke)為(wei)終端(duan)提供優異(yi)的綜合性(xing)能。SC228 支持全球4G全網通(tong)(tong)、雙頻Wi-Fi以及藍牙近(jin)距離無(wu)線(xian)通(tong)(tong)信，同時預置開(kai)放Android 14操(cao)作系(xi)統并支持后續版本迭代，可(ke)(ke)廣泛應用(yong)于無(wu)線(xian)智能支付、可(ke)(ke)穿戴音視頻記(ji)錄儀、對(dui)講機、車載后裝設備、智慧家居等終端(duan)。
廣和通 SC228 LTE智能模組（來源：廣和通）
示例2：2023 年 5 月 26 日，移遠通信表示公司(si) 5G 模(mo)(mo)組(zu)與英偉(wei)達 Jetson AGX Orin 平臺已成功完(wan)成聯(lian)調，實(shi)現 5G 通信+ AI 邊(bian)(bian)緣(yuan)計算(suan)能(neng)力(li)。借(jie)助移遠 5G 模(mo)(mo)組(zu)的(de)(de)出色聯(lian)網性能(neng)和 Jetson AGX Orin 的(de)(de)強大計算(suan)能(neng)力(li)，“移遠 5G 模(mo)(mo)組(zu)+Jetson AGX Orin 平臺”組(zu)合方案可(ke)應(ying)(ying)用(yong)于高端機器人(ren)、無人(ren)地面車輛、低速自動駕駛(shi)、智(zhi)慧交通等終端產品及場景。這些(xie)計算(suan)密集型 AIoT（人(ren)工智(zhi)能(neng)物聯(lian)網）應(ying)(ying)用(yong)可(ke)實(shi)現數(shu) Gbps 級別的(de)(de)數(shu)據(ju)傳輸(shu)速率(lv)以及每秒高達 275 萬(wan)億次操作的(de)(de)邊(bian)(bian)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(zhi)能的(de)蜂窩(wo)物聯網(wang)模(mo)組中，根據(ju)特定應用的(de)需求或(huo)硬件(jian)的(de)限制，有不同的(de)處理能力。IoT Analytics 將(jiang)這(zhe)些模(mo)組按照計算能力概括為三(san)類(lei)：低、中和高(gao)。
*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(jin)行計算，這(zhe)些模組的常見應(ying)用包括：
聲學事件檢測
手勢/活動識別
語音識(shi)別(bie)/關(guan)鍵詞識(shi)別(bie)
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(de) 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，這些(xie)模組的常見應(ying)用包括：
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：移遠(yuan)通信(xin) SG-530C-CN 模(mo)組搭載紫光展銳 P778 SoC，其中包含(han) NPU，計算能力能夠達到(dao) 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的速度進行(xing)邊緣 AI 推理(li)，這些(xie)模組(zu)的常見高級應用包括：
人工智能(neng)驅動的預測性維護
通過高級(ji)分析增(zeng)強(qiang)決策制(zhi)定
AI 增強型駕駛員安全解決方案(an)
實(shi)時監測(ce)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(ge)智能(neng) SRM930模組搭載高通 QCM6490 SoC，綜合 AI 算力高達(da) 14 TOPS 。
寫在最后
隨著數據成為(wei)新的生產(chan)資(zi)料、算(suan)力成為(wei)新的生產(chan)力，物聯網的發(fa)展已經(jing)超越了(le)單(dan)純的連接——它現在包括(kuo)互聯設備、設備產(chan)生的數據，以及(ji)基于數據獲得的洞(dong)察，因此，計算(suan)能力和(he)智(zhi)能水平變得越來越重要(yao)，尤其是在靠近數據產(chan)生的地方——邊緣(yuan)側。
盡管(guan)仍處于早(zao)期階段(duan)，但將人工智能與蜂窩物(wu)聯網相(xiang)結(jie)合有望改變各(ge)行各(ge)業(ye)。不過(guo)，其背后(hou)的核心技術(shu)是由高通、索尼 Altai 和紫光展銳等芯片(pian)公司推(tui)動的，聯發(fa)科和意法半導體等其他芯片(pian)公司可能會很(hen)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 是一款(kuan)低(di)功耗 LTE-M/NB-IoT SoC，配備 AI 功能(neng)，可實(shi)現低(di)功耗加(jia)速(su)，為蜂窩 LPWA 領域中支持 AI 的(de)模組打(da)開了大(da)門。
