HaLow抢进IoT市场，802.11ah还有发展机会？

经过不寻常的两年延迟后，支持新Wi-Fi标准的芯片开始出现；在接下来的几个月里，一些新创公司将陆续发布802.11ah芯片，这是一种900MHz的Wi-Fi版本，主要针对物联网(IoT)等长距离连结。

这种被称为HaLow的标准技术，可在数十公尺到1公里的距离内达到数Mbits/s的网络速度，一个接取点可支持数千个节点。它们将填补超低功耗、低成本的LoRa与Sigfox网络，以及更耗电、又需要搭配资费方案的LTE Cat-M和NB-IoT之间的空白。

第一波上市的产品将是采用40奈米制程的单芯片，在价格上不太可能高出很多；这些产品会是代表IoT解决方案的新选项，使用免执照频段，可支持广泛的PC生态系统所熟悉的IP网络和OFDM调变。长期看来，它们则将扮演扩展智能型手机和PC连网范围的第四种方案。

一位要求匿名的资深无线技术专家表示：「HaLow凭借其在实现新业务模式以及容量、范围和电池续航等方面的多功能性脱颖而出，这些都是市场迫切需求的特性──它仅需要一个新的生态系统。」

Wi-Fi联盟于2014年在高通(Qualcomm)工程师团队的大力协助下启动了802.11ah标准的订定流程，并在2016年的国际消费性电子展(CES)上正式公布HaLow技术规格。通常一个新IEEE 802.11规格完成时，就会有几家Wi-Fi芯片大厂竞相推出相对应的芯片，但这次却没有。

自该标准完成两年以来，据说只有唯一一家公司──来自韩国的新创公司Newracom──推出了一款芯片，用于韩国电信(Korean Telecom)的网关；这家公司是由韩国ETRI研究中心的Wi-Fi专家创立，一开始是销售802.11n等现有标准的IP功能区块。

全球市场上还有其他四家新创公司准备在明年推出HaLow芯片；其中最引人瞩目的，是由出身自Broadcom和Radiata的Wi-Fi专家组成、总部位于澳洲悉尼(Sydney)的新创公司Morse Micro。而这一次包括Broadcom、Cypress、华为(Huawei)、联发科(Mediatek)、Qualcomm和瑞昱(Realtek)等老牌Wi-Fi芯片供货商可能会成为跟随者，而非领头羊。

表1：免执照的ISM频段在世界各地有所不同。（来源：Morse Micro）

尽管业界对.11ah的早期热情，这个HaLow标准问世时机不佳。因为在2016年，主流2.4/5-GHz Wi-Fi的下一个重要版本802.11ax也已经准备就绪；上述的匿名无线技术专家表示：「厂商必须要做出审慎的设计抉择，没有人能承担错过.11ax周期的风险。」

要选择其实很简单：.11ax产品显然会快速成长、达到以百万计的出货量。Qualcomm和联发科等公司也纷纷推出LTE IoT和5G产品，留给HaLow的资源就不多了。此外，将Wi-Fi推至免执照ISM频段，会需要一些前期推广工作。

「在任何时候，开发一个新频段都需要时间；5GHz就花了10年时间，才让.11ac获得广泛采用，而60 GHz Wi-Fi才刚刚起步；」该匿名专家补充指出：「围绕一个新的频段建立新生态系统是一条艰辛的道路... HaLow也不例外，这需要时间。」

还有人指出，在2016年有许多新创公司涌进新兴的低功耗、广域网技术领域，包括采用ISM频段的LoRa、Sigfox及其他IoT 连网技术；此外LTE IoT标准(包括NB-IoT和Cat-M?)已经展翅飞翔。如此一来，就没有剩下多少风投资金和创业者押宝HaLow。

现在那些市场大咖预期会在8月份左右Wi-Fi联盟启动HaLow认证计划时才抢进该市场；而从1月开始，该联盟则展开了一系列的互操作性测试以实现此里程碑。

在拥挤的LPWA空间是否有802.11ah的发展机会

Morse Micro的工程师在两份白皮书中描绘了HaLow的应用场景，其中写道，虽然LoRa已经获得美国有线电视/通讯服务巨擘Comcast等支持者，但LoRa的数据传输速率通常低于Kbps，不足以支持得满足不断变化的安全标准所需之无线更新(OTA)要求；而LoRa「相对较低的网络容量，限制了其基地台可以支持的传感器数量。」

上述白皮书还补充指出，更成熟的802.15.4网络技术如Wi-Sun和ZigBee需要更大的功率，但是仍无法以单一个基地台支持大型的传感器网络。

而HaLow可以在100公尺或更长的视线范围内，提供至少160 Kbps的速度；此外Morse Micro共同创办人Michael De Nil表示，该技术可以在一个接取点上容纳8,000多个节点。因此，Morse的目标市场是农业、公用事业抄表、仓储、超市以及远程视讯保全摄影机等一系列IoT应用场景；他预期：「到2019年底，我们的年出货量可达到上百万。」。

表2：HaLow技术在许多方面的表现都优于其他低功耗广域 IoT连网方案。（来源：Morse Micro）

为加速业务进展， Morse还打算在中国设置一个办事处。De Nil表示：「中国是很大的市场，有许多行动快速的大型厂商...我们将在7月份推出芯片样品，预计在6到8个月内就可以进入量产。但对美国或欧洲厂商来说，这个过程可能要到2020年甚至2021年才会开始。」

支持者认为，HaLow进入IoT市场为时未晚。「在5到10年前， IoT 市场规模和成长率都被过于夸大了；」前面那位匿名资深无线专家表示：「我们仍然处于IoT 市场发展的初期阶段，这对HaLow来说是个好消息。」

他认为：「LoRa和Sigfox的数据传输量非常低，它们有各自的发展空间和潜力，但TCP/IP和类似因特网的安全、探索和升级会需要更高的传输量──对于真正的IoT，像是HaLow这样的技术是有需要的。」

IoT 才刚起步，支持者相信，长期来看HaLow将成为无线接取点和客户端设备采用的主流芯片，带来新的覆盖距离和低功耗性能。这是一个新技术标准从零到无所不在的发展过程中，在半导体产业很常见的典型「鸡生蛋、蛋生鸡」情境。

另外三家准备抢进市场的HaLow新创公司

除了Morse以及据说是进展最快的韩国Newracom，在HaLow技术领域还有另外三家新创公司也打算在明年左右推出芯片样品。

2010年在荷兰Eindhoven成立、在东欧塞尔维亚(Serbia)有工程团队的Methods2Business，开发以Tensilica DSP为基础的HaLow MAC IP。总部位于美国硅谷的Adapt-IP开发了FPGA版本的HaLow基频方案，该公司正在考虑采取策略联盟方式，目标是在2020年初实现完整的HaLow芯片设计；这家公司自2014年以来一直在缓慢发展的IoT市场寻找出路。

还有一家美国新创公司Palma Ceia SemiDesign (PCS)，一开始是接RF委托设计案，因此能销售一些自己开发的IP，应用于NB-IoT与HaLow收发器；该公司现在准备募资、于今年推出一款HaLow组件，作为其首款芯片级产品。

图1：尽管HaLow不是最低功耗的选择，但它的特性很全面。（来源：Morse Micro）

PCS已经从设计服务和IP业务获利，但正在募集资金以支持其第一款芯片的投片；该公司预计在6月之前推出样品，可能是采用40奈米制程，应用于简单的HaLow接取点，可支持有限数量的终端节点，也是一种单串流(single-stream)终端节点芯片。PCS策略营销副总裁Kevin M. Walsh表示：「我们可能不是第一，但我们会是快速的后来者....我们预期未来HaLow和NB-IoT芯片可能会整合在一起。」

与Morse一样，PCS也为了距离会是第一批客户的模块制造商更近，在中国(深圳)设立了办事处，该公司也正在当地设计芯片；PCS芯片将委托台积电(TSMC)生产，后者是该公司IP的长期合作晶圆代工厂。

RISC-V协助催生Morse的HaLow芯片

Morse芯片内建1~8MB闪存，以私钥进行安全开机(secure boot)和云端身份验证，采用6×6 QFN封装；De Nil表示该芯片是从零开始设计，具备创新的滤波器和加速器，没有采用任何来自第三方的IP功能区块。

他指出：「.11ah标准具有严格的无线电要求和相对较大的带宽，因此需要宽动态范围来处理干扰和OFDM要求，以获得最佳性能和最低功耗；」该设计使用多个32位RISC-V核心，可客制为无线讯号处理器。

「使用开放源码核心确实加速了我们的设计流程...否则我们就只好采用Arm处理器核心并去协商权利金；而现在我们采用了开放源码RTL并添加了加速器。」De Nil表示，其设计采用一种「处理器导向(processor-driven)方案；传统的Wi-Fi设计会硬化IP以达到最高的带宽，我们已经完成了几代测试芯片，所以现在我们有信心未来将这种方法扩展到其他IoT协议，例如ZigBee和NB-IoT。」

说到RISC-V，他则表示：「可用的开放源码资源质量非常高，成熟度令人惊讶...现在我们需要更多学生知道如何使用RISC-V工具来产生系统。」

图2：Morse在两篇白皮书中阐述其HaLow实作案例将取得优于平均水平的性能和覆盖范围。（来源：Morse Micro）

Morse总部所在的澳洲悉尼，是两位Wi-Fi领域先驱Neil Weste和John O'Sullivan的家乡，他们现在都任职Morse。 De Nil和另一位共同创办人Andrew Terry原来都在澳洲当地的Broadcom办公室上班，分别负责数字和RF设计，曾为Apple iPhone提供多代Wi-Fi芯片。

有几位Morse团队的工程师是来自另一家名为Radiata的新创公司；Radiata在1990年代末期开发出第一款符合.11a标准的5GHz Wi-Fi芯片，后来被Cisco收购，但大部分Wi-Fi技术人才仍留在悉尼。「Broadcom是一家不错的公司，有很好的企业文化，不过每年都在搞新一代iPhone芯片有点无聊；」De Nil表示：「最终该公司停止创新，只是为大客户打造下一代IP。」

「他们并没有真正重视规模会很庞大的IoT市场...在Braodcom被Avago收购六个月后，我们创立了Morse，觉得这是一个好机会。我们在与(Radiata创办人) Neal Weste面谈后，他也加入了我们。」Terry则表示：「我们已经准备好迎接挑战，将我们的专长发挥在打造一些有趣的芯片上。」

Morse是以自有资金在2016年8月创立，最初有6个员工，后来从几个半导体专家获得天使资金；该公司正在激活1,500万美元的A轮融资，准备将团队扩大至30人左右，并在2019年底之前投入量产。Morse的公司名称来自于「摩斯电码」(Morse code)，也就是远距离无线通信的先驱技术。

(参考原文：Wi-Fi Startups Polish HaLow for IoT，本文同步刊登于电子工程专辑2019年2月刊杂志)