新通訊 20086 月號 88
文.王智弘
隨著愈來愈多晶片業者競相投入WiMAX市場,行動WiMAX晶片方案的效能已較以往大幅精進,除整合基頻與射頻的單晶片備受矚目外,WiFi+WiMAX雙模方案也已成為晶片商另一個發展重點。



看好行動WiMAX市場未來發展前景,WiMAX晶片業者已全數將發展重心放在行動WiMAX解決方案,尤其是具備多重輸入多重輸出(MIMO)技術的Wave2規格,更是眾家廠商今年全力推廣的重點。  

不僅如此,為因應行動WiMAX服務啟動後所帶來的行動上網應用商機,晶片業者也已朝基頻(Baseband)與射頻(RF)整合的單晶片方向開發,以滿足市場對尺寸與功耗日益嚴苛的要求;另一方面,也積極研發整合WiFi與WiMAX的雙模解決方案,加快市場導入WiMAX方案的速度。  

根據市場研究機構In-Stat預估,全球WiMAX用戶端裝置(CPE)晶片市場將自2007年的2,700萬美元,增長至2012年5億美元規模;而WiMAX基地台晶片市場產值則從2007年的1億3,000萬美元,成長至2012年約14億美元的規模(圖1)。其中,筆記型電腦內嵌行動WiMAX功能的產品將是驅動WiMAX晶片市場出貨量勁揚的主要原因。與此同時,WiMAX數據機、閘道器(Gateway)、外接式用戶端裝置,以及Cellular/WiMAX雙模手機等應用產品,同樣也將扮演重要的推動角色。

 

資料來源:In-Stat,新電子雜誌整理(01/2008)
圖1 2007與2012年全球WiMAX用戶端晶片與基地台晶片市場產值分析

 

圖2 富士通微電子市場部總監鄭國威指出,該公司預計將於2009年推出採用65奈米製程技術的行動WiMAX單晶片方案。
有鑑於行動WiMAX應用市場龐大的成長潛力,WiMAX晶片業者已將研發重心聚焦於行動WiMAX解決方案,包括英特爾(Intel)、富士通微電子(Fujitsu Micro-electronics)、Wavesat與思寬(Sequans Communications)等原本主推固定式WiMAX方案的業者,均已陸續推出符合IEEE 802.16e Wave2規格的產品。  

富士通微電子市場部總監鄭國威(圖2)指出,2005年行動WiMAX標準底定後,該公司已全力發展行動式WiMAX解決方案,今年開始相關方案已進入導入設計階段,預計下半年將可導入量產。整體而言,由於行動WiMAX相關布建仍處於試行階段,因此,今年固定式方案出貨仍將占一定比重,但自2009年起,行動WiMAX產品出貨量將大幅攀升,預估未來固定式方案僅剩少數偏遠地區市場採用,營收比重將僅占該公司整體營收5%以下。  

圖3 富威科技業務行銷處協理李俊良表示,隨著全球行動WiMAX布建計畫陸續啟動,將可進一步帶動行動WiMAX晶片的市場需求。
代理思寬晶片方案的富威科技業務行銷處協理李俊良(圖3)亦認為,目前全球802.16e的行動WiMAX市場仍在布建階段,對Wave2的晶片需求多半僅來自各國的試行專案,需求量還未顯著增加,然而,隨著後續布建計畫不斷啟動,思寬預估,2008年該公司行動WiMAX解決方案出貨量將可達一百萬套,較2007年呈倍數成長。  

事實上,在日前Sprint Nextel與Clearwire合資新公司動向確定後,相關業者均對下半年行動WiMAX市場的發展樂觀期待;此外,包括日本、台灣、印度、俄羅斯、馬來西亞、澳洲、中南美州與中東等地,亦有許多行動WiMAX試行專案正在進行。再加上,其他尚未布建固定式寬頻網路的地區,多半亦會將行動WiMAX納入布建時的優先考量。這些都有助進一步推升行動WiMAX方案的整體需求。  

晶片商強打Wave2規格 CPE/Femtocell雙頭並進  

為搶占行動WiMAX市場商機,晶片商無不卯足全力展開布局,除原先較為市場人士所熟知的業者外,亦不乏許多新面孔加入,顯見WiMAX晶片市場的競爭已日趨激烈(表1)。

◎表1 目前主要行動WiMAX晶片商產品布局情形        製表者:王智弘
公司 \ 項目基頻射頻單晶片發展計畫WiFi+WiMAX雙模方案
BeceemBCS200搭配自行研發的BCSR200射頻晶片2008年4月推出採用65奈米製程的BCSM250N/A
富士通採90奈米製程的MB86K71搭配自行研發的90奈米CMOS製程之MB86K212009年將推出採65奈米製程之單晶片方案N/A
GCT 2007年9月推出首款行動WiMAX單晶片方案--GDM72052008年4月推出GDM7215
英特爾Intel WiMAX Connection 2400 Intel WiMAX Connection 2320RN/A2008年中推出Echo Peak方案
思寬採90奈米製程的SQN1130

自有射頻方案SQN1140;但同時也與ADI、AsicAhead、NXP、Maxim及Sierra Monolithics等業者緊密合作。

2008年第三季量產利用SiP技術整合之單晶片方案。年底時推真正SoC單晶片。N/A
Runcom採用90奈米製程的RNA200,可同時滿足Wave1及Wave2規格。支援多家射頻晶片已著手布局已著手布局

資料來源:各公司  

根據In-Stat指出,英特爾與思寬雖已轉進行動WiMAX市場,但仍為固定式WiMAX晶片市場兩大主要供應商;而Runcom、Beceem、GCT半導體與思寬則是韓國電信(KT)各種行動WiMAX產品的主要晶片供應商;此外,包括Altair、Amicus、ApaceWave、Comsys、NextWave、Redpine Signals以及XRONet等新進晶片業者,也陸續將在2008年推出行動WiMAX晶片方案。  

在晶片產品的發展方面,由於納入多重輸入多重輸出技術的Wave2規格,在傳輸效能表現較為出色,因此已成為各家行動WiMAX晶片商訴求的主要重點功能。  

此外,除了USB連結裝置(Dongle)、數據卡(Data Card)、行動上網裝置、家庭閘道器等CPE終端產品市場外,由於行動WiMAX布建時,亦須使用大量微微型(Picocell)與Femtocell基地台,來強化訊號覆蓋率,因而亦吸引相關晶片商紛紛開始跨足基地台市場。  

以思寬為例,目前針對CPE與基地台應用均已推出相關方案。李俊良表示,該公司的SQN1130為WiMAX CPE端的基頻晶片方案,採用90奈米製程設計,上行與下行合計最高傳輸率達30Mbit/s以上,功耗最低可達280毫瓦。除可搭配亞德諾(ADI)、AsicAhead、恩智浦(NXP)、Maxim及Sierra Monolithics等業者的射頻晶片外,也可使用思寬自行開發的射頻方案SQN1140。  

至於SQN2130方案則是用於Picocell與Femtocell基地台應用,已完成與WiChorus的接取服務網路閘道器(ASN Gateway)的互通測試;並可搭配PMC-Sierra的射頻晶片,還可提供整合軟硬體的完整基地台參考設計。  

圖4 旭捷電子業務經理江俊賢強調,現階段設備需求仍未達經濟規模,因此行動WiMAX單晶片的效益尚難突顯。
另外,2005年9月即率先推出行動WiMAX方案的Runcom,除強打其RNA200的CPE基頻晶片外,亦將於今年下半年推出Femtocell的晶片產品。代理Runcom晶片方案的旭捷電子業務經理江俊賢(圖4)表示,RNA200係採90奈米製程設計,符合Wave1及Wave2規格,可搭配恩智浦及Maxim的射頻晶片,提供客戶包含軟硬體的完整解決案方,節省客戶導入設計時間。至於基地台方面,目前Runcom是利用現場可編程邏輯閘陣列(FPGA)開發出用於Picocell的解決方案,預計下半年將推出用於Femtocell設計的特定應用積體電路(ASIC)。  

此外,鄭國威也強調,對富士通而言,需求量大的CPE市場,固然是最主要的發展重點,但若能同時打入基地台應用,將有助降低客戶互通性(Interoperability, IOT)的負擔,進而帶動CPE端的市場銷售,因此該公司亦將於今年底,推出採用802.16j技術的Picocell與Femtocell晶片方案。  

單晶片方案相繼出籠 市場戰火快速升溫  

圖5 GCT總裁暨執行長Kyeongho Lee認為,單晶片與WiFi+WiMAX雙模方案,將是WiMAX晶片市場兩大重要發展趨勢。
除積極由CPE市場跨足基地台晶片方案外,WiMAX晶片業者也已著手單晶片的研發,以突顯自身技術優勢與產品競爭力。包括GCT與Beceem均已推出整合基頻與射頻的行動WiMAX單晶片解決方案,而其他業者的產品也將在今年年底陸續登場。  

 

GCT總裁暨執行長Kyeongho Lee(圖5)認為,單晶片方案不僅具有尺寸優勢,且封裝成本低、測試時間短,因而擁有較佳的成本結構,將是大勢所趨;不論是英特爾亟力推廣的行動聯網裝置(MID)或超級行動電腦(UMPC),甚至手機應用,都對晶片尺寸與功耗要求甚鉅。因此,該公司運用其在互補式金屬氧化半導體(CMOS)射頻晶片的技術能力,於2007年9月推出首款行動WiMAX單晶片方案--GDM7205,以滿足市場發展潮流。  

GDM7205具備雙核心基頻處理器及豐富的周邊連結,可滿足多媒體資料處理與無線連結的效能要求,有助延長電池使用壽命與操作時間。目前已可提供12毫米×12毫米、289支接腳的BGA封裝晶片樣品,預計今年第二季將可量產供貨。  

據了解,目前GCT主要採用0.13微米與90奈米製程進行量產,預計今年將推出65奈米製程的單晶片。Lee進一步強調,GCT決定製程技術的策略,並非一味追求最先進製程,而是基於應用功能、市場的平均銷售價格(ASP),以及所取得的晶圓價格等因素進行判斷;倘若65奈米製程所生產的晶片,尺寸上與0.13微米晶片相差不多,則毫無採用的意義。因此,該公司將審慎選擇最佳的製程,以符合各種應用對尺寸及成本結構的要求。  

無獨有偶,Beceem也於今年4月初發表一款採用65奈米製程的行動WiMAX單晶片--BCSM250,整合Wave2基頻處理器、雙頻無線電、記憶體及電源管理電路於同一裸晶上,封裝後尺寸為11毫米×11毫米。該公司並宣稱,此款高整合方案,將原本外部的USB 2.0實體(PHY)層與電源管理等電路均予以整合,可較採用雙晶片方案的WiMAX系統減少約60%的零件數目;此外,相較現今行動WiMAX晶片產品,節省30%以上的功耗,並提升峰值資料傳輸率至40Mbit/s;為晶片市場寫下新扉頁。  

Beceem執行長暨共同創辦人Shahin Hedayat表示,藉由BCSM250高達40Mbit/s的傳輸效能與少於50毫秒的交遞延遲(Hand-off Latency),將有助小型電腦裝置、筆記型電腦、行動聯網裝置與手機等產品,實現真正行動寬頻連結的應用。  

此外,Beceem也與射頻前端模組(Front-end Module)的協力廠商合作,進一步簡化其他外部射頻相關元件的設計與布局,進一步為原始設備製造商(OEM)降低成本並強化可製造性。目前,BCSM250已可提供樣品,並預計於今年下半年開始大量出貨。  

另一方面,思寬也將在今年6月於台北世貿中心所舉行的「2008 WiMAX Expo」會場中,展出SQN1170單晶片方案。李俊良進一步透露,SQN1170係利用多晶片封裝(Multichip Package, MCP)技術將基頻、射頻及SDRAM整合於單一封裝中,預計可於第三季起量產供應;而今年底,思寬亦會推出更高整合度的系統單晶片(SoC)方案。  

鄭國威也表示,2009年富士通也已計畫將推出一款整合基頻及射頻的單晶片解決方案,並將導入65奈米製程技術生產。  

至於英特爾目前則仍以雙晶片方案為主,包括WiMAX Connection 2400基頻與2320R射頻方案(圖6);而為增加OEM的設計彈性,該公司亦提供整合射頻前端與雙頻無線電的系統級封裝(SiP)射頻方案。WiMAX晶片業者認為,英特爾已同時掌握基頻及射頻能力,因此未來勢必朝向單晶片方向整合,進一步降低OEM導入設計門檻與開發成本。

 

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資料來源:英特爾
圖6 英特爾WiMAX Connection 2400基頻晶片方案與2320R射頻方案功能區塊圖

 

相較於上述晶片業者的猛烈攻勢,最早推出行動WiMAX基頻方案的Runcom,對單晶片的發展則有不同觀點。江俊賢分析,長遠觀之,單晶片方案絕對是重要發展方向,但現階段整體行動WiMAX應用服務市場仍未啟動,產品認證進展牛步,加上相關設備互通性也未臻完善,因此CPE產品的需求尚無法達到像WiFi設備一般的經濟規模。換言之,在市場還未進入價格殺戮階段前,製造商對單晶片的需求,並不會如此迫切。  

搶搭WiFi行動上網順風車 WiFi+WiMAX雙模晶片成新寵  

另一個值得注意的晶片發展趨勢,則是WiFi+WiMAX雙模方案的興起。事實上,這原本是英特爾要在行動寬頻市場獨占鰲頭的秘密武器,但由於行動寬頻上網商機實在誘人,因此WiMAX晶片業者也紛紛開始布局雙模晶片市場,希望分杯羹。 眾所周知,英特爾新一代筆記型電腦平台Montevina將在今年中推出,並將搭載整合WiFi與WiMAX技術的Echo Peak無線通訊模組,或僅支援802.11a/g/n技術的Shirley Peak模組。英特爾預估,至今年第四季時,Montevina平台出貨比重將可望超過50%。  

儘管英特爾並未透露,Echo Peak與Shirley Peak在Monte-vina中實際導入的比重,但市場人士指出,從宏、華碩、聯想(Lenovo)、松下(Panasonic)與東芝(Toshiba)等筆記型電腦業者均已表態將導入整合WiFi+WiMAX的模組(圖7),以及日前英特爾入股Sprint Nextel與Clearwire所合資的新公司所展現的決心等跡象來看,Montevina的問世,對WiMAX市場的發酵將可帶來一定程度的正面效應。

 

資料來源:英特爾
圖7 包括宏基、華碩、聯想、松下與東芝等筆記型電腦大廠均已表示,將於今年下半年導入英特爾下一代WiFi+WiMAX雙模無線通訊模組。

 

看好WiFi+WiMAX雙模方案的市場前景,GCT也在今年4月初於美國拉斯維加斯舉行的「CTIA Wireless 2008」無線通訊重要展會上,發表首款整合WiFi與WiMAX的雙模方案--GDM7215。  

有別於英特爾採用模組形式呈現,GDM7215為一款整合基頻與射頻的雙模單晶片,以ARM9處理器為核心,搭配一顆32位元的數位訊號處理器(DSP)。此外,還具備可支援網路、儲存和影音應用裝置的多樣介面,並透過其射頻收發器支援多模的無線連結,實現在區域網絡與廣域網路間的無縫漫遊。  

Lee表示,對筆記電腦、行動聯網裝置與UMPC的製造商而言,若要在現有的WiFi模組上再加入WiMAX晶片組,將拉高整體成本。因此,GCT開發出雙模單晶片方案,不僅尺寸小、功耗低,同時也可迎合市場發展趨勢。  

江俊賢亦認為,WiFi+WiMAX雙模方案將成為WiMAX晶片商未來重要的發展方向。他以筆記型電腦為例指出,目前筆記型電腦僅有一個網卡插槽,若要再額外增加WiMAX晶片模組,不僅設計空間有限,同時也可能造成干擾問題,而透過雙模晶片的導入,這些問題都可迎刃而解(表2)。也因此,除Runcom外,其他主要WiMAX晶片供應商也都積極尋求WiFi晶片業者進行合作,共同開發雙模解決方案。

 

表2 WiFi與WiMAX技術特性比較與兩者結合的綜效分析
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資料來源:英特爾,新電子雜誌整理

 

至於此一商機,是否會吸引原本WiFi晶片業者垂涎,進而跨足投入WiMAX晶片產品的開發,相關晶片業者多半認為,可能性不高,一方面是因為WiMAX技術為廣域無線網路,技術更加複雜,門檻較高,二方面須擁有電信(Telecom)相關的產品研發經驗,非一般WiFi晶片商所能輕易跨足。除非原本即同時掌握相關技術能力,再藉由購併策略轉進,否則難以在WiMAX晶片市場立足。  

加強與基地台業者合作 降低晶片互通性問題  

可預見的是,在愈來愈多業者投入WiMAX晶片開發後,功耗、尺寸、整合度等產品規格的表現將可大幅躍進。以新進業者Altair為例,該公司針對手持式應用所推出的行動WiMAX基頻處理器--ALT2150,即宣稱尺寸已可達7毫米×7毫米,為業界最小封裝,且除待機功耗小於0.5毫安培外,其他不同運作程度的功耗表現亦已大幅突破,足見各家晶片的產品效能競技,將更形拉鋸。  

不過,誠如WiMAX晶片商所言,不論是既有雙晶片解決方案,甚至逐漸嶄露頭角的單晶片和WiFi+WiMAX雙模方案,均必須等到產品互通性問題妥善解決時,才能進一步達到更可觀的經濟規模。  

因此,在產品驗證速度牛步,市場進展緩慢的情形下,晶片業者除須不斷投入新的研發能量,來提升產品效能、確保市場競爭力外,還須擴大與基地台業者間的合作,增加互連互通的成功案例,降低製造商採用的疑慮。在這種蠟燭兩頭燒的市場環境下,若公司體質不佳,口袋不深,即便技冠群雄,深怕也將面臨英雄氣短的窘境。

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