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无线局域网络芯片市场瞭望
 

【作者: 鄧友清】2002年10月05日 星期六

浏览人次:【4282】

无线局域网络(Wireless Local Area Network;WLAN)技术的起源,可追朔到五十年前的第二次世界大战,当时为了军务上的通讯,美国陆军开发出无线电波传输技术作数据的传输,后来广泛的被美军和盟军使用。大战结束后,这项技术的概念被学者使用在校园网络上;1971年,夏威夷大学的研究员利用双向星状架构(bi-directional star topology)作为网络架构,第一个采用封包式技术的无线局域网络因此诞生,无线局域网络从此正式与世人见面。



最早出现的无线局域网络标准是1997年IEEE组织订定的IEEE 802.11标准,但由于IEEE 802.11的速度不高(2Mbps),加上产品价格昂贵,因此当时无线局域网络市场未受到重视。直到1999年底确定了IEEE 802.11b标准之后,其传输速率达11Mbps,已经可以与传统以太网络媲美;另外由于许多厂商的投入使得此项标准的产品单价急遽下降,在价格与速度日趋合理的情况下,市场需求量急速增加,2001年全球无线局域网络的销售值达17亿6500万美元,成长34%,如(图一)所示。未来无线局域网络市场,仍维持高度成长,平均年销售值成长率32%,预期2006年全球市场将达到52亿美元。



《图一 全球无线局域网络系统产品市场销售值统计及预测〈数据源:In-Stat;工研院经资中心〉》


由此可知无线局域网络的系统产品未来十分被看好,系统产品的兴起,带动上游关键芯片行情看俏,如(图二)。无线局域网络芯片除了性能好坏直接关系产品效能之外,设计方式也与产品所能够提供的基本功能有关。此外,「芯片模块」约占整个无线局域网络产品成本的50%,拥有芯片模块量产技术就等于拥有无线局域网络产品的利基命脉。



《图二 全球无线局域网络芯片市场产值/产量预测〈数据源:In-Stat;工研院经资中心〉》


由于目前推出无线局域网络芯片的厂商多达30余家,碍于篇幅无法一一介绍,以下将介绍较具代表性之厂商。



Agere


Agere为Lucent独立出来的子公司,之前以Orinoco作为消费性产品之品牌,今年6月此消费性产品部门以6500万美金售予Proxim,预期将重心转为经营无线局域网络芯片市场。Agere非常擅长DSSS技术;在802.11b制定之时与Intersil合作扮演推手的角色。目前市占率为全球第二,仅次Intersil。



Agere的芯片中,RF部分购自Philip,其余Baseband、MAC芯片则由自己生产。Agere的芯片组在效能上十分出色,但价格较一般芯片昂贵许多,目前主要产品为IEEE 802.11b的芯片组,其他芯片则尚未发表。



Atheros


Atheros成立于1998年5月,是由一些史丹福与3Com的RF与讯号处理专家组成的公司,一开始就将其目标市场放于5GHz的无线局域网络芯片市场,率先量产全球第一款IEEE 802.11a芯片组,目前市面上看到的IEEE 802.11a产品几乎清一色使用Atheros的Solution。由于台湾为全球最大之无线局域网络输出国,Atheros今年初正式在台湾成立分公司,以贴近最主要的无线局域网络芯片市场。



Atheros日前推出四种芯片组,计有Combo 802.11a/b/g 的AR5001X,以及IEEE 802.11a的AR5000(图三)、AR5001A,还有专为Access Point(网桥)推出的AR5001AP;目前这些芯片都已经有样本,2002年下半年将陆续量产。



Atmel


Atmel Corporation在1984年成立,在Flash领域有出色的表现,业务还含括无线通信IC的设计、制造及销售。在无线局域网络领域,目前的产品仅有IEEE 802.11b的MAC,较特别的产品为AT76C510,具有与其他WLAN及Ethernet相连的功能,为了推出整套解决方案,其他方面则与相关厂商(如RFMD)合作,Atmel芯片的架构极类似Intersil的Prism Ⅱ。由于Atmel的芯片组价格颇具有竞争力,目前国内有不少厂商采用Atmel的芯片组,如亚旭、友讯、驰元等。



Bergana Communications


Bergana Communications推出的BER7211a是一颗以CMOS制程制作的IEEE 802.11a芯片。此颗芯片最大的特色在于这是一颗含括RF、Baseband、MAC的SoC芯片,因此在价格上相当具有竞争力。除此之外,支持WEP、TKIP、AES加密方式,最高传输速率可达72Mbps,并包括DFS、TPC功能,是一个相当具有竞争力的产品。



Broadcom


Broadcom在LAN与宽带IC的领域经营有成,与许多PC厂商具有良好的关系(如Compaq与DELL)。看好无线局域网络市场,2002年1月Broadcom推出首款IEEE 802.11b芯片组。此款芯片仅由两颗以CMOS制程制作的芯片组成,其中Radio芯片(名为BCM2051)采用零中频的技术;Baseband与MAC皆整合在同一颗芯片上,并有四类Baseband/MAC芯片可供选择。



BCM4301芯片仅是单纯的整合Baseband/MAC功能,而BCM4302芯片增加了可同时使用V.92 modem的功能在Baseband/MAC中,BCM4304芯片则增加了可同时使用10/100 Ethernet的功能,BCM4307则是增加V.92 modem与10/100 Ethernet功能,方便系统厂商降低成本。



今年7月中旬,Broadcom又推出一款芯片,此款芯片仅由三颗CMOS制程制作芯片组成802.11a/b Dual-Band解决方案。其名为BCM4309的MAC/Baseband芯片可依传输最佳状况,动态选择要使用IEEE 802.11b或IEEE 802.11a,或同时使用IEEE 802.11b或IEEE 802.11a;此外,支持WEP、WEP weak-key avoidance、 TKIP、AES与802.1x,并具有V.92 voice band modem功能,以及Bluetooth与GPRS(General Packet Radio Service)mobile的接口。此款芯片另外两颗则分别为IEEE 802.11b及IEEE 802.11a的radio IC。



Cirrus logic


Cirrus logic主要耕耘领域在于消费性娱乐电子产品与模拟与数字芯片,对家庭数字影音产品企图心明显,在2001年第三季分别并购MPEG-2 技术厂商Stream Machine,以及经营无线家庭网络的ShareWave。其中ShareWave的无线传输方式,让用户可以在家庭中动态得到具有QoS的音乐与分辨率高的DVD、VCD影片。



Cirrus Logic在并购ShareWave不久即开始供应其专利Whitecap 2 Network Protocol的无线产品,Whitecap 2是以IEEE 802.11b为传输方式(已通过Wi-Fi认证),且支持QoS与Mutimedia的网络协议。目前产品包括Wireless PCI/USB Controller、Wireless Mini PCI Controller、Wireless PCMCIA Controller、Wireless 10Base-T Controller,一些致力于家庭影音传输的公司如Panasonic或家庭网络厂商NETGEAR、百一电子,已经引进其产品。



Envara


Envara为一家以色列的芯片设计公司,为最早宣布有HiperLAN2的公司。其WiND(Wireless Networking Device)chipset是一个具有高度整合性的产品,仅以2 chip达成Dual-Band的效果,其中一颗为dual-band radio chip(EN303),另一个芯片则整合Baseband/MAC(EN202)。值得一提的是它的dual-band radio chip,成功的将2.4GHz与5GHz两个band的radio chip整合成一颗,可以符合IEEE 802.11b/g/a的标准外,其Zero-Loss Front-End设计可以降低耗电量,更可以减少2个RF Switch的设计,以降低BOM cost。在去年,EN303的设计原来以CMOS制程制作,但最后考虑SiGe(硅锗)制程在耗电量、良率等更胜CMOS制程,今年改为使用IBM的SiGe制程,因此具有耗电量低、制程良率高等好处;此款芯片预定售价为30美元。



Intersil


Intersil目前在WLAN芯片市场可说居龙头地位。2001年时,Agere的 WLAN芯片并无外卖的计划,除了Agere的产品或一些Agere代工厂商,如Apple、IBM、HP的产品使用Agere的WLAN芯片,其余厂商几乎都采用Intersil的解决方案(少部份使用Atmel)。



Intersil之所以可以在无线局域网络芯片市场傲视群雄,除了研发团队强之外,积极参与国际标准制定,以抢得先机,亦是原因之一;IEEE 802.11b之外,IEEE 802.11g的Draft版主导权亦在手,因此可谓占尽优势。



目前Intersil在市面上的芯片以Prism2.5(IEEE 802.11b)为主,这是一个4颗芯片的解决方案,在PA部份采用Intersil的一贯做法 -以SiGe制程制作。Intersil在2001年5月推出Prism3样本,Prism3的设计主要是以零中频的方式设计芯片组,此种设计可以让系统厂商在PCB板上layout时,毋须再像传统超外插架构下,使用高达2、3百颗被动组件的数目,此外也毋须再使用SAW Filter,可较以Prism2.5 layout的整体材料成本减少5~7美元。



在5GHz方面,Intersil显得较不积极,去年推出5GHz解决方案Prism Indigo后,就将焦点转向IEEE 802.11g与Dual-mode产品的开发,如与Cisco合作开发IEEE 802.11g的平台,以及与Silicon Wave合作推出整合IEEE 802.11b与Bluetooth功能的Blue802等。



Marvell


Marvell推出的IEEE 802.11b芯片组由两颗CMOS制程芯片所组成,其中一颗为名88W8000 的单芯片radio RF Transceiver为高整合的radio chip,整合了功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、压控震荡器(VCO)与frequency synthesizer,并宣称耗电量可较一般芯片少50%以上。另一颗则为88W8200的Baseband处理器,最大的特色就是速度可达22Mbps,此芯片组由于没有MAC的设计,目前必须与Atmel的MAC搭配;此外,这款芯片整合在PCB板上一起销售,以方便系统厂商layout。



除此之外,Marvell在日前宣布,在WLAN领域的下一步布局,将是推出整合WLAN与3G功能的芯片组,但详细时程尚未确定。



Resonext


Resonext推出的IEEE 802.11a解决方案-RN5200 chipset包含两颗以CMOS制程制作的芯片,一颗为radio IC,另一颗为baseband/MAC IC。其名为RN5200R的radio IC是以零中频的方式设计而成的,可有效降低系统产品成本。芯片若是安装在AP上,在baseband/MAC IC则选择名为RN5200P的方案,这是一款Access Point on a Chip(ApoC)的架构,包含了ARM922T processor core、 Ethernet 802.3 MAC与IEEE 802.11a的digital subsystem,这样高度整合的芯片可以有效的降低系统产品厂商所需成本,也就是在设计AP时可以毋须再增加Ethernet card、DSP等成本。芯片若是安装在个人计算机上,在baseband/MAC IC则选择名为RN5200C的方案,其支持的接口包括PC Card, PCI or Mini-PCI。特别在于RN5200P与RN5200C皆支持未来的安全标准-IEEE 802.11i。



Synad


Synad为一家英国的芯片设计公司,以WLAN为主要市场。推出一款名为Mercury5G的dual-Band chipset(IEEE 802.11b/a),这款芯片组仅由两颗CMOS制程制作的芯片组成,一颗为支持两个标准的RF front end(SYRF8100),另一颗为整合Baseband与MAC的SYBB8200芯片。SYRF8100的特性在于可以根据传输的最佳状况,自动切换到IEEE 802.11b或IEEE 802.11a。而SYBB8200的特性在于其支持WEP、AES、DFS、TPC与QoS;此款芯片预定售价为35美元。



Systemonic


Systemonic原本专注在无线局域网络中Baseband与MAC领域,技术部份缺乏RF部分,因此去年底并购Raytheon,遂取得RF技术。



Systemonic今年7月在日本N+I展览中推出一款名为Tondelayo 1的Dual-Band(IEEE 802.11b/a)芯片,主要由四颗芯片组成,一颗PA、一颗RF、一颗IF、一颗DSP;此款芯片为Systemonic第一代芯片,预定推出Sample时间为今年9月,售价为35美元。第二款芯片Tondelayo 2则由两颗芯片组成,预定推出Sample时间为2002年底,售价与Tondelayo 1相同,目前仅知这款产品设计重点在于:它可以降低系统厂商生产系统产品的成本。



Tondelayo1最大特色在于名为OnDSP的设计,这是一个可程序化的DSP解决方案,让厂商可针对订单的需求,在短时间设计出合乎规格的产品。在RF方面,除了有可以支持2.4GHz与5GHz两个频段的设计外,并采用超外差架构,使用SiGe的制程。



Texas Instruments


德州仪器(Texas Instruments;TI)总部设在美国德州达拉斯市,业务内容含括半导体、感应暨控制、及教育暨生产力解决方案。TI早在1999年IEEE 802.11b底定之前,就对无线局域网络抱以浓厚兴趣,并且以并购的方式得到PBCC的调变技术。但在与Intersil、Agere竞争IEEE 802.11b标准时TI失利,因此把焦点转为IEEE 802.11g。



后来TI在IEEE 802.11g的竞争上,虽无得到最后的胜利,但结果也算差强人意。PBCC在5.5/11/22/33 Mbps为Option,也就是在这几个速度上,若是以IEEE 802.11g为标准,厂商可以选择以PBCC作为传输的调变技术。



TI推出的芯片名称为ACX100,它支持IEEE 802.11b外,并可以选择用PBCC的调变技术将传输速率提高到22Mbps;这是一款整合性十分高的芯片,它将MAC/Baseband/PHY整合在一颗芯片上。



TI销售这款芯片的模式十分高明,以很有技巧性的方式将其命名为「IEEE 802.11b+」,且价格微低于Intersil的Prism2.5的方式销售,让系统厂商可以以更低于IEEE 802.11b产品的价格制造出较IEEE 802.11b更高速的产品;但销售时又可以略为提高价格(因为具有提高一倍速度的优势),因此目前已开始有厂商大量采用。



其他


其他值得一提的厂商还有结合WLAN与Bluetooth的芯片解决方案,由全球Bluetooth芯片技术领导厂商Silicon Wave与WLAN芯片大厂Intersil合作开发(Blue802)。目前已经成功的将两种技术整合在单一平台上,并利用在MAC层以软件对话方式使两种技术可以同时运作,可发挥90%的效能而不受彼此干扰。



此外,GSM/GPRS/WLAN整合在一起的方案亦引人注目,由Airify Communications 与南美洲的Helic合作提出,Helic提供RF部份(HC5100),Airify Communications提供多标准的Baseband与MAC芯片(A800);预计将以两颗芯片的方式提出一套GSM/GPRS Class 12 cellular与IEEE 802.11b的多元化解决方案。



另外,RF Solutions亦在今年1月底发表产品开发完成的消息。GSM/GPRS/WCDMA射频芯片与802.11a、802.11b与802.11g标准的射频芯片产品-CellLAN。美中不足的是这项产品并无Baseband与MAC部份。



结论:由前面各芯片厂商的产品介绍,可以发现无线局域网络芯片在未来发展趋势有三个主要方向:加值、低价、整合。



表一 WLAN芯片发展趋势
















发展方向 加值 低价 整合
做法 低耗电、Dual-Band、Dual-Mode、高速、增加QoS、加强安全、增加DFS、TPC功能、增加Ethernet功能。 以便宜的制程制造芯片、致力减少芯片数量、以零中频的方式设计。 以零中频技术整合RF/IF、SOC。


数据源:工研院经资中心




加值


面对着无线局域网络产品竞争愈来愈激烈,产品若能够以同样的价格提供更多功能,相信可以有效吸引消费者的购买。这样「多功能」的趋势,反应在芯片厂商的策略,将是提供加值芯片,让系统厂商得以提供更多样化的功能,对于系统厂商将具有相当的吸引力。



整合


有效的整合芯片功能可降低芯片组的芯片数目,也就是可以有效的降低所需生产Wafer数目,换句话说就是可以达到降低成本的目的;所以各家厂商都致力于将芯片功能整合在一起,最明显的即是基频处理器与MAC整合成一颗芯片,如PRISM 2.5将原先PRISM 2的五颗芯片设计降为四颗芯片。近来RF与IF也有整合在一起的趋势,如在PRISM 3利用直接转换技术,以BiCMOS的制程整合原本所需的两颗中频转换(RF/IF)电路成为单颗的零中频收发芯片。



由(图十二)中可了解到目前无线局域网络芯片大厂Intersil芯片进程是朝向整合的目标前进。不仅Intersil,许多芯片厂商都在设计芯片时,朝向整合的方向前进。甚至Atheros的AR5000将制程特殊的PA整合进其射频的RoC(Radio on a Chip)芯片中,加上一颗MAC/基频处理器芯片,总共只用了两颗芯片,成功的减少芯片数目。




《图三 Intersil产品进程〈数据源:IC Insights;工研院经资中心ITIS计划,2002/07〉》



低价制造


有效的降低芯片成本有两个好处,第一对芯片厂商而言,会有较多的利润;第二在面临其他厂商竞争时,有较大的降价优势。因此芯片厂商无不致力于这个方向,以创造更多的商机。



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