電子發燒友App
隨著全球IoT市場終端節點連接數持續暴增，諸多創新產品和方案不斷涌現，比如今年掀起的AI熱，便為IoT設備的智能化浪潮再度點燃了一把火。不過萬物互聯的核心始終是物聯網絡，端側AI尤其是GenAI的落地還有很長的一段路要走，反而是借助云端算力實現的智能化更能先一步滿足用戶的需求，通過IoT網絡接入云端網絡因此成為首選方案。更快、更便捷的入網組網方式，依然是IoT產品長久的追求，尤其是擺脫線材束縛的無線IoT網絡。
作為無線通信網絡核心組件的通信芯片，無線MCU起到了推動物聯網連接數增長的關鍵作用，諸如5G、Wi-Fi、藍牙和UWB芯片等，也都在各自適用的領域不斷推陳出新。以Wi-Fi為例，Wi-Fi 6已經逐漸替代Wi-Fi 4成為主流。根據Wi-Fi聯盟2022年公開的數據，其市場份額在面世三年后就超過了50%，其主要應用分布在智能家居/家電、工業控制等有線電源供電的設備上；藍牙BLE協議升級至5.2、5.3版本，常用于電池供電的設備上，諸如可穿戴設備等。相比僅支持單一無線技術的無線MCU，基于通用標準的多協議棧無線MCU更受市場青睞。
根據Mordor Intelligence 預計，全球智能家居市場預計將從 2021年的791.3億美元增長至 2027 年的 3139.5 億美元，維持25.3%的年復合增長率。全球可穿戴市場規模更是將從2023年的1864.8億美元增長至2028年的4194.4億美元，維持17.6%的年復合增長率。推動這兩大市場實現可觀增長的因素包括互聯網用戶的數量增加、智能設備的普及以及全新無線通信技術的興起等。
從IDC預測的數據來看，2022年中國物聯網連接數規模已達56億個，預計2026年將增加至102.5億個，年復合增長率高達18%。從已統計的連接方式的占比來看，排名最靠前的是固網和Wi-Fi、蜂窩網絡以及低功耗連接。其中Wi-Fi在智能家居、工廠等穩定環境持續發揮主要連接能力，藍牙之類的低功耗連接則依靠可穿戴設備上繼續大量出貨，IDC預計智能家居加可穿戴設備的物聯網連接數將于2026年達到59.8億個。正因為IoT設備上量迅速，借助單一無線前端模塊的方式需要更多的開發成本，無線MCU就成了IoT設備快速部署無線連接的首選。
RISC-V核心成為無線MCU新寵
根據Precedence Research統計，32位MCU貢獻了2022年主要的MCU市場份額，占比高達41%，預計未來十年以11.7%的年復合增長率繼續擴張。至于在內核的選擇上，除了傳統的Arm核心和自研核心，基于RISC-V架構打造的產品也以迅雷不及掩耳之勢席卷了無線MCU市場。
以兆易創新為例，作為國內32位MCU產品的領軍廠商，兆易創新旗下產品以基于ARM Cortex-M系列內核的MCU為主。但早在2019年，兆易創新就實現了全球首家推出并量產基于RISC-V內核32位通用MCU產品GD32VF103系列。GD32V作為兆易創新旗下的RISC-V MCU產品線，首發產品GD32VF103憑借先進的處理器微架構，在提供高性能的同時兼具低功耗，并且能夠跟已有的GD32 Arm內核MCU兼容，令跨內核的移植體驗更加自如，引起了業界的廣泛興趣，典型應用于工業控制、傳感器網絡、智能硬件等市場。
面對客戶日益增長的無線連接需求，兆易創新持續布局GD32W系列無線MCU產品線。2021年以首發產品GD32W515系列正式進軍無線IoT市場。2023年10月，兆易創新融合了RISC-V和射頻領域積累的設計經驗，推出了GD32VW553這一支持Wi-Fi 6和藍牙5.2的無線雙模MCU。
?
GD32VW553可以發揮開源架構的靈活設計和成本優勢，其RISC-V內核性能對標Arm Cortex-M4，主頻高達160MHz。還集成了高級DSP硬件加速器、雙精度浮點單元FPU與指令擴展接口等資源。搭配高達4MB Flash和320KB SRAM，GD32VW553能為復雜的AIoT應用提供計算性能和開發自由度。
在射頻設計上，GD32VW553集成了2.4GHz的Wi-Fi 6射頻模塊，采用IEEE 802.11ax標準并向下兼容IEEE 802.11b/g/n標準，支持OFDMA和MU-MIMO等Wi-Fi特性。GD32VW553的Wi-Fi 6傳輸數據率相比Wi-Fi 4提高了60%，即便是在高密度的設備接入下也能實現高效率低延遲的通信。藍牙方面，GD32VW553片上還集成了BLE 5.2射頻模塊輔助配網，不僅支持2Mbps的高速數據模式，也兼容125K/500Kbps多種速率，輔助輕松建立起局域網絡連接。
GD32VW553在維持優異射頻性能和高處理性能的同時，依舊保證了芯片的低功耗。這都得益于出色的微架構設計，實現了極佳的能效比。不僅如此，GD32VW553還能夠靈活地調度設備休眠和喚醒時間，針對電池續航且需要長續航的IoT設備和智能硬件而言，有效提高了節能效率。
1
開啟智慧家電下一輪升級
對于已經開始換代升級進程的智慧家電來說，除了需要優異的射頻性能外，也需要具備一定的邊緣處理性能，比如冰箱、洗衣機和空調等大型白電。過去的白電只需要實現簡單的無線收發，所以簡單的8位MCU即可滿足設計需求。
面對日益復雜的通信協議、實時交互性和大數據量的落地場景，比如Wi-Fi與藍牙雙模無線通信，往往就會用到性能較高的32位無線MCU?；诔掷m優化的處理器微架構，GD32VW553提供了動態分支預測、指令預取緩沖區和I-Cache等特性。
通過4MB Flash、320KB SRAM以及32KB可配置I-Cache，GD32VW553的CPU處理效率得到了大幅提升。更重要的是，不少白電選擇了無線與有線結合的設計，在支持遠程遙控的同時，也支持有線控制，比如空調控制面板和物理按鍵等。GD32VW553配置了豐富的通用有線借口，包含3個U(S)ART、2個I2C、1個SPI和1個四線制QSPI，以及多達29個可編程GPIO管腳，足以滿足白電產品的有線接入設計需求。
在保證智慧家電產品功能豐富兼備優異連接性的同時，如何降低產品的待機功耗以及工作功耗也是設計中必須關注的問題。低功耗正是GD32VW553設計之初最注重的問題之一，其電源管理單元提供了六種省電模式，包括睡眠模式、深度睡眠模式、待機模式、SRAM睡眠模式、Wi-Fi睡眠模式和BLE睡眠模式，應用開發者可以靈活配置省電模式，從而顯著降低電源能耗。
2
智能家居所需的雙模射頻性能
對于任何局域無線通信技術而言，智能家居都是極具挑戰的復雜場景之一。如今單個家庭擁有的智能設備數量急劇增加，且這些設備往往都具備一定的無線通信能力。與此同時，支持Wi-Fi+藍牙的雙模芯片正在逐漸普及，其不僅賦予了終端產品實現無線連接的靈活性，也優化了終端產品的配網體驗。尤其是在智能家居領域。用戶通過智能手機與設備藍牙互聯，就能實現Wi-Fi配網，為智能終端省去了交互面板，有助于實現設備的小型化和無感化連接。
Wi-Fi+藍牙雙模的設計也為智能家居設備提供無線連接的穩定性，尤其是在智能家居上云成為趨勢的當下。即便智能家居云端服務器出現問題、家庭網絡斷開或Wi-Fi斷聯的情況下，用戶依然可以通過藍牙連接控制設備。
由于Wi-Fi與藍牙多數情況都工作在2.4GHz頻段，在設備數量眾多的情況下很容易產生信號干擾，也對無線MCU的射頻性能和抗干擾能力提出了更大的挑戰。因此，兆易創新為GD32VW553加入了支持數據傳輸仲裁（PTA）機制來實現Wi-Fi與藍牙的無線共存，這樣就大幅降低了Wi-Fi與藍牙產生的同頻干擾，同時確保兩種無線信號的接受穩定性。
從根據藍牙SIG的數據庫來看，GD32VW553已經完成了BLE 5.3的認證。除了對Wi-Fi和藍牙的支持外，GD32VW553也加入了對Matter的支持，進一步提升智能家居系統的兼容性和互操作性。
隨著各大智能家居設備、平臺廠商以及智能手機廠商的跟進，今年可以說是Matter設備開始騰飛的一年。根據ABI Research的預測，到2030年，Matter設備的出貨量將達到55億臺。在行業趨勢下，智能家居設備OEM紛紛開啟了新一輪的產品迭代，無線MCU對Matter的支持可以有效縮短Matter產品的開發周期。
為此，GD32VW553也符合國際組織連接標準聯盟（CSA）開發的Matter over Wi-Fi應用標準，基于GD32VW553打造的Matter設備可以做到無縫互聯。不僅如此，隨著Matter規范更新至1.2版本，支持的設備也已經擴展到了空調、冰箱、洗碗機、洗衣機等白電，未來隨著協議的繼續更新，必將覆蓋所有智能家居設備。
3
追求安全可靠性的工業IoT
隨著工業4.0的發展，工業AIoT、工業數字孿生等新型應用場景也都逐漸浮現出來，這些應用往往都需要更快更穩定的網絡傳輸。與此同時，為了補全傳統設備與工業基礎設施與機器學習、邊緣計算等新技術的差異，連接技術的革新首當其沖。無線設備在工業場景中的數量也在逐年倍增，智能全無線已經成了不少新落成工廠的目標。根據HMS統計，2023年工業網絡市場增長最快的就是無線網絡，年增長率高達到22%，占比最高的正是WLAN和藍牙。
而工業場景新增的IoT連接終端，也不再全是電源供電的固定設備。在諸如工業相機、AGV、手持終端等移動設備上，工業無線網絡的穩定性、安全性才是重中之重。
在GD32VW553支持的多種附加功能中，就具備高動態范圍自動增益控制（AGC），根據信號大小來自動調整增益，從而為工業場景中不同的無線信號傳輸負載增強信號質量。如此一來無論是AGV的控制信號，還是手持終端的識別信號，都能保證以最大動態范圍傳輸。
由于無線傳輸的廣播特性，竊聽攻擊和干擾相較其他通信方式而言更容易實現。在工業OT與IT網絡的當下，一旦終端出現漏洞，整個云管理平臺下的所有設備都會暴露在攻擊面下。為此，工業無線通信芯片必須從物理和協議層面都杜絕攻擊的發生。
得益于對Wi-Fi 6的支持，GD32VW553可以充分利用針對個人和企業網絡的WPA3加密技術，對工業Wi-Fi網絡的訪問做到完備的保護。其次，GD32VW553也支持DES、三重DES、AES和哈希算法的硬件加解密，也可通過集成的公鑰加密處理器（PKCAU）完成公鑰加解密。針對運行環境更加復雜且需要安全可靠性的工業場景，比如高溫環境下的工業照明和插座面板等，兆易創新也提供了GD32VW553的寬溫型號（-40℃~105℃）供客戶選擇。
4
無線模組廠商的跟進
對于無線芯片廠商來說，無線模組生態的構建同樣非常重要。無線模組將無線芯片、天線、處理器、存儲器和接口等部件集成在同一個小型設備內，可以方便地直接嵌入到各種系統或設備中，從而實現產品的無線連接。
自兆易創新推出Wi-Fi MCU不久后，國內模組廠商已經迅速跟進，諸如歐智通、威爾健、微喇智能等廠商均發布了基于兆易創新無線MCU的無線模組產品。此次發布的GD32VW553也不例外，微喇智能使用該MCU設計的Wi-Fi 6+BLE 5.2雙模無線模組WKV553-A已經迅速上架。
?
該模組以GD32VW553HMQ7作為主控，在盡可能節省產品PCB空間的同時，兼具了GD32VW553各種優勢特性，將芯片所有可用IO拉出，充分保證了MCU發揮全部處理性能，也保證了射頻信號的最優。
無線模組可用于各種物聯網設備和嵌入式系統中，比如智能家居產品、智慧城市解決方案、智能工業設備和汽車電子等。在高速率和低延時的射頻性能下，該Wi-Fi+BLE無線模組可用于傳輸傳感器數據，實現實時監測和數據采集。憑借小型化、低功耗和高集成度的優勢，有效降低了物聯網設備的開發難度，推動了智能網聯技術的發展。
GD32VW553作為兆易創新在RISC-V和無線IoT兩大領域深厚技術積累的結晶，憑借出色的邊緣處理和連接特性，在12月量產供貨后，勢必會給IoT市場帶來一個新的低開發預算選擇。在IoT產品迅速迭代落地的當下，借助雙模無線芯片縮短開發周期，實現最快的TTM速度，也會給設備廠商帶來額外的競爭優勢。
審核編輯：黃飛
?
工商網監
評論