一文看懂BLE芯片競爭格局_風聞

以下文章來源於基業常青經濟研究院 ，作者李亞喬、陳凱

網絡應用快速發展，數據傳輸場景日益豐富。據We Are Social和Hootsuite報告統計，截至2018年底，全球互聯網用户規模超過43億人，約佔全球人口的57%，全球一半以上人口“觸網”得益於互聯網信息技術快速發展以及智能終端的大量普及。互聯網用户對網絡傳輸要求不斷提高，隨着通信技術升級，傳輸內容和形式逐漸升級，從最初的文字、圖片發展到視頻傳輸；傳輸場景也愈加豐富，從人與人、人與物拓展到物與物的數據傳輸。

無線通信分為近距離和遠距離傳輸，而局域物聯網正快速推動短距離無線通信方式發展。根據愛立信移動市場報告預計，全球物聯網終端數量將由86億增加至2024年的223億，複合增長率17%。並且短距離無線連接是物聯網的主要連接形式，連接設備數量將由2018年75億上升到2024年178億，複合增長率達到15%。

無線通信技術主要分廣域網和局域網兩種，差別在傳輸距離和通信協議方面。局域網無線通信技術包括NFC、IrDA、WIFI、藍牙、ZigBee、Z-Wave、UWB、RFID、LiFi等，傳輸一般在0-300米；廣域網無線通信技術包括GPRS、LoRa、NB-IoT等，有效傳輸距離在公里級。藍牙是最主要的局域網（短距離）無線通信方式之一，適合覆蓋距離在百米以內、數據傳輸量較小的通信。

藍牙實現功耗、成本、功能的完美結合，應用開發方面擁有優勢。在主要的幾種局域網無線通信技術中，NFC主要用於近場識別與通訊，應用領域較為侷限；WIFI傳輸速度快、與互聯網無縫連接，但功耗較高、應用開發上無優勢；ZigBee最大的亮點是可實現mesh組網，在大規模聯網設備控制方面具有優勢，但與智能手機連接需額外網關。而藍牙在傳輸距離（最大可達300米）、功耗（分別可實現10mA和數uA級別的工作和待機功耗）、成本、效率和安全性上均具有較大的優勢，且集成其他通信技術的功能，如mesh等，應用優勢較為明顯。

藍牙技術標準邁入5.0時代，Mesh組網技術助力高端低功耗藍牙開拓物聯網市場

藍牙4.0引入了低功耗模塊，敲開物聯網的大門。藍牙技術最早由愛立信公司在1995年提出，主要應用於藍牙音頻領域，隨後1998年藍牙技術聯盟（SIG）成立，負責制定和維護藍牙技術標準。至今藍牙技術標準從1.1到5.1版本，共經歷了10次升級，而自2010年藍牙4.0標準發佈之後，藍牙由經典藍牙邁向低功耗藍牙時代，而低功耗模塊的引入，也將藍牙的功耗降低了90%以上，使更多終端尤其是移動終端設備的聯網化成為可能。

藍牙5.0攻克了藍牙傳輸速度和傳輸距離的短板，功耗進一步降低，高精度定位測向功能擴大應用領域。藍牙5.0相對於4.2版本，傳輸速度是4.2的兩倍，有效傳輸距離是4.2的4倍，廣播模式信息容量提高到原來的8倍；並且功耗再次降低，工作電流達到毫安乃至微安級別，待機電流降至毫安乃至納安級別；另外，BLE5.1引入高精度定位測向功能，室內導航定位達到釐米級精度，這些性能也進一步鞏固了BLE在物聯網領域的地位。

Mesh組網技術是低功耗藍牙實現大規模物聯網連接的關鍵技術。藍牙Mesh組網技術在2017年得到SIG批准，這是一種獨立的網絡技術，兼容4及5系列藍牙協議。它把藍牙設備作為信號中繼站，利用低功耗藍牙廣播的方式進行信息收發，可以實現多對多設備通信，從而實現大面積覆蓋。這種技術可組節點成百上千，無需網關就可以直接與智能終端通信，滿足物聯網的連接需求，尤其是在工業物聯網、智慧城市、智能建築等領域具有應用優勢。

相對於經典藍牙，低功耗藍牙有傳輸遠、功耗低、延遲低等優勢。傳輸距離方面，經典藍牙只有10-100米，而BLE最遠能傳輸300米；連接方式上，經典藍牙只能通過點對點的方式傳輸，而BLE設備能夠能通過點對點、廣播、Mesh組網與其他設備相連；在功耗上，兩者的差別巨大，低功耗藍牙運行和待機功耗極低，使用一顆紐扣電池便能連續工作數月甚至數年之久。

經典藍牙支持音頻傳輸，而低功耗藍牙主要用在非音頻數據傳輸上。基於這個差距，經典藍牙和低功耗藍牙應用場景有所不同。經典藍牙主要應用在音頻傳輸設備上，而低功耗藍牙主要用在數據傳輸領域，尤其是以物聯網為主的數據傳輸。

藍牙技術聯盟（SIG）逐步停止維護經典藍牙標準，藍牙進入5.0時代是一個必然。隨着藍牙技術標準不斷升級，為提高藍牙產品品質，推動新版藍牙應用，藍牙技術聯盟對經典藍牙標準逐漸停止維護，已於2019年撤銷經典藍牙2.0版本，棄用4.1/4.0/3.0/2.1版本，並將於2020年正式撤銷4.2以前的版本，不再認證4.2標準以下的產品，5.0版本的高端低功耗藍牙取代以前藍牙是未來主流趨勢，藍牙進入5.0時代已是板上釘釘。

低功耗藍牙受益可穿戴設備、物聯網發展，市場空間達65億美元，保持快速增長

藍牙分為經典藍牙和低功耗藍牙。經典藍牙一般包含基礎速率（BR）、增強速率（EDR）、高速率（HS/AMP）這三種模式，低功耗藍牙則包括低功耗模塊（LE）。

在低功耗藍牙芯片市場中，存在單模和雙模兩種不同的芯片設計。單模藍牙芯片是指僅支持低功耗傳輸功能的芯片，而雙模藍牙除了支持低功耗傳輸以外，還支持經典藍牙傳輸，這就使得藍牙芯片可以兼容4.0以下的版本。值得注意的是，雙模低功耗藍牙實際功耗更接近於經典藍牙。

可穿戴設備是低功耗藍牙率先爆發的市場，當前處在快速增長期。根據IDC數據，預計2019年全年可穿戴設備出貨量有望超過2.23億台，2023年出貨量將增加至3.02億台，年複合增長率達到7.9%。可穿戴設備增長主要來自腕式設備和耳戴式設備，其中腕式設備出貨量佔比超過60%，主要為智能手錶和手環，常用於健康、運動等場景，作為手機等移動終端的外圍設備，數據傳輸是其主要功能，對功耗有很高要求。

物聯網市場增量空間巨大，且對功耗和組網能力要求愈加嚴格，低功耗藍牙將是局域物聯網重要玩家。低功耗藍牙以其成本低、功耗低、Mesh組網能連接上千個節點的優勢，無論是在單個設備還是系統構建上，都有用武之地，因此低功耗藍牙是局域物聯網應用場景不可或缺的玩家。

具體來説，低功耗藍牙在物聯網未來爆發的空間集中在智能家居、智慧樓宇、智慧城市、智能工業等領域。根據藍牙技術聯盟（SIG）數據，預計2023年藍牙智能家居設備年出貨量將達到11.5億，年複合增長率達到59%；預計2023年藍牙智能樓宇設備年出貨量會達到3.74億，年複合增長率達到46%；預計2023年藍牙智慧城市設備年出貨量會達到1.97億，年複合增長率達到40%；預計2023年藍牙智慧工業設備年出貨量達到2.78億，年複合增長率達到40%。

低功耗藍牙市場將持續增長，2023年全球低功耗藍牙市場有望達到67億美元，2018-2023年複合增長率達7.6%。根據藍牙技術聯盟SIG估算，2018年低功耗單模藍牙出貨量為5.4億，雙模藍牙出貨量為27億，BLE總市場規模約45億美元。預計到2023年，全球90%以上的藍牙設備將使用低功耗藍牙芯片，約有三分之一的設備將使用單模低功耗藍牙，出貨量預計達到16億，市場空間達22億美元；為了能夠充分利用藍牙技術的優勢，雙模藍牙正在取代經典藍牙，預計2023年雙模藍牙芯片出貨量將達32億，市場空間高達45美元。2018至2023年低功耗藍牙整體複合增長率達到7.6%。

國外廠商搶佔高端BLE市場先機，國內廠商也開始逐步佈局低功耗藍牙

BLE領域尚未完全形成寡頭壟斷格局，國外廠商佈局較早，佔據主要市場份額

全球低功耗藍牙企業呈現充分競爭的格局，國外廠商佈局較早，市佔相對較大。自2010年低功耗藍牙引入以來，國外廠商引領低功耗藍牙建設，到目前為止，全球主要低功耗藍牙廠商有Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon lab、Microchip、Toshiba、泰凌微等。除泰凌微外，其他廠商多來自歐美和日本，佔據高端BLE芯片市場，其中挪威的Nordic以40%左右的市佔率成為BLE領域的龍頭，國內在這個領域市佔率較高的廠商只有泰凌微一家，目前產品在照明領域應用較多，其他廠商多是藍牙領域的低端同質產品。

以Nordic為代表的國外廠商在低功耗領域佈局較早，掌握技術和市場先機。早期低功耗藍牙（或稱“藍牙智能”）由諾基亞和Nordic合作開發，被納入藍牙4.0標準併發布，因而Nordic也為低功耗藍牙標準貢獻了核心技術和專業知識，成為技術鼻祖。在擁有技術優勢基礎上，Nordic準確把握市場趨勢，快速推進低功耗藍牙芯片研發，在2012年發佈了第一代超低功耗藍牙nRF51系列，在2015年又成功推出nRF52系列低功耗芯片，並及時將這兩個系列藍牙升級到5.0及以上版本，佔據市場先機。2018年Nordic低功耗藍牙芯片收入為1.85億美元，年增長率23.3%，市佔率40%左右。

細分應用領域的漸次滲透助力Nordic完成市場開拓。早在2013年，Nordic在電腦配件市場佔有一席之地，這個市場為其低功耗藍牙應用提供了良好的過渡。在此基礎上，Nordic瞄準物聯網市場，不斷開拓低功耗藍牙在物聯網細分領域中的應用，尤其在可穿戴設備、智能家居、醫療保健設備市場上獲得了不少客户的青睞，在市場上佔據了領先地位。Nordic客户分部在歐洲、美洲和亞太；2018年亞太地區客户帶來的業務收入高達75%，中國是主要的客户之一。

Dialog是僅次於Nordic的第二大低功耗藍牙芯片公司，截至2018年，低功耗藍牙芯片出貨量超過2億顆。2018年Dialog低功耗藍牙業務收入約0.52億美元，年增長率21%，市佔率約11%。公司從2013年開始研發低功耗藍牙，2015年第一代低功耗藍牙出貨，逐漸形成完整的產品組合，2016年第二代低功耗藍牙出貨，並在2017年升級到藍牙5.0。其產品主要應用在可穿戴設備和智能家居上。

可見，國外佔據一定市場份額的公司在低功耗藍牙研發上起步較早，與下游客户聯繫緊密，為最近幾年低功耗藍牙應用場景的爆發做了充足的鋪墊。儘管低功耗藍牙以國外廠商為主，但在全球市場上並未形成少數廠商壟斷的局面。

國產高端低功耗藍牙逐漸起步，進口替代成為確定趨勢

低功耗藍牙作為物聯網重要無線連接技術，使用場景越來越豐富，國內廠商也在加速佈局，除去傳統藍牙企業積極轉型或拓展新板塊，低功耗藍牙創業公司也如雨後春筍般萌發。儘管國外低功耗藍牙芯片發展較早佔據優勢，但國外產品普遍價格昂貴，且面臨着繼續開發難度大、國內本土化服務不足等劣勢，為國內企業進入低功耗藍牙領域創造了機會。

國內傳統藍牙廠商出貨的BLE的普遍集中在低端BLE上，版本在4.2及以下，近兩年才開始轉型佈局BLE5.0，但主要還是應用在藍牙音頻上的雙模低功耗藍牙芯片，少數廠商開發具有藍牙mesh和室內定位等功能的單模藍牙透傳芯片。台灣絡達、瑞昱成立時間較早，主要生產藍牙音頻芯片，在2016年以後才陸續研發高端BLE，近兩年有部分BLE5.0產品出貨，但量還不算大。其餘公司例如恆玄、珠海傑理、炬芯、博通集成等，近年來都陸續轉向高端低功耗雙模藍牙產品研發。例如，2019年4月上市的公司博通集成，上市籌資主要用於研發BLE5.0和5.1芯片。

國內早期切入BLE芯片市場的廠商只有泰凌微一家，但近幾年以BLE作為創業方向的公司越來越多。泰凌微於2010年成立，是我國第一家真正意義上的低功耗藍牙，2014年第一代低功耗藍牙芯片實現量產，2016年多模低功耗藍牙芯片誕生。產品主要應用於物聯網中智能照明和可穿戴設備，它是國內出貨量最大的低功耗藍牙廠商，全球佔比接近8%。其他低功耗藍牙創業公司比如富瑞坤、巨微、奉加微、聯睿微、桃芯科技等也正在起步，並結合中國企業的需求，開發本土化程度更高的低功耗藍牙芯片。

芯片設計產業轉移大勢所趨，多重驅動使得國內低功耗藍牙廠商實現進口替代確定性高。隨着中國對集成電路產業政策支持發力，以及為了抵禦中美貿易摩擦帶來IC供應鏈風險等外部因素；還有國內物聯網發展帶來藍牙終端市場的巨大需求刺激，以及國內芯片設計優秀人才變多等內部因素；藍牙廠商逐漸向內地轉移，高端低功耗藍牙作為一個好賽道，國產替代是一個必然。

藍牙芯片廠商以產品功耗、成本和穩定性作為公司的核心競爭力

低功耗是BLE設計重要要求

無線連接設備對功耗要求高，平衡BLE性能和功耗十分關鍵。在可穿戴設備、藍牙位置服務、智能家居、工業物聯網等藍牙新興應用方向中，這些設備不需要時刻保持運行，只需在被喚醒時，進行數據傳輸或執行控制，而且每次傳輸的數據量不大。出於體積限制和無線連接的要求，要設備保持長久運行就需要功耗極低，這就對BLE芯片的功耗提出了要求。

低功耗藍牙芯片功耗主要來源為動態運行功耗和靜態睡眠功耗。而這些功耗是受設備激活時間、休眠時間、激活和休眠之間轉換頻率、執行通信協議和應用程序的效率、供電電壓、工作温度等因素影響。圖24反映了連接事件和連接間隔對功耗的影響，當設備激活運行時，功耗較高，處在休眠狀態時，功耗較低；當連接間隔越長時，通信頻率下降，傳輸時間變長，而功耗也變低了。另外，圖25表示從設備（slave）對主設備（master）發出的連接事件響應的時間也對功耗有影響。從設備只在有數據的時候才傳輸，在沒有數據要傳輸的情形下不需要對主設備進行響應，功耗也會降低。

BLE功耗的降低，主要是通過芯片設計和系統設計實現。在設計之初，通過合理地劃分軟硬件，得到比較合理的低功耗系統方案。在此基礎上進行設計，芯片設計上需要考慮防異常功耗設計、功耗管理設計、電源管理設計、微功耗值守電路設計等；具體而言是要減少射頻、電源管理和系統控制的功耗。系統設計方面需要外圍軟件開發適應硬件，優化軟件代碼以減少運算複雜性，採用低功耗的程序設計以及有效的外圍功耗管理設計，從而達到產品功耗和性能的最佳平衡。

壁壘無線連接穩定性是低功耗藍牙產品力的體現

BLE連接穩定性直接影響用户體驗，是決定產品市場開拓廣度和深度的重要因素。外界環境無線干擾很多，給BLE連接帶來問題，比如設備無法連接、連接異常斷開、反覆斷開重連、復位從機連接的情況。藍牙芯片要良好抵禦外部干擾，廠商的芯片設計是保證穩定性的首要環節。特別是對模擬信號採集、模數轉換、射頻端的電路設計，決定了產品穩定性。

從信號鏈角度出發，藍牙芯片要傳輸傳感器收集的數據，需要經過基帶和射頻來實現。基帶部分處理數字信號，進行信道編碼、脈衝成形和調製解調等，射頻端則通過功放、濾波器、天線等發送信號。而在這些過程中，藍牙芯片需要區分並處理其他藍牙設備產生的信號或其他無線技術產生的無關信號，以保證數據完整且高質量的傳輸，這也是藍牙芯片穩定性的體現。BLE芯片穩定性很大程度上體現了產品性能，這要求公司經驗豐富的模擬芯片工程師對芯片架構做合理設計，使藍牙傳輸信號保持穩定，優化藍牙性能。

成本是低功耗藍牙廠商進入市場的關鍵因素

BLE廠商能否成功切入市場，不僅需要產品性能好，還要售價合理；而公司自身也需保有較高毛利率來維持運轉。這兩個因素都要求公司的產品成本要低，而芯片成本主要包括芯片設計成本和芯片硬件成本。

BLE芯片設計成本包括研發費用、EDA開發工具、IP授權等費用。這部分費用不同公司差異較大，而藍牙IP授權費用佔芯片設計成本的很大一部分。低功耗藍牙芯片使用的CPU核主要來自ARM，藍牙通訊協議多采用CEVA公司，這些費用都不算便宜。

藍牙芯片硬件成本包括芯片製造、封裝測試階段的費用。製造成本佔比最大，主要包括晶圓成本和掩膜成本，這些成本與採用的製造工藝和芯片設計能力直接相關。採用越先進工藝，一片wafer能夠切割的die就越多，面積越小，單顆芯片成本越低；但是wafer本身的成本與芯片設計複雜度相相關，設計越複雜，掩膜成本就越高，芯片製造成本越高。相比之下，芯片封測成本佔比較小，佔比在硬件成本30%以下。硬件成本控制主要體現芯片公司議價能力，且議價能力的提升是主要靠規模提升實現的。一般來説，芯片產量大的企業規模效應更明顯，平均成本也會降低。

在下游應用端，客户還十分關注BLE應用方案整體成本。大多數藍牙芯片都以SOC的形式存在，而在實際應用中，要形成系統級方案，可能還需要其他配件。所以，客户選擇何種芯片，還需要考慮芯片集程度，應用方案整體成本，以及方案實現的難易程度等。