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無線區域網路晶片市場瞭望
 

【作者: 鄧友清】   2002年10月05日 星期六

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無線區域網路(Wireless Local Area Network;WLAN)技術的起源,可追朔到五十年前的第二次世界大戰,當時為了軍務上的通訊,美國陸軍開發出無線電波傳輸技術作資料的傳輸,後來廣泛的被美軍和盟軍使用。大戰結束後,這項技術的概念被學者使用在校園網路上;1971年,夏威夷大學的研究員利用雙向星狀架構(bi-directional star topology)作為網路架構,第一個採用封包式技術的無線區域網路因此誕生,無線區域網路從此正式與世人見面。



最早出現的無線區域網路標準是1997年IEEE組織訂定的IEEE 802.11標準,但由於IEEE 802.11的速度不高(2Mbps),加上產品價格昂貴,因此當時無線區域網路市場未受到重視。直到1999年底確定了IEEE 802.11b標準之後,其傳輸速率達11Mbps,已經可以與傳統乙太網路媲美;另外由於許多廠商的投入使得此項標準的產品單價急遽下降,在價格與速度日趨合理的情況下,市場需求量急速增加,2001年全球無線區域網路的銷售值達17億6500萬美元,成長34%,如(圖一)所示。未來無線區域網路市場,仍維持高度成長,平均年銷售值成長率32%,預期2006年全球市場將達到52億美元。



《圖一 全球無線區域網路系統產品市場銷售值統計及預測〈資料來源:In-Stat;工研院經資中心〉》


由此可知無線區域網路的系統產品未來十分被看好,系統產品的興起,帶動上游關鍵晶片行情看俏,如(圖二)。無線區域網路晶片除了性能好壞直接關係產品效能之外,設計方式也與產品所能夠提供的基本功能有關。此外,「晶片模組」約佔整個無線區域網路產品成本的50%,擁有晶片模組量產技術就等於擁有無線區域網路產品的利基命脈。



《圖二 全球無線區域網路晶片市場產值/產量預測〈資料來源:In-Stat;工研院經資中心〉》


由於目前推出無線區域網路晶片的廠商多達30餘家,礙於篇幅無法一一介紹,以下將介紹較具代表性之廠商。



Agere


Agere為Lucent獨立出來的子公司,之前以Orinoco作為消費性產品之品牌,今年6月此消費性產品部門以6500萬美金售予Proxim,預期將重心轉為經營無線區域網路晶片市場。Agere非常擅長DSSS技術;在802.11b制定之時與Intersil合作扮演推手的角色。目前市佔率為全球第二,僅次Intersil。



Agere的晶片中,RF部分購自Philip,其餘Baseband、MAC晶片則由自己生產。Agere的晶片組在效能上十分出色,但價格較一般晶片昂貴許多,目前主要產品為IEEE 802.11b的晶片組,其他晶片則尚未發表。



Atheros


Atheros成立於1998年5月,是由一些史丹福與3Com的RF與訊號處理專家組成的公司,一開始就將其目標市場放於5GHz的無線區域網路晶片市場,率先量產全球第一款IEEE 802.11a晶片組,目前市面上看到的IEEE 802.11a產品幾乎清一色使用Atheros的Solution。由於台灣為全球最大之無線區域網路輸出國,Atheros今年初正式在台灣成立分公司,以貼近最主要的無線區域網路晶片市場。



Atheros日前推出四種晶片組,計有Combo 802.11a/b/g 的AR5001X,以及IEEE 802.11a的AR5000(圖三)、AR5001A,還有專為Access Point(橋接器)推出的AR5001AP;目前這些晶片都已經有樣本,2002年下半年將陸續量產。



Atmel


Atmel Corporation在1984年成立,在Flash領域有出色的表現,業務還含括無線通訊IC的設計、製造及銷售。在無線區域網路領域,目前的產品僅有IEEE 802.11b的MAC,較特別的產品為AT76C510,具有與其他WLAN及Ethernet相連的功能,為了推出整套解決方案,其他方面則與相關廠商(如RFMD)合作,Atmel晶片的架構極類似Intersil的Prism Ⅱ。由於Atmel的晶片組價格頗具有競爭力,目前國內有不少廠商採用Atmel的晶片組,如亞旭、友訊、馳元等。



Bergana Communications


Bergana Communications推出的BER7211a是一顆以CMOS製程製作的IEEE 802.11a晶片。此顆晶片最大的特色在於這是一顆含括RF、Baseband、MAC的SoC晶片,因此在價格上相當具有競爭力。除此之外,支援WEP、TKIP、AES加密方式,最高傳輸速率可達72Mbps,並包括DFS、TPC功能,是一個相當具有競爭力的產品。



Broadcom


Broadcom在LAN與寬頻IC的領域經營有成,與許多PC廠商具有良好的關係(如Compaq與DELL)。看好無線區域網路市場,2002年1月Broadcom推出首款IEEE 802.11b晶片組。此款晶片僅由兩顆以CMOS製程製作的晶片組成,其中Radio晶片(名為BCM2051)採用零中頻的技術;Baseband與MAC皆整合在同一顆晶片上,並有四類Baseband/MAC晶片可供選擇。



BCM4301晶片僅是單純的整合Baseband/MAC功能,而BCM4302晶片增加了可同時使用V.92 modem的功能在Baseband/MAC中,BCM4304晶片則增加了可同時使用10/100 Ethernet的功能,BCM4307則是增加V.92 modem與10/100 Ethernet功能,方便系統廠商降低成本。



今年7月中旬,Broadcom又推出一款晶片,此款晶片僅由三顆CMOS製程製作晶片組成802.11a/b Dual-Band解決方案。其名為BCM4309的MAC/Baseband晶片可依傳輸最佳狀況,動態選擇要使用IEEE 802.11b或IEEE 802.11a,或同時使用IEEE 802.11b或IEEE 802.11a;此外,支援WEP、WEP weak-key avoidance、 TKIP、AES與802.1x,並具有V.92 voice band modem功能,以及Bluetooth與GPRS(General Packet Radio Service)mobile的介面。此款晶片另外兩顆則分別為IEEE 802.11b及IEEE 802.11a的radio IC。



Cirrus logic


Cirrus logic主要耕耘領域在於消費性娛樂電子產品與類比與數位晶片,對家庭數位影音產品企圖心明顯,在2001年第三季分別併購MPEG-2 技術廠商Stream Machine,以及經營無線家庭網路的ShareWave。其中ShareWave的無線傳輸方式,讓使用者可以在家庭中動態得到具有QoS的音樂與解析度高的DVD、VCD影片。



Cirrus Logic在併購ShareWave不久即開始供應其專利Whitecap 2 Network Protocol的無線產品,Whitecap 2是以IEEE 802.11b為傳輸方式(已通過Wi-Fi認證),且支援QoS與Mutimedia的網路協定。目前產品包括Wireless PCI/USB Controller、Wireless Mini PCI Controller、Wireless PCMCIA Controller、Wireless 10Base-T Controller,一些致力於家庭影音傳輸的公司如Panasonic或家庭網路廠商NETGEAR、百一電子,已經引進其產品。



Envara


Envara為一家以色列的晶片設計公司,為最早宣佈有HiperLAN2的公司。其WiND(Wireless Networking Device)chipset是一個具有高度整合性的產品,僅以2 chip達成Dual-Band的效果,其中一顆為dual-band radio chip(EN303),另一個晶片則整合Baseband/MAC(EN202)。值得一提的是它的dual-band radio chip,成功的將2.4GHz與5GHz兩個band的radio chip整合成一顆,可以符合IEEE 802.11b/g/a的標準外,其Zero-Loss Front-End設計可以降低耗電量,更可以減少2個RF Switch的設計,以降低BOM cost。在去年,EN303的設計原來以CMOS製程製作,但最後考慮SiGe(矽鍺)製程在耗電量、良率等更勝CMOS製程,今年改為使用IBM的SiGe製程,因此具有耗電量低、製程良率高等好處;此款晶片預定售價為30美元。



Intersil


Intersil目前在WLAN晶片市場可說居龍頭地位。2001年時,Agere的 WLAN晶片並無外賣的計劃,除了Agere的產品或一些Agere代工廠商,如Apple、IBM、HP的產品使用Agere的WLAN晶片,其餘廠商幾乎都採用Intersil的解決方案(少部份使用Atmel)。



Intersil之所以可以在無線區域網路晶片市場傲視群雄,除了研發團隊強之外,積極參與國際標準制定,以搶得先機,亦是原因之一;IEEE 802.11b之外,IEEE 802.11g的Draft版主導權亦在手,因此可謂佔盡優勢。



目前Intersil在市面上的晶片以Prism2.5(IEEE 802.11b)為主,這是一個4顆晶片的解決方案,在PA部份採用Intersil的一貫做法 -以SiGe製程製作。Intersil在2001年5月推出Prism3樣本,Prism3的設計主要是以零中頻的方式設計晶片組,此種設計可以讓系統廠商在PCB板上layout時,毋須再像傳統超外插架構下,使用高達2、3百顆被動元件的數目,此外也毋須再使用SAW Filter,可較以Prism2.5 layout的整體材料成本減少5~7美元。



在5GHz方面,Intersil顯得較不積極,去年推出5GHz解決方案Prism Indigo後,就將焦點轉向IEEE 802.11g與Dual-mode產品的開發,如與Cisco合作開發IEEE 802.11g的平台,以及與Silicon Wave合作推出整合IEEE 802.11b與Bluetooth功能的Blue802等。



Marvell


Marvell推出的IEEE 802.11b晶片組由兩顆CMOS製程晶片所組成,其中一顆為名88W8000 的單晶片radio RF Transceiver為高整合的radio chip,整合了功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)、壓控震盪器(VCO)與frequency synthesizer,並宣稱耗電量可較一般晶片少50%以上。另一顆則為88W8200的Baseband處理器,最大的特色就是速度可達22Mbps,此晶片組由於沒有MAC的設計,目前必須與Atmel的MAC搭配;此外,這款晶片整合在PCB板上一起銷售,以方便系統廠商layout。



除此之外,Marvell在日前宣佈,在WLAN領域的下一步佈局,將是推出整合WLAN與3G功能的晶片組,但詳細時程尚未確定。



Resonext


Resonext推出的IEEE 802.11a解決方案-RN5200 chipset包含兩顆以CMOS製程製作的晶片,一顆為radio IC,另一顆為baseband/MAC IC。其名為RN5200R的radio IC是以零中頻的方式設計而成的,可有效降低系統產品成本。晶片若是安裝在AP上,在baseband/MAC IC則選擇名為RN5200P的方案,這是一款Access Point on a Chip(ApoC)的架構,包含了ARM922T processor core、 Ethernet 802.3 MAC與IEEE 802.11a的digital subsystem,這樣高度整合的晶片可以有效的降低系統產品廠商所需成本,也就是在設計AP時可以毋須再增加Ethernet card、DSP等成本。晶片若是安裝在個人電腦上,在baseband/MAC IC則選擇名為RN5200C的方案,其支援的介面包括PC Card, PCI or Mini-PCI。特別在於RN5200P與RN5200C皆支援未來的安全標準-IEEE 802.11i。



Synad


Synad為一家英國的晶片設計公司,以WLAN為主要市場。推出一款名為Mercury5G的dual-Band chipset(IEEE 802.11b/a),這款晶片組僅由兩顆CMOS製程製作的晶片組成,一顆為支援兩個標準的RF front end(SYRF8100),另一顆為整合Baseband與MAC的SYBB8200晶片。SYRF8100的特性在於可以根據傳輸的最佳狀況,自動切換到IEEE 802.11b或IEEE 802.11a。而SYBB8200的特性在於其支援WEP、AES、DFS、TPC與QoS;此款晶片預定售價為35美元。



Systemonic


Systemonic原本專注在無線區域網路中Baseband與MAC領域,技術部份缺乏RF部分,因此去年底併購Raytheon,遂取得RF技術。



Systemonic今年7月在日本N+I展覽中推出一款名為Tondelayo 1的Dual-Band(IEEE 802.11b/a)晶片,主要由四顆晶片組成,一顆PA、一顆RF、一顆IF、一顆DSP;此款晶片為Systemonic第一代晶片,預定推出Sample時間為今年9月,售價為35美元。第二款晶片Tondelayo 2則由兩顆晶片組成,預定推出Sample時間為2002年底,售價與Tondelayo 1相同,目前僅知這款產品設計重點在於:它可以降低系統廠商生產系統產品的成本。



Tondelayo1最大特色在於名為OnDSP的設計,這是一個可程式化的DSP解決方案,讓廠商可針對訂單的需求,在短時間設計出合乎規格的產品。在RF方面,除了有可以支援2.4GHz與5GHz兩個頻段的設計外,並採用超外差架構,使用SiGe的製程。



Texas Instruments


德州儀器(Texas Instruments;TI)總部設在美國德州達拉斯市,業務內容含括半導體、感應暨控制、及教育暨生產力解決方案。TI早在1999年IEEE 802.11b底定之前,就對無線區域網路抱以濃厚興趣,並且以併購的方式得到PBCC的調變技術。但在與Intersil、Agere競爭IEEE 802.11b標準時TI失利,因此把焦點轉為IEEE 802.11g。



後來TI在IEEE 802.11g的競爭上,雖無得到最後的勝利,但結果也算差強人意。PBCC在5.5/11/22/33 Mbps為Option,也就是在這幾個速度上,若是以IEEE 802.11g為標準,廠商可以選擇以PBCC作為傳輸的調變技術。



TI推出的晶片名稱為ACX100,它支援IEEE 802.11b外,並可以選擇用PBCC的調變技術將傳輸速率提高到22Mbps;這是一款整合性十分高的晶片,它將MAC/Baseband/PHY整合在一顆晶片上。



TI銷售這款晶片的模式十分高明,以很有技巧性的方式將其命名為「IEEE 802.11b+」,且價格微低於Intersil的Prism2.5的方式銷售,讓系統廠商可以以更低於IEEE 802.11b產品的價格製造出較IEEE 802.11b更高速的產品;但銷售時又可以略為提高價格(因為具有提高一倍速度的優勢),因此目前已開始有廠商大量採用。



其他


其他值得一提的廠商還有結合WLAN與Bluetooth的晶片解決方案,由全球Bluetooth晶片技術領導廠商Silicon Wave與WLAN晶片大廠Intersil合作開發(Blue802)。目前已經成功的將兩種技術整合在單一平台上,並利用在MAC層以軟體對話方式使兩種技術可以同時運作,可發揮90%的效能而不受彼此干擾。



此外,GSM/GPRS/WLAN整合在一起的方案亦引人注目,由Airify Communications 與南美洲的Helic合作提出,Helic提供RF部份(HC5100),Airify Communications提供多標準的Baseband與MAC晶片(A800);預計將以兩顆晶片的方式提出一套GSM/GPRS Class 12 cellular與IEEE 802.11b的多元化解決方案。



另外,RF Solutions亦在今年1月底發表產品開發完成的消息。GSM/GPRS/WCDMA射頻晶片與802.11a、802.11b與802.11g標準的射頻晶片產品-CellLAN。美中不足的是這項產品並無Baseband與MAC部份。



結論:由前面各晶片廠商的產品介紹,可以發現無線區域網路晶片在未來發展趨勢有三個主要方向:加值、低價、整合。



表一 WLAN晶片發展趨勢
















發展方向 加值 低價 整合
做法 低耗電、Dual-Band、Dual-Mode、高速、增加QoS、加強安全、增加DFS、TPC功能、增加Ethernet功能。 以便宜的製程製造晶片、致力減少晶片數量、以零中頻的方式設計。 以零中頻技術整合RF/IF、SOC。


資料來源:工研院經資中心




加值


面對著無線區域網路產品競爭愈來愈激烈,產品若能夠以同樣的價格提供更多功能,相信可以有效吸引消費者的購買。這樣「多功能」的趨勢,反應在晶片廠商的策略,將是提供加值晶片,讓系統廠商得以提供更多樣化的功能,對於系統廠商將具有相當的吸引力。



整合


有效的整合晶片功能可降低晶片組的晶片數目,也就是可以有效的降低所需生產Wafer數目,換句話說就是可以達到降低成本的目的;所以各家廠商都致力於將晶片功能整合在一起,最明顯的即是基頻處理器與MAC整合成一顆晶片,如PRISM 2.5將原先PRISM 2的五顆晶片設計降為四顆晶片。近來RF與IF也有整合在一起的趨勢,如在PRISM 3利用直接轉換技術,以BiCMOS的製程整合原本所需的兩顆中頻轉換(RF/IF)電路成為單顆的零中頻收發晶片。



由(圖十二)中可瞭解到目前無線區域網路晶片大廠Intersil晶片進程是朝向整合的目標前進。不僅Intersil,許多晶片廠商都在設計晶片時,朝向整合的方向前進。甚至Atheros的AR5000將製程特殊的PA整合進其射頻的RoC(Radio on a Chip)晶片中,加上一顆MAC/基頻處理器晶片,總共只用了兩顆晶片,成功的減少晶片數目。




《圖三 Intersil產品進程〈資料來源:IC Insights;工研院經資中心ITIS計畫,2002/07〉》



低價製造


有效的降低晶片成本有兩個好處,第一對晶片廠商而言,會有較多的利潤;第二在面臨其他廠商競爭時,有較大的降價優勢。因此晶片廠商無不致力於這個方向,以創造更多的商機。



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