隨著全球IoT市場終端節(jié)點連接數(shù)持續(xù)暴增，諸多創(chuàng)新產(chǎn)品和方案不斷涌現(xiàn)，比如今年掀起的AI熱，便為IoT設(shè)備的智能化浪潮再度點燃了一把火。不過萬物互聯(lián)的核心始終是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，端側(cè)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(xiàn)的智能化更能先一步滿足用戶的需求，通過IoT網(wǎng)絡(luò)接入云端網(wǎng)絡(luò)因此成為首選方案。更快、更便捷的入網(wǎng)組網(wǎng)方式，依然是IoT產(chǎn)品長久的追求，尤其是擺脫線材束縛的無線IoT網(wǎng)絡(luò)。

Wi-Fi、藍牙仍是物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)主力增長點

作為無線通信網(wǎng)絡(luò)核心組件的通信芯片，無線MCU起到了推動物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)增長的關(guān)鍵作用，諸如5G、Wi-Fi、藍牙和UWB芯片等，也都在各自適用的領(lǐng)域不斷推陳出新。以Wi-Fi為例，Wi-Fi 6已經(jīng)逐漸替代Wi-Fi 4成為主流。根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟2022年公開的數(shù)據(jù)，其市場份額在面世三年后就超過了50%，其主要應(yīng)用分布在智能家居/家電、工業(yè)控制等有線電源供電的設(shè)備上；藍牙BLE協(xié)議升級至5.2、5.3版本，常用于電池供電的設(shè)備上，諸如可穿戴設(shè)備等。相比僅支持單一無線技術(shù)的無線MCU，基于通用標準的多協(xié)議棧無線MCU更受市場青睞。

根據(jù)Mordor Intelligence 預(yù)計，全球智能家居市場預(yù)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(fù)合增長率。全球可穿戴市場規(guī)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(fù)合增長率。推動這兩大市場實現(xiàn)可觀增長的因素包括互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)量增加、智能設(shè)備的普及以及全新無線通信技術(shù)的興起等。

從IDC預(yù)測的數(shù)據(jù)來看，2022年中國物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)規(guī)模已達56億個，預(yù)計2026年將增加至102.5億個，年復(fù)合增長率高達18%。從已統(tǒng)計的連接方式的占比來看，排名最靠前的是固網(wǎng)和Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及低功耗連接。其中Wi-Fi在智能家居、工廠等穩(wěn)定環(huán)境持續(xù)發(fā)揮主要連接能力，藍牙之類的低功耗連接則依靠可穿戴設(shè)備上繼續(xù)大量出貨，IDC預(yù)計智能家居加可穿戴設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將于2026年達到59.8億個。正因為IoT設(shè)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(fā)成本，無線MCU就成了IoT設(shè)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(jù)Precedence Research統(tǒng)計，32位MCU貢獻了2022年主要的MCU市場份額，占比高達41%，預(yù)計未來十年以11.7%的年復(fù)合增長率繼續(xù)擴張。至于在內(nèi)核的選擇上，除了傳統(tǒng)的Arm核心和自研核心，基于RISC-V架構(gòu)打造的產(chǎn)品也以迅雷不及掩耳之勢席卷了無線MCU市場。

以兆易創(chuàng)新為例，作為國內(nèi)32位MCU產(chǎn)品的領(lǐng)軍廠商，兆易創(chuàng)新旗下產(chǎn)品以基于ARM Cortex-M系列內(nèi)核的MCU為主。但早在2019年，兆易創(chuàng)新就實現(xiàn)了全球首家推出并量產(chǎn)基于RISC-V內(nèi)核32位通用MCU產(chǎn)品GD32VF103系列。GD32V作為兆易創(chuàng)新旗下的RISC-V MCU產(chǎn)品線，首發(fā)產(chǎn)品GD32VF103憑借先進的處理器微架構(gòu)，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(nèi)核MCU兼容，令跨內(nèi)核的移植體驗更加自如，引起了業(yè)界的廣泛興趣，典型應(yīng)用于工業(yè)控制、傳感器網(wǎng)絡(luò)、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(chuàng)新持續(xù)布局GD32W系列無線MCU產(chǎn)品線。2021年以首發(fā)產(chǎn)品GD32W515系列正式進軍無線IoT市場。2023年10月，兆易創(chuàng)新融合了RISC-V和射頻領(lǐng)域積累的設(shè)計經(jīng)驗，推出了GD32VW553這一支持Wi-Fi 6和藍牙5.2的無線雙模MCU。

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GD32VW553可以發(fā)揮開源架構(gòu)的靈活設(shè)計和成本優(yōu)勢，其RISC-V內(nèi)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(fù)雜的AIoT應(yīng)用提供計算性能和開發(fā)自由度。

在射頻設(shè)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(shù)據(jù)率相比Wi-Fi 4提高了60%，即便是在高密度的設(shè)備接入下也能實現(xiàn)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(wǎng)，不僅支持2Mbps的高速數(shù)據(jù)模式，也兼容125K/500Kbps多種速率，輔助輕松建立起局域網(wǎng)絡(luò)連接。

GD32VW553在維持優(yōu)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(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了極佳的能效比。不僅如此，GD32VW553還能夠靈活地調(diào)度設(shè)備休眠和喚醒時間，針對電池續(xù)航且需要長續(xù)航的IoT設(shè)備和智能硬件而言，有效提高了節(jié)能效率。

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開啟智慧家電下一輪升級

對于已經(jīng)開始換代升級進程的智慧家電來說，除了需要優(yōu)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(diào)等大型白電。過去的白電只需要實現(xiàn)簡單的無線收發(fā)，所以簡單的8位MCU即可滿足設(shè)計需求。

面對日益復(fù)雜的通信協(xié)議、實時交互性和大數(shù)據(jù)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(xù)優(yōu)化的處理器微架構(gòu)，GD32VW553提供了動態(tài)分支預(yù)測、指令預(yù)取緩沖區(qū)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(jié)合的設(shè)計，在支持遠程遙控的同時，也支持有線控制，比如空調(diào)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(chǎn)品的有線接入設(shè)計需求。

在保證智慧家電產(chǎn)品功能豐富兼?zhèn)鋬?yōu)異連接性的同時，如何降低產(chǎn)品的待機功耗以及工作功耗也是設(shè)計中必須關(guān)注的問題。低功耗正是GD32VW553設(shè)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(yīng)用開發(fā)者可以靈活配置省電模式，從而顯著降低電源能耗。

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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(shù)而言，智能家居都是極具挑戰(zhàn)的復(fù)雜場景之一。如今單個家庭擁有的智能設(shè)備數(shù)量急劇增加，且這些設(shè)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(chǎn)品實現(xiàn)無線連接的靈活性，也優(yōu)化了終端產(chǎn)品的配網(wǎng)體驗。尤其是在智能家居領(lǐng)域。用戶通過智能手機與設(shè)備藍牙互聯(lián)，就能實現(xiàn)Wi-Fi配網(wǎng)，為智能終端省去了交互面板，有助于實現(xiàn)設(shè)備的小型化和無感化連接。

Wi-Fi+藍牙雙模的設(shè)計也為智能家居設(shè)備提供無線連接的穩(wěn)定性，尤其是在智能家居上云成為趨勢的當(dāng)下。即便智能家居云端服務(wù)器出現(xiàn)問題、家庭網(wǎng)絡(luò)斷開或Wi-Fi斷聯(lián)的情況下，用戶依然可以通過藍牙連接控制設(shè)備。

由于Wi-Fi與藍牙多數(shù)情況都工作在2.4GHz頻段，在設(shè)備數(shù)量眾多的情況下很容易產(chǎn)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(zhàn)。因此，兆易創(chuàng)新為GD32VW553加入了支持數(shù)據(jù)傳輸仲裁（PTA）機制來實現(xiàn)Wi-Fi與藍牙的無線共存，這樣就大幅降低了Wi-Fi與藍牙產(chǎn)生的同頻干擾，同時確保兩種無線信號的接受穩(wěn)定性。

從根據(jù)藍牙SIG的數(shù)據(jù)庫來看，GD32VW553已經(jīng)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(tǒng)的兼容性和互操作性。

隨著各大智能家居設(shè)備、平臺廠商以及智能手機廠商的跟進，今年可以說是Matter設(shè)備開始騰飛的一年。根據(jù)ABI Research的預(yù)測，到2030年，Matter設(shè)備的出貨量將達到55億臺。在行業(yè)趨勢下，智能家居設(shè)備OEM紛紛開啟了新一輪的產(chǎn)品迭代，無線MCU對Matter的支持可以有效縮短Matter產(chǎn)品的開發(fā)周期。

為此，GD32VW553也符合國際組織連接標準聯(lián)盟（CSA）開發(fā)的Matter over Wi-Fi應(yīng)用標準，基于GD32VW553打造的Matter設(shè)備可以做到無縫互聯(lián)。不僅如此，隨著Matter規(guī)范更新至1.2版本，支持的設(shè)備也已經(jīng)擴展到了空調(diào)、冰箱、洗碗機、洗衣機等白電，未來隨著協(xié)議的繼續(xù)更新，必將覆蓋所有智能家居設(shè)備。

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追求安全可靠性的工業(yè)IoT

隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，工業(yè)AIoT、工業(yè)數(shù)字孿生等新型應(yīng)用場景也都逐漸浮現(xiàn)出來，這些應(yīng)用往往都需要更快更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸。與此同時，為了補全傳統(tǒng)設(shè)備與工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與機器學(xué)習(xí)、邊緣計算等新技術(shù)的差異，連接技術(shù)的革新首當(dāng)其沖。無線設(shè)備在工業(yè)場景中的數(shù)量也在逐年倍增，智能全無線已經(jīng)成了不少新落成工廠的目標。根據(jù)HMS統(tǒng)計，2023年工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場增長最快的就是無線網(wǎng)絡(luò)，年增長率高達到22%，占比最高的正是WLAN和藍牙。

而工業(yè)場景新增的IoT連接終端，也不再全是電源供電的固定設(shè)備。在諸如工業(yè)相機、AGV、手持終端等移動設(shè)備上，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)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(tài)范圍自動增益控制（AGC），根據(jù)信號大小來自動調(diào)整增益，從而為工業(yè)場景中不同的無線信號傳輸負載增強信號質(zhì)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(tài)范圍傳輸。

由于無線傳輸?shù)膹V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(xiàn)。在工業(yè)OT與IT網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)下，一旦終端出現(xiàn)漏洞，整個云管理平臺下的所有設(shè)備都會暴露在攻擊面下。為此，工業(yè)無線通信芯片必須從物理和協(xié)議層面都杜絕攻擊的發(fā)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(yè)網(wǎng)絡(luò)的WPA3加密技術(shù)，對工業(yè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)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(huán)境更加復(fù)雜且需要安全可靠性的工業(yè)場景，比如高溫環(huán)境下的工業(yè)照明和插座面板等，兆易創(chuàng)新也提供了GD32VW553的寬溫型號（-40℃~105℃）供客戶選擇。

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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(tài)的構(gòu)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(shè)備內(nèi)，可以方便地直接嵌入到各種系統(tǒng)或設(shè)備中，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的無線連接。

自兆易創(chuàng)新推出Wi-Fi MCU不久后，國內(nèi)模組廠商已經(jīng)迅速跟進，諸如歐智通、威爾健、微喇智能等廠商均發(fā)布了基于兆易創(chuàng)新無線MCU的無線模組產(chǎn)品。此次發(fā)布的GD32VW553也不例外，微喇智能使用該MCU設(shè)計的Wi-Fi 6+BLE 5.2雙模無線模組WKV553-A已經(jīng)迅速上架。

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該模組以GD32VW553HMQ7作為主控，在盡可能節(jié)省產(chǎn)品PCB空間的同時，兼具了GD32VW553各種優(yōu)勢特性，將芯片所有可用IO拉出，充分保證了MCU發(fā)揮全部處理性能，也保證了射頻信號的最優(yōu)。

無線模組可用于各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)中，比如智能家居產(chǎn)品、智慧城市解決方案、智能工業(yè)設(shè)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。憑借小型化、低功耗和高集成度的優(yōu)勢，有效降低了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)難度，推動了智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。

GD32VW553作為兆易創(chuàng)新在RISC-V和無線IoT兩大領(lǐng)域深厚技術(shù)積累的結(jié)晶，憑借出色的邊緣處理和連接特性，在12月量產(chǎn)供貨后，勢必會給IoT市場帶來一個新的低開發(fā)預(yù)算選擇。在IoT產(chǎn)品迅速迭代落地的當(dāng)下，借助雙模無線芯片縮短開發(fā)周期，實現(xiàn)最快的TTM速度，也會給設(shè)備廠商帶來額外的競爭優(yōu)勢。

審核編輯：黃飛

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