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物联网NBIoT分析报告

2016年物联网NB-IoT分析报告

2016年6月出版

正文目录

图表目录

2016年6月16日，NB-IoT获批，正式宣告了NB-IoT标准的核心协议即将冻结，也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段。

一方面，NB-IoT凭借覆盖

广、海量链接、低功耗、低成本和稳定性高的突出优点，抢滩之前标准不一的低速率业务（LPWAN）物联网市场；另一方面，中国企业华为成为NB-IoT的主要推动企业，中国市场有望深度参与，助力LPWAN物联网市场的快速成长。

芯片厂商卡位NB-IOT新机遇，分享物联网市场盛宴

芯片是物联网的核心设备，物联网芯片主要包括：

MCU、FPGA、Memory、Sensor、连接芯片等。

随着NB-IoT的商业化，物联网有望得到快速发展，相伴而来物联网芯片市场将会彻底打开。

根据分析机构MarketsandMarkets预测，2016-2022年全球物联网芯片市场复合成长率将高达11.5%，2022全球物联网芯片市场规模或将超100亿美元。

全球包括高通、因特尔、华为在内的各大主流芯片厂商也都纷纷推出NB-IoT布局计划，国内芯片厂商有望卡位NB-IoT新机遇，分享物联网市场盛宴。

MEMS：

感知时代，小器件有大未来

受益于MEMS器件功能多元化发展和消费电子产品市场驱动，MEMS行业的市场规模逐年攀升。

随着MEMS产品价格下降、功能多元化、性能高端化，将逐渐成为传感器主流，其终端应用领域也会越来越广泛。

随着包括智能汽车、无人机和机器人和可穿戴设备在内的物联网领域快速发展，MEMS作为感知层重要器件，也将迎来快速发展。

1、NB-IoT标准化推动物联网发展迎来新篇章

2016年6月16日，3GPPRAN全会第72次会议在韩国釜山顺利结束。

NB-IoT

（NarrowBandInternetofThings，窄带蜂窝物联网）作为3GPPR13一项重要课题，其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准，正式宣告了NB-IoT标准的核心协议即将冻结。

标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段。

1.1、NB-IoT：

抢滩低速率物联网市场

物联网可以应用于生活的方方面面，“万物互联”也一直以来是科技界追求的终极梦想。

近年来，物联网技术在行业应用中的比例逐年提高。

以沃达丰为例，尽管业务比例在总收入中仍然很小，不足1%，但成长迅速，沃达丰的物联网业务收入从2011年的1.25亿英镑快速增长至2015年的3.72亿英镑，增速惊人。

据市场研究机构Gartner预测，2016年全球将会使用64亿个物联网设备，届时每天将有550万个设备连网，在2016年与消费者物联网硬件及应用相关的市场规模应可达到5460亿美元，而企业物联网领域的支出则会高达8680亿美元。

图表1：

2010-2015年M2M数量

图表2：

2025年物联网市场规模

“万物互联”实现的基础之一在于数据的传输，不同的物联网业务对数据传输能力和实时性都有着不同要求，根据传输速率的不同，可讲物联网业务进行高、中、低速的区分：

高速率业务：

主要使用3G、4G技术，例如车载物联网设备和监控摄像头，对应的业务特点要求实时的数据传输；

中等速率业务：

主要使用GPRS技术，例如居民小区或超市的储物柜，使用频率高但并非实时使用，对网络传输速度的要求远不及高速率业务；

低速率业务：

业界将低速率业务市场归纳为LPWAN（LowPowerWideAreaNetwork）市场，即低功耗广域网到目前还没有对应的蜂窝技术，多数情况下通过GPRS技术勉力支撑，从而带来了成本高、影响低速率业务普及度低的问题。

图表3：

物联网数据传输方式

图表4：

不同无线物联网接入技术对比

物联网中的低速率业务（LPWAN）正是NB-IoT起源的土壤，NB-IoT的出现对LPWAN领域影响重大，使得该方案具备了通信层技术基础，有效节约了成本，促进了该领域物联网技术的加速渗透。

在近几年中，为了应对物联网的需求，运营商向各行业提供M2M业务。

此前，这些M2M业务大多采用GPRS的方式，但其中不少终端也具有低数据速率要求。

当LPWAN技术开始商用时，GPRS在成本、功耗、覆盖等方面的不足暴露出来，不少应用场景更适合采用LPWAN方式。

根据中国移动的数据，截止2015年底其M2M接入终端数量已超过6000万，而到2016年底这一数字可能超过1亿，这是一个庞大的终端群体。

随着2G网络退网提上议事日程，未来这一存量群体中窄带终端向NB-IoT网络的迁移的策略也需要提上议事日程。

图表5：

2014-2019年广域网技术物联网连接占比

图表6：

运营商对优质LPWAN领域通信技术诉求强烈

1.2、NB-IoT优势显著，解决“长尾”智能终端的通信层问题

NB-IoT在物联网应用中的有很多明显优势：

覆盖更广：

在相同频段，NB-IoT比现有网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍，明显优于传统蜂窝网技术及蓝牙、Wi-Fi等短距离传输技术；

可支持海量连接：

NB-IoT的一个扇区能够支持多达10万个连接。

以目前全球现存的约500万个基站为基础，如果全部部署NB-IOT，每个基站3个扇区，则可接入的终端将高达4500亿个；

功耗低：

NB-IoT功耗仅为2G的1/10，终端模块待机时间可长达10年；

支持大数据：

NB-IoT智能传感器终端所采集的数据可以直接上传云端，相比于蓝牙、Wi-Fi优势明显。

图表7：

NB-IoT相对于短距通信/私有技术优势明显

图表8：

几种LPWAN物联网技术对比

图表9：

NB-IoT具有成本低、覆盖好、容量大、组网灵活的优势

物联网设备从终端角度来看，呈现出明显的多样化特征。

物联网设备既包括高频的实施视频监控，以及中频的POS机，也包含大量的频次使用极低的物联网终端设备。

但与巨量低速率业务需求不匹配的是到目前还没有对应的蜂窝技术，多数情况下通过GPRS技术勉力支撑，从而带来了成本高、影响低速率业务普及度低的问题，从而形成了巨大的“长尾”市场空间。

而NB-IoT的出现和未来的逐渐商用，弥补了物联网通信层的短板，为大量“长尾”物联网设备创造了低成本的统一通信层。

如同在移动互联网中，人们在智能手机和平板电脑上创造了丰富的应用，以响应各种形式的“长尾”需求，基于NB-IoT的物联网，将催生比移动互联网更为丰富的“长尾”应用。

NB-IoT商用后，不仅能够解决抄表、数据传输等问题，更刺激了海量低频设备入网，如建筑中的灭火器、科学研究中使用的各种监测器，此类设备在生活中出现的频次很低，但汇集起来总数却很可观。

所以，当NB-IoT部署后，能够实现网络接入的终端种类将极大丰富，类型多样、小量级的终端设备将会大量入网，促成物联网产业形成较之移动互联网有过之而无不及的更长的“尾部”形态特点。

图表10：

全球LPWA市场规模预测

1.3、中国企业深度参与，推广动力足

NB-IoT的前身可以追溯至华为与沃达丰于2014年5月共同提出的NB-M2M，此后，华为又分别与高通和爱立信合作，于2015年相继提出了NB-CIOT和NB-IoT，并于2016年6月底正式纳入全球移动通信标准3GPP。

从LTE-M到CIoT：

在LTE-M的技术方案选择上，业界主要有两种思路：

基于GSM演进和华为提出的新空口思路，后者即为NB-M2M。

2014年5月份，由沃达丰，华为等公司支持的SI在3GPPGERAN工作组立项，LTE-M的名字演变为CellularIoT，简称CIoT。

尽管SI中两种思路均有考虑，但绝大多数运营商更加关心NB-M2M。

从NB-M2M到NB-CIoT：

2015年5月，华为和高通基于达成共识宣布了一种融合的解决方案，上行采用FDMA多址方式，下行采用OFDM多址方式，该方案名字为NB-CIoT（NarrowBandCellularIoT）。

从NB-CIoT到NB-IoT：

华为和高通的技术方案融合吸引了更多公司的参与，跟踪NB-CIoTSI标准进展。

2015年9月，经过激烈讨论，各方达成一致，NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案最终进行融合形成了NB-IoTWID。

NB-CIoT从而演进到了NB-IoT（NarrowBandIoT）。

核心协议冻结：

截止6月16日，NB-IoTR核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均已冻结。

性能规范在3GPPRAN4工作组，也预计于2016年9月完成，标准化工作将宣告正式完成。

图表11：

明确了NB-IoT支持的3种部署场景

图表12：

NB-IoT终端：

Single-Tone、Multi-Tone

图表13：

NB-IoT标准制定进程

NB-IoT的标准制定过程中，3GPP各家参与公司均贡献了大量的提案，从标准制定最初GERAN的SI阶段开始，各公司共计提交了3205项提案，最终通过了447项，其中华为贡献提案1008项，184项获得通过，占通过提案总数的41%，位居各家参与公司之首，从而成为了NB-IoT标准的主要推动者。

华为在NB-IoT的标准制定的各个阶段的突出贡献，一方面奠定了中国企业在NB-IoT领域的产业地位，另一方面极大刺激了中国物联网领域的产业发展。

2015年11月，华为联合主流电信运营商、设备厂商、芯片厂商和相关国际组织，在华为香港MBB论坛期间举办的NB-IoT论坛筹备会上，正式宣布成立了GSMANB-IoTForum产业联盟。

该产业联盟聚集了21家运营商、3家主流设备厂商、7家芯片模组厂商，旨在加速窄带物联网生态系统的发展，其中7家运营商成员随即宣布将同华为展开深入合作，在全球范围内成立6个NB-IoT实验室。

伴随华为在NB-IoT领域的领导角色的凸显，国内电信运营商的技术升级也将迅

速展开。

2016年第三季度，中国三大电信运营商移动、电信和联通预计会大范围进行基站升级支持NB-IoT标准。

根据公开资料，至2016底，中国移动会在4个城市、中国联通将会在6个城市分别试点NB-IoT的商用。

图表14：

NB-IoT正在形成完整生态链

图表15：

窄带物联网（NB-IoT）产业峰会

2、芯片厂商卡位NB-IoT新机遇，分享物联网市场盛宴

2.1、“核芯”领域，巨头争先卡位

芯片是物联网的核心设备，在物联网的各类型应用中居于核心地位。

物联网芯片主要包括：

MCU、FPGA、Memory、Sensor、连接芯片等。

随着NB-IoT的商业

化，物联网有望得到快速发展，相伴而来物联网芯片市场将会彻底打开。

根据分析机构MarketsandMarkets预测，2016-2022年全球物联网芯片市场复合成长率将高达11.5%，2022全球物联网芯片市场规模或将超100亿美元。

各大主流芯片厂商也都纷纷推出NB-IoT布局计划：

华为已推出样机芯片并在外场验证，将于2016年下半年进入商用；高通已规划芯片MDM9206，预计将于2017年上半年投入商用；英特尔宣布支持NB-IoT、MTK也表示将会跟随3GPP标准，并都规划了对应芯片产品。

图表16：

物联网芯片领域是NB-IoT商用最核心收益部分

2.2、NB-IoT商业化进程不断临近，芯片端投资价值显现

NB-IoT商业化进程不断临近，将有效推动物联网产业链发展。

在物联网产业链中，芯片厂商将会从物联网的快速发展中直接受益。

受益企业大唐电信、东软载波、北京君正。

大唐电信

大唐电信是国内领先通信设备和电信业务的硬件设备供应商，公司2016年确立了由“芯-端-云”向“集成电路+”转型的产业战略布局。

通过内生外延，公司积极布局，致力于重新打造自身业务体系，形成具有竞争力的业务格局。

未来受益于物联网应用普及趋势，大唐电信有望加快转型步伐，实现业绩扭转。

东软载波

东软载波是国内载波技术的龙头企业，并致力于打造“芯片、软件、终端、系统、信息服务”的全产业链布局。

目前，公司在IC设计、能源管理、智能电网和智慧家居领域均形成了产品布局。

2015年度，公司实现净利润2.73亿元，同比增长11.1%。

未来，受益于物联网普及趋势，公司有望实现业绩快速提升。

3、MEMS：

感知时代，小器件有大未来

3.1、精密的微型世界，多元的应用领域

3.1.1、MEMS定义

MEMS（MicroElectromechanicalSystem），即微电子机械系统，是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而出现的一种微型化机电器件。

从广义上讲，MEMS包括微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源，从而组成微型机电系统。

MEMS与硅基半导体芯片最大的区别在于：

MEMS的核心机械部件没有栅-漏-

源三极，而是一个完全由硅制成的微型机械结构。

一个典型的MEMS结构包括质量矩滑块、弹簧和阻尼器，而其工作原理与质量弹簧模型基本相同。

图表17：

广义MEMS组成

图表18：

MEMS器件精密结构

3.1.2、MEMS特点

MEMS元器件一般具有四大特点：

（1）、尺寸微型化

基于微加工技术，MEMS特征结构通常在微米尺度（1um~0.1mm）范围内。

该特性使得MEMS能在某些常规机电系统无法置入的微型场景正常工作，功耗也更低；MEMS的微型尺寸在增加空间利用率的同时，也能增强器件活动灵敏度和动态特性。

（2）、生产批量化

：

MEMS作为一种微“机械”器件往往会采用一些常见的机械器件对应的微观模拟件，如MEMS常包含一些通道、悬臂、膜、腔等结构以实现机械特性。

但MEMS加工技术并非机械式，而是采用集成电路批处理式的微制造技术，从而可以显著降低制造成本。

例如，采用硅微加工工艺，在一片8英寸（直径20cm）硅片上可切割出约1000片5mmx5mm大小的MEMS传感器芯片。

批量生产使MEMS工艺高度自动化，且可以大幅降低生产成本。

（3）、器件集成化

MEMS可以把不同功能、不同特性的传感器或执行器集成一体化，也可以把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的、多元功能的微系统。

欧盟玻璃款280万欧元资助的互联器件缩微总成（DownscaleAssemblyofInterconnectedDevices项目，旨在对包含MEMS和ASIC的混合集成电路进行极高封装密度研究。

（4）、功能模块化

MEMS技术一般采用模块设计，因此设备运营商在增加系统容量时只需要直接增加器件数量，而不需要进行预先计算；同时，模块化结构有利于外接兼容，拓展便捷。

图表19：

微型化：

博世MEMS加速度计尺寸仅2~3mm

图表20：

批量化：

8英寸硅片上MEMS芯片（5mm^2）

图表21：

集成化：

欧盟资助MEMS陀螺仪DAVID剖解图

图表22：

MEMS传感器可探测多种信号实现多元功能

3.2、物联网助推新风潮来临

3.2.1、MEMS行业发展历程

MEMS行业至今主要经历了四商业化浪潮。

其中最重要的事汽车安全浪潮和消费电子应用浪潮。

二十世纪90年代，汽车安全点燃了MEMS器件一波商业化浪潮，MEMS加速度计大量应用于汽车安全气囊系统中；此后十年，世纪之交，新一波MEMS商业化浪潮起势于消费电子的爆发。

以智能手机为例，三星GalaxyS3和S4分别采用了7个和8个MEMS传感器；iPhone系列更迭中也伴随着MEMS传感器的更迭与增量，至iPhone6plus已运用有约9粒MEMS传感器。

图表23：

MEMS的发展历程

图表24：

iPhone6拆解展示图

图表25：

iPhone6plus传感器列表

受益于MEMS器件功能多元化发展和消费电子产品市场驱动，MEMS行业的市场规模逐年攀升，且增速高于同期半导体行业增速，MEMS企业也因而一度享受了“黄金时代”带来的高收入和高毛利。

而近几年来，消费电子核心产品智能手机市场接近饱和，步入存量时代；与此同时，消费电子类市场竞争日益激烈，MEMS器件的价格正逐年降低。

据Yole

Développment统计数据，MEMS器件单价从世纪之初的3.5美元快速下降，至2013年已降至1美元左右。

图表26：

MEMS行业市场规模增速高于半导体

图表27：

世纪之交以来MEMS器件单价逐年下跌

3.2.2、MEMS行业应用领域

随着MEMS产品价格下降、功能多元化、性能高端化，将逐渐成为传感器主流，其终端应用领域也会越来越广泛。

（1）、智能汽车风潮来临，环境感知环节传感器为核心

环境感知是实现智能驾驶不可或缺的环节，也是使无人驾驶成为现实的原动力。

目前，超声波传感器、摄像头和雷达技术逐渐成熟，产品也已逐渐渗透入高端汽车；预计未来十年，远距离摄像头、激光雷达和准确的航位推算也将逐渐车载化。

据Yole预计，2015年自动驾驶汽车中的传感器模块市场规模为26亿美元，2030年将达到360亿美元，复合年增长率为19%。

（2）、无人机智能发展，传感技术是关键

传感技术是无人机的“五感”，它用视觉传感器“看”，用压力传感器“触摸”，用声敏传感器“听”，用惯性传感器感知“行进”。

而随着智能机器功能不断增加，GPS传感器、红外传感器、气压传感器、超声波传感器等也将逐步放量。

目前无人机和机器人的传感器存量市场可观：

2015年市场规模约为3.5亿美元；而据YoleDéveloppment预测：

到2021年这一数字将会翻倍，达到7.09亿美元，复合增长率为12.4%。

（3）、可穿戴设备功能性提升，MEMS传感需求增加

大部分可穿戴设备具有记录步数、里程数等功能，而实现这些功能的陀螺仪和加速度计多为MEMS传感器。

如APPLEWatch采用了STMicroelectronics产的6轴MEMS陀螺仪&加速度计；LGWatch采用的磁力计（旭化成）、陀螺仪（应美盛）和加速度计（意法半导体）均为MEMS器件。

随着可穿戴设备功能多元化发展，可用于识别复杂活动、提供个人助理支持的MEMS传感器有望起势。

图表28：

车载传感器分布图

图表29：

自动驾驶领域传感器模块市值预测

图表30：

无人机领域传感器市场规模情况

图表31：

可穿戴设备传感器市场规模情况

3.3、MEMS产业链：

制造和封装是关键

3.3.1、生产流程：

制造工艺非标准化、封装环节成本最高

一般而言，MEMS生产工艺主要分为部件及子系统制造工艺和封装工艺。

其中部件制造工艺以硅基微加工技术为主。

由于MEMS器件的机械结构性，其制造流程与集成电路不同，属于“一种产品、一种流程、一种工艺”，因而其制造工艺非标准化。

MEMS封装占器件成本的40%，而封装技术也成为了限制MEMS器件进一步小型化的关键技术。

不同种类的MEMS器件由于与环境的交互不同，对于封装要求也有不同的要求。

图表32：

MEMS工艺分类及生产流程

图表33：

MEMS流程环节成本结构

3.3.2、制造环节：

IDM成长压力变大，设计+代工将为未来主力

消费类MEMS竞争加剧明显。

据Yoledevelopment统计，2015年消费类MEMS

出货量同比增长近20%，整体营收却与上年持平。

厂商开始寻求差异化发展。

ST、TI、HP等营收增长放缓，楼氏电子、Invensense由于FABLESS特性，保持较高的利润且没有大的生产投入，所以仍然能保持较快增长。

苹果订单促进了Bosch2015年的增长。

传统IDM厂商为了保持增长，整合提供完整功能的组合功能模块。

提供嵌入式软件和传感器功能模组。

ST提供车载导航软件支持、蓝牙控制软件以及综合定位模组等。

图表34：

消费电子厂商成长压力变大

消电子增长放缓、新器件需求增强为设计+代工模式提供发展基础。

由于未来更多的MEMS设计公司将推出更多新型的MEMS器件，同时IDM公司存在保持高利润率的压力，正力图降低巨额生产线投资、减少运维成本及折旧费用，MEMS代工业务将持续发展，并成为行业增长的重要支撑点。

据HIS统计，2014-2019年全球MEMS代工业务的年均复合增长率将达到20.5%，市场规模将于2019年突破16亿美元。

MEMS代工可以分为三大类：

纯MEMS代工、IDM代工、传统IC代工厂MEMS代工。

纯MEMS代工厂更偏向于非消费类电子产品的代工，工艺更先进，可以适应多种MEMS器件的生产。

ICMEMS代工则主要集中在消费类MEMS，可以利用旧产线，产能较大。

IDM代工则提供较为单一的产品，但是可以提供整套解决方案，接受定制化服务。

图表35：

设计+代工将为未来主力

MEMS生产工艺上，MEMS代工企业已具备在某些工艺开发领域超越了IDM企业。

比如SILEX的封装以及thinfilmPZT等技术。

MEMS产品应用的爆发式增长需要不同领域、不同行业的新兴MEMS公司参与其中，但巨额的工厂建设投入、运维成本以及MEMS工艺开发、集成的复杂性却形成了较高的行业门槛，阻碍了市场的持续扩张。

随着MEMS产业的大规模发展，各环节开始出现分工的趋势。

楼氏电子（MEMS麦克风）、InvenSense（惯性传感器）、SiTime（MEMS谐振器）等无晶圆设计公司的兴起给专业的晶圆厂和封装测试厂带来了机会。

其中，楼氏电子、InvenSense等已经跻身全球MEMS领域前30大厂商。

图表36：

全球MEMS代工厂商排名

3.3.3、封装环节：

小型化需求提升，封装技术是关键

MEMS器件的小型化是大势所趋。

现阶段已经出现NEMS器件，一些成熟MEMS

器件如惯性传感器、化学传感器等也处于MEMS-NEMS的过渡中。

然而，MEMS器件封装不仅是尺寸减小的关键技术也是成本降低的关键。

封装成本占总成本20%-40%。

MEMS封装也成为厂商竞争的主要产品差异与竞争优势。

MEMS的封装较IC难度更大。

封装器件要满足各种不同的工作环境。

现在大多数MEMS器件的封装是客户定制的。

不同的要求也使得MEMS的生产与封装没有统一的技术标准。

TSV技术使得多芯片堆叠技术（3D封装）得以实现。

TSV减少55%左右的封装尺寸。

图表37：

MEMS器件产品尺寸正不断减小

图表38：

TSV技术封装，BOSCH产品尺寸减少55%

3.4、国内投资机会

政策扶持方向明确，生态环境日益完善

中国作为全球最大的电子产品生产基地，消耗了全球四分之一的MEMS器件；

而与此同时中国的MEMS产业生态环境也在逐渐完善。

5月5日，国务院发布《中国制造2025》，下达9项战略任务，其中有2项与MEMS行业密切相关。

1）推进信息化与工业化深度融合，研发具有深度感知智能决策，突破新型传感器；2）强化工业基础能力，做好核心基础零部件。

7月1日，国务院又发布“互联网+”行动指导意见，其中6项与MEMS传感器息息相关。

如，“互联网+”协同制造，着力在工控系统、智能感知元器件、工业云平台、操作系统和工业软件等核心环节取得突破；“互联网+”智慧能源，建立能源生产运行的监测，管理和调度信息公共服务网络等。

受益于政府的支持与市场需求，近几年来我国MEMS行业参与者数量从2000年的23家发展至2015年底的200多家。

其中专注于MEMS软件与专用电路的有11家，如英特神斯；MEMS产品设计有143家；MEMS封装与测试有16家；MEMS前端制造工艺线有20家。

由此可见，中国MEMS产业链已经基本包括了设计、制造、封装、设备等环节，产业生态日益完善。

图表39：

国内MEMS市场参与者

图表40：

2010-2018年中国手机代工消耗MEMS传感器规模预测

耐威科技：

立足惯性导航系统，收购全球领先MEMS代工厂Silex

公司自成立以来一直