根據物聯網市場調研機構 IoT Analytics 更新版的全球蜂窩物聯網模組和芯片市場追蹤報告（2024 年第一季度更新），2023 年全球蜂窩物聯網模組和芯片組的出貨量同比下降 16% 。有兩個因素導致了這種下降：一是制造商的庫存優化，二是經濟前景的不確定性。
然而，面向未來，隨著庫存壓力的減少和經濟形勢的好轉，IoT Analytics 預計該市場會在短期內反彈，2024 年底一掃 2023 年的低迷，到 2027 年將實現 22% 的復合年增長率。
其中，智能模組和人工智能蜂窩物聯網模組成為助推該市場增長的重要推動力，這類模組能夠利用嵌入式計算資源直接在物聯網設備上執行高級數據分析甚至人工智能推理。預計到 2027 年，這些先進模組的出貨量將以 76% 的復合年增長率持續增長。
在筆者看來，所謂的智能模組和人工智能蜂窩物聯網模組，其實和國內這兩年常說的“算力模組”概念重合，代表了蜂窩物聯網連接的最新前沿風向。無獨有偶，市場研究機構 Counterpoint 也在報告里發現，2023 年模組廠商出貨的諸多模組產品中，其中約有 12% 在軟件或硬件層面具備 AI 功能。這些模組在汽車、路由器/CPE 和 PC 等高端市場越來越受歡迎，有利于管理這些領域不斷增加的數據負載。
基于研究機構最新發布的洞察，本文將梳理物聯網模組和芯片的代際演變，并進一步了解這類模組的處理能力和相關應用。
蜂窩物聯網模組的代際演變
蜂窩物聯網模組的發展可以被劃分為 3 個重疊的世代：傳統的、智能的和人工智能使能的，如下圖所示：
傳統蜂窩物聯網模組：基本連接模塊，主要功能是實現蜂窩通信，這些模塊僅包含支持這種連接的芯片組，無需附加功能。
智能蜂窩物聯網模組：除了像傳統模塊一樣提供連接功能外，還以中央處理器和圖形處理器（CPU 和 GPU）的形式集成了額外的計算硬件。
人工智能蜂窩物聯網模組：除了提供與智能蜂窩物聯網模組相同的功能外，還包括用于人工智能加速的專用芯片組，如神經、張量或并行處理單元（NPU、TPU 或 PPU）的連接模塊。
發展初期——傳統蜂窩物聯網模組（1.0）
傳統的蜂窩物聯網模組已經存在了近二十年，只能為物聯網設備提供從某個位置發送和接收數據的連接能力，內置可用于連接到指定蜂窩技術 (如 2G、3G、5G 或 NB-IoT) 的蜂窩芯片組/基帶。
2023 年，傳統蜂窩物聯網模組占全球蜂窩物聯網模組出貨量的 96%。預計到 2027 年，這些模組的出貨量將以 18% 的復合年增長率增長，但它們在全球蜂窩物聯網模組出貨量中所占的整體份額將開始讓位于智能和人工智能蜂窩物聯網模塊。
示例：傳統蜂窩物聯網模組的一個典型示例是加拿大無線通信設備制造商 Sierra Wireless 的 EM9190 5G (NR) Sub-6 GHz 模組。該模組使設備能夠在 5G 不可用時回退連接到 4G 和 3G 網絡。Sierra Wireless 于 2020 年 8 月宣布推出 EM91 系列傳統模組，這反映出在不需要邊緣處理的情況下，市場對傳統蜂窩物聯網模組仍有需求。
*注：美國半導體和物聯網系統提供商 Semtech 于 2023 年 1 月收購了 Sierra Wireless 。
Sierra Wireless EM9190 型號系列模組（來源：Sierra Wireless）
邁向邊緣——智能蜂窩物聯網模組（2.0）
智能蜂窩物聯網模組進入市場已經有將近十年的時間。除了提供與傳統模組相同的連接功能外，這些智能模組還內置強大的 CPU 和 GPU，用于設備的數據處理。它們還可以支持 Linux 或 Android 等操作系統，以實現高級功能和多媒體功能。
2023 年，這些智能模組將占全球蜂窩物聯網模塊出貨量的 2%；然而，追蹤機構預測，到 2027 年這一數字將上升至 10%，復合年增長率為 79%。
示例：智能蜂窩物聯網模組的一個典型示例是美國蜂窩物聯網模塊制造商 Cavli Wireless 推出的 CQS290 智能蜂窩物聯網安卓模組。Cavli 于 2023 年 10 月在印度移動大會上宣布推出該模組。這款 LTE Cat 4 模組搭載 Android 12，運行于 ARM Cortex A53 四核處理器上，并內置 Adreno 702 圖形處理單元 (GPU) 。
Cavli Wireless CQS290 智能模組（來源：Cavli Wireless）
邊緣智能——人工智能蜂窩物聯網模組（3.0）
與傳統模組和智能模組相比，支持人工智能的蜂窩物聯網模組相對較新，上市時間超過 5 年。除了具有其他類型蜂窩物聯網模組的連接功能外，支持人工智能的版本還包括用于人工智能推理的 NPU、TPU、PPU 或其他專用并行處理芯片組（如 GPU）。
雖然人工智能與蜂窩物聯網的融合仍處于早期階段，但它具有徹底改變各行各業的巨大潛力。將人工智能直接集成到物聯網模組中，意味著人工智能推理可以在邊緣側進行，從而實現邊緣快速智能決策。這減少了蜂窩網絡上的數據傳輸，節省了帶寬和成本，有利于為時間敏感型應用提供即時、自主的決策。此外，在連接模塊中嵌入人工智能芯片組可以節省空間，簡化物聯網設備的外形尺寸。總之，這些模組正在從單純的數據通信推進器演變為能夠獨立處理某些工作負載的智能邊緣節點。
2023 年，支持人工智能的蜂窩物聯網模組占全球蜂窩物聯網模塊出貨量的 2%。跟蹤機構預測，到 2027 年，這一比例將增至 9%，年復合增長率為 73%。
示例1：2023年11月，中國無線通信模組供應商廣和通 宣布推出SC228 LTE智能模組，SC228 基于 6nm 制程工藝的高通 SM6225 平臺設計，采用高端八核（4A73@2.4GHz + 4A53@1.9GHz）處理器，主頻高達 2.4GHz，平衡功耗與性能，可為終端提供優異的綜合性能。SC228 支持全球4G全網通、雙頻Wi-Fi以及藍牙近距離無線通信，同時預置開放Android 14操作系統并支持后續版本迭代，可廣泛應用于無線智能支付、可穿戴音視頻記錄儀、對講機、車載后裝設備、智慧家居等終端。
廣和通 SC228 LTE智能模組（來源：廣和通）
示例2：2023 年 5 月 26 日，移遠通信表示公司 5G 模組與英偉達 Jetson AGX Orin 平臺已成功完成聯調，實現 5G 通信+ AI 邊緣計算能力。借助移遠 5G 模組的出色聯網性能和 Jetson AGX Orin 的強大計算能力，“移遠 5G 模組+Jetson AGX Orin 平臺”組合方案可應用于高端機器人、無人地面車輛、低速自動駕駛、智慧交通等終端產品及場景。這些計算密集型 AIoT（人工智能物聯網）應用可實現數 Gbps 級別的數據傳輸速率以及每秒高達 275 萬億次操作的邊緣計算性能。
人工智能蜂窩物聯網模組的功能和應用
在支持人工智能的蜂窩物聯網模組中，根據特定應用的需求或硬件的限制，有不同的處理能力。IoT Analytics 將這些模組按照計算能力概括為三類：低、中和高。
*注：計算能力指的是數據的處理能力，通常采用 TOPS（Tera Operations Per Second）作為單位，1TOPS 代表處理器每秒鐘可進行一萬億次操作。
① 低 AI 能力
AI 推理能力較低的蜂窩物聯網模組以低于 5 TOPS 的速度進行計算，這些模組的常見應用包括：
聲學事件檢測
手勢/活動識別
語音識別/關鍵詞識別
到 2023 年，這些低 AI 能力模組占全球支持 AI 的蜂窩物聯網模組出貨量的 59%。雖然跟蹤機構預計這些模組的出貨量到 2027 年將以 30% 的復合年增長率增長，但具有中等和較高 AI 能力的蜂窩物聯網模組預計將增長更快。
示例：廣和通 SC138-EAU 模組采用高通 QCM6125 SoC，具有1 TOPS 的 AI 引擎。
② 中等 AI能力
具有中等 AI 能力的蜂窩物聯網模組以 5-10 TOPS的速度進行 AI 推理，這些模組的常見應用包括：
人體檢測
車輛檢測
人數統計
人臉檢測
到 2023 年，具有中等 AI 功能的模組占全球所有支持 AI 的蜂窩物聯網模塊出貨量的 36%。跟蹤機構預計，到 2027 年，這些模塊的出貨量將以 102% 的復合年增長率增長。
示例：移遠通信 SG-530C-CN 模組搭載紫光展銳 P778 SoC，其中包含 NPU，計算能力能夠達到 8 TOPS。
③ 高 AI 能力
最后，具有較高 AI 能力的蜂窩物聯網模組可以以超過 10 TOPS的速度進行邊緣 AI 推理，這些模組的常見高級應用包括：
人工智能驅動的預測性維護
通過高級分析增強決策制定
AI 增強型駕駛員安全解決方案
實時監測困倦和分心情況
全面的安全分析
智能語音輔助
追蹤機構稱，到 2023 年，這些具有高等人工智能功能的模組將占全球所有人工智能模組出貨量的 5%。到 2027 年，這些模組的出貨量將以 128% 的復合年增長率增長。
示例：美格智能 SRM930模組搭載高通 QCM6490 SoC，綜合 AI 算力高達 14 TOPS 。
寫在最后
隨著數據成為新的生產資料、算力成為新的生產力，物聯網的發展已經超越了單純的連接——它現在包括互聯設備、設備產生的數據，以及基于數據獲得的洞察，因此，計算能力和智能水平變得越來越重要，尤其是在靠近數據產生的地方——邊緣側。
盡管仍處于早期階段，但將人工智能與蜂窩物聯網相結合有望改變各行各業。不過，其背后的核心技術是由高通、索尼 Altai 和紫光展銳等芯片公司推動的，聯發科和意法半導體等其他芯片公司可能會很快進入這一市場。
另外，還有兩個趨勢值得關注：第一，專注于汽車行業應用的人工智能蜂窩模組，尤其是具有 5G 連接功能的模組，預計將加速普及。到 2027 年，汽車應用中的人工智能 5G 模組預計將占所有人工智能蜂窩模塊出貨量的 21%。第二，人工智能和蜂窩LPWA 模組的結合將成為趨勢。例如，索尼 Altair ALT1350 是一款低功耗 LTE-M/NB-IoT SoC，配備 AI 功能，可實現低功耗加速，為蜂窩 LPWA 領域中支持 AI 的模組打開了大門。
