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中金:“星閃”已至,點亮萬物互聯新可能

本文來自格隆匯專欄:中金研究;作者:黃天擎 賈順鶴等

中金研究

2023年9月25日,華為召開秋季全場景新品發佈會,其中推出運用星閃技術的FreeBuds Pro 3無線耳機、第三代M-Pencil等新品。我們認為,高質量的網絡連接是萬物互聯生態構建的重要前提之一。而當前無線短距通信生態相對割裂,藍牙、Wi-Fi等因技術側重點不同形成了相對獨立的標準聯盟。星閃技術致力於彌補藍牙及Wi-Fi技術各自的缺點,滿足AIoT時代多樣化場景的演進需求,中長期看,我們看好星閃與現有短距通信技術兼容幷包,打開無線連接產業的新興想象空間。

摘要

什麼是星閃?星閃(SparkLink)作為新一代無線短距通信技術,致力於推動無線通信技術向更低時延、更高可靠性、更快同步精度、更強安全性等方向演進。2020年9月,星閃聯盟成立,截至2023年6月,已有國內外303家成員單位參加星閃聯盟。從市場規模看,根據星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,2019年全球無線短距離通信芯片發貨量達到111億片,預計2023年將超過160億片,其中包含藍牙、Wi-Fi等多類無線短距通信芯片,市場容量較大。展望未來,考慮到星閃在連接傳輸上的技術優勢,我們看好星閃與現存的多類短距通信技術共同繁榮,提升用户的無線連接體驗。

相較藍牙與Wi-Fi ,星閃SLE&SLB空口接入技術方案解決當下連接痛點。星閃的空口接入層包含兩類模式:SLE(Sparklink Low Energy,星閃低功耗接入技術)和SLB(SparkLink Basic,星閃基礎接入技術)。從使用效果看,SLE對標藍牙,可支持 250μs的雙向交互和多達256個用户的併發接入,相較藍牙時延更低、併發數更高;SLB對標W-iFi,支持20μs的單向時延和1μs的同步精度,具備優於Wi-Fi網絡的穩定性與速率。我們認為,星閃的技術方案在一定程度上彌補了藍牙與Wi-Fi在特定場景下的連接痛點,能夠為用户提供更加完善的連接解決方案。

多類應用加速滲透,兼容幷包的短距互聯生態賦能萬物互聯時代。在最新的華為秋季全場景發佈會中,我們看到FreeBuds Pro 3無線耳機、與MatePad Pro 13.2搭配使用的M-Pencil(第三代)等多類終端均已搭載星閃技術。展望未來,在智能家居、智能製造等領域,我們認為星閃均有望逐步落地,隨着規模效應帶動硬件成本的潛在下行,星閃生態或與藍牙、Wi-Fi等技術兼容幷包,驅動物聯網和工業互聯網加速發展。

風險

星閃技術滲透率不及預期,智能終端需求持續疲軟。

正文

萬物互聯有望變革人機交互方式,短距離通信技術扮演重要角色

創新與成長共振驅動電子產業繁榮,萬物互聯有望變革人機交互方式

自2020年以來,全球手機出貨連續3年維持於12億台左右的量級,以手機為中心的終端創新正逐步放緩。然而伴隨着5G和人工智能等底層技術成熟,我們注意到智能終端正沿着硬件多點開花與場景生態成熟兩條主線交融成長,物聯網終端正持續湧現。

1999年,物聯網概念被首次提及,將物聯網範圍界定於物流網絡,然而伴隨算力提升與通信技術成熟等因素催化,物聯網概念不斷擴展外沿,我們看到:1)科技公司持續拓展消費級IoT品類:自2000年以來,包括藍牙耳機、聯網冰箱、AR眼鏡、智能音響、智能手錶等,多種多樣的終端被賦予智能化與網聯化的功能;2)科技公司持續佈局固定場景下的物聯網技術:2014年亞馬遜的智能音響為消費電子公司帶來了智能家居場景下萬物互聯的想象空間,2020年起自動駕駛浪潮興起,我們認為,汽車“新四化”有望成為道路場景下的物聯網範例。

據IoT Analytics,目前的物聯網設備包括手機、電腦、固話等終端及網關設備,至2020年,全球物聯網設備連接數約117億,首次超過了非物聯網連接數。我們認為,在物聯網概念逐步成熟、智能手機創新動能放緩、消費電子品類持續擴充及場景智能不斷落地等因素的持續疊加下,物聯網有望引領新一輪的人機交互方式變革浪潮。

圖表:物聯網概念自1999年起被持續提及

資料來源:賽迪智庫,LG官網,ITU,谷歌官網,海爾官網,亞馬遜官網,蘋果官網,奧迪官網,Statista,麥肯錫,Wind,中金公司研究部

高質量的網絡連接是萬物互聯生態構建的重要前提之一,短距離無線通信技術有望扮演重要角色

我們認為在萬物互聯時代,人、設備、物品的數據流連接將日趨重要,高質量的通信連接技術將成為重要的底層硬件基礎設施,其中短距離無線通信技術作為局部區域內的數據流通技術也將助力建設智慧連接的數字世界。

無線短距離通信芯片市場容量廣闊,多類短距通信技術並存發展。短距離無線通信是指通信雙方局部區域內實現無線信息互通(通常距離在10m~20m以內),隨着物聯網加速滲透和智能終端信息傳輸量的指數級增長,我們看到短距離通信市場正持續擴容,根據星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,2019年全球無線短距離通信芯片發貨量達到111億片,預計2023年將超過160億片,2026年無線短距通信芯片的市場將超過250億美元,其中包含藍牙、Wi-Fi、ZigBee等無線短距通信技術,市場容量較大。回顧過去,已有多類無線短距通信技術被智能終端採納:

► Wi-Fi:是由IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,電氣與電子工程師協會)負責標準制定,Wi-Fi聯盟負責標準執行的無線局域網技術,多工作於2.4GHz 和 5GHz 頻段。截至2022年已迭代至Wi-Fi 7版本,憑藉其30Gbps的傳輸速率、達100-300米的較廣覆蓋範圍的優勢,在智能手機等移動終端網絡連接和智能家居等固定場景中被較為廣泛應用。但存在安全性差、功耗高等缺陷。

► 藍牙:是由愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾等主導的藍牙聯盟負責技術規範及標準制定的通信技術,其工作於全球通用的2.4GHz ISM頻段,目前已迭代至藍牙5.3版本。藍牙具有功耗較低、延時低的優點,但傳輸速率最高2Mbps,相較Wi-Fi較低,同時存在設備兼容性差、電波干擾等問題,多應用於移動終端和可穿戴產品的互聯場景。

圖表:全球無線短距離通信芯片發貨量

資料來源:星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,中金公司研究部

圖表:搭載藍牙的電子產品出貨量

資料來源:ABI Research,藍牙技術聯盟《2023年藍牙市場最新資訊》,中金公司研究部

圖表:藍牙技術歷史覆盤

資料來源:藍牙技術聯盟官網,中金公司研究部

圖表:Wi-Fi技術歷史覆盤

資料來源:康希通信招股書,Wi-Fi聯盟官網,中金公司研究部

傳統短距離通信技術存在痛點,星閃技術應運而生

多類應用場景催生多樣化連接需求。我們看到,在萬物互聯的變革浪潮下,科技廠商對設備之間高速協作互通的需求度越來越高,催生了豐富的數據互聯新場景,包括智能汽車、智能終端、智能家居以及智能製造等。這些應用場景在低延時、高安全性、高傳輸速率、多併發、低功耗等參數方面對短距離通信技術提出了更嚴格的技術要求。

目前主流的無線短距離通信技術仍然以藍牙、Wi-Fi為主,然而傳統藍牙技術欠缺組網能力,僅個位數的節點連接能力較難滿足家居互聯的需求;Wi-Fi技術存在異步和系統效率低的缺陷,同時因技術側重點不同藍牙與Wi-Fi形成了相對獨立的標準聯盟,生態無法互通。

在上述的背景下,華為於2020年主導組建全棧原創的新一代短距離通信技術“星閃”,與產業各方合作打造星閃聯盟,截至2023年6月,已有國內外303家成員單位參加星閃聯盟,覆蓋了國內高校、科研院所、半導體廠商,通信運營商、終端廠商與頭部車企等。星閃技術致力於彌補藍牙及Wi-Fi技術各自的缺點,滿足AIoT時代多樣化場景的演進需求,中長期看,我們看好星閃與現有短距通信技術兼容幷包,打開無線連接產業的新興想象空間。

圖表:最新標準的星閃、藍牙、Wi-Fi技術參數對比

資料來源:星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,藍牙技術聯盟官網,Wi-Fi聯盟官網,中金公司研究部

圖表:星閃技術發展歷程

資料來源:星閃聯盟官網,中金公司研究部

技術對比:星閃優勢相對明顯,開啟短距離通信新紀元

星閃技術採用一標多模的架構設計,融合SLE和SLB以打造統一的互聯規範。我們看到,當前Wi-Fi、藍牙規範在設計層面相互獨立,未考慮協同,導致二者在生態與應用層面相對割裂,例如在2.4GHz頻段藍牙和Wi-Fi存在信號衝突可能相互干擾,影響用户體驗。我們認為,星閃通過在架構設計層面融合針對低功耗低信息量場景的SLE模式(Sparklink Low Energy,星閃低功耗接入技術)以及針對高速率大信息量場景的SLB(SparkLink Basic,星閃基礎接入技術)模式,更好地面向了不同的無線短距通信應用場景,彌補了藍牙、Wi-Fi的連接痛點。

圖表:星閃無線通信系統架構

資料來源:星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,中金公司研究部

星閃SLE模式:對標藍牙,打造低功耗輕量級連接體驗

星閃SLE使用單載波傳輸,和藍牙同樣工作於2.4GHz 非授權頻段,但SLE在空口技術上採用了較多5G相關先進技術,包括採用5G的Polar信道編碼以提升傳輸可靠性;類似5G的時域和頻域調度顆粒;OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分複用技術)和CP(Cyclic Prefix,循環前綴)設計,大幅提升星閃SLE通信性能。得益於獨特的空口技術設計,相比藍牙,我們看到星閃具備:

► 較強的組網能力:將系統管理幀統一調度管理,可以避免節點之間的衝突,支持多達256個用户的併發接入;而藍牙BLE連接時最多同時連接數在20個設備左右,且隨着連接的設備數增多,由於藍牙存在無限重傳的機制,發生信號擁塞的概率非線性增長,同時會加劇通信頻段的擁塞和信號間的相互干擾;

► 較快的傳輸速率:星閃SLE在相同深度覆蓋條件下可穩定支持128kbps音頻傳輸,實現12 Mbps的峯值傳輸速率,強於傳統藍牙速率表現;

► 低時延及功耗:星閃SLE支持PSK短幀頭,支持上下行差異化調製,可實現單播/組播/單向高效數傳,單次交互時延僅250μs,為藍牙的1/30左右,每bit能耗為藍牙的60%。

我們看到,星閃SLE技術和藍牙在應用領域重合度較高,都適合應用於強調低功耗、低延時,但對傳輸速率要求不高的領域。我們認為,藍牙技術雖然功耗和成本能基本滿足智能家居訴求,但其欠缺組網能力,僅個位數的併發接入能力難以滿足智能家居、智能終端日益增長的互聯需求,而星閃SLE在時延、功耗、組網能力等性能上更勝一籌,因此展望未來,我們看好星閃在藍牙的應用領域實現彌補,兼容幷包、加速滲透。

圖表:星閃SLE模式和藍牙在應用層的性能對比

資料來源:華為開發者大會2023,中金公司研究部

星閃SLB模式:對標Wi-Fi,賦能高速率高質量連接場景

SLB支持正交多載波傳輸,根據星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,SLB和Wi-Fi面向相似應用場景,但SLB融合了大量5G技術,包括支持類似5G的異步HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest,混合自動重傳請求)技術,類似5G的頻域調度設計和幀結構等,大幅提高星閃SLB模式的通信性能,得益於獨特的空口技術設計,相比Wi-Fi,我們看到星閃具備:

► 較短的時延:最低單向時延小於20 µs,相比之下Wi-Fi 6平均時延為大約20ms;

► 較高的傳輸可靠性:星閃SLB支持Polar 數據信道編碼,大幅提高抗干擾能力,最小工作信噪比-5dB,相比傳統短距離通信技術的覆蓋增益3dB;

► 相當的傳輸速度:星閃SLB的20MHz單流峯值吞吐速率為115Mbps,與Wi-Fi 6 122~143Mbps速率相當;

► 較多的併發用户接入數:SLB最多支持4096個用户併發接入系統,相比之下Wi-Fi 7約支持256個用户同時接入。

我們看到,星閃SLB模式和Wi-Fi在應用領域重合度較高,都適合應用於強調高傳輸速率、低延時,傳輸信息量大的場景。我們認為,傳統Wi-Fi技術雖然在傳輸速率方面能基本滿足萬物互聯訴求,但其傳輸時延、併發接入設備數仍存在一定痛點,難以滿足智能汽車、智能終端、智能製造日益增長的互聯需求,例如車載主動降噪系統要求端到端時延應小於100 µs,採用傳統Wi-Fi不能實現良好靜謐效果等。展望未來,我們看好星閃技術在Wi-Fi的應用領域逐步滲透,提升高速率場景的連接體驗。

中長期看,星閃有望與主流短距通信技術兼容幷包,點亮萬物互聯新可能

我們看到,在短距離通信技術中,星閃在技術參數上相對具備優勢,但考慮到2020年該技術初步萌芽,星閃的互聯生態構建仍相對薄弱。截至2023年6月,已有國內外303家成員單位參加星閃聯盟,雖然已覆蓋國內短距通信產業鏈的主要參與者,但總體國際化程度較低。相比之下,截至2023年8月,成立於1998年的藍牙聯盟擁有38,967個會員,包含蘋果、愛立信、英特爾、微軟、諾基亞等眾多國際頭部廠商;成立於1999年的Wi-Fi聯盟,截至2022 年2月則擁有900+會員,包含蘋果、華為、博通、戴爾、英特爾等頭部廠商。

我們認為Wi-Fi、藍牙等主流短距離通信技術經過二十餘年發展和積澱,已經在硬件和軟件生態層建立較高生態壁壘,硬件的替換成本較高。但從中長期角度,我們看好星閃技術憑藉自身技術優勢躋身為主流短距離通信技術之一,隨着規模效應帶動硬件成本的潛在下行,星閃生態或與藍牙、Wi-Fi等技術兼容幷包,驅動物聯網和工業互聯網加速發展。

圖表:星閃生態與主流短距離通信技術生態對比

注:1)藍牙聯盟會員數據截至2023年8月,星閃聯盟會員數據截至2023年6月,Wi-Fi聯盟會員數據截至截至2022 年2月, 資料來源:星閃聯盟2022年發佈的《星閃產業化推進白皮書》,藍牙技術聯盟官網,Wi-Fi聯盟官網,中金公司研究部

應用領域:多場景加速滲透,賦能萬物互聯時代

消費電子產業迎智能化轉型浪潮,星閃技術加速滲透智能化應用領域。我們看到,隨着5G和人工智能等底層技術逐漸成熟,消費電子產業萬物互聯趨勢愈發明朗,星閃技術正憑藉技術硬實力佈局智能汽車、智能終端、智能家居等多個領域。

智能終端:支持無線耳機高清無損音頻;M-Pencil提供流暢交互體驗。在耳機端,我們認為,人們對於還原聲場飽滿、音質細膩的高品質音樂的需求度日漸提升,無損音頻能帶給用户沉浸式體驗。我們看到,星閃SLE空口接入技術支持高達1.5 Mbps的音頻傳輸能力和小於90 ms的傳輸時延,使耳機擁有充沛的音頻傳輸能力,能為用户提供超CD級沉浸式無損音樂體驗。在2023年9月的華為新品發佈會上,華為推出了全新一代的入耳式旗艦TWS耳機——華為FreeBuds Pro 3[1],作為第一代支持星閃技術的耳機,產品能夠帶來1.5Mbps無損音頻傳輸,顯示星閃技術在智能終端領域的卓越性能;平板端,在2023年9月的華為秋季全場景新品發佈會上,華為正式發佈M-Pencil(第三代)[2],採用NearLink星閃技術,可提供專業數位板級的寫畫體驗。據華為發佈會,該產品最低時延低至0ms(即接近完全同步無延遲),精準度對比蘋果第二代Apple Pencil高出20%,體現出星閃技術對於短距離通信連接體驗的改善。

圖表:星閃技術應用於華為FreeBuds Pro 3

資料來源:華為官網,中金公司研究部

圖表:華為星閃M-Pencil第三代

資料來源:華為官網,中金公司研究部

智能汽車:星閃支持數字車鑰匙功能。我們認為,隨着智能汽車的快速發展,駕駛體驗對於消費者的重要性日漸凸顯,優質的解鎖體驗能夠提升用户粘性。我們看到,星閃通過在測量信號中引入隨機擾動,實現抗物理中繼攻擊,大幅提高可靠性;同時星閃採用跳頻信道拼接和多音測距,提升測距精度,能分米級精準定位車主,實現無感安全解鎖。在2023年8月召開的華為開發者大會上,華為手機藉助星閃技術連接比亞迪汽車,繞車一圈,展示屏幕上每間隔20釐米會打出一個點,顯示出星閃終端在與車連接及定位的高精度。

圖表:星閃技術用於比亞迪數字車鑰匙功能

資料來源:星閃聯盟2021年發佈的《星閃技術在智能網聯汽車領域應用白皮書》,中金公司研究部

圖表:星閃技術應用於智能汽車

資料來源:華為開發者大會2023,中金公司研究部

智能家居:星閃支持智能音響、智慧屏等,可協同建立家庭影院。我們認為,家庭智能家居設備較為分散地分佈各處,存在設備多、相隔距離遠、牆壁阻隔等問題,家庭影院的建立也要求較高的無線傳輸速率,連接至少5路音響及1路屏幕,µs級別的多音箱高精度同步等。針對家庭影院、智能音響等低延時、高數據量傳輸場景,星閃支持低於20微秒的傳輸時延和最多4096設備同時接入,有望為用户提供沉浸式影音體驗。

圖表:星閃技術應用於家庭影院

資料來源:星閃聯盟2022年發佈的《星閃無線短距通信技術產業化推進白皮書》,中金公司研究部

圖表:星閃技術應用於智能家居

資料來源:華為開發者大會2023,中金公司研究部

風險提示

星閃技術滲透率不及預期。由於當前下游應用端採用的短距離通信技術仍以藍牙、Wi-Fi等為主,其軟硬件生態具有一定粘性,而星閃技術互聯生態的建立仍較為薄弱,如果未來下游終端廠商沒有充足動力引入星閃技術,可能導致星閃技術相關產業鏈公司營收不及預期。

智能終端需求持續疲軟。智能終端是星閃技術應用的重要領域之一,如果未來下游智能終端增長持續疲軟,將傳導至上游,導致星閃技術相關產品需求量減少,可能導致產業鏈相關公司營收承壓。

注:本文摘自中金2023年9月26日已經發布的《“星閃”已至,點亮萬物互聯新可能》

黃天擎 分析員 SAC 執證編號:S0080523060005 SFC CE Ref:BTL932

賈順鶴 分析員 SAC 執證編號:S0080522060002 SFC CE Ref:BTN002

彭虎 分析員 SAC 執證編號:S0080521020001 SFC CE Ref:BRE806

李詩雯 分析員 SAC 執證編號:S0080521070008 SFC CE Ref:BRG963

臧若晨 分析員 SAC 執證編號:S0080522070018 SFC CE Ref:BTM305

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