新創公司Riot Micro現正出樣一款為最新4G IoT標準量身打造的數據機晶片。據稱這款RM1000晶片只需用約幾毫安培(mA)到幾微安培(uA)的電流,而且能以遠低於業界目標——每模組5美元的價格銷售。

全球各地的營運商才剛剛啟動各種基於LTE的蜂巢式IoT網路。他們的目標在於超越這一波新興的各種低功耗廣域網路(LPWAN),如LoRa、Sigfox,以及802.11ah Wi-Fi等等。

Riot Micro的晶片是專為用於處理窄頻物聯網(NB-IoT)和LTE Cat M1 (或稱eMTC)標準而設計的。Riot Micro 執行長Peter Wong表示,「這兩項標準的數據機晶片非常類似,彼此之間也存在許多共同點,但卻無法同時執行,一次只能使用其中的一種。」

Riot並非在DSP上以軟體建置基頻功能,而是將快速傅立葉變換(FFT)和基頻濾波器分割成幾個實體層區塊。另外,它還將LTE協議堆疊精簡為物聯網規格所需要的基本要素。

該晶片採用台積電(TSMC)的55nm技術製造,透過26MHz ARM M0控制器、嵌入式SRAM和新的PLL,處理NB-IoT和Cat M1。競爭的晶片通常採用執行頻率大於100MHz的控制器,以及主要來自外部的最多16MB RAM。

20180129_Riot_NT31P1 Riot Micro執行長Peter Wong展示其評估板(來源:Riot Micro)

低速時脈速率讓Riot採用低壓差穩壓器(LDO)進行電源管理,取代更昂貴的DC/DC轉換器,因而無需補償快速邏輯元件的雜訊。

其結果是當基頻在處理23dBm傳輸時,從3.7V的電池中汲取約20mA電流。完整晶片組包括第三方功率放大器(PA)和RFIC的功耗則約100mA。

而在睡眠模式下,該元件的功耗還不到2uA。大部份的晶片處於睡眠模式時,程式碼仍會監看訊號的傳呼通道。RioT宣稱,該晶片由於不需要載入DSP程式碼,因而在進入和退出睡眠模式時的延遲也較競爭產品更低。

Wong說:「我們認為足以讓蜂巢式網路的成本低至與藍牙相提並論,因而有助於推動物聯網的部署。」

RM1000評估板採用Skyworks PA以及來自瑞士ACP的RFIC,但也能與Qorvo或其他供應商的晶片搭配使用。

積極尋求晶片整合

目前該新創公司面臨著兩大挑戰。其高度客製的數據機意味著它並不支援傳統的2G/3G,以及LTE標準——競爭晶片在DSP核心上以軟體進行處理。

Riot認為大約在一年前還需要支援2G,但是,Riot行銷副總裁Greg Wynans說:「如今這項需求似乎已經消失了。」

現在,營運商更有興趣利用NB-IoT推向功率和價格的新低點。此外,有些人認為NB-IoT是其關閉2G網路過渡計劃的一部份,因為2G網路設計並不支援大規模的IoT節點。

Riot的另一項挑戰在於它是一家市場新進者,晶片與軟體均尚未經過測試。因此,該新創公司正以基地台與營運商軟體測試其晶片,計劃今年6月以前量產晶片。

Wong說:「以硬體為中心的途徑缺點在於必須正確執行。」他補充說,這款可用晶片已經開發出來四個月了,「我們沒有在DSP上更改韌體的選擇,所以在進入量產前進行了許多模擬。」

包括高通(Qualcomm)和Sequans等競爭對手已開發出M1與NB-IoT晶片,並展開營運商測試了。隨著量的增加,他們預計將進一步最佳化晶片以符合規格要求,而像英特爾(Intel)與高通等巨擘已經在自家公司內部打造所需的PA和RFIC了。

20180129_Riot_NT31P2 RM1000的基本方塊圖

Wong說:「我不知道有沒有人會像我們一樣做以硬體為中心的設計,但他們可能會使用更低功耗和更低頻率的DSP…而其中有些可能沒有自己的協議堆疊。」

接下來,Riot打算將PA或RFIC整合到下一代元件中。然而,為這些區塊找到獨立的IP來源並不容易;到目前為止,Riot尚未建立自己的類比團隊。

Riot Micro自四年前成立以來,已經籌集了近2,000萬美元的資金。該公司最初的目標是出售LTE協議堆疊,直到三年前曾經是LSI技術策略專家的Wong加入擔任CEO。

他說:「從IP和演算法開發中轉型並不容易,但我們重新調整成為一家半導體公司。其他還有一些公司則為NB-IoT重新調整LTE數據機。」

Wong還聘請了來自Blackberry的LTE協議小組,以及被博通(Broadcom)收購的前Newport Media藍牙和Wi-Fi晶片專家。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Startup Takes NB-IoT to New Lows,by Rick Merritt)