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发表于 2020-9-2
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1 `' k) P/ \% Z智能音频 SoC 芯片市场发展概况
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随着半导体技术、智能物联网的迅猛发展,市场迫切需要一种高算力低功耗、平台化可扩展的芯片来满足越来越多智能设备的需求,智能 SoC 主控芯片应运而生。SoC 芯片结构复杂,对研发设计、制造工艺以及软硬件协同开发技术的要求较高。8 h8 M# ^- ]- l/ {* m1 H6 g5 }
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相比于传统的微处理器系统,SoC 芯片在性能和功耗上具有明显优势,已经占据终端设备芯片市场的主导地位。智能音频 SoC 芯片包含完整的硬件电路及其承载的嵌入式软件,需要在进行芯片设计的同时开发相应的应用方案,将复杂的硬件电路和软件系统有效结合以实现芯片产品的功能,符合芯片技术未来的发展方向,可广泛应用于智能可穿戴、智能家居等智能终端设备。多技术、多应用融合及多样化需求,使得智能终端产品更新换代的速度越来越快。
$ }4 I3 t3 C/ S4 ]IDC 预测显示,到 2020 年全球物联网连接数量将接近 300 亿个,物联网市场规模在 2020 年以前将按照每年 16.9%的速度递增,在 2020 年将增至 1.7 万亿美元。7 n5 Q- J( X7 f
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(1)TWS 耳机及智能音箱是智能音频 SoC 市场爆发的催化剂; l' H, ?8 L: T6 W* X" V0 `
( n; d- ^ o* x* t8 @8 }2 e" Z2016 年 9 月,苹果发布第一代 AirPods,成为 TWS 智能耳机技术的引领者,拉开了耳机领域新一轮技术革新的序幕。TWS 耳机没有传统耳机线,左右两个耳塞通过蓝牙技术与手机相连,组成一个立体声系统。
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( P* N. g- q5 I8 e& z- KTWS 耳机的核心是智能蓝牙音频 SoC 芯片,其承担了无线连接、音频处理和其他辅助功能。TWS 耳机对智能蓝牙音频 SoC 芯片的工艺制程、集成度和功耗提出了更高要求。同时在耳机尺寸受限的前提下,还需要大幅提升芯片算力以支持耳机的智能化发展。
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苹果正是凭借其自研的 W1 和 H1 芯片,实现了更丰富的功能及更高的性能,使得AirPods 体验优于竞争对手。终端厂商为优化 TWS 耳机的用户体验,在耳机上开发智能语音助手和语音应用,实现语音唤醒、语音识别等功能。耳机智能功能的增加,要求耳机主控芯片性能持续提升。* t0 o* c0 [2 @8 H6 V8 y
) m/ h2 Y! F$ l' U# L e智能音箱是智能家居领域率先爆发的细分市场,WiFi 传输速度快、通信距离远、成本适中,是适合智能家居应用场景的重要技术之一。智能音箱是智能家居体系中不可或缺的重要终端,吸引了众多科技公司。
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在 2019 年第四季度,阿里巴巴、百度、小米、腾讯均推出了新品智能音箱,且均为触控屏智能音箱。随着智能音箱的智能化水平不断提升,对智能 WiFi 音频芯片的功耗、AI 性能、内存、传输速度、覆盖范围等要求进一步提高。此外用户对交互方式的要求由原来的单一语音逐步发展至语音+触控、语音+动作感应等多模态交互。智能; O: T0 A8 b) |* e# {4 T
0 O$ V3 y' e* x7 t$ t# ^0 P! x* N2 PWiFi 音频芯片厂商通过多核混合架构等方式来实现低功耗、高性能计算,以适应智能音箱的发展趋势。智能音频 SoC 芯片的繁荣始于智能耳机及智能音箱,但不止于此。& N3 D9 L6 [" U. _( \, E
9 E( ~4 z, {4 r! n% q% b4 n9 U在智能物联网爆发的背景下,智能语音交互的场景(如智能可穿戴、智能家居等)变得越来越多。过去几年智能耳机及智能音箱的推广和普及,使消费者开始使用语音交互。电视等其他家庭语音中控智能设备的出现,促进了消费者养成语音交互的习惯。更多的终端设备正在走向智能化,包括照明、门锁、空调、冰箱、车载支架等设备正在快速的语音化,越来越多的消费者要求终端设备具备智能语音交互能力。
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$ k) L( L& A& @; Y& N! _伴随 AIoT 的落地实现,在万物智联的场景中,终端之间互联互通,形成数据交互、共享的崭新生态。在多数场景中,终端需要更高效算力,以具备本地自主决断及快速响应的能力,即具备边缘智能。出于对功耗、响应效率、隐私等方面的考虑,部分计算需要发生在设备端而不是云端。以智能耳机、智能音箱为例,其已具备边缘计算能力,实现语音唤醒、关键词识别等功能。
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~' `3 O& e% R3 W9 D. @智能音频 SoC 芯片作为智能终端设备的核心器件,市场增长受益于物联网快速发展以及智能化的进一步提高。智能可穿戴和智能家居作为 AIoT 重要的落地场景,正吸引越来越多企业进入。在这其中,既有如谷歌、亚马逊、阿里、百度等互联网科技巨头,也有像苹果、华为、三星、小米等手机品牌。8 W4 s* [4 O U' I5 k
& Y9 r" w$ Q" w) O# j( e(2)Type-C 音频 SoC 迎来发展机遇
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$ U% \$ R& q' V①Type-C 有望成为电子设备统一的接口
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+ n& U% l; D! P& V- y相比于 USB Type A/B,Type-C 拥有显著的优势:& B' K1 a( e1 D# A8 N, }3 p
' [' \1 K, ^$ E4 \, u& jA.全功能:Type-C 同时支持数据、音频、视频和充电,奠定了多设备共用基础;
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B.正反插:端口正面反面相同,支持正反插;
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C.双向传输:数据、电力可实现双向传输;" x$ `( A$ t1 M& J
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D.向下兼容:通过转接器,Type-C 能兼容 USB Type A/B 等接口;2 s0 N6 s5 B2 \3 L
# s& w) v: _# Y9 KE.小尺寸:Type-C 接口尺寸约为 USB-A 接口 1/3;
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F.高速率:Type-C 兼容 USB 3.1 协议,可支持高达 10Gb/s数据传输。" v/ m8 w* m8 Q Y
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Type-C 接口芯片厂商、消费终端厂商以及智能手机操作系统厂商均在推进Type-C 的普及。Type-C 有望在电子设备上代替其他数据、音频、视频和电源接口,最终实现接口的统一。
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②Type-C 接口为有线耳机的智能化提供了可能+ O+ j0 D% r' s- `* y3 | F
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2016 年 9 月,苹果发布 iPhone 7 时率先取消了 3.5mm 耳机接口,成为 Type-C接口加速普及的良好契机。与 3.5mm 耳机接口相比,Type-C 接口直接采用未解码的数字音频信号从数据接口输出,在手机外部完成解码和放大,可以减少音频信号失真,并具有较高隔离度。随着集成电路工艺的进步和 SoC 技术的发展,音频芯片的面积和功耗不断减小,在技术上也支持将音频芯片从手机主板移出到耳机中。
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+ o# |6 z9 q! _1 r, N; [通过使用 Type-C/Lightning 接口,可将原本位于手机内部的编码解码器和放大器等音频处理芯片转移到 Type-C/Lightning 接口上,实现比 3.5mm 接口更好的性能。! u$ b6 c/ L+ j& n0 w8 K
0 Q; G6 M1 \! D* G6 D% }" I: [传统有线耳机主要作为音频设备的附件存在,而数字有线耳机在耳机接口中置入音频处理芯片和运算芯片,从而使得有线耳机摆脱了传统意义的音频附件功能,也为增加更多传感器和功能提供了可能。比如耳机可以写入身份标识,与手机通讯进行身份识别;可以判断自己喜欢的音乐风格,自动进行硬件调音;可以与流媒体音乐结合,自动辨别盗版等。随着更多传感器、智能语音交互和智能推荐算法等人工智能解决方案出现在智能耳机中,Type-C 音频 SoC 芯片将助推耳机实现智能化。
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; F9 ]& s3 B y% \(1)智能耳机市场发展概况* o9 e! o4 t; k& w
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①TWS 耳机增长迅速2016 年苹果推出第一代 AirPods,引爆了 TWS 耳机热潮,国内外厂商纷纷跟进推出自己的 TWS 耳机产品,耳机向无线化加速转变。随着主动降噪、智能语音等功能的加入,耳机正向智能化、多功能化演进。' M: u6 Z* H; I
* l- w2 j+ L9 H# S+ A根据 Counterpoint Research 统计数据,2016 年全球 TWS 耳机出货量仅为 918万副,2018 年则达到 4,600 万副,年均复合增长率为 124%。预计 2020 年 TWS耳机出货量将跃升至 2.3 亿副,全球 TWS 耳机市场规模将达到 270 亿美金。
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0 O- S2 j& \ h/ h" g②3.5mm 接口取消和蓝牙 5.0 标准的普及助推智能耳机成长
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随着智能手机厂商追求轻薄、防水等特性,手机的接口和物理按键开始逐步减少,取消 3.5mm 接口已经成为智能手机发展趋势。在这样的背景之下,TWS耳机迎来了快速发展的时机。" j7 k! h6 c: l# [
' t( C1 {; e+ L" j! R& P相比蓝牙 4.2 版本,蓝牙 5.0 版本的传输速度、传输距离提高,同时功耗降低,稳定性增强。新标准的蓝牙技术提高了无线信号的传输质量,从而改善了耳机用户的使用体验。从 2017 年开始,主流手机厂商推出的智能手机均开始支持蓝牙 5.0 标准。
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8 g8 m9 q% t2 _0 Z) `此外,蓝牙技术联盟发布的新一代蓝牙音频技术标准 LE Audio,将使用全新的高音质低功耗音频解码器 LC3,支持多重串流音频技术、支持广播音频技术。LC3 将有助于 TWS 耳机实现更高音质和更低功耗,缩小与有线耳机在音质方面的差距;多重串流音频技术有利于多台音源设备之间的顺畅切换;广播音频技术可实现基于人或者位置的音频分享功能,将有利于进一步拓展 TWS 应用场景。
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