經過不尋常的兩年延遲後，支援新Wi-Fi標準的晶片開始出現；在接下來的幾個月裡，一些新創公司將陸續發佈802.11ah晶片，這是一種900MHz的Wi-Fi版本，主要針對物聯網(IoT)等長距離連結。

這種被稱為HaLow的標準技術，可在數十公尺到1公里的距離內達到數Mbits/s的網路速度，一個接取點可支援數千個節點。它們將填補超低功耗、低成本的LoRa與Sigfox網路，以及更耗電、又需要搭配資費方案的LTE Cat-M和NB-IoT之間的空白。

第一波上市的產品將是採用40奈米製程的單晶片，在價格上不太可能高出很多；這些產品會是代表IoT解決方案的新選項，使用免執照頻段，可支援廣泛的PC生態系統所熟悉的IP網路和OFDM調變。長期看來，它們則將扮演擴展智慧型手機和PC連網範圍的第四種方案。

一位要求匿名的資深無線技術專家表示：「HaLow憑藉其在實現新業務模式以及容量、範圍和電池續航等方面的多功能性脫穎而出，這些都是市場迫切需求的特性──它僅需要一個新的生態系統。」

Wi-Fi聯盟於2014年在高通(Qualcomm)工程師團隊的大力協助下啟動了802.11ah標準的訂定流程，並在2016年的國際消費性電子展(CES)上正式公佈HaLow技術規格。通常一個新IEEE 802.11規格完成時，就會有幾家Wi-Fi晶片大廠競相推出相對應的晶片，但這次卻沒有。

自該標準完成兩年以來，據說只有唯一一家公司──來自韓國的新創公司Newracom──推出了一款晶片，用於韓國電信(Korean Telecom)的閘道器；這家公司是由韓國ETRI研究中心的Wi-Fi專家創立，一開始是銷售802.11n等現有標準的IP功能區塊。

全球市場上還有其他四家新創公司準備在明年推出HaLow晶片；其中最引人矚目的，是由出身自Broadcom和Radiata的Wi-Fi專家組成、總部位於澳洲雪梨(Sydney)的新創公司Morse Micro。而這一次包括Broadcom、Cypress、華為(Huawei)、聯發科(Mediatek)、Qualcomm和瑞昱(Realtek)等老牌Wi-Fi晶片供應商可能會成為跟隨者，而非領頭羊。

表1：免執照的ISM頻段在世界各地有所不同。
（來源：Morse Micro）

儘管業界對.11ah的早期熱情，這個HaLow標準問世時機不佳。因為在2016年，主流2.4/5-GHz Wi-Fi的下一個重要版本802.11ax也已經準備就緒；上述的匿名無線技術專家表示：「廠商必須要做出審慎的設計抉擇，沒有人能承擔錯過.11ax週期的風險。」

要選擇其實很簡單：.11ax產品顯然會快速成長、達到以百萬計的出貨量。Qualcomm和聯發科等公司也紛紛推出LTE IoT和5G產品，留給HaLow的資源就不多了。此外，將Wi-Fi推至免執照ISM頻段，會需要一些前期推廣工作。

「在任何時候，開發一個新頻段都需要時間；5GHz就花了10年時間，才讓.11ac獲得廣泛採用，而60 GHz Wi-Fi才剛剛起步；」該匿名專家補充指出：「圍繞一個新的頻段建立新生態系統是一條艱辛的道路… HaLow也不例外，這需要時間。」

還有人指出，在2016年有許多新創公司湧進新興的低功耗、廣域網路技術領域，包括採用ISM頻段的LoRa、Sigfox及其他IoT 連網技術；此外LTE IoT標準(包括NB-IoT和Cat-M?)已經展翅飛翔。如此一來，就沒有剩下多少風投資金和創業者押寶HaLow。

現在那些市場大咖預期會在8月份左右Wi-Fi聯盟啟動HaLow認證計畫時才搶進該市場；而從1月開始，該聯盟則展開了一系列的互通性測試以實現此里程碑。

在擁擠的LPWA空間是否有802.11ah的發展機會

Morse Micro的工程師在兩份白皮書中描繪了HaLow的應用場景，其中寫道，雖然LoRa已經獲得美國有線電視/通訊服務巨擘Comcast等支持者，但LoRa的資料傳輸速率通常低於Kbps，不足以支援得滿足不斷變化的安全標準所需之無線更新(OTA)要求；而LoRa「相對較低的網路容量，限制了其基地台可以支援的感測器數量。」

上述白皮書還補充指出，更成熟的802.15.4網路技術如Wi-Sun和ZigBee需要更大的功率，但是仍無法以單一個基地台支援大型的感測器網路。

而HaLow可以在100公尺或更長的視線範圍內，提供至少160 Kbps的速度；此外Morse Micro共同創辦人Michael De Nil表示，該技術可以在一個接取點上容納8,000多個節點。因此，Morse的目標市場是農業、公用事業抄表、倉儲、超市以及遠端視訊保全攝影機等一系列IoT應用場景；他預期：「到2019年底，我們的年出貨量可達到上百萬。」。

表2：HaLow技術在許多方面的表現都優於其他低功耗廣域 IoT連網方案。
（來源：Morse Micro）

為加速業務進展， Morse還打算在中國設置一個辦事處。De Nil表示：「中國是很大的市場，有許多行動快速的大型廠商…我們將在7月份推出晶片樣品，預計在6到8個月內就可以進入量產。但對美國或歐洲廠商來說，這個過程可能要到2020年甚至2021年才會開始。」

支持者認為，HaLow進入IoT市場為時未晚。「在5到10年前， IoT 市場規模和成長率都被過於誇大了；」前面那位匿名資深無線專家表示：「我們仍然處於IoT 市場發展的初期階段，這對HaLow來說是個好消息。」

他認為：「LoRa和Sigfox的資料傳輸量非常低，它們有各自的發展空間和潛力，但TCP/IP和類似網際網路的安全、探索和升級會需要更高的傳輸量──對於真正的IoT，像是HaLow這樣的技術是有需要的。」

IoT 才剛起步，支持者相信，長期來看HaLow將成為無線接取點和客戶端設備採用的主流晶片，帶來新的覆蓋距離和低功耗性能。這是一個新技術標準從零到無所不在的發展過程中，在半導體產業很常見的典型「雞生蛋、蛋生雞」情境。

另外三家準備搶進市場的HaLow新創公司

除了Morse以及據說是進展最快的韓國Newracom，在HaLow技術領域還有另外三家新創公司也打算在明年左右推出晶片樣品。

2010年在荷蘭Eindhoven成立、在東歐塞爾維亞(Serbia)有工程團隊的Methods2Business，開發以Tensilica DSP為基礎的HaLow MAC IP。總部位於美國矽谷的Adapt-IP開發了FPGA版本的HaLow基頻方案，該公司正在考慮採取策略聯盟方式，目標是在2020年初實現完整的HaLow晶片設計；這家公司自2014年以來一直在緩慢發展的IoT市場尋找出路。

還有一家美國新創公司Palma Ceia SemiDesign (PCS)，一開始是接RF委託設計案，因此能銷售一些自己開發的IP，應用於NB-IoT與HaLow收發器；該公司現在準備募資、於今年推出一款HaLow元件，作為其首款晶片級產品。

圖1：儘管HaLow不是最低功耗的選擇，但它的特性很全面。
（來源：Morse Micro）

PCS已經從設計服務和IP業務獲利，但正在募集資金以支援其第一款晶片的投片；該公司預計在6月之前推出樣品，可能是採用40奈米製程，應用於簡單的HaLow接取點，可支援有限數量的終端節點，也是一種單串流(single-stream)終端節點晶片。PCS策略行銷副總裁Kevin M. Walsh表示：「我們可能不是第一，但我們會是快速的後來者….我們預期未來HaLow和NB-IoT晶片可能會整合在一起。」

與Morse一樣，PCS也為了距離會是第一批客戶的模組製造商更近，在中國(深圳)設立了辦事處，該公司也正在當地設計晶片；PCS晶片將委託台積電(TSMC)生產，後者是該公司IP的長期合作晶圓代工廠。

RISC-V協助催生Morse的HaLow晶片

Morse晶片內建1~8MB快閃記憶體，以私密金鑰進行安全開機(secure boot)和雲端身份驗證，採用6×6 QFN封裝；De Nil表示該晶片是從零開始設計，具備創新的濾波器和加速器，沒有採用任何來自第三方的IP功能區塊。

他指出：「.11ah標準具有嚴格的無線電要求和相對較大的頻寬，因此需要寬動態範圍來處理干擾和OFDM要求，以獲得最佳性能和最低功耗；」該設計使用多個32位元RISC-V核心，可客製為無線訊號處理器。

「使用開放源碼核心確實加速了我們的設計流程…否則我們就只好採用Arm處理器核心並去協商權利金；而現在我們採用了開放源碼RTL並添加了加速器。」De Nil表示，其設計採用一種「處理器導向(processor-driven)方案；傳統的Wi-Fi設計會硬化IP以達到最高的頻寬，我們已經完成了幾代測試晶片，所以現在我們有信心未來將這種方法擴展到其他IoT協議，例如ZigBee和NB-IoT。」

說到RISC-V，他則表示：「可用的開放源碼資源品質非常高，成熟度令人驚訝…現在我們需要更多學生知道如何使用RISC-V工具來產生系統。」

圖2：Morse在兩篇白皮書中闡述其HaLow實作案例將取得優於平均水準的性能和覆蓋範圍。
（來源：Morse Micro）

Morse總部所在的澳洲雪梨，是兩位Wi-Fi領域先驅Neil Weste和John O'Sullivan的家鄉，他們現在都任職Morse。 De Nil和另一位共同創辦人Andrew Terry原來都在澳洲當地的Broadcom辦公室上班，分別負責數位和RF設計，曾為Apple iPhone提供多代Wi-Fi晶片。

有幾位Morse團隊的工程師是來自另一家名為Radiata的新創公司；Radiata在1990年代末期開發出第一款符合.11a標準的5GHz Wi-Fi晶片，後來被Cisco收購，但大部分Wi-Fi技術人才仍留在雪梨。「Broadcom是一家不錯的公司，有很好的企業文化，不過每年都在搞新一代iPhone晶片有點無聊；」De Nil表示：「最終該公司停止創新，只是為大客戶打造下一代IP。」

「他們並沒有真正重視規模會很龐大的IoT市場…在Braodcom被Avago收購六個月後，我們創立了Morse，覺得這是一個好機會。我們在與(Radiata創辦人) Neal Weste面談後，他也加入了我們。」Terry則表示：「我們已經準備好迎接挑戰，將我們的專長發揮在打造一些有趣的晶片上。」

Morse是以自有資金在2016年8月創立，最初有6個員工，後來從幾個半導體專家獲得天使資金；該公司正在啟動1,500萬美元的A輪融資，準備將團隊擴大至30人左右，並在2019年底之前投入量產。Morse的公司名稱來自於「摩斯電碼」(Morse code)，也就是遠距離無線通訊的先驅技術。

本文同步刊登於電子工程專輯2019年2月刊雜誌

(參考原文：Wi-Fi Startups Polish HaLow for IoT，by Rick Merritt)

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