RISC-V云网融合通信模组物联网应用白皮书

前言 作为数字经济高质量发展的强力引擎，物联网的应用规模正乘着数字中国建设的东风快速扩大。2024年8月，工信部发布《推进移动物联网“万物智联”发展的通知》，加快推动移动物联网从“万物互联”迈向“万物智联”，以助力行业数字化转型和新型工业化升级。云网融合是“万物智联”的基石，促进海量数据高效流动，为智能化提供算力基础，赋能千行百业数字化升级。物联网模组作为云网融合的端侧承载，承担了能力入口、安全入口、数据入口和交互入口的重要使命。通过物联网模组，云网融合能力可以更加快速、有效、全面的在数字化转型场景落地，实现数字化全流程贯通。通过云网融合的加持，物联网模组的入口地位进一步巩固。云网融合和物联网模组“双剑合璧”，为用户提供全栈式数字化解决方案，进一步夯实数字化转型的基础。 《通知》提出，到2027年蜂窝连接数突破36亿。万物智联时代，物联网模组作为重要的连接、感知和用户交互入口的作用愈发凸显。5G物联网和AI应用的快速发展，云网融合基础设施的加速建设，将促进物联网模组向多要素融合的智能化连接方向迭代演进，以支撑新质生产力的打造，助力产业数字化、社会治理智能化、民众生活智慧化的蓬勃发展。 安全是数字经济建设的基础。物联网模组作为云网融合的前端触角和入口，承担了安全保障的重要职责。因此，模组侧的核心根技术和全链条自主掌控能力尤为重要。在政策引导上，国家已将鼓励、引导芯片技术国产化，芯片等高端技术突破写入十四五规划纲要，鼓励骨干企业技术攻关补齐物联网芯片技术短板。在市场需求上，数据是用户的核心资产，需要端管云立体化的安全保障体系，软硬件均需实现自主可控。目前，产业界使用完全国产内核芯片的模组占比较低，急需使用国产内核芯片的通信模组规模化替代，满足自主安全可控需求。 新型基于RISCV架构的云网融合通信模组，在传统物联网通信模组基础上叠加网络、云平台、安全、AI等多种融合能力，提升端网云软硬件协同能力和智能化能力，实现面向客户的端网云融合一体化服务，助力产业智能化升级，促进物联向智联升级。RISCV架构作为一套开源开放的架构，可自主定制应用于通信芯片、模组等关键技术领域，有助于掌握核心技术主动权，实现硬件国产化替代。 天翼物联联合产业链合作伙伴共同编制《RISCV云网融合通信模组物联网应用白皮书》，本白皮书重点介绍了RISCV云网融合通信模组发展情况、系统架构、主要功能和技术特点， 以及物联网应用典型场景和方案。希望本白皮书能为行业伙伴发展基于RISCV云网融合通信模组的物联网应用提供参考价值，为项目落地提供借鉴。天翼物联将持续推动RISCV云网融合通信模组产业链生态合作，加快RISCV云网融合通信模组应用规模落地。 参编单位：（排名不分先后） 天翼物联科技有限公司黄勇军彭昭张建雄李喆林毅王芸刘玮山东大学集成电路学院杜猛孙涛 芯翼信息科技上海有限公司陈峰马千里 上海星思半导体有限责任公司黄延坤安亮亮 目录 前言2 1新一代云网融合通信模组发展现状1 11物联网通信模组发展现状与趋势1 12云网融合新范式助力物联向智联升级2 2RISCV产业发展情况3 21RISCV简介3 22国内发展情况3 23产业生态情况4 3云网融合通信模组架构与功能6 31系统架构6 32云网融合软件功能7 33硬件功能10 4云网融合通信模组应用场景10 41智慧城市10 42智慧金融11 43智能安防12 44工业物联网13 45智能交通14 46智能穿戴15 47智能家居16 5趋势、展望与建议18 51云网能力深度融合技术创新18 52产业发展建议18 521响应国家战略18 522加强产学研合作19 523推进产业生态建设19 1新一代云网融合通信模组发展现状 11物联网通信模组发展现状与趋势 1、国家政策推进万物智联，促进物联网快速增长 2024年8月，工信部发布《推进移动物联网“万物智联”发展的通知》，加快推动移动 物联网从“万物互联”向“万物智联”发展，助力行业数字化转型和新型工业化，提出到2027 年蜂窝连接数突破36亿，未来2年将有10亿颗蜂窝模组新增需求。国内物联网市场规模保持快速增长态势，2024年国内物联网连接规模有望达到27亿，复合增长率93。 2、物联网模组市场规模持续增长 ABIResearch预测，2027年全球蜂窝模组出货量有望突破885亿。2024年国内蜂窝模组出货量约3亿片，Cat1模组和NB模组合计占比接近9成，其中Cat1模组预计17亿片、NB模组9000万片，NB模组出货量逐步降低，Cat1模组出货量持续提升，Redcap模组开始逐步出货，物联网蜂窝模组市场整体向好。 3、物联网模组呈多要素融合的智能化发展趋势 万物智联时代，物联网模组成为物联网连接和智能设备交互的重要入口，物联网模组正从传统的通信连接和数传功能，向多要素融合的智能化连接方向演进，支撑物联网业务高质量发展。随着AI与物联网的融合，将支持AI的芯片组直接集成到物联网设备中已成为一种新兴趋势，2023年模组厂商出货的模组产品中，其中约有12在软件或硬件层面具备AI功能。预计到2027年，智能模组的出货量将以76的复合年增长率持续增长。 目前已有移远、广和通、美格智能等模组厂商推出车规级模组、GNSS模组、卫星通信模组、AI智能模组产品。移远基于不同平台开发出多款智能算力模组，适用于工业质检、智能相机、机器人、边缘计算盒子、智慧零售等多个领域，“移远5G模组JetsonAGXOrin平台”组合方案可应用于高端机器人、无人地面车辆、低速自动驾驶、智慧交通等终端产品及场景。广和通开发出AI、5G、高端、中端和入门级多款智能模组，可满足客户对不同平台、性能、算力、成本的差异化需求；2023年广和通推出12TOPS的5G高算力智能模组SC171来全面满足机器人的各种AI需求，其基于高通QCM6490平台设计，采用8核高性能处理器，内置VDSP，集成高性能图形引擎，可以流畅播放4K视频；除此之外，还专门成立了智能计算产 品线，以AI赋能下游行业的智能化应用。4、物联网传统模组与云、网协同不足 物联网通信模组是重要的连接、感知和用户交互入口，但大多传统物联网通信模组与网络和云平台的协同性不强，一方面易导致物联网终端设备存在网络无法感知、终端故障定位困难、网络拥塞等问题，另一方面网络和云平台提供的能力调用较分散，缺乏统一调用入口和简便调用方法。造成了客户排障难、故障处理时间长、整体运维成本高、终端应用与网络和平台对接技术门槛高等问题。从全链条自主掌控角度来看，目前的物联网传统模组暂未实现自主可控，难以实现全栈式的安全管理。 12云网融合新范式助力物联向智联升级 为助力物联网终端智能升级，天翼物联率先提出云网融合通信模组，将模组作为智能连接的重要入口和实现云网融合、AI智能升级的重要基础。云网融合模组即在传统蜂窝通信模组的基础上叠加网络、云平台、安全、AI等多种云网能力，提升端网云软硬件协同能力和智能化能力，实现面向客户的端网云融合一体化服务。 中国电信云网融合通信模组，通过集成快速入云、智能故障诊断、智能错峰、智能多网切换、量子安全、AI智能等多种云网能力，赋能生态场景化的软硬一体产品，帮助终端注智赋能，简化客户应用开发，打造“模组网络平台应用”整体解决方案，形成面向客户应用的整体服务能力。 其他物联网模组厂商进行了一些模组与平台联动的尝试，开始重视模组与自有核心业务融合发展，以模组为核心整合连接、平台和应用，提供面向行业终端的一体化解决方案和服务，但均未实现叠加网络、云平台、安全、AI等的云网融合一体化服务。 2RISCV产业发展情况 21RISCV简介 RISCV是基于精简指令集计算RISC原理建立的开放指令集架构（ISA。RISCV具有完全开源、架构简单、功耗更低、操作系统易移植、模块化设计等特点。RISCV基础指令集则只有40余条，加上其他的模块化扩展指令总共不到100条，开发门槛非常低。相比之下，ARM 有200多条指令，X86架构有超1500条指令，两者指令数目多、冗余严重，文档数量庞大，导致在此两种架构的应用开发门槛较高。 RISCV作为一套开源开放、自由免费架构，可以被任何学术机构或商业组织免费使用，是实现自主可控的一次弯道超车机会，有助于掌握核心技术主动权，实现国产化替代。RISCV的模块化设计允许用户根据实际需求自由选择和组合不同的模块，以适应多样化的应用场景，这种灵活性使得RISCV在满足不同应用需求时更加高效和兼容。 目前在全球范围内，众多芯片科技巨头和初创公司纷纷加入到RISCV支持者阵营中，以摆脱ARM、X86架构的垄断，其中包括高通、谷歌、英伟达、英特尔、三星、西部数据、台湾晶心、联发科、华为、阿里、杭州中天等。 22国内发展情况 我国鼓励、引导芯片技术国产化，芯片等高端技术突破写入十四五规划纲要，鼓励骨干企业技术攻关补齐物联网芯片技术短板，解决底层基础关键技术问题。2021年，我国在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（“十四五规划”）中明确指出，国家要大力推动芯片技术的自主可控，提升产业链的安全性和稳定性。2023年，国务院国资委与工业和信息化部联合印发《关于加强2023年度重点产品、工艺“一条龙”应用示范推进工作的通知》，其中明确包含了“基于RISCV内核的物联网通信芯片模组”。同时，我国各级政府也积极推动RISCV架构芯片产业的发展和规模落地。 根据Omdia市场调研公司研究报告显示，2023年在芯片领域RISCVIP核出货量达到130亿颗，其中近一半来自中国。Omdia预测，2030年中国RISCV芯片市场规模将会达到250亿美元，年复合增长率达到479，中国已成为RISCV生态建设的重要力量。 目前，业界正积极推动芯片自主可控“国产化”进程。RISCV是一套开源开放、自由免费架构，可灵活应用于通信芯片、模组等关键技术领域的自主研发和创新，有助于突破长期 在处理器芯片领域的知识产权限制，对于实现国家信息化建设、提升国家安全能力等方面都 具有重要意义。 23产业生态情况 1、RISCV开源生态和联盟 RISCV国际基金会：成立于2015年，总部位于瑞士的全球非营利组织，负责维护标准的RISCV指令集手册与架构文档，并推动RISCV架构的产业发展。RISCV国际基金会会员已达4400多家，会员遍布全球70多个国家，中美企业参与度更高，包括阿里巴巴、华为、中兴、腾讯、高通等知名企业，其中中国企业占比总会员数近一半。RISCV国际基金会推动以开源、开放、共建、共治模式发展RISCV全球生态，采用开源BSD授权模式，任何企业、高校和个人都可以自由使用开源RISCV相关技术。 中国RISCV产业联盟：成立于2018年9月，依托上海集成电路产业优势，目前会员单位近200家，会员包括RISCVIP、芯片、软件、系统、应用与院校及科研院所。联盟搭建产业交流平台，推动RISCV广泛应用，举办了多场RISCV相关产业论坛，促进会员间交流及行业间交流，联合推广RISCV产业领域创新技术产品，组织联盟企业开展技术产品与市场需求的对接。中国电信天翼物联已加入该联盟，共同推进国内RISCV产业生态发展和应用落地。 中国开放指令生态联盟：成立于2018年11月，依托中国科学院计算技术研究所，通过产、学、研、用深度融合，推动协同创新攻关，促进RISCV相关技术和产品应用推广，探索体制机制创新，推进RISCV生态在国内的快速发展。目前联盟在产学研促进方面通过计算所一生一芯，香山开源处理器等实践推动学界与产业界的衔接。 2、RISCV蜂窝通信产业链情况 国内众多芯片厂商都开始布局RISCV，目前有超过300家公司正在基于RISCV架构进行开发，已完整研发出了基于RISCV架构的各种芯片，包括用于低功耗IoT、高性能计算、AI智能、服务器、CPU等RISCV芯片。国内RISCV蜂窝通信芯模的规模商用目前处于起步阶段，