中金：AIoT新基建，移动通信模组高增长（上）

人工智能与物联网的结合加速AIoT的发展，通信模组作为终端设备联网的主要通信基础设施，在行业扮演“卖水者”的角色，确定性受益于行业增长。我们看好无线通信模组应对多样化下游场景的优势，强调头部通信模组厂商有望通过碎片化解决能力及成本优势构筑长期竞争壁垒。

摘要

随着5G落地及人工智能发展，AIoT进入发展快车道。我国5G基站数达到115.9万，5G网络基本实现全覆盖。我们认为，未来5G的建设重点将转向应用场景探索及落地，以智能驾驶、智慧城市、智慧电网等为代表的AIoT场景要求广连接、高质量的通信网络，成为5G理想的落地场景。同时，物联网触达海量数据的特性为AI应用提供支撑，而AI能够反向提升物联网终端的智能化水平及用户体验，飞轮效应有望驱动AIoT快速发展。

无线通信契合物联网发展需要，发展前景广阔。无线通信相比于有线通信具有低成本/易拓展/高灵活性等特点，适配物联网海量设备连接的要求。我们认为，凭借在通信距离/组网成本/通信质量等方面的互补，无线通信网络将形成局域网与广域网并存的局面。随着蜂窝通信技术的迭代，蜂窝通信将沿着中低速率场景由LPWAN替代2G/3G、高速率由4G/5G承接的路径演进，形成4G+5G+LPWAN的格局。

连接上游标准化芯片与下游定制化需求，无线通信模组受益于行业发展。蜂窝通信模组的上游主要为基带/射频/存储芯片厂商，标准化程度高；而下游应用场景众多，对通信模组的制式/尺寸/功耗/带宽等要求不同，模组厂商需在硬软件层面满足定制化需求。物联网渗透率的提升为模组需求提供支撑，我们预计2023年蜂窝通信模组出货量将达到4.6亿，收入达到63亿美元，大颗粒市场车联网/移动支付/移动互联/智慧能源出货量将达到9,304/3,670/1,629/7,674万，贡献收入达到29.6/4.2/3.3/4.9亿美元。

国内厂商市场份额持续提升，看好龙头模组厂商构筑长期竞争壁垒。国内厂商凭借人力成本优势，以扩大研发支出并放弃部分盈利空间的方式快速抢占市场份额，3Q21国内厂商出货量占比超过64%并包揽全球前五。我们认为，龙头厂商在做大规模的过程中将1）沉淀碎片化解决能力：模块化开发降低研发成本及产品迭代周期、拓展渠道及人员规模提升快速响应能力；2）形成成本优势：原材料采购成本降低及高效研发。

风险

中美贸易摩擦缓和不及预期，物联网发展不及预期。

正文

5G寻求应用落地，AI与IoT的结合推动AIoT快速发展

中国5G建设进入新阶段，应用落地AIoT先行

目前中国5G网络基本实现全覆盖，为全球规模最大的5G独立组网。根据工信部，截至2021年9月底，我国的5G基站总数达115.9万，占全球70%以上，目前中国所有地级市城区、超过97%的县城城区实现5G网络覆盖。根据三大运营商年初规划，预计2021年新建5G基站数量超过60万。同时，截至3Q21，三大运营商5G套餐用户总数已达到6.2亿户，占移动用户总数38%。我们认为，我国5G基础设施的建设趋于完善，未来的建设重点将转向5G的应用场景探索及规模落地。

图表：5G基站总数（累计值）

资料来源：工信部，中金公司研究部

5G具备高速率、低延迟、高可靠、广连接的特点，根据2020年IMT数据，5G的理论峰值速率为20Gbps，时延小于1ms，连接密度能够达到106/km2。目前5G对智能手机端的体验提升有限，尚未出现现象级的手机应用；而智慧矿山、智慧工厂等AIoT场景对高速率、低延时、海量连接的传输网络需求明确。我们认为，5G会在智能驾驶、智慧城市、智慧矿山、智慧电网等AIoT场景率先规模应用。

5G对手机用户的体验提升有限：就目前的手机应用而言，5G相对于4G网络带来的体验提升有限，一方面5G低时延和大连接的特性难以发挥作用，另一方面4G速率能够支持绝大部分手机应用的使用。以4K视频为例，其所需的理论码率为66Mbps，4G的峰值速率能够支持视频的在线流畅播放，5G相比于4G的速率优势难以体现。

AIoT场景对5G需求明确：5G与人工智能、物联网、云计算等技术的结合能够推动多行业降本增效。在智能驾驶领域，5G的高可靠、低时延、大带宽支持数据实时传输，赋能车联网落地；在智能工厂领域，5G+计算机视觉技术能够完成缺陷点位的自动巡检，提升巡检效率30%以上[1]；在智慧矿山领域，智能采掘能够通过5G网络实现地面对井下采煤机、液压支架等设备的远程操控，并回传井下的监控数据及视频；在智能电网领域，5G+无人机巡检可以在降低人工成本和安全风险的同时大幅提升巡检效率。

AIoT能够有效利用5G流量：物联网海量连接的特性及其与AI的结合是5G流量的有效应用场景。1）物联网承载海量连接设备且部分设备所需流量大：根据IoT Analytics预测，2021年全球物联网连接数将达到123亿，2021-2025 CAGR达到21.8%；同时部分物联网设备所需的流量大，以智能安防摄像头为例，根据海康威视数据，单颗720P摄像头推荐码率为2,048kbps，假设一天实时预览8小时，每月预计消耗流量210Gb，而高通预测2022年普通消费者的智能手机每月流量为11GB。2）物联网与AI技术的结合要求海量数据的传输：AI赋能物联网要求海量数据作为输入，端侧搜集到的数据需上传至云端用于模型训练，同时云端的模型训练结果也需要回传至端侧赋能设备智能化。

图表：5G应用场景

资料来源：爱联科技招股说明书，华为云官网，中金公司研究部

图表：全球物联网连接数

资料来源：IoT Analytics，中金公司研究部

AI与物联网协同推动AIoT发展，碎片化场景要求多样化通信方式

物联网能够触达海量数据，为AI模型的训练提供必要输入，同时AI模型训练结果能够改善用户体验，赋予海量数据以价值。我们认为，AI与物联网的优势互补将推动AIoT快速发展。

物联网能够搜集海量数据，为AI提供底层支撑。AI建立在对海量数据训练的基础上，深度学习、自然语言处理等算法对输入数据的规模提出要求。而物联网感知终端广泛存在，以小米为例，小米智能家居以手机为核心衍生了智能路由器、智能摄像头等超过20款智能终端。同时，根据IoT Analytics预测，全球2025年物联网连接数将达271亿，广泛存在的物联网终端能够触达海量数据，为AI应用提供支撑。

AI挖掘数据价值，赋能物联网用户体验提升。传统的物联网虽然能够获取海量数据，但由于缺乏AI技术的赋能，数据价值未被充分挖掘，AI技术对大数据的处理、分析及利用能力，使其能够提升物联网终端的智能化水平并改善用户体验，形成“应用落地-数据积累-算法优化市场接受度提升-应用落地”的飞轮效应。以自动驾驶场景为例，特斯拉在车载计算机上搭载FSD系统，实现实时数据采集并基于此进行神经网络模型训练，再将模型通过OTA推送到用户端，通过自动化的数据闭环，逐步覆盖各种场景并提升自动驾驶可靠性。

图表：自动驾驶数据-算法闭环

资料来源： Momenta，中金公司研究部

AIoT下游应用碎片化，需要多样化的通信方式满足场景需求。AIoT的应用场景包括智慧工厂、智能家居、智能驾驶、智能安防等多种场景，不同场景对于通信速率、连接数量、功耗等要求存在差异，多样化的通信方式才能满足其不同场景的定制化需求。我们认为，作为设备接入网络的必备器件，通信模组有望受益于AIoT的快速发展。

无线通信技术灵活，适配多样化物联网场景

无线通信技术灵活多样，契合物联网的连接特性

有线通信是以架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等导线作为传输媒质的通信方式，具有稳定可靠的特点。常用于物联网领域的有线通信技术包括以太网、RS-232、RS-485、USB、M-Bus、PLC等。

以太网：以双绞线作为传输媒介，包括标准以太网、快速以太网、千兆以太网等，是现有局域网广泛采用的通信协议标准，常用于办公场景及工业领域。

通用串行总线USB：是连接计算机和其他外部设备的串口总线标准，具有连接简单、快速、应用范围广的优势，但主从设备需要特定驱动程序，在工业等恶劣场景中容易脱落。

RS-232/RS-485协议：RS-232是异步传输标准接口，传输速率约为38kbps，仅支持一对一通信，传输距离一般不超过20米；RS-485是前者的改进版本，速率达10Mbps，总线上允许连接128个收发器，支持几十至上千米的传输距离，主要应用于工业领域。

光纤通信：光纤通信具有传输损耗低、线缆重量轻、传输距离远、耐腐蚀等优势，但成本较高，主要应用于全球通信网、公共电信网和电视传输。

户用仪表总线M-Bus：用于非电力户用仪表传输的欧洲总线标准，在建筑物和工业能源的消耗数据采集中应用广泛，能够满足可靠、低成本的组网要求，可以在几公里的距离上连接几百个从设备。

有线通信与无线通信各有所长，与场景的适配是应用关键。有线通信具有传输稳定、传输速率快、抗干扰能力强等优势，但由于需要铺设管线，前期建设投入及维护成本较高，灵活性受限。目前有线通信在对稳定性要求较高的大型通信系统中的应用难以替代，如市内电话、有线电视、海底光纤传输等。无线通信则不需要物理连接线，依靠电磁波在空间传播达到传递信息的目的，包括2G/3G/4G/5G、NB-IoT、WiFi、蓝牙等多种通信技术，凭借低成本、高灵活性等优势，无线通信技术应用广泛。

万物互联的行业趋势确立，看好无线通信的应用前景。一方面，物联网连接数将指数级增长，需要低成本通信方式，根据IoT Analytics，2020年全球物联网连接数为113亿，2025年将达到271亿；另一方面，物联网下游场景碎片化，不同行业面临的痛点及需求存在较大差异，要求通信方式可低成本轻松拓展。同时，智慧工厂、智慧城市、智慧矿山等应用加速落地，要求高质量远距离可移动通信。我们认为无线通信低成本、易拓展、灵活性高的特点契合物联网设备连接的需求，有望迎来需求的持续增长。

图表：无线通信及有线通信对比

资料来源：《有线通信与无线通信的优劣势比较分析》，《防护工程》2017年第11期，IPWITHEASE，《通信原理》，中金公司研究部

不同场景对无线通信技术选择不同，蜂窝通信应用前景广阔

从通信速率上看，无线通信可以分为低速率、中速率、高速率三类，艾瑞咨询预计2020年三类业务分别占全球总连接数的60%、30%、10%；从通信距离上看，无线通信可以分为长距离通信及短距离通信，长距离通信可以分为运营商蜂窝通信模组及非蜂窝通信模组。

图表：无线通信模组按制式划分

资料来源：中国联通网络技术研究院，沙利文，中金公司研究部

蜂窝通信：高速连接向4G/5G发展，4G Cat1/NB-IoT替代2G/3G

蜂窝通信具有覆盖面积广、构建成本低、功耗小、通信质量高等特点，相比于局域网无线通信网络具有更广泛的落地场景和更灵活的应用方式。目前蜂窝通信处于2G\3G退网及5G建设推广的窗口期，过去由2G/3G承接的中低速率连接将由NB-IoT及4G低制式的产品替代，而物联网的高速连接需求将由5G及4G高制式产品承接，我们认为蜂窝通信制式的更新换代将带来广阔的市场空间。

#发展趋势1：2G/3G逐步退网，4G Cat1/NB-IoT承接中低速连接

2G以数字语音传输技术为核心，包括GSM/GPRS等制式，凭借覆盖广且信号稳定成为早期广域物联网的主流选择，广泛应用于智能计量/移动支付/安防监控/物体追踪等场景。3G支持高速数据传输，包括WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA等制式，用于车载运输/智慧安防等。

为释放更多优质的频谱资源给4G/5G，2G/3G退网势在必行。2G/3G占据优质的频谱资源，但其所承载的话务量、用户数远低于4G，优质频谱资源的重耕可以实现资源的充分利用。2020年5月，工信部《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》正式提出2G/3G迁移转网，在保障存量物联网终端网络服务水平的同时, 引导新增物联网终端不再使用2G/3G网络, 推动存量2G/3G物联网业务向NB-IoT/4G (Cat.1) /5G网络迁移。根据GSMA预测，2025年全球将有超过55个2G/3G网络被关闭。

4G是一种高速率、低延迟、广连接的通信技术。根据用户终端设备的无线性能，4G终端可以分为1-15个等级，LTE Cat.4及以上制式满足高速业务，LTE Cat.1的上行/下行峰值速率均为1Mbps，同时具备低成本、低功耗的特点，用于替代2G/3G的中低速业务场景，如可穿戴设备、共享单车、共享支付等。

NB-IoT和LTE-M属于LPWAN（低功率广域网络），均由3GPP在LTE Release 13版本推出，均可用于承接低功耗、低速率的连接场景。NB-IoT只消耗约180kHz的带宽，可直接部署于运营商LTE网络，依托4G网络实现低成本平滑升级，凭借低成本、低功耗、大连接、广覆盖等特点，应用于对传输速率要求较低、但对功耗和成本要求较高的场景，如智能抄表、车辆跟踪、物流监控等领域。目前不同国家选择部署的LPWAN存在差异，我国NB-IoT发展迅速，根据IoT Analytics，2020年我国模组出货量中NB-IoT占比达54%，LET-M则不足1%。

图表：2G、3G、4G的最大上行速率及下行速率

资料来源：3GPP官网，中金公司研究部

#发展趋势2：高速连接转向5G、4G Cat4及以上制式

LTE Cat.4上行/下行峰值传输速率为50/150Mbps，LTE Cat.15的上行/下行峰值传输速率达到1,500/3,900 Mbps，LTE Cat.4及以上制式适用于对速率要求较高的车联网、视频安防领域。根据3GPP，5G定义了eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量物联网链接）和uRLLC（高可靠低延时）三大应用场景，在速率、时延、连接密度等方面优于4G，为智慧工业、远程医疗、车联网、高清监控等场景提供了高速率、大规模、高可靠的连接技术。

图表：5G、Cat.1、Cat.4、NB-IoT等蜂窝通信方式对比

资料来源：中国新通信，《5G与4G网络的对比分析综述》，中兴通信，《5G室内应用白皮书》，An Empirical NB-IoT Power Consumption Model for Battery Lifetime Estimation，IEEE，移远通信招股说明书，3GPP，华为云官网，美格智能，中金公司研究部

非蜂窝广域网：低功耗广域网技术，满足物联网覆盖与功耗要求

低功率广域网（low power wide area，LPWA）技术是指可以在低功率的情况下进行长距离通信的无线网络通讯技术，包括基于授权频谱的NB-IoT/LTE-M和基于非授权频谱的LoRa/ Sigfox等，具有低带宽、低功耗、强覆盖、远距离、大连接等优点，适用于智慧路灯、智慧水务、智慧燃气、智慧烟感等物联网场景。

从技术特性上看，LoRa功耗最低，通信距离、速率、连接数均位于Sigfox和NB-IoT之间，LoRa联盟允许用户自主搭建，建设成本低且灵活、数据保密性高；Sigfox技术的传输距离最广、连接数最大、传输速率最慢，功耗略高于LoRa，低于NB-IoT。

从应用场景上看，为了实现低功耗的目标，LoRa和Sigfox均限制每日传输次数，适合要求电池寿命更长、成本更低、更新数据频次低、没有即时通信需求的智慧农业、状态监控、每日固定回传数据的传感器等领域；NB-IoT更适合需要频繁通信、低延迟和高传输速率的智慧电表、自动化制造领域。Sigfox和LoRa应用场景相似，主要区别在于前者需要移动服务商的基站设备，无法覆盖到地下作业矿区等，此时可以自主搭建LoRa网络。

图表：LPWAN技术对比

资料来源：A comparative study of lpwan technologies for large-scale iot deployment，Science direct，A Sigfox Energy Consumption Model，PMC，电子产品世界，iBT数位建筑杂志，中金公司研究部

局域网：广域网的有效补充，具有易组建于低成本的特点

无线局域网络（WLAN）连接方式主要包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，三者均由IEEE（电气与电子工程协会）制定标准，由于其易组建和低成本等特点比蜂窝通信更适合对通信质量要求较低、通信距离相对较短但对成本要求较高的场景，广泛应用于智能家居、智能穿戴等消费物联网场景中。根据爱立信，2019年全球物联网的局域网连接数已达91亿，是广域网连接数的近6倍，预计到2025年将达到191亿。

Wi-Fi具备成本和速率优势，广泛应用于移动设备联网。Wi-Fi的主要优势在于不需要布线，组网成本较低，与早期应用于手机无线传输的蓝牙技术相比，Wi-Fi技术覆盖范围更广，传输速度更快。Wi-Fi技术广泛用于移动设备联网，根据爱联科技招股书，2019年Wi-Fi在智能手机和笔记本电脑中的配置率已经接近100%；根据IDC，2021年Wi-Fi技术承载了超过60%的移动网络流量，Wi-Fi联盟认证产品年出货量达42亿部。2019年IEEE协会发布的Wi-Fi 6最大传输速率、时延、终端能耗均进一步改善，广泛应用于智慧教室、视频会议、智慧医院、智慧工业、智慧楼宇等物联网场景。

蓝牙安全稳定，“更快更远”切入可穿戴和家居。IEEE协会1998年发布蓝牙1.0，2010年发布首个低功耗4.0版本，广泛应用于无线耳机，2016年发布蓝牙 5.0，在低功耗模式下实现传输速率、传输距离、通信通量的提升，为物联网领域应用提供支撑。相比于其他无线技术，蓝牙具有加密措施完善、传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点，应用领域从音频、图文、视频传输发展到物联网领域数据传输，如可穿戴设备、智能家居等领域。

ZigBee低成本广连接，多用于家居和工业领域。ZigBee是一个由可多到65,000个节点组成的网络平台，类似移动网络基站，但其成本仅千元级别，2016年ZigBee联盟推出的3.0版本实现了所有采用ZigBee协议的设备互通。ZigBee协议凭借超低功耗、网状组网、节点多、高安全性等属性，适合数据吞吐量小、网络建设投资少、对续航能力要求高的场合，如智能家居行业、智慧工业、遥测测温、农业等领域。根据ON World预测，到2023年，ZigBee设备出货量将达到38亿。

图表：无线通信技术对比

资料来源：头豹研究院，ZigBee联盟，IEEE，3GPP，A comparative study of lpwan technologies for large-scale iot deployment，Science direct，A Sigfox Energy Consumption Model，PMC，iBT数位建筑杂志，中金公司研究部

总体来说，我们认为凭借在通信距离、组网成本、通信质量等方面的互补，无线通信网络将形成局域网与广域网并存的局面。其中，随着蜂窝通信技术的迭代，物联网的蜂窝通信将沿着中低速率场景由LPWAN替代2G/3G、高速率由4G/5G承接的路径演进，形成4G+5G+LPWAN的格局。

无线通信模组行业扮演“卖水人”角色，市场空间广阔

无线通信模组位于物联网行业中上游传输层，无线通信模组厂商通过集成标准化的芯片及其他电子元器件，使得模组具备联网通信功能以满足下游客户差异化需求。伴随万物互联物联网时代的到来，物联网市场规模持续扩容，我们认为无线通信模组扮演“卖水人”的关键产业角色，有望迎来需求的持续高速增长。

图表：蜂窝通信模组产业链情况

资料来源：移远通信招股说明书，中金公司研究部；注：截至2019年7月

蜂窝通信：上游芯片厂商集中度高，模组市场份额向国内厂商倾斜

上游：上游主要为基带、射频及存储芯片厂商，行业集中度高

蜂窝通信模组的上游包括芯片、PCB、分立器件、结构件等元器件厂商，通过自产或外协加工的方式进行模组生产。根据移远通信，原材料占模组厂商成本约90%，芯片占原材料采购额80%以上，其中基带芯片、射频芯片、存储芯片为主要的芯片类型。在生产方式上，模组厂商采用自产或委托加工的方式进行产品生产，加工费占成本的比重较低。

基带芯片用于合成即将发射的基带信号或对接收到的基带信号进行解码。由于技术壁垒相对较高，基带芯片的供应商集中。根据Strategy Analytics，2Q21前五大厂商为高通、海思、联发科、三星 LSI 和英特尔，其中高通占52%的市场份额，主要受益于iPhone 12 系列及三星等领先安卓厂商的5G设备采用其基带芯片产品而份额提升。高通等芯片厂商在出售芯片时定价相同，但针对规模客户有后续的返利机制。

射频芯片用于接受信号和发送信号。射频前端围绕放大、切换、滤波等功能，形成了射频开关（RF switch）、功率放大器（Power amplifier）、滤波器（Filter）等多种射频前端器件。射频芯片的种类多，生产厂商较多，包括思佳讯、Qorvo、博通、村田、高通等海外厂商和唯捷创芯、中科汉天下等国内厂商。

存储芯片呈现寡头垄断的竞争格局，行业集中度高。根据TrendForce 2Q21的数据，对于DRAM，三星、SK海力士、美光占据94%的市场份额；NAND的CR6达到97%，主要厂商包括三星、铠侠（原东芝存储）、西部数据、SK海力士、美光、英特尔等。

其他原材料方面，PCB、阻容感元器件等原材料行业属于完全竞争市场，具有较强的替代 性，供应充足，价格波动不大。

图表：2016-2020年移远通信成本构成

资料来源：移远通信公告，中金公司研究部

图表：2018年移远通信各项原材料采购额占比

资料来源：移远通信公告，中金公司研究部

图表：2014-2Q21蜂窝基带芯片市场格局（按销售额）

资料来源：Strategy Analytics，中金公司研究部

5G基带芯片壁垒高，全球仅五家厂商入局。5G基带芯片厂商包括高通、华为、三星、紫光展锐、联发科，根据Strategy Analytics，2Q21全球5G基带芯片占基带芯片收入的近三分之二，高通在5G基带市场有68％的市占率。2016年10月，高通于全球5G标准制定前首次发布了X50 5G基带芯片，2019年9月，华为推出全球首款5G SoC麒麟990，联发科、三星、紫光展锐也相继推出5G手机SoC芯片和5G基带芯片。

文章来源

本文摘自：2021年12月29日已经发布的《AIoT新基建，移动通信模组高增长》

朱镜榆 SAC 执业证书编号：S0080121070370

陈昊 SAC 执业证书编号：S0080520120009SFC CE Ref：BQS925

彭虎 SAC 执业证书编号：S0080521020001SFC CE Ref：BRE806

本文转载自《中金点睛》