Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告之三：Wi-Fi 6路由器及主控芯片构成、主要厂商和市场增长

无线路由器是一种执行无线接入和信号路由功能的设备，主要用于提供对互联网或专用计算机网络的访问，可以在有线局域网、纯无线 LAN，或者有线和无线混合网络中运行。

无线Wi-Fi路由器通常围绕一个主控系统级芯片(SoC)构建，并带有一个或多个网络接口控制器，可支持快速以太网或千兆以太网端口。一些双频段无线路由器可同时运行在2.4 GHz 和 5 GHz 频段，其数据传输速率超过 300 Mbit/s（对于 2.4 GHz 频段）和 450 Mbit/s（对于 5 GHz 频段）。有些无线路由器可提供多个数据流，实现多个数据传输速率，例如，三数据流无线路由器可在 5 GHz 频段上达到1.3 Gbit/s。

Wi-Fi路由器的基本构成。

此外，Wi-Fi路由器还包括一些输入端口、输出端口，以及控制端口"Console"，用来与计算机或终端设备进行连接，通过特定的软件进行Wi-Fi路由器的配置。除了硬件外，Wi-Fi路由器还需要软件配合使用，包括统一调度路由器各部分运行的Linux操作系统，以及不同的配置文件。

下图显示出TP-LINK XDR3230 Wi-Fi 6路由器PCB上的主要芯片。

1. MediaTek MT7622BV双核处理器
2. Realtek RTL8367S千兆交换机芯片
3. ESMT- M15T2G16128A-256MB DDR3内存
4. 2颗MediaTek MT7915DAN Wi-Fi6芯片
5. MediaTek MT6380N电源管理芯片
6. 4颗RichWave RTC6721H 2.4G RF前端芯片

其中联发科MT7915DAN是无线WLAN芯片，可支持2x2 MIMO的2.4G和2x2 MIMO的5G。在Wi-Fi 6模式下，其2.4G（40Mhz频宽）频段的最高速率为573Mbps，5G（80Mhz频宽）频段最高速率为1201Mbps，不支持160Mhz频宽，同时也支持MU-MIMO和OFDMA。

Wi-Fi 6路由器芯片及主要厂商

我们以高通Networking Pro系列Wi-Fi 6/6E芯片为例，说明当前主流Wi-Fi 6路由器主控芯片的主要组成及其功能特性。高通第二代Networking Pro系列包括1610、1210、810和610四款产品，将Wi-Fi 6的关键特性组合扩展至6GHz频段，可带来数千兆比特速度、高带宽、低时延，实现媲美有线网络的无线体验。

该平台系列采用高通的三频Wi-Fi 6技术，可以在2.4GHz、5GHz和6GHz三个频段同时工作，其中6GHz频段范围5925-7125MHz，包含7个160MHz信道、14个80MHz信道、29个40MHz信道、60个20MHz信道，容量更大，吞吐量大大提升，时延也更低(当然穿墙效率会下降)。

该平台芯片的微处理器采用Arm四核Cortex A53 内核，最高频率2.2GHz，其中旗舰级的1610支持16路Wi-Fi 6/6E数据流(4+8+4)，可同时支持多达2000个并发用户/设备，PHY物理层峰值速率也从6.0 Gbps增至10.8 Gbps，非常适合部署家庭Wi-Fi网状系统，以及公司、学校、大型公共场所企业级接入点。

除高通外，目前能够提供Wi-Fi 6路由器主控芯片的国际半导体厂商还博通、英特尔、安森美（收购Quantenna）、联发科、恩智浦和以色列的Celeno等。以色列新锐Wi-Fi技术公司Celeno开发的CL8066是一种高性能、高度集成的Wi-Fi 6E PCIe芯片，将两个802.11ax无线收发模块集成到一个11x11mm PCIe芯片中，从而提供尺寸最佳的Wi-Fi网络性能。该芯片在5和6GHz频段上采用两个并发的Wi-Fi 6E无线电，并采用6T6R ElasticMIMO架构，可将PHY /数据链路的聚合速度提高到6Gbps。这两个独立的无线电模块可以用作接入点、客户端、AP/CLI、连接+ Wi-Fi多普勒或专用频谱智能引擎。

联发科技Wi-Fi 6连接平台包括MT7621A网络加速器和MT7915无线芯片。MT7621A是高效的双核网络加速器平台，支持Linux和OpenWRT OS。与MT7915D（两个用于2.4GHz的天线和两个用于5GHz的天线）配合使用时，它在5GHz频段提供高达1200 Mbps的速率，在2.4GHz频段提供高达574 Mbps的速率。

联发科技MT7915是单芯片Wi-Fi 6 Wave 1+和Bluetooth 5组合解决方案。该芯片将专用的RF接收器与“零等待DFS频道监控”集成在一起，可带来更快，更可靠，更易于使用的连接。MediaTek MT7915还支持Wi-Fi 6 Wave 1+的某些可选功能，例如1024QAM，UL / DL MU-MIMO用户，空间复用和远程DCM等。

中国大陆厂商中，目前除了华为海思，就只有初创公司矽昌通信在研发Wi-Fi路由器芯片了。凌霄650是华为海思开发的全套Wi-Fi 6+解决方案，包括凌霄650 Wi-Fi、凌霄650 PLC，以及凌霄650 CPU三颗芯片，可全方位提升家庭Wi-Fi联接体验。其特性参数如下：支持路由协议最大频宽160Mhz和2天线规格下的最高带宽3Gbps；支持华为特有的动态分窗、L-N-E三模传输技术；4核心Cortex-A53架构，频率最高可达1.4GHz；Wi-Fi +PLC混合组网；安全：TrustZone。

华为Wi-Fi 6路由器AX3和AX3 Pro所用的就是A53架构的凌霄四核处理器，1.4GHz频率下算力达到12880DMIPS，可以跑200M-500M外网带宽。无线芯片用的是凌霄650 Hi1152，支持160Mhz频宽的5G信号，能带3组天线。

矽昌通信开发的第二款Wi-Fi路由器芯片SF19A2890，内置双核CPU、2x2 MIMO 2.4GHz & 5GHz Wi-Fi基带和MAC、双频RF，以及功率放大器、低噪放、滤波器等模块，为双频Wi-Fi设备提供了高性价比的单芯片解决方案。SF19A2890搭载的双核四处理器最高主频1GHz，配合高速Wi-Fi模块和硬件转发引擎，可提供稳定的866Mbps+300Mbps无线接入和全千兆路由转发性能，支持最多256个设备同时连接，完全满足各类Wi-Fi网络接入需求。

这款2x2 MIMO 2.4G & 5G双频并发全千兆Wi-Fi 5路由芯片适用于1200M无线路由器、中继器和AC控制器。在全面掌握Wi-Fi 5的同时，矽昌预计将于明年投片首颗Wi-Fi 6路由器芯片。

据矽昌通信创始人李兴仁博士称，Wi-Fi路由芯片的技术开发难度特别大，因为不单单是数字模块，还有模拟部分和RF模块。他举了一个兼容性测试的例子，足以体会到无线通信的麻烦。由于路由器产品最终是面向全球市场的，包括非洲等智能手机和通信网络不是很先进的地区。各种品牌和型号的智能手机都要测试是否能够正常联网，他们先后租借了差不多1500个型号的手机来测试，甚至包括10年前的型号。

Wi-Fi 6路由器市场预测

IDC发布的《中国WLAN市场跟踪报告》显示，2020年中国WLAN市场总体规模达到8.7亿美元，其中Wi-Fi 6占总体WLAN市场31.2%，规模达2.7亿美元。IDC预测，2021年Wi-Fi 6将继续扩大市场份额，中国市场将接近4.7亿美元的市场规模。

2020年可以说是Wi-Fi 6路由器的元年，短短一年消费级路由器Wi-Fi 6产品已然占到14.7%的市场份额。IDC预测，2021年消费级路由器Wi-Fi 6产品将继续扩大市场份额，在中国市场将达到近8.5亿美元的市场规模。

在2021年第一季度中国无线路由器市场用户关注度调查中，Wi-Fi 6已经占到51%的比例。在用户最为关注的TOP 10机型中，华为路由AX3 Pro占据榜首，成为2021年第一季度最热的无线路由器单品。此外，TP-LINK产品有2款上榜，荣耀、腾达、华硕、H3C各有一款产品上榜。

据市场调研机构Mordor的无线路由器市场报告统计，2020年全球无线路由器市场规模为105.72亿美元。从2021至2026年，预计年复合增长率为8.4%，到2026年将达到170.85亿美元，其中规模最大的北美市场，而增长最快的是亚太区市场，而领先的无线路由器品牌包括D-Link、ASUS、华为、Netgear和小米等。

Wi-Fi 6路由器芯片的技术、开发和竞争

Wi-Fi 6与5G相辅相成，5G芯片厂商对Wi-Fi 6同样重视，下表对比了Wi-Fi 6与5G在技术、用户体验和商用方面的优缺点。

相比传统Wi-Fi标准，Wi-Fi 6增强了如下功能特性。

• 采用 TWT 节能机制以降低设备功耗

传统上，连接到 Wi-Fi 接入点的设备在处于省电模式时，需要频繁地唤醒（大约每 100 到 300 毫秒唤醒一次）以打开 radio 并检查接入点是否有任何要传送到设备的数据包。通常，这种做法会导致平均功耗增加，即使在较长时间内没有传入数据的情况下也是如此。然而，802.11ax 协议增加了一个称为目标唤醒时间（TWT）的功能。通过该功能，设备可以指定确切何时唤醒以接收数据以及多久唤醒一次。通过这种方式，设备可以延长处于睡眠模式的时间（此时可以保持 radio 处于关闭状态）。此外，由于设备之间的网络连接争用问题有所缓解，因此设备的频谱利用率也有提升。这一新增的TWT 功能可使 Wi-Fi 设备始终保持与接入点（即互联网）的连接，但同时显著降低功耗，因此可以用电池供电运行几年。

• 采用 OFDMA 技术以减少数据传输延迟

正交频分多址（OFDMA）技术允许将一个信道分成多个子载波，并分别分配给不同用户。这有助于同时传输多个数据包，从而提高频谱利用率。OFDMA 在下行链路模式（此时，接入点可以在单次传输中向多个客户端传送数据）和上行链路模式（此时，多个客户端可使用由接入点控制分配的资源，在同一时间传送数据）下均可发挥作用。此功能大大有助于减少延迟，特别是对于一些数据速率较低的旧客户端，这些客户端需要很长时间才能将数据传递到接入点时。

• 采用 MU-MIMO 技术以提高接入性能

多用户多输入多输出（MU-MIMO）是 802.11ax 特性的重要扩展，可以提高网络的整体性能。该技术可以空间分离同一接入点中的不同设备，从而创建独立的定向波束。因此，接入点可以同时向多个设备发送数据，称为下行链路 MU-MIMO。

Wi-Fi路由器SoC芯片的设计难点在于系统性能、射频连接稳定性，以及尺寸和功耗。首先，路由器芯片组的CPU需要采用性能优异的微处理器，一般采用Arm和MIPS内核架构。例如，高通最高性能的Networking Pro 1610平台采用四核Arm Cortex-A53处理器，主频高达2.2GHz，采用14nm工艺生产。此外，Wi-Fi芯片软件系统都是基于RTOS开发的，在标准TCP/IP协议下都有一套自己的实现方式。这就要求企业在硬件设计能力之外，必须有较强的软件系统设计能力，提供性能稳定的系统、系列的API和完整的SDK，以方便客户在此基础之上开发产品。

其次，SoC需要得到Wi-Fi联盟认证，而且要后向兼容所有的Wi-Fi标准协议。同样以高通Networking Pro 1610平台为例，它需要支持这些Wi-Fi标准：Wi-Fi 6E, Wi-Fi 6, 802.11ac wave 2, 802.11a/b/g, 802.11n。所支持的Wi-Fi频段包括2.4 GHz, 5 GHz, 6 GHz。所采用的Wi-Fi无线连接技术包括4K QAM, Advanced QoS, MU-MIMO, OFDMA, Uplink scheduling, TxBF, 以及Qualcomm Wi-Fi SON。此外，射频大部分都是模拟电路，对开发工程师的技术水平要求非常高，电路中的电压电流只要出现少许偏差，Wi-Fi就可能出现连接不稳定的情况。

第三，无论终端设备还是网络系统设备，客户的要求都是尺寸更小和功耗更低。Wi-Fi路由器SoC在单个芯片上集成了越来越多的外设接口、模拟功能模块，以及片上存储器。为了赢得客户和市场，Wi-Fi芯片厂商必须在性能、尺寸、功耗和成本做好优化平衡，这为工程师带来了更大的设计挑战。

主要Wi-Fi 6路由器芯片性能对比

目前全球五大5G基带芯片开发商中，除了展锐还未正式发布Wi-Fi 6路由器芯片之外，其它公司都已经发布或开始规模商用。而Wi-Fi 6布局的背后，也代表着这些芯片巨头们在5G和AIoT时代的竞争力。下面我们简要对比一下高通、博通和华为的Wi-Fi 6路由器芯片的性能优缺点。

已经上市的博通平台Wi-Fi 6路由器CPU主要有4款。

其中基于Cortex-A53架构的BCM4908和BCM4906主打中高端市场，老的Cortex-A7架构的BCM6755和BCM6750自带WLAN芯片，主打低端市场。A53架构同频性能要比A7架构高30%。

在基于博通方案的Wi-Fi 6路由器厂商中，华硕的产品线是最丰富的，目前主要型号、处理器及其它配置列表如下。

高通在2017年推出端到端的802.11ax产品组合，其中包括用于网络基础设施的IPQ 8074 SoC、用于客户端设备的QCA 6290解决方案，从而成为第一家宣布支持802.11ax的端到端商业解决方案的公司。经过3年多的发展，高通已经成为Wi-Fi 6芯片市场的领跑者。采用高通方案的Wi-Fi 6路由器性能强劲、信号稳定且发热小，是最省心的选择。

高通的Wi-Fi 6路由器芯片方案有一个系列，最高端的平台是Networking Pro 1600，支持高达16个空间流；后面依次是Pro 1200、Pro 800、Pro 600和Pro 400，分别最多带12、8、6和4个空间流。除了空间流外，高通各级Wi-Fi 6芯片方案的CPU性能是靠内核频率拉开的，内核数量和架构都保持一致。

采用高通方案的Wi-Fi 6路由器品牌和型号如下。

高通和博通Wi-Fi 6路由器方案对比如下。

高通方案的优势：

• 高通14nm制程 vs 博通28nm制程，同频发热比后者小很多，有利于稳定性和持续高性能；
• 高通IPQ807x CPU最高四核@2.2GHz，大幅领先博通的四核@1.8Ghz；
• IPQ8074原生带5GbE的MAC，BCM4908只有2.5GbE的MAC；
• 高通全线支持Qualcomm® Wi-Fi SON技术，无缝无缝漫游效果最好；
• 160Mhz频宽的信道由两个80Mhz组成，对AC设备兼容好。

博通方案的优势：

• 博通单支持单空间流160Mhz信道，同MIMO数量5G无线吞吐速率是高通的两倍；
• 只有博通方案才能达成AX11000，这也是目前Wi-Fi 6的完全体；
• 同规格博通方案比高通方案价格低很多。

除了高通和博通外，华为海思、联发科和英特尔都有商用的Wi-Fi路由器芯片方案，采用这些芯片厂商方案的部分路由器如下表。

其中华为AX3/AX3 Pro采用海思的凌霄650系列家庭网络Wi-Fi 6解决方案。AX3 Pro用的是A53架构的凌霄四核处理器，1.4GHz频率下算力达到12880DMIPS，可以跑200M-500M外网带宽。无线芯片用的是凌霄650 Hi1152，支持160Mhz频宽的5G信号，能带3组天线。

Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告之一：无线通信中射频和基带芯片开发及制造工艺

Wi-Fi 6技术及芯片研发调研分析报告之二：Wi-Fi和Wi-Fi 6/6E技术发展、应用及市场