Firmenblog über Sony ALT1350 Hochintegrierte LTE-M/NB-IoT SoC für 5G/IoT

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. liefert die SonyALT1350, ein hochintegriertes LTE-M/NB-IoT-SoC, das für den 5G-Massen-IoT-Markt entwickelt wurde.

Inmitten der Welle der groß angelegten 5G-IoT-Einführung ist die Low-Power-Wide-Area-Network-Technologie (LPWAN) zum Grundstein für die Verbindung einer großen Anzahl von Geräten geworden. Dank ihrer geringen Latenz, der breiten Abdeckung und des geringen Stromverbrauchs haben sich LTE-M und NB-IoT zu den gängigen Kommunikationslösungen für Szenarien wie Smart Cities, industrielle Sensorik, Smart Wearables und Fernüberwachung entwickelt. SonysALT1350ist ein bahnbrechender, hochintegrierter 5G-IoT-SoC-Chip, der die Schwachstellen herkömmlicher IoT-Chips – wie eingeschränkte Funktionalität, redundante Peripheriegeräte und hoher Stromverbrauch – überwindet, indem er Multimode-Mobilfunkkommunikation, Satellitenkommunikation, lokale Nahfeldkommunikation, Edge Intelligence, sichere Verschlüsselung und Sensordatenerfassung in einer Single-Chip-Architektur integriert. Es handelt sich um eine integrierte Kernlösung, die den Standards 5G Release 15/16/17 entspricht und für alle IoT-Anwendungen konzipiert ist, wodurch die Hardwarekosten, die Größe und die Stromverbrauchsschwellenwerte für IoT-Endgeräte deutlich gesenkt werden.

I. Kernproduktpositionierung: Integrierter 5G LPWA-Flaggschiff-SoC

Die SonyALT1350ist die weltweit erste Single-Chip-IoT-Lösung, die LTE-M/NB-IoT-Mobilfunkkommunikation, nicht lizenzierte Sub-GHz-Band-LPWA-Kommunikation, nicht-terrestrische NTN-Satellitenkommunikation, Edge-KI-Rechenleistung und mehrdimensionale Positionierungsfunktionen integriert und so genau auf die Anforderungen von 5G-Massive-Machine-Type-Communication-Szenarien (mMTC) zugeschnitten ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen diskreten Chiplösungen eliminiert dieser SoC redundante Peripheriegeräte und eigenständige Moduldesigns und erreicht so eine native Integration von fünf Kernfunktionen: Kommunikation, Rechenleistung, Sensorik, Sicherheit und Positionierung. Es kann den vollständigen Betrieb von IoT-Endgeräten selbstständig unterstützen, ohne dass zusätzliche Mikrocontroller, Kommunikationsmodule oder Sicherheitsverschlüsselungskomponenten erforderlich sind.

Der Chip ist mit dem 3GPP Release 15-Standard kompatibel und kann über Software-Upgrades an erweiterte 5G-IoT-Protokolle wie Release 16 und Release 17 angepasst werden. Mit seiner Anpassungsfähigkeit über einen längeren Lebenszyklus erfüllt er nicht nur die aktuellen Mainstream-4G/5G-IoT-Netzwerkanforderungen, sondern ist auch in der Lage, sich an zukünftige Iterationen der leichten 5G-IoT-Technologie anzupassen, was ihn zu einem IoT-Kernchip in Industriequalität macht, der Praktikabilität mit zukunftsorientiertem Design in Einklang bringt.

II. Hochintegrierte Architektur: Minimale Hardware, umfassende Rechenleistung

DerALT1350nutzt eine proprietäre, hochintegrierte heterogene Architektur, die eine Dual-Core-MCU, Speicher mit großer Kapazität, einen intelligenten Sensor-Hub und verschiedene Kommunikations-RF-Schnittstellen kombiniert, wodurch eine vollständige Funktionsabdeckung auf einem einzigen Chip erreicht und das Terminal-Hardware-Design erheblich vereinfacht wird. Seine Kern-Hardware-Architektur ist branchenführend und verfügt über einen Arm Cortex-M4-Hauptverarbeitungskern, gepaart mit 1 MB NVRAM und 752 KB Hochgeschwindigkeits-RAM. Dies ermöglicht die unabhängige Ausführung verschiedener IoT-Anwendungen, Datenverarbeitungsalgorithmen und Kommunikationsprotokollstapel, wodurch die Notwendigkeit einer externen Hauptsteuerungs-MCU entfällt und die Anforderungen für leichtgewichtiges Edge-Computing am Terminal erfüllt werden. Es integriert außerdem einen Arm Cortex-M0+-Sensor-Hub mit extrem geringem Stromverbrauch, der als residenter Sensorkern für die Erfassung von Sensordaten rund um die Uhr, die Statusüberwachung und die Aktivierungssteuerung bei geringem Stromverbrauch fungiert und so Echtzeitleistung mit extremer Energieeffizienz in Einklang bringt.

In Bezug auf Schnittstellen und Speichererweiterung verfügt der Chip nativ über einen 4-Draht-SPI-Flash-Speicher und PSRAM-Erweiterungsschnittstellen und unterstützt so eine flexible Anpassung an gängige Speicherperipheriegeräte. Es integriert außerdem die eingebettete iSIM-SIM-Kartentechnologie, wodurch ein externer SIM-Kartensteckplatz und eine Karte nicht mehr erforderlich sind. Dadurch wird die Stellfläche des Geräts weiter reduziert und seine Stoß- und Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert, sodass es für raue Umgebungen wie Industrie- und Außenumgebungen geeignet ist. Darüber hinaus verfügt der Chip über ein dediziertes Hardware-Sicherheitselement, eine Multi-Mode-Positionierungs-Engine und eine KI-Verarbeitungseinheit und verwirklicht so das integrierte Konzept „ein Chip = Controller + Kommunikation + Sensorik + Sicherheit + Positionierung + intelligentes Rechnen“. Dadurch werden die Probleme des komplexen Hardware-Stackings, der hohen Ausfallraten und der hohen Kosten, die mit herkömmlichen IoT-Geräten einhergehen, vollständig gelöst.

III. Umfassende Kommunikationsmöglichkeiten: bodengestützte und satellitengestützte globale Vernetzung

Die Kernstärke desALT1350liegt in seiner Fähigkeit, mehrere Kommunikationsprotokolle zu integrieren und drei große Netzwerksysteme abzudecken: zellulare Weitverkehrsnetze, lokale Low-Power-Lokalnetze und Satellitenkommunikation. Dies ermöglicht eine nahtlose, lückenlose Konnektivität über alle Regionen hinweg und erfüllt die Kommunikationsanforderungen verschiedener Szenarien. Im Hinblick auf die Mobilfunkkommunikation unterstützt es den Dual-Mode-Betrieb mit LTE-M (Cat-M1) und NB-IoT vollständig. Unter LTE-M kann die Downlink-Geschwindigkeit bis zu 588 Kbit/s erreichen, während die Uplink-Geschwindigkeit für eine stabile, niedrige bis mittlere Datenübertragung optimiert ist und so eine geringe Latenz mit einer breiten Abdeckung in Einklang bringt. Der NB-IoT-Modus konzentriert sich auf die Übertragung mit extrem niedriger Geschwindigkeit, extrem großer Reichweite und extrem geringer Leistung und eignet sich daher perfekt für Szenarien mit hoher Frequenz und kleinem Datenvolumen wie Zählerablesung, Überwachung und Warnungen.

Zusätzlich zur grundlegenden Mobilfunkkommunikation integriert der Chip auf innovative Weise einen anpassbaren Sub-GHz-LPWA/FAN-Transceiver, der lokale Netzwerke in lizenzfreien Frequenzbändern unterstützt. Dies ermöglicht eine stromsparende Koordination zwischen Geräten im Nahbereich und eine regionale LAN-Datenaggregation und beseitigt so die Mängel der lokalen Mobilfunknetzabdeckung. Es verfügt außerdem über NTN-Funktionen für die nicht-terrestrische Satellitenkommunikation und unterstützt die automatische Umschaltung auf Satellitenverbindungen in Gebieten, in denen Bodenbasisstationen nicht verfügbar sind. Dadurch werden Konnektivitätsprobleme in Szenarien ohne Mobilfunkabdeckung, wie abgelegene Bergregionen, das Meer, Tagebaugebiete und Geräte in großer Höhe, vollständig gelöst und eine umfassende IoT-Vernetzung über Land, Meer und Luft hinweg ermöglicht. Die verschiedenen Kommunikationsverbindungen funktionieren unabhängig voneinander, ohne sich gegenseitig zu stören, und können je nach Netzwerkbedingungen intelligent umschalten, wodurch die Stabilität und Kontinuität der Terminalkommunikation gewährleistet wird.

IV. Ultra-Low-Power-Design: Optimiert für Terminals mit längerer Batterielebensdauer

Das erfüllt die Kernanforderungen batteriebetriebener IoT-Terminals und verlängerter Standby-ZeitenALT1350beinhaltet die proprietäre Ultra-Low-Power-Management-Architektur von Sony. Es unterstützt verschiedene IoT-spezifische Energiesparmechanismen wie PSM (Power Saving Mode) und eDRX (Extended Deep Rest) und sorgt so für branchenführende Energieeffizienz. Der Stromverbrauch im Mobilfunk-Standbymodus kann bis zu 3 μA betragen, während der Stromverbrauch im normalen Ruhemodus vernachlässigbar ist. Der Stromverbrauch im aktiven Modus wird je nach Bedarf dynamisch angepasst und eignet sich daher perfekt für batteriebetriebene oder solarbetriebene passive/energiesparende IoT-Terminals.

Die Dual-MCU-Architektur ermöglicht ein präzises Energiemanagement: Der leistungsstarke Cortex-M4-Kern wird nur während der Datenverarbeitung, Netzwerkübertragung und intelligenten Datenverarbeitung aktiviert und kehrt nach Abschluss der Aufgaben schnell wieder in den Ruhezustand zurück. Der Cortex-M0+-Sensor-Hub arbeitet in einem stromsparenden, ständig eingeschalteten Zustand und übernimmt nur die grundlegende Datenerfassung und Gerätestatusüberwachung, wodurch ein Stromverbrauch vermieden wird, der durch häufiges Aufwecken des Kernprozessors verursacht wird. Durch koordinierte Hardware- und Software-Leistungsoptimierung können IoT-Terminals, die mit diesem Chip ausgestattet sind, eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren oder sogar über einem Jahrzehnt ohne Aufladen erreichen, was die Wartungskosten der Geräte erheblich senkt und sie für groß angelegte, unbeaufsichtigte IoT-Szenarien geeignet macht.

V. Intelligente Sicherheit und präzise Positionierung: Unterstützung von High-End-IoT-Anwendungen

DerALT1350überwindet die Einschränkungen herkömmlicher IoT-Chips mit geringem Stromverbrauch – nämlich mangelnde Intelligenz und schwache Sicherheit – durch die Integration einer leichten KI-Engine. Es unterstützt AI/ML-Inferenz mit geringem Stromverbrauch am Edge und ermöglicht die lokale Ausführung von Vorgängen wie Datenentrauschung, Anomalieerkennung, Zustandsvorhersage und intelligente Klassifizierung. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Rohdaten in die Cloud hochzuladen, wodurch die Netzwerkübertragungslast reduziert und gleichzeitig die Echtzeitleistung der Datenverarbeitung verbessert wird. Es eignet sich gut für intelligente Szenarien wie Smart Sensing, Fehlervorhersage und Verhaltensüberwachung.

Im Hinblick auf die Sicherheit wird eine mehrschichtige Hardware- und Software-Sicherheitsarchitektur eingesetzt, die dedizierte Hardware-Sicherheitselemente mit einem Software-Verschlüsselungssystem integriert. Es unterstützt verschlüsselte Datenspeicherung, verschlüsselte Übertragung, Geräteauthentifizierung und manipulationssicheren Schutz und schützt so effektiv vor Cyberangriffen wie Datendiebstahl, Gerätefälschung und Befehlsmanipulation. Dies erfüllt die strengen Standards für Datensicherheit und Gerätezuverlässigkeit, die in Szenarien wie dem industriellen IoT, der Überwachung des Gemeinwohls und intelligenten Finanzen erforderlich sind.

Im Hinblick auf die Positionierungsfähigkeiten integriert der Chip mehrdimensionale Technologien, darunter GNSS-Satellitenpositionierung, Indoor-Outdoor-Fusion-Positionierung und Wi-Fi-unterstützte Positionierung. Es unterstützt die hochpräzise Standortdatenerfassung und eignet sich für Szenarien wie Logistikverfolgung, Anlagenlokalisierung, Überwachung von Außengeräten und tragbare Personalverfolgung. Darüber hinaus arbeitet das Positionierungsmodul eng mit den Kommunikations- und Energieverwaltungssystemen zusammen, um eine kontinuierliche Positionierung mit geringem Stromverbrauch zu erreichen und so die Schwachstellen des hohen Stromverbrauchs und der großen Größe zu beseitigen, die mit herkömmlichen Positionierungsmodulen verbunden sind.

VI. Kernanwendungsszenarien: Umfassende Abdeckung aller Kategorien von 5G-IoT-Terminals

Sony nutzt seine umfassenden Vorteile hoher Integration, geringem Stromverbrauch, globaler Konnektivität, hoher Sicherheit und Intelligenz ALT1350ist weitgehend an verschiedene 5G-IoT-Endgeräte anpassbar und bietet eine umfassende Szenarioabdeckung. Im industriellen IoT-Sektor kann es für die Zustandsüberwachung von Industrieanlagen, die Datenerfassung von Produktionsliniensensoren, industrielle Steuerterminals für den Außenbereich und Fernüberwachungsgeräte für Minen und Ölfelder eingesetzt werden, um den Anforderungen rauer Industrieumgebungen und einem langfristig stabilen Betrieb gerecht zu werden. Im Smart-City-Bereich unterstützt es große Geräte mit geringem Stromverbrauch wie intelligente Wasser-, Strom- und Gaszähler, intelligente Straßenbeleuchtungssteuerung, Überwachung von Umgebungstemperatur/-feuchtigkeit und Luftqualität sowie intelligente Abfallsortierterminals.

Im Outdoor- und speziellen IoT-Bereich ermöglichen seine Satellitenkommunikationsfunktionen Anwendungen in Szenarien ohne Mobilfunkabdeckung, wie z. B. Meeresüberwachung, geologische Felderkundung, Waldbrandüberwachung und meteorologische Datenerfassung in abgelegenen Gebieten; Im Consumer-IoT-Bereich unterstützt es intelligente tragbare Geräte mit geringem Stromverbrauch, Positionierungsterminals für den Außenbereich und Smart-Home-Sensorknoten. Es unterstützt auch vertikale Industrieanwendungen wie die intelligente Logistik-Asset-Verfolgung, die intelligente Bodenüberwachung in der Landwirtschaft, die Rückverfolgbarkeit von Nutztieren und die hydrologische Überwachung und macht ihn zu einem vielseitigen Kernchip, der für 5G IoT in allen Szenarien geeignet ist.

VII. Branchenwert: Neugestaltung der 5G-IoT-Terminal-Branchenlandschaft

Herkömmliche 5G-IoT-Terminals leiden im Allgemeinen unter Problemen wie komplexen Lösungen, hohem Stromverbrauch, sperrigen Designs, anhaltend hohen Kosten und unzureichender Anpassungsfähigkeit, die die groß angelegte Einführung einer großen Anzahl von IoT-Terminals behindert haben. Durch hochintegrierte Innovation auf einem einzigen Chip bietet SonyALT1350vereinfacht den Hardware-Designprozess für 5G-IoT-Terminals radikal und reduziert die Anzahl der Peripheriekomponenten um fast 80 %, wodurch die Forschungs- und Entwicklungs-, Produktions- und Wartungskosten effektiv gesenkt und gleichzeitig die Markteinführungszeit verkürzt werden.

Darüber hinaus vereint der Chip umfassende Fähigkeiten, darunter geringer Stromverbrauch, globale Konnektivität, Edge-Intelligenz, hohe Sicherheit und hochpräzise Positionierung, und überwindet so die Mängel herkömmlicher Chips, die sich durch eine einzige Funktion auszeichnen, denen es aber an Gesamtleistung mangelt. Es bietet Kernunterstützung für leichte, intelligente, langlebige und äußerst zuverlässige 5G-IoT-Terminals. Seine Fähigkeit zur iterativen Anpassung des 5G-Protokolls gewährleistet außerdem die Kompatibilität mit zukünftigen technischen Upgrades und Netzwerkiterationen, verlängert den Lebenszyklus und den Wiederverwendungswert von Endgeräten erheblich und erleichtert die Entwicklung von 5G IoT von der groß angelegten Bereitstellung hin zu einer verfeinerten, intelligenten und umfassenden Abdeckung.

Zusammenfassung

Als hochintegrierter 5G LTE-M/NB-IoT SoC der neuen Generation bietet der SonyALT1350definiert den Industriestandard für 5G-Low-Power-IoT-Chips durch fünf Kernstärken neu: Single-Chip-Vollfunktionsintegration, umfassende Multimode-Kommunikation, extrem niedriger Stromverbrauch, Edge-Intelligenz und robuste Sicherheit. Es eignet sich perfekt für die umfangreichen Konnektivitätsszenarien von 5G mMTC und vereint Vielseitigkeit mit Spezialisierung und Praktikabilität mit zukunftsorientiertem Design. Es ist in der Lage, die Anforderungen an IoT-Terminals in mehreren Sektoren umfassend zu erfüllen – darunter Industrie, öffentliche Dienste, Landwirtschaft, Logistik und Smart Cities – und gilt als Benchmark-Lösung für die groß angelegte Implementierung und einfache Aufrüstung von 5G IoT.