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[其他] TWS耳机大热!一文看懂其产业链奥秘(深度报告)

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发表于 2020-2-6 09:35:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
2019年,整个TWS耳机产业在苹果Airpods的带领下迎来了爆发,Airpods系列TWS耳机因其通话稳定性以及长待机时间成为TWS耳机的标杆。安卓品牌产品受限于很多基本技术问题长期以来体验不能满足基本需求的状况也在2019年开始得到了很大改善。
今天,我们一起回顾一下西部证券发布的《一文看懂TWS耳机产业链奥秘》,这是一篇较为深度的TWS 耳机行业报告,值得大家收藏。

2019年,整个TWS耳机产业在苹果Airpods的带领下迎来了爆发,Airpods系列TWS耳机因其通话稳定性以及长待机时间成为TWS耳机的标杆。安卓品牌产品受限于很多基本技术问题长期以来体验不能满足基本需求的状况也在2019年开始得到了很大改善。
今天,满天芯和你一起回顾一下西部证券发布的《一文看懂TWS耳机产业链奥秘》,这是一篇较为深度的TWS 耳机行业报告,值得大家收藏。

一、TWS耳机市场现状

1.1 Airpods独领风骚,品牌安卓耳机体验在2019年取得了很大的改善

Airpods 从 16 年发布到现在已经演进到了第二代,通话稳定性以及待机时间都给使用者带来了深刻的印象,成了 TWS 耳机的标杆。
但在安卓品牌阵营,纵观这几年 TWS 耳机的状况却不尽如人意,很多基本问题还没有很好解决。比如,连接稳定性问题,待机时间过短,话音延迟较大,音质差甚至配对问题,这些问题影响了安卓系耳机的发展。这些情况到2019年出现转机,在各家芯片方案厂家的努力下,双耳直连的方案明显改善了耳机的连接体验,降低了连接不佳导致的功耗开销,续航得到了明显改善。三年多来安卓品牌市场的困境获得了明显的改观,产品体验到了突破的关键时点。

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1.2 主控芯片设计和整机制造门槛极高:4克重量、2小时通话续航是硬门槛,难度超乎想象

续航难度:电池容量 vs 功耗
要在 4g 的重量,限定的尺寸下面放入更大容量的电池显然不是一件容易的事,续航和功耗在这个背景下面非常矛盾。满足性能对功耗的需求就会上升,满足续航如果没有更好的设计就意味着性能的损失,体验就无法保障,这也是安卓系耳机很长时间内面临的困境。

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二、安卓TWS耳机第一关:

双耳传输确保稳定的连接和平衡的功耗

安卓 TWS 耳机需要克服的第一关是双耳传输,但做好只是必要条件而非充分条件。TWS 耳机由于去掉了手机以及两个耳机三者之间所有的连接线,由两个耳机通过蓝牙组成立体声系统,这种架构在技术上面临不小挑战。

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1.1 蓝牙芯片双耳同步传输方案:保证信号同步连接的必要条件

传统安卓系方案通过主耳转发的方式实现双耳立体声如图 1 所示,面临的问题如下:主耳转发的蓝牙信号容易被其它蓝牙和wifi等信号干扰;转发本身增加了系统延迟;转发信号穿身问题;而且由于转发导致了主耳的功耗相比副耳要高,当碰上误码要求重传数据包时会导致主耳功耗负载过重。以上原因导致 TWS 耳机在连接的稳定性,主副耳机的信号同步以及待机的时长方面会面很大问题,这也是这几年安卓系 TWS 耳机不能望 Airpods 项背的原因。

1.2 Airpods监听方案率先突破独领风骚

Airpods 的传输方案采用了自有的专利技术,区别于安卓的转发技术,叫监听技术。如图 2 所示,副耳信号不需要主耳转发,而是通过一定的规则监听手机所发出的信号,从接收信号中找出主耳或者副耳各自的信号,解决了转发所带来的被干扰、系统延迟、主副耳功耗不均衡等问题,获得了很好的体验。

1.3、安卓方案的代表厂家及其演进情况

1.3.1 安卓方案在双耳连接技术的演进

左右耳一起听是苹果的专利,他在性能和用户体验上取得了极致的平衡,但也给其他厂家以后做同类产品带来了巨大的困难。各大安卓厂家都在纷纷找自己的解决办法。

1.3.2 高通方案TWS+

QCOM 的解决办法叫 TWS+,如图 3。该技术拥有两个 link,左耳是一条,右耳是一条,分别独自进行收发。好处是无须转发,双耳功耗平衡,减少了系统干扰和延迟。可能的问题是与其他平台的适配性或者兼容性差。
高通的 QCC5100series 平台都支持了 TWS+特性,VIVO 新出的 TWSEarphone 就采用了该系列的 QCC5126 芯片。

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1.3.3 恒玄科技方案

恒玄科技的解决办法叫 LBRT-低频转发技术,如图 4 所示。手机以 2.4G 蓝牙信号传输至主耳机,再通过磁感应转发技术,转发信号频段在 10~15MHZ,同步至副耳机。如此以增强信号的穿透力,并能避免音质损耗,减少延迟。缺点则是需要在耳机中多加入低频天线。
恒玄的 BES2300 产品支持LBRT 特性,华为的 Freebuds2 采用这个方案。

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1.3.4 络达科技方案

络达采用同步接收方式叫MCSync,如图5所示。搭建完成后每支耳机会有一个信号进行连接,官方宣称连线更稳定,减少断音跳音,支撑高解析音频码流,低延时,两耳耗电更平衡,各种手机平台都适用。络达的应用有很多在高仿领域,对不同平台的适用性很重要。
络达的 A1532/A1536/A1552x 支持 MCSync 特性。其中 A1536 是 Airpods 高仿产品的主要方案,而 A1552x 是索尼的新一代降噪豆 WF1000XM3 的方案商。

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1.4 蓝牙6.0将从协议架构上直接支持TWS

除了各家大厂在转发技术上面进行优化提升,后续还有 BT 协议升级之后带来的改善。蓝牙 6.0协议将从协议架构上直接支持 TWS 特性,而且有些提案很可能会被纳入,比如 LC3(audio over ble,LC3 是目前相同压缩比下音质最好的标准算法),这些提高体验的改善都值得期待。

三、安卓TWS耳机第二关:可靠的续航保障

在续航能力上,苹果一骑绝尘,安卓系需要加大投入。续航取决于功耗。功耗越大,相同电池续航时间就会变少,而保持合理的续航时间是体验好坏的门槛之一。

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增加续航最容易做的事就是增加电池的容量,这会直接导致重量增加,长时间佩戴时会因为重量原因变得难以忍受。

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增加续航还可以通过先进制程来实现,但是先进制程意味着高昂的成本。苹果的 H1 芯片用的是 16nm 工艺,而安卓系里面大多是 28nm 工艺。工艺高功耗小但是代价也很大,反过来要求很大的出货量来分摊成本开销。按照当前品牌安卓机的出货量很难支撑先进工艺的投入。功耗和性能平衡是很复杂和重要的事,体验的提升不只在转发技术一方面。

安卓系的功耗困境2020年将会有很大的进展,头部大厂的 16nm 方案已经在研中,体验提升和出货效应预期将带来大的突破,这将引领安卓系竞争力上一个大台阶。

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四、安卓TWS耳机第三关:降噪

4.1 目前耳机市场的主动式降噪主要是ANC、ENC降噪技术

4.1.1 ANC降噪(ActiveNoise Control,主动降噪)

ANC 降噪的工作原理是麦克风收集外部的环境噪音,然后系统变换为一个反相的声波加到喇叭端,最终人耳听到的声音是:环境噪音+反相的环境噪音,两种噪音叠加从而实现感官上的噪音降低,受益人是自己。ANC 主动降噪可分为前馈式主动降噪(头戴式耳机应用较多)和反馈式主动降噪以及混合式主动降噪。反馈式容易引起啸叫。

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刚发布的 Airpods pro 就是一款支持 ANC 的耳机。据宣称很好解决了两个难点,一个是通过SIP 封装解决了空间占用问题,另一个是做了一个通气系统解决了耳内外压力差的问题,保证了佩戴舒适度。具体体验还待后续验证。
目前安卓系蓝牙平台都开始支持 ANC,关键是看整机厂家能不能克服工程难题真正提升降噪体验。

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4.1.2 ENC(EnvironmentalNoise Cancellation,环境降噪技术)

ENC(EnvironmentalNoise Cancellation,环境降噪技术),是通过双麦克风阵列,精准计算通话者说话的方位,在保护主方向目标语音的同时,去除环境中的各种干扰噪声。ENC 技术能有效抑制 90%的反向环境噪声,由此降低环境噪声最高可达 35dB 以上,让游戏玩家的语音沟通可以更加自由。

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当前采用 ENC 方案的主要是Airpods 和 Google 的 pixel buds,他们都采用了意法半导体的方案。ENC 方案需要比较大的算法开发工作,也会提升全系统的功耗,因此目前尚未在安卓品牌TWS 耳机中普及。

4.2 制造封装环节在微小化与模组化趋势下,SiP将成为主流技术路径

苹果从近期发布的 Airpods pro 开始导入 SiP 封装,投入巨大,但是对耳机产品帮助很大,节省的空间可以做更多的增量特性,培养对消费者的更多黏性,比如 ANC 功能的引入。随着电子硬件不断演进,过去产品的成本/性能优势面临发展瓶颈,而先进的半导体封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值,还能有效降低成本,于是 CSP(芯片级封装)、WLP(晶圆级封装)、SiP(系统级封装)等一系列先进封装技术应运而生。与其他封装类型相比,SiP最大的特点是能够实现复杂的异质集成需求,将各类性能迥异的有源与可选无源器件整合为单个标准封装件,形成一个系统或者子系统,以 Apple Watch 为例,仅在边长为 25-30 mm 的正方形范围内,集成了约 1000 颗左右的有源及无源器件。

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SiP 工艺综合运用了多种先进封装技术,例如:倒装芯片(Flip Chip)、晶圆凸块(Wafer bumping)、引线键合(Wire Bonding)和扇出型晶圆级封装(Fan-out wafer-levelPackaging)等封装技术,因此厂商必须具备扎实的封测技术支撑 SiP 业务。

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SiP 兼具低成本、低功耗、高性能、小型化、多元化的优势:随着电子零组件持续微小化至 16/14nm 节点,出现了 RC 延迟、电迁移、静电放电、电磁干扰等物理效应,而 SiP 采用物理分离的方法有效地避免了这些干扰,例如:增加芯片之间的连接体直径,缩短信号行进的距离,降低功耗和驱动这些信号所需的功率。SiP 的工艺优势能有效降低 10-50%的成本,这一价格优
势或将大规模推动产品应用。
五、2020年下半年安卓品牌TWS将逐步进入突破期

总体看起来安卓系 TWS 耳机有三步要走。2019年是无线连接可用的一步,随着后续相关降噪等技术的广泛应用,2020年要突破通话体验好用的一步,再到最后消费者爱用。

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5.1 出货量和市场空间预期

当前安卓系 TWS 耳机处于发展的第一步,2019年品牌安卓耳机刚刚到达可用的阶段。
根据旭日大数据信息,截止 2018 年,iPhone 保有量约为 9 亿部,其中保有量最高的 iPhone7 占比约为 15.40%。根据 Counterpoint data 的数据以及我们的分析,预计 2018-2020 年 Airpods 出货量分别为 3500 万、5000 万和 7000 万个,对应2018 年 iPhone 的保有量数据,预计 2020 年 Airpods 渗透率约为 17.2%。

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根据 IDC 数据,2018 年全球智能手机共销售 14 亿部,其中安卓手机销量约为 12 亿部。我们认为,这波 5G 换机潮将会使手机重新恢复增长势头,预计 2022 年全球智能机将达到 16 亿大关,安卓手机出货量将达到 13.8 亿部。

根据我们的互联网统计数据,我们将安卓手机划分为 0-1000 元、1000-2500 元、2500-3500元、3500-4500 元、4500 元以上这五个价格段,以此为基础,我们分中性、乐观和谨慎三个层次,分别测算 2022 年安卓市场 TWS 耳机的市场规模。

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我们认为短期内安卓品牌 TWS 耳机受制于成本下降速度限制,品牌安卓 TWS 耳机当前定价和苹果 Airpods 基本在同一区间,VIVO 的耳机售价在 999 元,华为freebuds3 售价在 1199元。参照 Airpods 的价格 1200+元以及当前的渗透率,以华为为例,freebuds3 的潜在客户只能在 mate/P 等高端机群体里面,如果能达到年千万级别的出货量,安卓品牌 TWS 耳机才有望真正进入突破期。预估 2022 年总销量空间在 1.5 亿部左右,市场空间在 802.73 亿左右。

随着产业链的不断进步,我们认为苹果AirPods的功能将会不断下沉到中低端的安卓耳机,从而引起 TWS 耳机在安卓手机中的渗透率不断提升,预计 2022 年总体市场规模将达到2122.73 亿元。从长期看,安卓 TWS 耳机的跟进势必会引起苹果进一步升级技术,TWS耳机的功能集中度将会持续提升,高端 TWS 耳机的价格将会保持稳定,甚至还会稳中有升。

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5.2 非手机品牌安卓TWS耳机:短期是窗口期,长期有隐患

根据草根调研非品牌机出货量非常大,但是总体价格很低。目前低端蓝牙无线耳机呈现出放量增长。
基于 TWS 耳机和手机高度互动、强绑定等特性,我们更看好手机品牌厂家 TWS 耳机发展前景。如果后续品牌机价格能在满足基本体验前提下降到 400 元档位,则 TWS 耳机的空间将会彻底打开。

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六、相关企业

通过产品拆解,我们建议在主控芯片、flash 存储、电源管理及充电管理以及 ODM、SIP 封装、耳机组装等环节寻找相关投资机会。

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1、SiP:环旭电子

我们看好 TWS 耳机在有限空间及重量限制下,产品功能加成的逻辑,未来头部品牌厂商或将在 3000 元以上中高端机型市场适配采用 SiP 模组微小化功能集成工艺的耳机,而其良率与新品研发能力、制程工艺将构建公司竞争壁垒,建议关注有望切入客户下一代耳机 SiP 封装业务的公司环旭电子。

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2、flash :兆易创新

Flash 的使用和主控芯片方案密切相关,恒玄科技、络达科技、瑞昱以及更多白牌的方案商比如珠海杰里采用的主要是内置 flash 方案,而高通、苹果、海思采用的是外挂 flash 方案。内置分为 SOC 集成方案和合封方案,SOC 集成方案主要是容量小的需求场景,SOC 集成 flash IP,好处是功耗低,尺寸小,但是研发测试周期长;合封方案好处是研发周期短,而且合封的 flash如果超过一定容量,综合成本低于 SOC 集成。无论是外挂独立的 flash 还是合封 flash Die,都会利好 flash 增长。
兆易创新是国内存储产业龙头,在存储产业全面布局。公司主要业务为闪存芯片及其衍生产品、MCU和传感器模块的研发销售,公司产品广泛应用于手机、平板等手持移动终端、消费类电子产品、物联网终端、个人电脑及周边,以及通信设备、医疗设备、办公设备、汽车电子及工业控制设备等领域。

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TWS 耳机配置大容量 NorFlash 是大趋势,公司受益显著。由于 TWS 耳机较普通耳机具备更多的功能,为了匹配更多增量特性,需要配置 Flash,这颗 Flash 即为市场增量空间。一开始 Flash 多为 8Mbit 或者16Mbit,但是后来很多厂商加入了 OTA 等更多功能,因此32Mbit、64Mbit 和 128Mbit 的Nor Flash 被越来越多 TWS 厂商采用,预计 Nor Flash 的增量空间将显著扩大,公司作为国内 Nor Flash 龙头将受益于 TWS 耳机市场的发展。

3 模拟芯片:
圣邦股份

公司电池充电芯片实现对多款国产 TWS 耳机出货,未来有望向高端渗透。根据 ifixit 拆解数据和我们的产业调研数据,公司的 SGM40561 锂电池充电芯片应用于 QCY T1、华为 FreeBuds、小米 air、红米 AirDots、小米AirDots 青春版等多款国产 TWS 耳机,随着产品设计愈发成熟,公司模拟 IC 产品有望向更高端 TWS 耳机渗透。

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韦尔股份
公司过载保护 IC 成功打入华为供应链,未来发展前景广阔。根据 ifixit 拆解数据和我们的产业调研数据,公司的 WS4603、WS3210C 成功打入华为 FreeBuds、小米 Air TWS 耳机。其中WS4603 主要内置 80mΩ 低内阻 PMOSFET,集成电流限制功能,限制电流最大 2A,可由外部电阻编程,采用 SOT23-5L 封装,用于耳机充电输出的电流限制;WS3210C 是过压保护负载开关,用于输入保护。我们认为,公司产品线广且具备强大的研发实力,未来将深度受益于TWS 耳机的发展。

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4 组装环节:
立讯精密

北美厂商 TWS 耳机核心 ODM 制造商,加大资本支出力度,投入新系列产品。公司通过在大客户中产品线扩张、份额提升,不断加固护城河。

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歌尔股份
公司积极卡位 TWS 耳机、AR/VR等非手机终端赛道,切入北美厂商 TWS 耳机及华为可穿戴设备供应商,预计将持续扩张产线以填补需求缺口,通过提升产品良率等方式推动盈利能力提升。未来布局 AR/VR 产品,长期空间可期。

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