自20世纪90年代以来，任何设备要连接至蜂窝网络，都需要通过SIM卡(用户身份模块)对入网设备进行安全身份验证，进而让用户获取移动通信服务。目前，人们普遍使用的是符合3GPP及ETSI标准的可拆卸式SIM卡，例如体积最小的nano-SIM卡。然而，从2014年开始，这些我们熟悉的可插拔式SIM卡正逐渐演变为可被集成至手机、可穿戴设备、机器或车辆中的嵌入式SIM卡(eSIM)。
与SIM卡需要插在卡槽里不同，eSIM卡是直接焊在设备主板中无法拆卸的。其优势不仅在于能够显著缩小卡片尺寸，降低功耗，更重要的是，由于采用了“远程SIM配置(RSP, Remote SIM Provisioning)”技术，也就是常说的eSIM空中写卡，用户可以安全地通过无线方式(OTA)变更不同移动运营商的服务。而对于OEM来说，则能够节省成本，简化设计、制造和供应链。
落地中国手机市场有点难
目前来看，消费类电子产品、机器对机器(M2M)通信、物联网(IoT)会是eSIM的三大主要应用场景。
2018-2023全球eSIM市场出货量预测(图片来源：ABI Research)
而率先拉开该技术在消费电子设备中应用序幕的则是苹果公司。2014年10月，苹果在iPad Air 2和iPad mini 3这两款平板电脑中采用了eSIM技术，允许用户自行切换运营商服务；2015年，三星Gear S2 Classic 3G成为首款支持eSIM的智能手表；2017年，随着支持eSIM的苹果Apple Watch Series 3发布，以及Google Pixel 2与Pixel 2 XL成为首款兼容eSIM的智能手机。一时间，eSIM的热度被推至顶点。
中国市场方面，中国移动在2018年6月宣布其“eSIM一号双终端”业务正式启动，用户通过“一号双终端”业务，可实现手机与可穿戴设备的绑定，共享同一个号码、话费及流量套餐。同年10月，中国电信宣布在上海、广州、成都及南京开通eSIM试点，但仅限当地手机账号开通使用。而作为最早推动eSIM发展的运营商，中国联通早在2017年就已经开始在上海、深圳、成都等7个城市支持eSIM试点，继而于2019年9月宣布在全国范围内开通eSIM，标志着eSIM技术正式大规模走进公众视野。
根据ABI Research的数据，2020年全球内置eSIM功能的智能手机出货量预期将超过2.25亿部。考虑到苹果、三星等主要移动设备制造商都开始在产品中采用eSIM技术，ABI预测至2024 年，全球具备eSIM功能的智能手机出货量将至少达到5亿部。
不过，GSMA(全球移动通信系统协会)在与电信终端产业协会(TAF)共同撰写的《中国eSIM：未来之路》报告中指出，搭载eSIM技术的智能手表等设备在中国的发展势头迅猛，但国内手机市场尚未正式采用eSIM技术。生态链企业普遍认为，精简流程、明确消费者和工业设备的eSIM要求、明确证书管理、根证书核发、安全性和跨境互联的统一规则，是加速eSIM部署的重要因素。同时，政府对eSIM服务试行，特别是在工业物联网的新兴领域内倡导开放的eSIM生态系统也非常重要。
如果eSIM迟迟不能落地中国智能手机市场的原因，在于“eSIM可通过空中写卡实现远程配置，更可以批量开通、灵活变更签约和变更运营商，导致运营商对SIM卡的主导地位被极大削弱，用户转网门槛降低，运营商对于用户控制力降低”的话，那么以2020年工业和信息化部陆续发布批文，同意中国联通、中国移动、中国电信开展物联网等领域 eSIM技术应用服务为标志，一片eSIM的“芯”蓝海市场正式浮出水面。
联姻物联网
体积小、无需设置SIM卡插槽、单一SKU是内置集成式eSIM卡设备在M2M通信、与IoT两大市场中展现出的显著优势。
根据最新的ABI报告，M2M市场在2024年市场总量会达到2.3亿，场景以车联网(包括紧急情况下启动eCall系统、通过OTA方式更新软件等)为主，智能表计和资产追踪也会是重要的应用领域。同时，随着5G和IoT逐渐成为主流，物流、远程医疗、可穿戴设备、商用车队管理、智慧城市等场景化应用将不会继续采用需插入插槽的传统SIM卡，而是转向eSIM卡。
Strategy Analytics最新发布的研究报告《eSIM将如何影响IoT的未来以及对利益相关者的影响？》也传递出了同样的信号。该机构预测，到2025年，用于物联网应用的eSIM卡的销量将增长到3.26亿美元。
图片来源：Strategy Analytics
中国三大运营商早在几年前就投资部署了M2M和消费级RSP平台，成为其拓展新业务的重要抓手。其中，车联网是三大运营商的重点发展方向，在智能手表等消费类产品上的投入力度也不容小觑。与此同时，中国信息通信研究院下属的电信终端产业协会(TAF)也正在制定相关的国内规范标准。
不过，尽管eSIM是通过蜂窝网络将IoT设备连接入网的首选方案，安全性要求也高于可拆卸式SIM卡，但相对复杂的生态系统，却成为了eSIM当前在部署过程中遇到的最大难题。也就是说，eSIM并不只是设计制造一颗芯片这么简单，其背后涉及一整套系统、流程的配合与支持，需要一定的时间周期来逐步实现。
紫光国微副总裁苏琳琳此前在接受媒体采访时就曾表示，影响eSIM终端落地的原因很多，包括用户、终端、网络和系统等多个方面。首先，目前国内主流移动终端仍然以支持实体卡为主，eSIM会增加终端设备的生产制造成本，在价格敏感、移动终端产品迭代更新非常快的国内市场，终端厂商必须要考虑这些因素。其次，由于eSIM嵌入在终端上，一旦eSIM出现故障，基本上无法修复，只能更换终端。从这个角度来看，反而不如传统SIM卡方便和安全。第三、不同于传统SIM卡换机只需要换卡，eSIM嵌入在终端上，用户入网、换机或是设备出故障后的信息迁移，都需要后台系统的配合。
而英飞凌科技数字安全解决方案事业部大中华区物联网安全产品线区域市场经理刘彤也指出，生态系统相对复杂，成为了eSIM当前在部署过程中遇到的最大难题：
运营商投资巨大，包括平台建设、系统改造等等。目前全球近千个运营商，已经上线eSIM业务的不足200个。
产品落地前的测试相对与传统SIM而言更复杂，会分成若干阶段：硬件打板、软件调试、平台对接等等，量产之前的产品测试计划和生态系统的对接计划需要非常好的契合。
大部分终端客户还是刚刚接触eSIM产品，对整个生态系统不完全了解，所以经常会出现一些意想不到的问题，可能会影响产品量产计划。
eSIM开启加速模式
eSIM的出现，改变了IC供应商、终端设备制造商和运营商所扮演的传统角色。例如，IC供应商将提供专门的eSIM产品组合，包括全新外形的产品；终端设备制造商必须采购eSIM芯片并将其焊接在PCB板上；而移动网络运营商需要升级骨干系统，以根据手机用户的请求推送SIM配置文件至指定手机，无需再购买和分配SIM卡。
图片来源：《中国联通eSIM产业合作白皮书》
因此，对eSIM芯片厂商来说，手中是否掌握自主核心技术就显得至关重要。比如远程SIM开通功能需要非易失性存储器(NVM)，用于存储运营商证书和更多先进的安全功能。同时，eSIM通常焊接在设备PCB上以节省空间，如果要实现最高集成度，可能需要采用芯片级封装技术。所以从某种意义上来说，与传统SIM卡不同，eSIM的硬件设计门槛更高，并非能够轻易踏入。
作为全球三大SIM卡芯片设计企业之一，紫光国微近日推出的“超级eSIM”解决方案引人关注。其核心亮点包括支持CC EAL6+和国密二级认证，最大工作温度范围宽达-40至105℃，存储器擦写次数最高达50万，数据保持时间最长达20年，采用包括5*6mm、3*3mm、2*2mm贴片封装和更小尺寸WLCSP封装在内的多种封装形式，以及“多种用户空间+可预置多家运营商COS”的组合等。
同属紫光集团旗下的紫光展锐也加快了自身在eSIM领域的布局速度。仅在2020年，无论是携手中国联通发布首款5G网络切片技术eSIM版CPE终端VN007+，还是与中国联通共同签署基于Cat.1的eSIM模组领域战略合作协议，亦或是新推出的旗舰级智能手表平台W517，以及与广和通联合首发搭载春藤V510芯片的M.2封装5G模组FM650，均支持eSIM功能。
外资企业方面，英飞凌OPTIGA Connect eSIM解决方案基于成熟的SLC37安全芯片，封装尺寸仅为2.9mm x 2.5mm x 0.4mm，通过了CC EAL4+的测试，并符合GSMA和3GPP的最新5G规范，可提供最大至1.2 MB的可用内存，可以安全地面向所签约的运营商网络进行登网鉴权，确保敏感数据和密钥的安全，防止欺诈。
意法半导体支持eSIM新设备的代表性产品则是ST33系列MCU，凭借更小、更薄的晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)和符合GSMA标准的个性化晶圆工业流程，在智能手机、可穿戴设备、工业与汽车等领域得到广泛采用，累计出货量超过15亿颗。
而在OPPO首款智能手表OPPO Watch、三星Galaxy S20系列、以及摩托罗拉razr智能手机中，我们还看到了泰雷兹的eSIM解决方案的身影。
结语
物与物相连，是物联网时代除了人与人、人与物之外，另一个新的沟通维度。没有人类直接参与，物联网芯片和设备还要同时满足快速、高容量、低功耗、低成本、环境耐受度高等多项苛刻条件。作为“物联网”的“身份证”，兼具以上特质的eSIM芯片将有望为智能可穿戴设备、目标定位监测、能源设备管理、物流运输、汽车、智慧农业等行业构建起一个全场景无缝超连接的社会。
