智能感知的市場與發(fā)展

摘要：本文針對智能感知在智能汽車、智能家居、可穿戴設(shè)備、智能工業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)中的MCU、連接方案及傳感器的應(yīng)用與發(fā)展，邀請相關(guān)廠商進行了深入探討和分析。

智能

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中對傳感器及MCU的要求

　　根據(jù)麥肯錫預(yù)測，從2016到2025年之間，智能汽車應(yīng)用平均每年創(chuàng)造$210B～$740B的價值，智慧城市應(yīng)用平均每年創(chuàng)造$930B～$1.7T的價值，智能工業(yè)應(yīng)用平均每年創(chuàng)造$1.2T～$3.7T的價值，智能家居應(yīng)用平均每年創(chuàng)造$200B～$350B的價值。

　　包括智能汽車、智慧城市和能源、智能工業(yè)和商業(yè)以及智能家居和消費設(shè)備在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將深刻改變?nèi)藗兩畹姆椒矫婷妫瑒?chuàng)造巨大的商業(yè)價值。此外，通信技術(shù)(ICT)也是英飛凌關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域。英飛凌可以幫助客戶實現(xiàn)其在能效、安全性和可靠性等方面的目標(biāo)。英飛凌擁有經(jīng)認證的標(biāo)準(zhǔn)化安全解決方案組合，適用于聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括服務(wù)器、路由器和網(wǎng)關(guān)。

　　在這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，對傳感器及MCU都有一定的要求。

　　1)智能汽車需要大量先進的傳感技術(shù)，包括運動感知、速度/位置傳感、胎壓傳感以及高級駕駛輔助系統(tǒng)/駕駛?cè)藛T監(jiān)控等。同時還需要跨應(yīng)用的控制技術(shù);

　　2)在智慧城市和能源方面，智能路燈需要傳感器來感知移動物體，對于MCU的需求則包括LED燈進行色彩和亮度的控制，以及對通信的管理;樓宇自動化對傳感器的需求包括位置傳感、語音交互以及市內(nèi)測量和導(dǎo)航，對MCU的需求包括控制、通信管理以及傳感器管理;

　　3)在智能工業(yè)和商業(yè)方面，工廠自動化對傳感器的需求包括速度和位置的傳感、角度和壓力的測量，同時也需要MCU來進行自動化控制;

　　4)在智能家居和消費設(shè)備方面，智能家居對傳感器的需求包括語音傳感(警報觸發(fā))、智能抄表、位置感知、市內(nèi)導(dǎo)航以及壓力傳感，對MCU的需求包括控制、通信管理以及傳感器管理。

　　在針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的傳感器領(lǐng)域，英飛凌擁有豐富多樣的產(chǎn)品。應(yīng)用于馬達位置測量、變速器控制的電磁傳感器，應(yīng)用于盲點檢測、自適應(yīng)巡航控制以及自動剎車控制的24/77GHz雷達傳感器，應(yīng)用于導(dǎo)航、運動與健康監(jiān)測、側(cè)面碰撞/人行道檢測的壓力傳感器等;在MCU領(lǐng)域，我們提供的產(chǎn)品包括應(yīng)用于車輛內(nèi)/外通信控制、網(wǎng)關(guān)通信控制、動力系統(tǒng)/逆變器控制以及輔助駕駛的AURIXTM微控制器產(chǎn)品線，應(yīng)用于智能家居、健康/健身、交通和基礎(chǔ)設(shè)施以及自動控制、充電站、逆變器控制的XMCTM微控制器產(chǎn)品線。

　　Cypress適用于可穿戴產(chǎn)品的PSoC系列

　　Cypress經(jīng)過近年來的技術(shù)革新和兼并收購，培育了一大批物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場以及客戶，包括智能家電、工業(yè)自動化、智能移動設(shè)備以及可穿戴設(shè)備等。這些應(yīng)用與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)革新和個體消費需求密切相關(guān)，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。而其中可穿戴是未來公司投資和發(fā)展的重要物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。盡管在這個領(lǐng)域已經(jīng)有很多競爭對手在積極參與，但是Cypress經(jīng)過過去幾年的發(fā)展，已經(jīng)開始逐漸成熟并培育了不少頗具潛力的應(yīng)用，包括和健康、運動、醫(yī)療相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)。

　　對于應(yīng)用在可穿戴設(shè)備產(chǎn)品中的MCU，基本的需求是低功耗、小封裝、高集成度和易用性。其中高集成度方面除了傳統(tǒng)的數(shù)字通訊接口、控制接口以及模擬采集接口外，我們也看到了越來越多的無線通訊接口需求。另外，近年來對于可穿戴產(chǎn)品數(shù)據(jù)安全的考慮，MCU的安全性(包括用戶認證和數(shù)據(jù)加密等)也越來越受關(guān)注。

　　Cypress的PSoC系列可編程MCU適用于可穿戴產(chǎn)品。我們的PSoC產(chǎn)品不僅具有高集成度和低功耗的特點，還集成了Cypress特有的可編程數(shù)字和模擬單元，使用戶在開發(fā)過程中具備高度的靈活性，在不需要修改硬件的情況下實現(xiàn)功能的擴展和調(diào)試。PSoC Creator圖形化開發(fā)工具也使得用戶的開發(fā)變得非常直觀和便捷，為可穿戴產(chǎn)品的快速上市提供了強力的支持。另外，除了成熟的PSoC 4低功耗、可編程Cortex-M0+ MCU產(chǎn)品外，我們也將很快推出超低功耗、高性能，集成藍牙、觸摸和模擬前端等高級功能的PSoC 6系列。這個產(chǎn)品是為可穿戴產(chǎn)品量身定制的。在收購了博通IoT無線產(chǎn)品部門后，Cypress在Wi-Fi和藍牙領(lǐng)域的實力也大大加強，為可穿戴應(yīng)用提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　物聯(lián)網(wǎng)對軟件與硬件的需求

　　MCU是物聯(lián)網(wǎng)的基本組成單元，毫無疑問會有廣泛應(yīng)用的市場需求，但物聯(lián)網(wǎng)市場的碎片化也會帶來不同的需求。半導(dǎo)體工藝的演進以及新的通信連接技術(shù)都會帶動芯片市場的變化，比如傳統(tǒng)的以控制功能為主要任務(wù)的MCU，它的技術(shù)路線可能會進一步延展到對物理世界認知能力的不斷改善提高，一方面會依托各種Sensor/MEMS等模擬器件的進步，另一方面也會催生基于更復(fù)雜算法情況下對于處理器性能的更高要求。同時MCU的控制功能可能會和連接功能進一步區(qū)分開，會有越來越多專門針對物聯(lián)網(wǎng)的連接協(xié)議及安全/設(shè)備管理以及與云端對接的專門IoT連接產(chǎn)品，它們可以使用更先進的半導(dǎo)體工藝以降低功耗和成本，因為它們可能不用再繼續(xù)擔(dān)心模擬器件對工藝的不同需求。

　　除了硬件產(chǎn)品，我們認為軟件在物聯(lián)網(wǎng)時代將發(fā)揮越來越大的作用，一個典型例子就是對于算法IP包括數(shù)據(jù)信息安全的保障。隨著物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備以及數(shù)據(jù)的增加，我們覺得這方面的市場需求將會日益顯現(xiàn)。

　　很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由于工作場合的限制會采用電池供電以及無線連接，這對MCU的低功耗有著迫切的需求。但同時物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用又是碎片化的，所以芯片廠商為了平衡成本只能采用通用MCU來嘗試涵蓋大部分應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體工藝的演進以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場的發(fā)展，將來也許會有廠商針對物聯(lián)網(wǎng)市場開發(fā)出專用的芯片，現(xiàn)有MCU中常用的模擬外設(shè)等功能也許會被拿掉，從而專注于算法和連接，在更先進的半導(dǎo)體工藝下實現(xiàn)更低的功耗及成本。簡單說就是以控制為主要功能的MCU和以智能化分析/連接為主要功能的物聯(lián)網(wǎng)芯片也許會分家但又同時共存。

　　Imagination可擴展處理器IP解決方案

　　MCU是促進物聯(lián)網(wǎng)增長的關(guān)鍵器件，未來幾年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品數(shù)量將會大大增加。主要領(lǐng)域包括智慧城市、工業(yè)控制、無線通信、汽車、醫(yī)療監(jiān)測、可穿戴設(shè)備等。Imagination產(chǎn)品可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)從前沿設(shè)備到云端的多個領(lǐng)域，其中MIPS M級別CPU適用于為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供支持的MCU，涵蓋從傳感器控制到視頻監(jiān)控/管理系統(tǒng)。

　　MCU應(yīng)用的廣泛性對性能、功能、特點和運行環(huán)境都有具體要求，這意味著MCU必須是靈活可擴展的。另一方面，MCU必須有很高的動態(tài)功效，可使系統(tǒng)在最小功率范圍內(nèi)(50到300MHz以上)運行。

　　只有CPU的系統(tǒng)無法實現(xiàn)傳感器控制和管理產(chǎn)生的大量信號處理需求。Sensor Fusion(傳感器融合)適用于單個系統(tǒng)里的多傳感器采集。這需要高水平的信號處理能力，將信號從嘈雜的環(huán)境中分離出來。Sensor Fusion提供實時校準(zhǔn)和自校正控制，在有時間限制的應(yīng)用中，只能通過使用高精度的DSP和FPU協(xié)處理能力實現(xiàn)。同時，這也給許多傳感器帶來了挑戰(zhàn)，如加速傳感器、陀螺儀、壓力/溫度/觸摸傳感器等，每一個傳感器都有自己的控制/管理算法，通過給DSP/FPU下達指令實現(xiàn)一個高效的系統(tǒng)。

　　因為MCU適合更大的系統(tǒng)，設(shè)計者必須考慮到MCU可以與其他組件輕松集成。比如有相同的/通用總線接口，可無縫連接外圍設(shè)備和通信模塊，如Wi-Fi和低功耗藍牙。互操作性和安全性也同樣重要。不同來源的系統(tǒng)和設(shè)備必須能夠共同工作，確保用戶、設(shè)備和云端的無障礙溝通。這就需要開放的標(biāo)準(zhǔn)。除此以外，安全性、可靠性以及在汽車行業(yè)的認證也是需要考慮的因素。

　　Imagination提供一系列可擴展的處理器IP解決方案(包括PowerVR多媒體、MIPS CPU以及Ensigma連接)，幫助設(shè)計師輕松快速地開發(fā)出差異化的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。我們的IP家族由OmniShield多域安全技術(shù)支持，我們將這項技術(shù)帶入包括MCU級別的CPU各層次的產(chǎn)品線。我們的技術(shù)還可以一起工作，提供更深層次的差異化。例如，MIPS和Ensigma共同應(yīng)用在Ensigma Whisper射頻處理器(RPUs)上，為需要延長電池壽命、降低成本的可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)以及其他連接設(shè)備提供支持。

連接

　　M2.COM無線傳感平臺推動無線傳感網(wǎng)發(fā)展

　　科技的發(fā)展拉動了物聯(lián)產(chǎn)業(yè)的快速增長，而物聯(lián)網(wǎng)有三個層面的需求，第一是要把信息收集起來，第二是通過一個安全的通道把這些前端信息傳輸回來，第三就是對收回的這些信息進行應(yīng)用。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，目前最迫切需要解決的問題是如何快速且精準(zhǔn)地搜集數(shù)據(jù)。要解決這個問題，需要具備傳感接入、無線傳輸技術(shù)與嵌入式運算等三種核心能力。

　　由于傳感器有溫度、氣體、二氧化碳、濕度等各種數(shù)據(jù)，因此，它們的接口都不同，過去行業(yè)里沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各自有各自的協(xié)議，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的落地。針對前端傳感器的接口標(biāo)準(zhǔn)，研華等企業(yè)聯(lián)手推出了M2.COM。

　　M2.COM為開放式標(biāo)準(zhǔn)“感?傳”平臺，為物聯(lián)網(wǎng)平臺提供商、通信服務(wù)提供商、系統(tǒng)集成商和技術(shù)供貨商提供一個共同的標(biāo)準(zhǔn)平臺，促成各界的伙伴合作與技術(shù)交流，來達成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。M2.COM標(biāo)準(zhǔn)是開放的，其標(biāo)準(zhǔn)模塊很小，傳感器廠商只要再做一個底下的搭板，兩個板搭起來就變成無線傳感模塊。目前已與合作伙伴推出多個小板。

　　未來5~10年研華主做兩件事。第一，所做的軟硬件模塊/中間件可以用在各行各業(yè)，例如在影像技術(shù)領(lǐng)域提供基本的中間件，使客戶能夠做上面的各種應(yīng)用，諸如零售業(yè)的人流統(tǒng)計，工廠的機器視覺等。第二，把全球的大廠聚集起來，一起推M2.COM標(biāo)準(zhǔn)，使無線傳感網(wǎng)快速建立起來。因為物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的是感知、搜集信號/數(shù)據(jù)，原本傳統(tǒng)做傳感、模塊的不同廠商，要可以讓它們互相通信。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第13頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。