打造無電池綠色環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)——賽普拉斯能量收集解決方案

　　第五屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2016產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會

　　時間：2016.01.14 下午

　　地點：深圳南山軟件創(chuàng)業(yè)基地 IC咖啡

　　演講主題：打造無電池綠色環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)——賽普拉斯能量收集解決方案

　　演講人：李冬冬，Cypress半導體模擬芯片產(chǎn)品經(jīng)理

　　主持人：接下來進行第二場演講，剛才提到了5G的應用場景是現(xiàn)在非?；鸨腎OT的應用，市場空間很大，但是大家也都知道，經(jīng)歷了2015年上半年投資的狂熱以及一些創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新在IOT領(lǐng)域的熱潮，但是現(xiàn)在這股熱潮我們觀察趨于冷靜，人們的目光重新回歸過硬的產(chǎn)品設(shè)計和用戶價值、應用空間上。2016年產(chǎn)業(yè)將開啟更多細分市場以及比較多產(chǎn)品形態(tài)的個性化開發(fā)時代，所以今天我們接下來的這場演講，我相信會給大家?guī)聿灰粯拥脑O(shè)計上的提升，特別是在能耗節(jié)能和電池的節(jié)省方面。

　　大家都知道IOT時代帶來的是數(shù)以萬計的大數(shù)據(jù)和幾倍于人口數(shù)量的傳感器的應用。傳感器對物聯(lián)網(wǎng)的應用不可或缺，但是大家也知道，很多傳感器的部署和場景往往不太適合經(jīng)常更換電池、也不方便去更換這么大量的電池。我們接下來的Cypress的介紹是有關(guān)于他們能量收集方面的最新技術(shù)。這里也分享一下，最近在CES的展會現(xiàn)場他們也做了相應的展示，Cypress的太陽能的藍牙能量收集技術(shù)已經(jīng)被美國知名的ID博客評為CES十大最佳技術(shù)，我們也非常期待他們將CES上最新展示的方案給我們做一個講解和介紹。

　　介紹一下接下來的這位演講嘉賓，他是Cypress半導體模擬芯片產(chǎn)品經(jīng)理李冬冬先生。李冬冬先生目前負責Cypress的產(chǎn)品在亞太區(qū)的推廣。李先生加入Cypress之前，曾在美國研諾以及富士通半導體擔任過研發(fā)工程師、市場工程師等職位工作，具有豐富的技術(shù)和市場推廣經(jīng)驗。我們有請李冬冬為我們介紹在CES上被評為十大最佳技術(shù)之一的能量收集技術(shù)。有請李先生!

　　李冬冬：各位上午好!

　　很高興來到深圳，很高興來到IC咖啡，很高興能參加ICT這個媒體論壇。我是來自Cypress模擬芯片的李冬冬。

　　我看了一下在座的各位，大家都是出生在20世紀的吧?沒有00后吧?我也是出生在20世紀。在我小的時候，是20世紀末，經(jīng)?？匆恍┛萍夹缘奈恼潞涂萍夹缘碾娨暎锩娼?jīng)常有一些對21世紀科技的猜想，其中我印象比較深的幾個，一個是說21世紀智能科技要取代人類。我記得印象還比較深的是我們不需要吃飯，吃牙膏一樣的東西就能生存下去。我不知道大家現(xiàn)在吃牙膏一樣的東西能不能生存，反正我不行，我早上吃了兩個包子。當時聽了很多關(guān)于21世紀的猜想，我們現(xiàn)在已經(jīng)處于21世紀，21世紀也過了十幾年了，對于過去的很多猜想看起來虛無縹渺，反而是當時沒有猜想到的一些東西現(xiàn)在成就了我們意想不到的東西，最最突出的是什么?大家在20年前永遠沒有想到的東西，網(wǎng)絡(luò)。誰能在20年前、10年前想到網(wǎng)絡(luò)能把我們的生活改變成現(xiàn)在這樣子?如果大家20年前能想到的話，在座的都是馬云，對不對?最牛的是互聯(lián)網(wǎng)。第二牛的是物聯(lián)網(wǎng)。

　　互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)讓我們看到了它巨大的能量，但是物聯(lián)網(wǎng)還在發(fā)展或者說前期的準備工作中。今天就讓我跟大家一起聊一聊物聯(lián)網(wǎng)的一些事情。

　　職責所在，我是Cypress的員工，所以容我先介紹一下Cypress的這家公司。我們是NewCypress，因為Cypress在2015年和美國另外一家半導體股票互換變成一家新的公司。Cypress原來是在全球最大的SRAM供應商，也是全球最大的in nvSRAM提供商，也是擁有30年P(guān)SoC經(jīng)驗的公司。Spansion是日本最大的Memory for Embedded產(chǎn)品線供應商和Analog產(chǎn)品線供應商。

　　合并了以后，新的Cypress是大概每年收益在20億左右美金的一家芯片公司。合并以后的全球員工數(shù)在7000左右。合并以后產(chǎn)品線也非常豐富了，有Memory，還包括汽車方面的MCU，還有PMIC，還有藍牙和電源管理芯片。

　　這是我們Cypress關(guān)注的市場(見PPT)，從Mobile Devices，到手表、醫(yī)療等等，所有用到芯片的地方就有Cypress的應用市場。

　　前面是對Cypress的介紹，簡單來講是，我們是一家芯片公司，什么芯片都賣。

　　回到我們的主題，我們看一下物聯(lián)網(wǎng)的一些事。

　　“物聯(lián)網(wǎng)”這個概念其實出來的很早。我們從2013年開始，各大公司都有對物聯(lián)網(wǎng)的預測。這個預測在于什么呢?覺得物聯(lián)網(wǎng)是萬物相聯(lián)。這個預測是我們到底有多少器件在未來會被連接到網(wǎng)絡(luò)上。從2013年開始，高德納(音)是非常著名的一家技術(shù)分析公司，他提供了一個數(shù)據(jù)，到2020年世界上將會有250億的器件會被連接到網(wǎng)絡(luò)。同時，思科在2014年的時候也給出了一個數(shù)據(jù)，他說到2020年全球會有500億的器件被連接到網(wǎng)絡(luò)。在其后的幾個月，英特爾也給出了一個數(shù)據(jù)，跟他是一樣的，也是500億。另外還有ARM30億。不管是怎樣的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)都是一個非常巨大的量級。

　　我們到2020年，人類的人口是多少?我們預測是70億人口。我們身邊的器件至少有幾百億會被連接到網(wǎng)絡(luò)。這意味著什么?意味著生活當中，一個人身邊將會有7-10個左右的器件是被連接到網(wǎng)絡(luò)的。

　　相對應的其他一些市場，大家現(xiàn)在看到比較大的市場是PC的市場，也就是電腦。全球每年有多少個PC?只有3億。還有一個很大的市場，剛剛也有提到，就是手機，到2020年一個人可能有三臺。有多少臺家電?50億，無論哪個數(shù)量級都非常大，所以物聯(lián)網(wǎng)市場是未來最大、最值得期待的市場之一。

　　這張圖(見PPT)是我為了今天的會議特別找出來的圖，我覺得特別適合今天的會。這張圖也是高德納(音)2015年發(fā)布的新興技術(shù)成熟曲線圖。大家可以看一下這個圖，豎軸是技術(shù)的期望度，橫軸有幾個區(qū)間，第一的區(qū)間是技術(shù)的萌芽期，第二個區(qū)間是高峰期，第三個區(qū)間有人叫幻滅期或者失望期，我們把它叫冷靜期，第四的區(qū)間叫復蘇期。最后一個期是穩(wěn)定期，就是可以去量產(chǎn)，可以真正的對我們的生活有益處。這張圖中IOT在哪里?IOT在高峰期的最高峰。單純從這張圖大家能看出什么?其實還有一張圖是2014年的，我沒有放上去，2014年IOT也在這里，也在高峰期，但是在爬坡。這是2015年發(fā)布的數(shù)據(jù)，它已經(jīng)到了高峰期的臨點，這已經(jīng)發(fā)生了變化。這個技術(shù)是第一次出現(xiàn)在這個階段，處再萌芽期的爬坡期。無論是IOT還是IOT平臺也好，冠以這個技術(shù)的是我們期待的，但是真正實現(xiàn)這個技術(shù)的，我們也希望這個技術(shù)能夠大賣和成熟。這里有一個綠色點，意思是5-10年以后會變得趨于成熟。

　　今天是媒體論壇，我想大家都需要聽一些新的東西，所以就把這些數(shù)據(jù)拿出來，讓大家看一些跟現(xiàn)在成熟的東西不一樣的東西。

　　下面再講一些案例，聽故事總歸是比較有意思的。這是一家IOT的案例，小松在2001年的時候做了一個巨大的改變，當時沒有物聯(lián)網(wǎng)這個概念，但是他應用到了物聯(lián)網(wǎng)這個東西。他是做一些機械儀器的。他的機械儀器是搭乘了GPS、傳感器和網(wǎng)絡(luò)，它可以快速的去定位機器在哪里，去不停的檢測機器的狀況和檢測機器的故障，這是它的作用。最終對客戶能產(chǎn)生什么益處呢?首先，他有GPS，可以快速的找到壞掉的機器在哪里，以最快的速度幫你修好。第二，到了現(xiàn)場以后，因為一直有傳感器檢測機器狀況，可以快速的分析故障在哪里，在現(xiàn)場可以非?？斓膸湍阈藓谩＿@樣的好處在于什么?這是工業(yè)，工業(yè)最大的麻煩在于停產(chǎn)，不在于壞，一停產(chǎn)損失是非常非常大的。這個技術(shù)中文叫康查士系統(tǒng)(KOMTRAX)(見PPT)，大家可以上網(wǎng)去查一下。像這種系統(tǒng)可以非?？焖俚慕鉀Q客戶的故障，減少你的停產(chǎn)時間，而且可以幫你預估機器什么時間應該維修或者維護一下，非常智能化，而不是出現(xiàn)很大故障以后去修，一修就好幾天。雖然小松的機器比其他的機器貴很多，但是客戶也會認同，因為可以節(jié)省因為停工而產(chǎn)生的一些損失。自從小松在2001年開發(fā)這個系統(tǒng)，2001年的時候小松屬于財政赤字的最低端，自此以后，因為這套系統(tǒng)他慢慢的改善了自己的財務狀況。這是工業(yè)方面的成功案例。

　　接下來Nest這家公司，這家公司以前我沒有聽說，因為它的產(chǎn)品只在美國賣，在中國沒有，最出名的事情是被Google收購了。知道多少錢被收購的嗎?32億美元。大家想一想，只有兩個產(chǎn)品的一家公司用32億美元被國際性的最大的互聯(lián)網(wǎng)公司Google收購。

　　他們只做這兩個產(chǎn)品(見PPT)，第一個產(chǎn)品叫溫控器或者叫恒溫器。溫控器里面可以自我學習，里面搭配了各種各樣的傳感器，有溫度、濕度，還有一些對于動作判斷的傳感器。另外，它搭載了網(wǎng)絡(luò)，它是用WiFi的。它可以監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及有沒有人，自動的去控制家里面的溫控系統(tǒng)，包括你的空調(diào)。這個為什么在美國賣呢?因為美國別墅里面還有通風系統(tǒng)，因為都是獨門獨戶的，家里的暖氣系統(tǒng)比較復雜，不只是空調(diào)，還包括通風系統(tǒng)，這個恒溫器都可以進行控制。

　　你還可以通過你的手機遠程的控制這個恒溫器，它還可以自我學習。比如說你有一天設(shè)定好家里在這個時間點是這個緯度，家里一個人或者兩個人的時候分別是什么緯度。然后它會記住，如果你在家里不做相應的改變，它就會把這種特定的模式調(diào)出來，非常智能。這個公司賣的好評很好，但是沒有大賣。Google收購了之后，跟奧斯汀的一個電力公司進行合作，跟奧斯汀的電力公司說我免費給你，但是你省下來的電5%給我。那一年一個月整個奧斯汀省了110億美金的電。平時賣多少錢?本來賣249美金，也就是250美金，所以在2014年用一個月時間，這一款恒溫器送出了10萬個，省了110億美金的電費。

　　根據(jù)其他廠家和恒溫機構(gòu)的評估，像這個恒溫器能夠幫助家庭節(jié)省12%-15%的電費，也就是暖氣的電費。從能源部門來講，他們評估說這個恒溫器可以節(jié)省20%的暖氣和制冷的能源費用。這是它的第一個產(chǎn)品。

　　第二個產(chǎn)品叫煙感器。由于時間有限，我不具體介紹，只講一下它的商業(yè)模式。技術(shù)差不多，里面也是搭乘了傳感器和WiFi。它的商業(yè)模式是跟保險公司合作，跟美國的兩大保險公司合作，也是低價或者免費的提供給客戶。如果客戶在家里使用這個煙感器，保險公司做一個事情，可以免費的把你的保費降低5%，對于保險公司來說也安全，對于客戶來說也需要，他也安全。大家知道保險是為了安全。

　　另外這個產(chǎn)品(見PPT)這是監(jiān)測家庭里面有沒有一些異常情況，這是Google收購之后一年發(fā)布的產(chǎn)品。這是智能家具的應用。

　　我們再看一下這個，這張圖比較有意思(見PPT)，這家公司叫DAIRYMASTER，是歐洲一家奶酪業(yè)的設(shè)備廠家。我之所以聽說它是因為它發(fā)明了一套系統(tǒng)，叫幕尼塔(Moo-Monitor)(音)，有一個中文名字叫奶牛自動發(fā)情檢測系統(tǒng)。它是用來干什么的?最主要的功能是檢測這個牛的發(fā)情時間，準確率可以達到88.6%。為什么會有這樣的一個系統(tǒng)呢?因為母牛的發(fā)情期通常在半夜。歐洲人注重生活，晚上不可能盯著牛，但是牛發(fā)情了他也沒有辦法，錯過發(fā)情時間牛就生不出來，導致錯過一個周期，產(chǎn)奶量會低很多。有了這個系統(tǒng)就可以監(jiān)測牛的發(fā)情期，24小時不斷的監(jiān)測。一旦這個?？彀l(fā)情了，它就告訴農(nóng)場主，農(nóng)場主就把公牛、母牛放在一起。給大家?guī)讉€數(shù)據(jù)，我們只說美國一個地方，可能美國一個地方一年因為這個系統(tǒng)可以提高3億美金的奶酪的產(chǎn)量和成本的削減。大家知道全球有多少頭牛嗎?有2.5億頭牛。同時，聯(lián)合國的糧食組織發(fā)布了一個數(shù)據(jù)，說全球有10萬頭豬和10萬頭以上的羊。如果把這個DAIRYMASTER發(fā)布的產(chǎn)品，除了應用到牛身上，再應用到豬和羊身上，這個產(chǎn)生的效應是非常大的。這是農(nóng)業(yè)方面的。

　　前面舉了工業(yè)、智能家居以及農(nóng)業(yè)方面的例子，我們看一下物聯(lián)網(wǎng)是怎么產(chǎn)生的架構(gòu)。

　　非常類似，雖然是不同的市場、不同的案例，但是架構(gòu)是非常類似的，都同樣的需要傳感器去監(jiān)測環(huán)境，然后需要一個網(wǎng)絡(luò)去傳輸數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)當中最重要的點是兩個：一個是傳感器，第二個是網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)方面前面已經(jīng)講過了，我正好不用講了，那我來講一講傳感器。

　　剛剛的應用案例當中，大家有沒有發(fā)現(xiàn)，我們講到的傳感器有一個特點，全部是無線的。我們講到2020年全球有500億的器件會被連接到網(wǎng)絡(luò)，在這500億的器件當中將有50億的器件是無線連接的。我們認為無線傳感器結(jié)點的市場規(guī)模到2020年是10%-20%連接到網(wǎng)絡(luò)器件的份額。

　　接下來談一談無線傳感器節(jié)點。剛剛講的最重要的是無線傳感器，我們現(xiàn)在的無線傳感器沒有什么問題，用了就完了。很簡單，我們現(xiàn)在的無線傳感器少，目前全世界也就1-2億個傳感器節(jié)點，目前最主要的是用電池給傳感器供電。問題是到了2020年有50億的無線傳感器節(jié)點需要供電，你每年需要更換巨大數(shù)量的電池，電池的浪費以及電池對環(huán)境的污染，包括人工換電池的維護費用，這些是非常巨大的，所以這是我們無線傳感器最巨大的挑戰(zhàn)，就是怎么讓它供電。除了費用以外，我們發(fā)現(xiàn)在一些物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境，比如說交通、橋梁監(jiān)測、湖海河流監(jiān)測，包括智能家居，比如說樓宇、煙囪，在這些地方你放置了我們的無線傳感器節(jié)點，想起一個有意思的話題，我看到在座的有北京來的朋友，我不是說北京的壞話，我去北京看到一個客戶，看到那個客戶我當時沒有想什么，最近突然跟一些熱點聯(lián)想在一起，中國最牛的偵探，就是朝陽區(qū)群眾。這一幫偵探很牛，經(jīng)?？梢哉业侥切┐罂?。我們北京客戶也搞了一個這樣的系統(tǒng)，他們實驗室有一個比這個還大的屏幕，他們顯示給我們看一些東西，他說讓我看朝陽區(qū)的情況。他們做了幾個事情，是朝陽區(qū)政府讓他們做的。什么事情?第一個事情，去朝陽區(qū)不要亂停車，他們地底下都埋了東西。沒有收費的地方，他在地底上埋了傳感器，你們看不到，因為都是半夜施工。他說，你看，這些地方都是亂停車的，一會兒就被警察給查了。

　　還有一個地方攝像頭，放在電線桿上，可以監(jiān)測到朝陽區(qū)的室外情況。室內(nèi)情況我們不知道怎么監(jiān)測的。像這種地方你怎么可能鋪這么多電線，沒有辦法改變這個基建，只能挖一個地方放在里面，換電池很麻煩，人工也很貴，每隔半年跟政府講一遍，你要經(jīng)過多少審批，要花多少錢，所以這些都需要不需要換電池的技術(shù)。什么樣的技術(shù)不需要換電池?就是我們今天講到的能量收集技術(shù)。

　　能量收集技術(shù)可以減少一部分電池的使用，可以讓我們的無線傳感器結(jié)點受到的一些限制性減少到更少。到底什么是能量收集技術(shù)?簡單講就是把環(huán)境當中的能量收集起來，然后把這種能量應用到電力、應用到我們的無線傳感器節(jié)點，應用到我們的RF的這種技術(shù)。環(huán)境當中什么能量是可以被利用起來的呢?像我們最常見的是光能、動能、熱能，這些能量都是可以被收集的。

　　這張表是能量收集的范疇(見PPT)，風車發(fā)電也是能量收集，但不屬于這個范疇。從100毫瓦到10納瓦以上，像下面這個屬于1豪瓦級別，1瓦方面就是像GSM手機，這個范圍就不屬于能量收集了。

　　這是我們?nèi)粘１容^熟悉的能量收集(見PPT)，計算器、手表，這個表盤就是能量收集的器件。

　　這里再給大家講一些故事。這是一個海象，上面放了一個監(jiān)測器，監(jiān)測海象從美國東海岸游回到阿拉斯加的路線。如果用電池的話，它游不到一半就沒有電了。這里面放了兩個能量收集的裝置，一個是光能的，一個是動能的，結(jié)合起來，讓這個傳感器和記錄器一直的保持工作。

　　這是應用在動物身上的(見PPT)，跟剛才的牛身上的類似，但是那個牛的是用電池的，這個馬的是用振動的動能，馬肯定經(jīng)常動，動起來就會產(chǎn)生能量，會監(jiān)測這個馬的骨骼和血液情況。

　　左下方的圖(見PPT)是印度的電鋼廠，印度雖然比較熱，30度、40度，中間有一個溫差，會產(chǎn)生能量給這個傳感器供電。做這個設(shè)計的時候是和電池一起配合使用的。這一個新應用，到目前為止三個月了，這個電池還沒有更換。

　　這是有名的Google眼鏡(見PPT)，有一個是監(jiān)測眼睛的血糖成分的，完全也是沒有電池的。

　　最后一張圖叫施華洛士奇他們發(fā)布的兩款智能手表，這邊透明的是用電池的，可以使用六個月。這一款叫紫羅蘭款，里面是用能量收集技術(shù)做的，里面的表盤是太陽能面板，可以不用電池，一直工作。

　　這些是我們能量收集的一些應用。能量收集的是怎樣的呢?我們首先需要一個能量收集的器件，比如說太陽能面板收集光能，這個板收集動能，通過管理芯片把這些不穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的能量存儲在電容里面，電容再給這個系統(tǒng)供電，這是一個過程。

　　在這里還要講一下，我們雖然全球有各種各樣的近距離無線技術(shù)，但是對于能量收集來講，最適合我們的技術(shù)是非常低功耗的技術(shù)。像BLE搭乘了這個技術(shù)，將是能量收集最好的應用。

　　接下來介紹一下我們的芯片。我講到我們在無線傳感器的設(shè)計當中工程師會面臨一些問題。第一個問題，如果我用電力線去供電，那個數(shù)據(jù)太大了，那么多傳感器，電力線的安置費用抬高了。第二，如果用電池供電，需要經(jīng)常的周期性的更換，而且很多地方還很難換，維護費用很高。我們就需要收集來做，能量收集也會有一些缺陷，缺陷主要在于傳統(tǒng)能量收集會受到一些限制，比如說光照比較弱的地方怎么辦?對體積要求比較高的，特別是工業(yè)的或者消費類的，比如說可穿戴的一些地方它怎么去用?另外，我們能量收集方面還有很多計算，當然能量收集并不是太陽能面板接上去就可以了，需要存儲的計算和穩(wěn)壓的過程。這里面我們還需要非常特殊、非常低功耗的芯片。另外還有計算，需要特別多的計算。這些都是工程師會面臨的問題，當然我們Cypress能解決這些問題。

　　我們在去年8月份做了一款新的能量收集芯片，以及做了一款全球最小、最低功耗的無線傳感器，應該說是太陽能供電的無線傳感器模塊。我給大家看一下有多小。就是我手中這么小，跟大家的拇指蓋差不多大小。今天我們有帶樣板過來，大家可以看一下。

　　這個模塊是依據(jù)我們的S6AE101A的能量芯片做的。給大家說幾大特點：第一大特點，超低功耗，它的電流只有250納安(nA);第二大特點，這個數(shù)據(jù)250nA 全球第一;第三個特點，集成度非常高，不需要你外圍搭乘任何電源方面的芯片，一顆就搞定。所以我們可以用一平方厘米的太陽面板就可以讓這個芯片工作起來，讓這個系統(tǒng)工作起來。

　　這表虛線是一平米太陽能面板的功率，這是Cypress的電源管理系統(tǒng)功率，這是競爭對手的能量收集功率，其他家至少在900的屬于才能用一厘米的啟動，我們在100多的時候就可以啟動。