電子技術(shù)——實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景的基礎(chǔ)

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)議題持續(xù)發(fā)燒，在技術(shù)、應(yīng)用、及商業(yè)模式快速發(fā)展的情況下，越來越多聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)入日常生活中，為生活帶來更多便利性，同時(shí)也造就龐大的市場(chǎng)商機(jī)。

　　根據(jù)美國(guó)消費(fèi)科技協(xié)會(huì)(Consumer Technology Association;CTA)報(bào)告，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是2016年消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)品，預(yù)估將為市場(chǎng)創(chuàng)造2，870億美元的商機(jī)，而調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC則認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)將于2020年達(dá)到8.9兆美元，摩根史坦利更預(yù)測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)將在未來10年內(nèi)創(chuàng)造14.4兆美元的營(yíng)收。

　　在這股物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)背后，不只電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零組件開發(fā)與訂制化服務(wù)能力，扮演了重要的支持力量，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也為電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造未來10年的成長(zhǎng)動(dòng)力。

　　電子技術(shù) 實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景的基礎(chǔ)

　　物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，大致上可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，這3層各司其職、卻又環(huán)環(huán)相扣，共同架構(gòu)出物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的搜集、儲(chǔ)存與簡(jiǎn)單運(yùn)算，其會(huì)隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的類形而有所不同，應(yīng)用于消費(fèi)端的通常像是穿戴式設(shè)備、智能家電、智能汽車、服務(wù)型機(jī)器人等，如果是應(yīng)用在工業(yè)/商業(yè)環(huán)境，則可能是智慧機(jī)械、無人機(jī)、環(huán)境傳感器等。

　　而網(wǎng)絡(luò)層位在感知層上面，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送到云端平臺(tái)，方便用戶通過網(wǎng)絡(luò)存取平臺(tái)上的信息，通常會(huì)使用3G/4G、Wi-Fi等長(zhǎng)距離無線通信技術(shù)。最上層的應(yīng)用層，則是將物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備所搜集到的各種資料進(jìn)行分析與運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)各種不同目的的物聯(lián)應(yīng)用，包括環(huán)境檢測(cè)、智慧電力、智能交通、工業(yè)監(jiān)控、智能家居、城市管理等。

　　由此來看，物聯(lián)網(wǎng)需要各種不同技術(shù)，底層與中層用的是電子與通訊技術(shù)，上層則得仰仗云端運(yùn)算、海量數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)探勘、商業(yè)智能分析、應(yīng)用軟件/手機(jī)App等技術(shù)，其中，以電子技術(shù)架構(gòu)出的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景的基礎(chǔ)，通過終端設(shè)備搜集數(shù)據(jù)，才能產(chǎn)生后續(xù)各種應(yīng)用。

　　物聯(lián)芯片五大模塊技術(shù)趨勢(shì)

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備所使用的芯片，基本上包含以下五大區(qū)塊：微控制器、傳感器、電源管理、內(nèi)嵌式內(nèi)存、及無線通信。

　　傳感器通常會(huì)依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和目的來搭配使用，常見的有：溫度、震動(dòng)、陀螺儀、濕度、壓力、高度等;電源管理同樣也會(huì)根據(jù)終端應(yīng)用的形式而有不同設(shè)計(jì)，像穿戴式裝置就強(qiáng)調(diào)提高電池效率來延長(zhǎng)電池待機(jī)時(shí)間，而智慧汽車可能會(huì)使用功耗較大的處理器，電源管理IC要設(shè)法減少熱量產(chǎn)生，以便幫助設(shè)備散熱和提高運(yùn)作穩(wěn)定性。

　　內(nèi)嵌式內(nèi)存則有閃存(Flash Memory)、非揮發(fā)性內(nèi)存(NVM)、靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SRAM)三種選擇，由于物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對(duì)電池使用壽命的期待長(zhǎng)達(dá)5～10年，這使得具備低漏電特性的SRAM與高耐受性的NVM，逐漸成為市場(chǎng)新寵。

　　至于無線通信，過往比較常使用的是Zigbee、RFID、Bluetooth等感測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，或是2G、Wi-Fi、LTE等，只是隨著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)一直缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加上既有技術(shù)在使用上無法完全滿足物聯(lián)網(wǎng)需求，使得越來越多低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)技術(shù)問世，如：LoRaWAN、UNB、NB-IoT(窄頻蜂窩物聯(lián)網(wǎng))、LTE-Cat M等，每項(xiàng)技術(shù)背后都有不同的支持者，例如：IBM、思科支持LoRaWAN技術(shù)，華為則積極推動(dòng)NB-IoT產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)。

　　由于物聯(lián)網(wǎng)終端硬件肩負(fù)搜集數(shù)據(jù)的任務(wù)，體積輕薄短小、低耗電(或更長(zhǎng)的電池續(xù)航力)，成為物聯(lián)網(wǎng)芯片在發(fā)展過程中最主要的兩個(gè)方向，也因此，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)積極發(fā)展微縮制程來滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，像今(2016)年就已經(jīng)有業(yè)者準(zhǔn)備量產(chǎn)10納米制程的芯片，預(yù)期還會(huì)繼續(xù)投入研發(fā)更小的先進(jìn)制造技術(shù)，如：7納米。

　　另一方面，當(dāng)制程微縮至10納米以下，代表芯片整合的程度也會(huì)跟著大幅提高，而在整合的時(shí)候，如果無法在design-in階段以系統(tǒng)單芯片來解決，便必須要借助SiP等封裝技術(shù)，將上述物聯(lián)網(wǎng)芯片所需要的五大區(qū)塊整合為單一模塊。

　　掌握應(yīng)用趨勢(shì)與需求 是搶占物聯(lián)市場(chǎng)的關(guān)鍵

　　值得一提的是，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用種類多元化、需求也因此有很大的差異，例如針對(duì)消費(fèi)性穿戴式設(shè)備設(shè)計(jì)的系統(tǒng)單芯片，就和智能家居、工控自動(dòng)化、智能運(yùn)輸?shù)炔煌瑧?yīng)用領(lǐng)域關(guān)注的整合功能不同。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，對(duì)芯片的設(shè)計(jì)與架構(gòu)有很大的影響，不同應(yīng)用所需要的功能就不一樣。

　　舉例來說，高通專門為穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)的芯片Snapdragon Wear 2100，在無線通信技術(shù)上就選擇常見的藍(lán)牙、Wi-Fi、與LTE，方便用戶通過穿戴設(shè)備上網(wǎng)，又如日本半導(dǎo)體業(yè)者Lapis針對(duì)農(nóng)業(yè)/環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用開發(fā)的土壤感測(cè)單芯片，在一顆芯片內(nèi)同時(shí)整合土壤酸堿值、導(dǎo)電率和溫度3種感測(cè)功能，可以有效提高生產(chǎn)效率。

　　因此，電子業(yè)若要在未來的物聯(lián)市場(chǎng)上占有一席之地，首要前提就是掌握物聯(lián)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)和需求。目前，與日常生活結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最被看好，例如：智能家電、智能汽車、穿戴式設(shè)備，在2016年CES展中，就看到許多改變生活的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，像英特爾(Intel)與意大利眼鏡品牌Oakley合作推出智能眼鏡Radar Pace，配備語音互動(dòng)實(shí)時(shí)教練系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)分析運(yùn)動(dòng)員的身體狀況，并指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員如何反應(yīng)。

　　這些針對(duì)消費(fèi)大眾的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，在設(shè)計(jì)上有一個(gè)共通特點(diǎn)，就是強(qiáng)調(diào)整合、跨設(shè)備的使用體驗(yàn)，例如：福特汽車(Ford)與Amazon合作，將Amazon Echo語音助理系統(tǒng)Alexa，與車載娛樂通訊整合系統(tǒng)SYNC整合在一個(gè)接口里，車主在車上時(shí)可以通過Sync控制家中的車庫(kù)燈、門等設(shè)備，在家中也能實(shí)時(shí)掌握車輛狀況。

　　除了強(qiáng)調(diào)使用體驗(yàn)外，安全也是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備未來的發(fā)展重點(diǎn)，美國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全專家在2015年6月證實(shí)可以入侵克賴斯勒汽車的信息娛樂系統(tǒng) Uconnect，進(jìn)而遠(yuǎn)程控制汽車，例如：調(diào)整冷氣溫度、開關(guān)雨刷、操控方向盤及控制車速等，這項(xiàng)研究也使得克賴斯勒緊急召回140萬輛聯(lián)網(wǎng)汽車，更新程序與修補(bǔ)漏洞。

　　雖然物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至今尚未傳出大規(guī)模攻擊事件，或是對(duì)使用者造成實(shí)際損失，但是現(xiàn)在沒有不代表以后也不會(huì)有，而且物聯(lián)網(wǎng)終端裝置搜集了大量數(shù)據(jù)，對(duì)黑客來說是很大的誘因，為了不讓信息安全風(fēng)險(xiǎn)阻礙使用者的信心和使用意愿，安全將是物聯(lián)網(wǎng)未來的重要趨勢(shì)，日本NEC在2015下半年發(fā)表數(shù)據(jù)加密新技術(shù)OTR，縮短數(shù)據(jù)認(rèn)證和加密的時(shí)間，讓IoT設(shè)備能用更安全的方式傳輸數(shù)據(jù)，又不會(huì)拖累處理速度。

　　物聯(lián)網(wǎng)是改變?nèi)祟惿畹闹卮罂萍?，也是未來?shù)十年產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力，但因?yàn)槠鋺?yīng)用的多元性與豐富性，所以很難有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，唯有從應(yīng)用選擇合適的技術(shù)，才能在物聯(lián)市場(chǎng)上占得先機(jī)。