無線物聯(lián)網(wǎng)對元器件帶來的挑戰(zhàn)與因應(yīng)之道

Silicon Labs（亦稱“ 芯科科技”）首席技術(shù)官兼技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)高級副總裁Daniel Cooley先生近期接受電子產(chǎn)品世界（EEPW）的專訪，進一步說明物聯(lián)網(wǎng)趨勢和無線連接技術(shù)的未來發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)存在廣泛的無線連接方案

芯科科技作為一家專注于物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)，擁有業(yè)界全面的無線產(chǎn)品組合，支持多樣化的無線通信協(xié)議，包括藍(lán)牙、Matter、專有協(xié)議、Thread、Wi-SUN、Wi-Fi、Zigbee 和Z-Wave 等。

芯科科技首席技術(shù)官兼技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)高級副總裁Daniel Cooley

不同的物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)有著各自的特性，可應(yīng)用于不同的垂直領(lǐng)域。智能家居、智慧城市、互聯(lián)健康、工業(yè)和商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等都是芯科科技重點關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域，芯科科技也針對這些領(lǐng)域推出了多種全新的產(chǎn)品和解決方案，以滿足不同的應(yīng)用需求。

在智能家居領(lǐng)域，Matter 作為應(yīng)用層協(xié)議出現(xiàn)，為智能家居設(shè)備提供了一種通用語言。芯科科技以2.4 GHz 無線MG24 SoC 為核心的Matter 開發(fā)平臺可支持低功耗藍(lán)牙（BLE）、Wi-Fi 和Thread。同時，面向Matter 的Unify SDK 軟件開發(fā)平臺則為開發(fā)人員提供了將Matter 橋接到其他物聯(lián)網(wǎng)平臺（包括Zigbee和Z-Wave）所需的環(huán)境和工具。這些硬軟件開發(fā)平臺將推動智能家居技術(shù)進步，進而徹底改變智能家居體驗。除了智能家居，MG24 及其一同推出的BG24 也可用于互聯(lián)健康領(lǐng)域。此外，2023 年3 月，芯科科技還推出了專為極小尺寸物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而設(shè)計的BG27 和MG27SoC，這對極小的電池優(yōu)化型互聯(lián)醫(yī)療設(shè)備、可穿戴醫(yī)療設(shè)備而言，是非常理想的選擇。

面向智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等距離覆蓋應(yīng)用場景，Sub-GHz 無線技術(shù)非常重要且應(yīng)用廣泛，這包括Wi-SUN 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Amazon Sidewalk 這樣的服務(wù)商協(xié)議，以及專有協(xié)議。芯科科技在這方面可以提供完整的解決方案，包括專為Wi-SUN 和專有協(xié)議設(shè)計的旗艦版FG25 SoC，以及同時支持Amazon Sidewalk、Wi-SUN 和專有協(xié)議的全新雙頻FG28 SoC。

無線元器件的挑戰(zhàn)

看看今天的物聯(lián)網(wǎng)，我們已經(jīng)安裝了350~400 億臺設(shè)備，而且這個數(shù)字還在快速增長中。據(jù)估計，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在我們的工廠、工作場所、家庭、辦公室、城市、醫(yī)療設(shè)施等場景中產(chǎn)生了（5.5~12.6）萬億美元的影響。在這些終端產(chǎn)品上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將帶來更高的安全性、效率和生產(chǎn)力，而推動這一增長的芯片將需要更多的無線、安全、計算/ 機器學(xué)習(xí)和軟件能力。

在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，無線技術(shù)的持續(xù)演進與創(chuàng)新無疑是最為重要的。當(dāng)前，存在著種類繁多的無線技術(shù)和協(xié)議，沒有哪種技術(shù)是可以滿足所有應(yīng)用的。所以，一方面要通過Matter 這樣跨多種底層技術(shù)的應(yīng)用層協(xié)議去實現(xiàn)生態(tài)的融合；另一方面，也要通過分析各種應(yīng)用場景的需求，掌握各種無線協(xié)議的優(yōu)勢，來定義不同的芯片功能，進而滿足不同應(yīng)用、不同無線連接的差異化需求。

此外，在物聯(lián)網(wǎng)對無線性能的要求方面還存在很多具體的挑戰(zhàn)，例如，如何兼顧高性能和低成本，如何滿足市場對更低功耗和高吞吐量的需求，以及更長傳輸距離和更大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的挑戰(zhàn)，等等。

安全性是嵌入式設(shè)備面臨的一項重要挑戰(zhàn)，其中的芯片自然也是如此。芯片必須是安全的，能夠防止物理攻擊，這樣攻擊者就無法讀取芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)，或者篡改它。此外，我們還需要一種芯片安全連接到云的方法，使用經(jīng)過審查的協(xié)議，使用密鑰交換認(rèn)證和加密等技術(shù)。

邊緣的預(yù)測性人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）也是當(dāng)前需要著重關(guān)注的。邊緣設(shè)備是成就AI 的無名英雄（如收集大量數(shù)據(jù)的傳感器）。ML 則拓展了智能機器在能源、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健、工業(yè)自動化等行業(yè)的應(yīng)用可能性。隨著ML 應(yīng)用理念的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)邊緣實現(xiàn)ML 的芯片技術(shù)和工具也在不斷發(fā)展。

未來，物聯(lián)網(wǎng)面臨的許多挑戰(zhàn)都是關(guān)于軟件的，而不僅是硬件。軟件涉及很多方面，包括帶有多種開發(fā)工具的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）、軟件開發(fā)套件（SDK）、實時操作系統(tǒng)（RTOS）、軟件堆棧和代碼示例等等。在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中，軟件與硬件同樣重要，只有形成良好的硬軟件協(xié)同，才能打造出功能強大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

芯科科技的無線解決方案

芯科科技作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商，在面臨上述挑戰(zhàn)時，無論是發(fā)展理念、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品演進，都始終走在時代前沿，開發(fā)并推出了引領(lǐng)行業(yè)的解決方案。

■ 無線技術(shù)能力

在無線技術(shù)方面，芯科科技很早就開始走平臺化路從第一代無線開發(fā)平臺，到目前的第二代平臺，再到2023 年Works With 大會上發(fā)布的第三代平臺，芯科科技在同一個平臺上實現(xiàn)了對藍(lán)牙、Wi-Fi、Thread、Zigbee、Z-Wave、專有協(xié)議等多種無線協(xié)議的廣泛支持；同時，針對一些應(yīng)用場景的需求，在芯片上實現(xiàn)了多協(xié)議功能或雙頻功能，具備了廣泛的無線協(xié)議覆蓋能力。在無線生態(tài)方面，芯科科技也與亞馬遜、谷歌、蘋果、三星等伙伴展開持久、深入的合作，可以針對Matter、Wi-SUN、Amazon Sidewalk 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或服務(wù)商協(xié)議提供全面的支持。

例如，面向智能家居、智慧零售、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)健康等多種應(yīng)用的芯科科技MG24 SoC 支持多協(xié)議操作，可作為單芯片解決方案實現(xiàn)Matter over Thread，在室內(nèi)提供長達(dá)200 米的遠(yuǎn)距離傳輸，并支持使用同一芯片的新設(shè)備進行低功耗藍(lán)牙調(diào)試。再比如，芯科科技在2023 年6 月推出的包括Sub-GHz 和2.4 GHz 低功耗藍(lán)牙射頻的全新雙頻FG28 SoC，專為Amazon Sidewalk、Wi-SUN 和其他專有協(xié)議等遠(yuǎn)距離廣覆蓋網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議而設(shè)計，支持在智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市和社區(qū)網(wǎng)絡(luò)中使用全新的邊緣應(yīng)用。

針對前面提到的無線性能方面的很多具體挑戰(zhàn)，芯科科技也通過前瞻性的布局和產(chǎn)品的持續(xù)創(chuàng)新實現(xiàn)了有效應(yīng)對。

就兼顧高性能和低成本而言，在最近舉行的芯科科技第四屆Works With 開發(fā)者大會上，芯科科技介紹了自己的下一代暨第三代無線開發(fā)平臺，第三代平臺的設(shè)備將向22 納米工藝節(jié)點遷移，從而在進一步控制成本的基礎(chǔ)上，提供業(yè)界領(lǐng)先的計算能力、無線性能和能源效率。

在滿足市場對更低功耗和高吞吐量的需求上，芯科科技也推出了SiWx917 Wi-Fi 6 和低功耗藍(lán)牙SoC，可從根本上降低Wi-Fi 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的功耗，同時可在擁擠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)更高的帶寬和更高的網(wǎng)絡(luò)效率，從而實現(xiàn)更快、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

針對低功耗和小尺寸需求，芯科科技于2023 年3月發(fā)布了用于藍(lán)牙連接的BG27 和支持Zigbee 及其他專有協(xié)議的MG27，它們是專為極小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計的產(chǎn)品，可以簡化開發(fā)人員的開發(fā)流程，同時確保極小型設(shè)備的低功耗和小尺寸要求，目前已經(jīng)有廠商利用BG27 開發(fā)了比牙齒還小的、可置入口腔的連續(xù)唾液健康監(jiān)測儀，用以改善口腔和全身健康。

面對更長傳輸距離、更大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍方面的挑戰(zhàn)，除了上述的FG28 雙頻SoC，芯科科技還在Works With 大會期間發(fā)布了專為Amazon Sidewalk 優(yōu)化的全新SG23 和SG28 SoC，其中SG28 雙頻器件支持Sub-GHzFSK 和低功耗藍(lán)牙射頻，可以幫助設(shè)備制造商簡化設(shè)備并降低成本，而SG23 則可為長距離終端節(jié)點設(shè)備提供安全性和強大的sub-GHz 鏈路預(yù)算。

■ 安全能力

物聯(lián)網(wǎng)安全一直是芯科科技高度關(guān)注并持續(xù)發(fā)力的重要方向。我們?yōu)榇颂峁┝烁晟频陌踩侄?，同時也支持用戶采用更加多元化手段來保護其信息和網(wǎng)絡(luò)，如Matter 和其他先進無線通信協(xié)議中的信息安全措施。在2021 年，芯科科技Secure Vault 物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案率先獲得全球PSA 3 級認(rèn)證，其可以提供經(jīng)過驗證的PSA 信任根，以及針對各種復(fù)雜軟硬件攻擊的強大防護方案。Secure Vault 符合PSA 3 級認(rèn)證所定義的嚴(yán)格的安全軟件和物理不可克隆功能（PUF）硬件要求，從而大幅降低物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)安全漏洞所帶來的風(fēng)險，并減輕了知識產(chǎn)權(quán)方面的損害或者假冒產(chǎn)品造成的收入損失。

■ 計算/ 機器學(xué)習(xí)能力

在計算/ 機器學(xué)習(xí)方面， 芯科科技的BG24 和MG24 SoC 作為率先擁有內(nèi)置專用人工智能/ 機器學(xué)習(xí)（AI/ML）加速器的超低功耗器件，能夠快速高效地處理復(fù)雜計算，內(nèi)部測試顯示其性能提升最高達(dá)4 倍，能效提升最多達(dá)6 倍。同時，機器學(xué)習(xí)計算是在本地設(shè)備上而不是在云端進行，因此消除了網(wǎng)絡(luò)延遲，加快了決策和行動。

此外，最新的FG28 SoC 也內(nèi)置了可用于ML 推理的內(nèi)置AI/ML 加速器，支持通過ML 推理在邊緣設(shè)備上實現(xiàn)預(yù)測性維護警告，監(jiān)測濕度和pH 值等土壤狀況關(guān)鍵條件。

■ 軟件能力

在軟件方面，芯科科技持續(xù)創(chuàng)新自己的Simplicity Studio 集成開發(fā)環(huán)境（IDE），它可以提供對特定目標(biāo)設(shè)備的Web 和SDK 資源的訪問，軟件和硬件配置工具，以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的代碼編輯器、編譯器和調(diào)試器。無論開發(fā)人員的經(jīng)驗如何，Simplicity Studio 都能幫助他們優(yōu)化工作流程、加快項目進度、實現(xiàn)設(shè)備配置和應(yīng)用程序優(yōu)化。

當(dāng)前版本的Simplicity Studio 5 基于Eclipse 和C/C++ 開發(fā)工具（CDT）構(gòu)建，增強了穩(wěn)健性，提高了性能，同時支持芯科科技的Secure Vault 先進安全套件。在Works With 大會上介紹的Simplicity Studio 6 則是芯科科技的下一代IDE，該新版本最大且最具影響力的變化就是實現(xiàn)了IDE 的解耦，開發(fā)人員可以直接利用芯科科技所提供版本中的優(yōu)化能力、開發(fā)工具和各項功能，也可以通過集成和擴展功能將他們喜歡的工具帶入Simplicity Studio。

芯科科技在軟件方面的另一項優(yōu)勢是可以提供一套完整的針對各種物聯(lián)網(wǎng)無線協(xié)議的SDK。2023 年6 月，芯科科技推出了其Gecko 軟件開發(fā)套件（GSDK）的最新版本v4.3，面向藍(lán)牙、Matter、OpenThread、專有協(xié)議、Wi-SUN、Zigbee、Z-Wave 和無線多協(xié)議的開發(fā)需求新增了多項功能與特性。此外，芯科科技還針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)提供多種實用的開發(fā)工具，例如Works With大會上推出的為Amazon Sidewalk 開發(fā)提供逐步指導(dǎo)和專家建議的一站式開發(fā)人員之旅（Developer Journey）工具等等。

本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年9月期，鏈接：http://www.butianyuan.cn/article/202309/450551.htm