智能感知的市場(chǎng)與發(fā)展

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

智能

　　物聯(lián)網(wǎng)應用中對傳感器及MCU的要求

　　根據麥肯錫預測，從2016到2025年之間，智能汽車(chē)應用平均每年創(chuàng )造$210B～$740B的價(jià)值，智慧城市應用平均每年創(chuàng )造$930B～$1.7T的價(jià)值，智能工業(yè)應用平均每年創(chuàng )造$1.2T～$3.7T的價(jià)值，智能家居應用平均每年創(chuàng )造$200B～$350B的價(jià)值。

　　包括智能汽車(chē)、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備在內的物聯(lián)網(wǎng)應用將深刻改變人們生活的方方面面，創(chuàng )造巨大的商業(yè)價(jià)值。此外，通信技術(shù)(ICT)也是英飛凌關(guān)注的應用領(lǐng)域。英飛凌可以幫助客戶(hù)實(shí)現其在能效、安全性和可靠性等方面的目標。英飛凌擁有經(jīng)認證的標準化安全解決方案組合，適用于聯(lián)網(wǎng)設備，包括服務(wù)器、路由器和網(wǎng)關(guān)。

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

　　1)智能汽車(chē)需要大量先進(jìn)的傳感技術(shù)，包括運動(dòng)感知、速度/位置傳感、胎壓傳感以及高級駕駛輔助系統/駕駛人員監控等。同時(shí)還需要跨應用的控制技術(shù);

　　2)在智慧城市和能源方面，智能路燈需要傳感器來(lái)感知移動(dòng)物體，對于MCU的需求則包括LED燈進(jìn)行色彩和亮度的控制，以及對通信的管理;樓宇自動(dòng)化對傳感器的需求包括位置傳感、語(yǔ)音交互以及市內測量和導航，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(chǎng)自動(dòng)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(shí)也需要MCU來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化控制;

　　4)在智能家居和消費設備方面，智能家居對傳感器的需求包括語(yǔ)音傳感(警報觸發(fā))、智能抄表、位置感知、市內導航以及壓力傳感，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)應用的傳感器領(lǐng)域，英飛凌擁有豐富多樣的產(chǎn)品。應用于馬達位置測量、變速器控制的電磁傳感器，應用于盲點(diǎn)檢測、自適應巡航控制以及自動(dòng)剎車(chē)控制的24/77GHz雷達傳感器，應用于導航、運動(dòng)與健康監測、側面碰撞/人行道檢測的壓力傳感器等;在MCU領(lǐng)域，我們提供的產(chǎn)品包括應用于車(chē)輛內/外通信控制、網(wǎng)關(guān)通信控制、動(dòng)力系統/逆變器控制以及輔助駕駛的AURIXTM微控制器產(chǎn)品線(xiàn)，應用于智能家居、健康/健身、交通和基礎設施以及自動(dòng)控制、充電站、逆變器控制的XMCTM微控制器產(chǎn)品線(xiàn)。

　　Cypress適用于可穿戴產(chǎn)品的PSoC系列

　　Cypress經(jīng)過(guò)近年來(lái)的技術(shù)革新和兼并收購，培育了一大批物聯(lián)網(wǎng)應用市場(chǎng)以及客戶(hù)，包括智能家電、工業(yè)自動(dòng)化、智能移動(dòng)設備以及可穿戴設備等。這些應用與傳統產(chǎn)業(yè)革新和個(gè)體消費需求密切相關(guān)，具有很大的發(fā)展潛力。而其中可穿戴是未來(lái)公司投資和發(fā)展的重要物聯(lián)網(wǎng)應用。盡管在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)有很多競爭對手在積極參與，但是Cypress經(jīng)過(guò)過(guò)去幾年的發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)始逐漸成熟并培育了不少頗具潛力的應用，包括和健康、運動(dòng)、醫療相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)。

　　對于應用在可穿戴設備產(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的數字通訊接口、控制接口以及模擬采集接口外，我們也看到了越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)通訊接口需求。另外，近年來(lái)對于可穿戴產(chǎn)品數據安全的考慮，MCU的安全性(包括用戶(hù)認證和數據加密等)也越來(lái)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(diǎn)，還集成了Cypress特有的可編程數字和模擬單元，使用戶(hù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中具備高度的靈活性，在不需要修改硬件的情況下實(shí)現功能的擴展和調試。PSoC Creator圖形化開(kāi)發(fā)工具也使得用戶(hù)的開(kāi)發(fā)變得非常直觀(guān)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(gè)產(chǎn)品是為可穿戴產(chǎn)品量身定制的。在收購了博通IoT無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品部門(mén)后，Cypress在Wi-Fi和藍牙領(lǐng)域的實(shí)力也大大加強，為可穿戴應用提供了堅實(shí)的技術(shù)基礎。

　　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(wú)疑問(wèn)會(huì )有廣泛應用的市場(chǎng)需求，但物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的碎片化也會(huì )帶來(lái)不同的需求。半導體工藝的演進(jìn)以及新的通信連接技術(shù)都會(huì )帶動(dòng)芯片市場(chǎng)的變化，比如傳統的以控制功能為主要任務(wù)的MCU，它的技術(shù)路線(xiàn)可能會(huì )進(jìn)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(huì )依托各種Sensor/MEMS等模擬器件的進(jìn)步，另一方面也會(huì )催生基于更復雜算法情況下對于處理器性能的更高要求。同時(shí)MCU的控制功能可能會(huì )和連接功能進(jìn)一步區分開(kāi)，會(huì )有越來(lái)越多專(zhuān)門(mén)針對物聯(lián)網(wǎng)的連接協(xié)議及安全/設備管理以及與云端對接的專(zhuān)門(mén)IoT連接產(chǎn)品，它們可以使用更先進(jìn)的半導體工藝以降低功耗和成本，因為它們可能不用再繼續擔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(shí)代將發(fā)揮越來(lái)越大的作用，一個(gè)典型例子就是對于算法IP包括數據信息安全的保障。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)連接設備以及數據的增加，我們覺(jué)得這方面的市場(chǎng)需求將會(huì )日益顯現。

　　很多物聯(lián)網(wǎng)設備由于工作場(chǎng)合的限制會(huì )采用電池供電以及無(wú)線(xiàn)連接，這對MCU的低功耗有著(zhù)迫切的需求。但同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)應用又是碎片化的，所以芯片廠(chǎng)商為了平衡成本只能采用通用MCU來(lái)嘗試涵蓋大部分應用。隨著(zhù)半導體工藝的演進(jìn)以及物聯(lián)網(wǎng)應用市場(chǎng)的發(fā)展，將來(lái)也許會(huì )有廠(chǎng)商針對物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的芯片，現有MCU中常用的模擬外設等功能也許會(huì )被拿掉，從而專(zhuān)注于算法和連接，在更先進(jìn)的半導體工藝下實(shí)現更低的功耗及成本。簡(jiǎn)單說(shuō)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(huì )分家但又同時(shí)共存。

　　Imagination可擴展處理器IP解決方案

　　MCU是促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)增長(cháng)的關(guān)鍵器件，未來(lái)幾年內，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品數量將會(huì )大大增加。主要領(lǐng)域包括智慧城市、工業(yè)控制、無(wú)線(xiàn)通信、汽車(chē)、醫療監測、可穿戴設備等。Imagination產(chǎn)品可以應用于物聯(lián)網(wǎng)從前沿設備到云端的多個(gè)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控/管理系統。

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

　　只有CPU的系統無(wú)法實(shí)現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(gè)系統里的多傳感器采集。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(lái)。Sensor Fusion提供實(shí)時(shí)校準和自校正控制，在有時(shí)間限制的應用中，只能通過(guò)使用高精度的DSP和FPU協(xié)處理能力實(shí)現。同時(shí)，這也給許多傳感器帶來(lái)了挑戰，如加速傳感器、陀螺儀、壓力/溫度/觸摸傳感器等，每一個(gè)傳感器都有自己的控制/管理算法，通過(guò)給DSP/FPU下達指令實(shí)現一個(gè)高效的系統。

　　因為MCU適合更大的系統，設計者必須考慮到MCU可以與其他組件輕松集成。比如有相同的/通用總線(xiàn)接口，可無(wú)縫連接外圍設備和通信模塊，如Wi-Fi和低功耗藍牙?；ゲ僮餍院桶踩砸餐瑯又匾?。不同來(lái)源的系統和設備必須能夠共同工作，確保用戶(hù)、設備和云端的無(wú)障礙溝通。這就需要開(kāi)放的標準。除此以外，安全性、可靠性以及在汽車(chē)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)，幫助設計師輕松快速地開(kāi)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(xiàn)。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共同應用在Ensigma Whisper射頻處理器(RPUs)上，為需要延長(cháng)電池壽命、降低成本的可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)以及其他連接設備提供支持。

連接

　　M2.COM無(wú)線(xiàn)傳感平臺推動(dòng)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)發(fā)展

　　科技的發(fā)展拉動(dòng)了物聯(lián)產(chǎn)業(yè)的快速增長(cháng)，而物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)層面的需求，第一是要把信息收集起來(lái)，第二是通過(guò)一個(gè)安全的通道把這些前端信息傳輸回來(lái)，第三就是對收回的這些信息進(jìn)行應用。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，目前最迫切需要解決的問(wèn)題是如何快速且精準地搜集數據。要解決這個(gè)問(wèn)題，需要具備傳感接入、無(wú)線(xiàn)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、濕度等各種數據，因此，它們的接口都不同，過(guò)去行業(yè)里沒(méi)有一個(gè)統一的標準，導致各自有各自的協(xié)議，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的落地。針對前端傳感器的接口標準，研華等企業(yè)聯(lián)手推出了M2.COM。

　　M2.COM為開(kāi)放式標準“感?傳”平臺，為物聯(lián)網(wǎng)平臺提供商、通信服務(wù)提供商、系統集成商和技術(shù)供貨商提供一個(gè)共同的標準平臺，促成各界的伙伴合作與技術(shù)交流，來(lái)達成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。M2.COM標準是開(kāi)放的，其標準模塊很小，傳感器廠(chǎng)商只要再做一個(gè)底下的搭板，兩個(gè)板搭起來(lái)就變成無(wú)線(xiàn)傳感模塊。目前已與合作伙伴推出多個(gè)小板。

　　未來(lái)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(hù)能夠做上面的各種應用，諸如零售業(yè)的人流統計，工廠(chǎng)的機器視覺(jué)等。第二，把全球的大廠(chǎng)聚集起來(lái)，一起推M2.COM標準，使無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)快速建立起來(lái)。因為物聯(lián)網(wǎng)最基礎的是感知、搜集信號/數據，原本傳統做傳感、模塊的不同廠(chǎng)商，要可以讓它們互相通信。

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