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

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

　　根據美國消費科技協(xié)會(huì )(Consumer Technology Association;CTA)報告，物聯(lián)網(wǎng)設備是2016年消費性電子產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)品，預估將為市場(chǎng)創(chuàng )造2，870億美元的商機，而調研機構IDC則認為，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)將于2020年達到8.9兆美元，摩根史坦利更預測，物聯(lián)網(wǎng)將在未來(lái)10年內創(chuàng )造14.4兆美元的營(yíng)收。

　　在這股物聯(lián)網(wǎng)商機背后，不只電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零組件開(kāi)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)應用也為電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng )造未來(lái)10年的成長(cháng)動(dòng)力。

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

　　物聯(lián)網(wǎng)的系統架構，大致上可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層，這3層各司其職、卻又環(huán)環(huán)相扣，共同架構出物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)架構的基礎，負責數據的搜集、儲存與簡(jiǎn)單運算，其會(huì )隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的類(lèi)形而有所不同，應用于消費端的通常像是穿戴式設備、智能家電、智能汽車(chē)、服務(wù)型機器人等，如果是應用在工業(yè)/商業(yè)環(huán)境，則可能是智慧機械、無(wú)人機、環(huán)境傳感器等。

　　而網(wǎng)絡(luò )層位在感知層上面，負責將數據傳送到云端平臺，方便用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )存取平臺上的信息，通常會(huì )使用3G/4G、Wi-Fi等長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。最上層的應用層，則是將物聯(lián)網(wǎng)終端設備所搜集到的各種資料進(jìn)行分析與運算，實(shí)現各種不同目的的物聯(lián)應用，包括環(huán)境檢測、智慧電力、智能交通、工業(yè)監控、智能家居、城市管理等。

　　由此來(lái)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算、海量數據分析、數據探勘、商業(yè)智能分析、應用軟件/手機App等技術(shù)，其中，以電子技術(shù)架構出的物聯(lián)網(wǎng)終端設備，是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)愿景的基礎，通過(guò)終端設備搜集數據，才能產(chǎn)生后續各種應用。

　　物聯(lián)芯片五大模塊技術(shù)趨勢

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)終端設備所使用的芯片，基本上包含以下五大區塊：微控制器、傳感器、電源管理、內嵌式內存、及無(wú)線(xiàn)通信。

　　傳感器通常會(huì )依據應用場(chǎng)景和目的來(lái)搭配使用，常見(jiàn)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 )根據終端應用的形式而有不同設計，像穿戴式裝置就強調提高電池效率來(lái)延長(cháng)電池待機時(shí)間，而智慧汽車(chē)可能會(huì )使用功耗較大的處理器，電源管理IC要設法減少熱量產(chǎn)生，以便幫助設備散熱和提高運作穩定性。

　　內嵌式內存則有閃存(Flash Memory)、非揮發(fā)性?xún)却?NVM)、靜態(tài)隨機存取內存(SRAM)三種選擇，由于物聯(lián)網(wǎng)終端設備對電池使用壽命的期待長(cháng)達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(wú)線(xiàn)通信，過(guò)往比較常使用的是Zigbee、RFID、Bluetooth等感測網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，或是2G、Wi-Fi、LTE等，只是隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)一直缺乏統一標準，加上既有技術(shù)在使用上無(wú)法完全滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)需求，使得越來(lái)越多低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)技術(shù)問(wèn)世，如：LoRaWAN、UNB、NB-IoT(窄頻蜂窩物聯(lián)網(wǎng))、LTE-Cat M等，每項技術(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。

　　由于物聯(lián)網(wǎng)終端硬件肩負搜集數據的任務(wù)，體積輕薄短小、低耗電(或更長(cháng)的電池續航力)，成為物聯(lián)網(wǎng)芯片在發(fā)展過(guò)程中最主要的兩個(gè)方向，也因此，半導體產(chǎn)業(yè)積極發(fā)展微縮制程來(lái)滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)應用的需求，像今(2016)年就已經(jīng)有業(yè)者準備量產(chǎn)10納米制程的芯片，預期還會(huì )繼續投入研發(fā)更小的先進(jìn)制造技術(shù)，如：7納米。

　　另一方面，當制程微縮至10納米以下，代表芯片整合的程度也會(huì )跟著(zhù)大幅提高，而在整合的時(shí)候，如果無(wú)法在design-in階段以系統單芯片來(lái)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塊整合為單一模塊。

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

　　值得一提的是，物聯(lián)網(wǎng)應用種類(lèi)多元化、需求也因此有很大的差異，例如針對消費性穿戴式設備設計的系統單芯片，就和智能家居、工控自動(dòng)化、智能運輸等不同應用領(lǐng)域關(guān)注的整合功能不同。換句話(huà)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)的應用發(fā)展，對芯片的設計與架構有很大的影響，不同應用所需要的功能就不一樣。

　　舉例來(lái)說(shuō)，高通專(zhuān)門(mén)為穿戴設備設計的芯片Snapdragon Wear 2100，在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)上就選擇常見(jiàn)的藍牙、Wi-Fi、與LTE，方便用戶(hù)通過(guò)穿戴設備上網(wǎng)，又如日本半導體業(yè)者Lapis針對農業(yè)/環(huán)境監控應用開(kāi)發(fā)的土壤感測單芯片，在一顆芯片內同時(shí)整合土壤酸堿值、導電率和溫度3種感測功能，可以有效提高生產(chǎn)效率。

　　因此，電子業(yè)若要在未來(lái)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)應用的發(fā)展趨勢和需求。目前，與日常生活結合的物聯(lián)網(wǎng)應用最被看好，例如：智能家電、智能汽車(chē)、穿戴式設備，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(yǔ)音互動(dòng)實(shí)時(shí)教練系統，可以實(shí)時(shí)分析運動(dòng)員的身體狀況，并指導運動(dòng)員如何反應。

　　這些針對消費大眾的物聯(lián)網(wǎng)終端設備，在設計上有一個(gè)共通特點(diǎn)，就是強調整合、跨設備的使用體驗，例如：福特汽車(chē)(Ford)與Amazon合作，將Amazon Echo語(yǔ)音助理系統Alexa，與車(chē)載娛樂(lè )通訊整合系統SYNC整合在一個(gè)接口里，車(chē)主在車(chē)上時(shí)可以通過(guò)Sync控制家中的車(chē)庫燈、門(mén)等設備，在家中也能實(shí)時(shí)掌握車(chē)輛狀況。

　　除了強調使用體驗外，安全也是物聯(lián)網(wǎng)設備未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)，美國網(wǎng)絡(luò )安全專(zhuān)家在2015年6月證實(shí)可以入侵克賴(lài)斯勒汽車(chē)的信息娛樂(lè )系統 Uconnect，進(jìn)而遠程控制汽車(chē)，例如：調整冷氣溫度、開(kāi)關(guān)雨刷、操控方向盤(pán)及控制車(chē)速等，這項研究也使得克賴(lài)斯勒緊急召回140萬(wàn)輛聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)，更新程序與修補漏洞。

　　雖然物聯(lián)網(wǎng)應用至今尚未傳出大規模攻擊事件，或是對使用者造成實(shí)際損失，但是現在沒(méi)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據，對黑客來(lái)說(shuō)是很大的誘因，為了不讓信息安全風(fēng)險阻礙使用者的信心和使用意愿，安全將是物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的重要趨勢，日本NEC在2015下半年發(fā)表數據加密新技術(shù)OTR，縮短數據認證和加密的時(shí)間，讓IoT設備能用更安全的方式傳輸數據，又不會(huì )拖累處理速度。

　　物聯(lián)網(wǎng)是改變人類(lèi)生活的重大科技，也是未來(lái)數十年產(chǎn)業(yè)成長(cháng)的驅動(dòng)力，但因為其應用的多元性與豐富性，所以很難有一個(gè)統一標準，唯有從應用選擇合適的技術(shù)，才能在物聯(lián)市場(chǎng)上占得先機。