應對物聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代設計挑戰，Microchip提供安全穩健的端云一體方案

據IoT Analytics最新報告，2021 年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數量增長(cháng)了 8%，達到 122 億個(gè)活動(dòng)端點(diǎn)。2022 年全球聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設備數量增長(cháng) 18%，達到 144 億個(gè)端點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)前景廣闊，但當前的物聯(lián)網(wǎng)設計方案復雜度和安全要求也越來(lái)越高，絕不是5年前、10年前的物聯(lián)網(wǎng)方案所能比擬。當前物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求如何？如何打造智能和安全的物聯(lián)網(wǎng)連接方案？帶著(zhù)這些問(wèn)題，我們有幸采訪(fǎng)到了Microchip Technology Inc.全球市場(chǎng)主管Mike Ballard，他針對這些話(huà)題進(jìn)行了深入的分享。

圖：IoT Analytics 2022年春季IoT市場(chǎng)報告

物聯(lián)網(wǎng)新階段：5G助力IoT垂直應用領(lǐng)域發(fā)展

據Mike Ballard介紹，物聯(lián)網(wǎng)不再是10年前的新興市場(chǎng)；它現在擁有許多大型、持續的市場(chǎng)，包括家庭自動(dòng)化和消費類(lèi)設備。然而，隨著(zhù)這些市場(chǎng)的變化和發(fā)展，它們需要更先進(jìn)的互聯(lián)系統，這就推動(dòng)了新型產(chǎn)品和新興產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。由于各種外部因素（例如缺乏可用的勞動(dòng)力、在醫療領(lǐng)域接受遠程醫療應用以及工業(yè)機器人、電動(dòng)汽車(chē)和智慧農業(yè)等自主設備的進(jìn)步）的推動(dòng)，市場(chǎng)比以往任何時(shí)候都更快地采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

圖：Microchip全球市場(chǎng)主管Mike Ballard

我們知道作為物聯(lián)網(wǎng)的應用，最為關(guān)鍵的基礎技術(shù)就是連接。5G 可實(shí)現更快、更穩定和更安全的連接，從而推動(dòng)從自動(dòng)駕駛汽車(chē)到可再生能源智能電網(wǎng)，再到工廠(chǎng)車(chē)間支持 AI 的機器人等一切事物的發(fā)展。隨著(zhù)5G基礎設施的全面落地，5G在IoT垂直應用上將發(fā)揮巨大的作用。當前在發(fā)達國家和地區，對于5G的需求更多是為了提升移動(dòng)通信帶寬，而在像印度、越南等國，在今明兩年將會(huì )大規模地進(jìn)行5G基礎設施的鋪設，為的是借助5G低延時(shí)的連接特性，在垂直領(lǐng)域實(shí)現萬(wàn)物互聯(lián)。

圖：5G的普及將大大推動(dòng)IoT的市場(chǎng)擴展

為了優(yōu)化性能，5G 獨特的架構和軟件定義網(wǎng)絡(luò )允許運營(yíng)商將帶寬專(zhuān)用于具有共同需求的特定用例。換句話(huà)說(shuō)，可以創(chuàng )建多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò )基礎設施提供為特定服務(wù)或客戶(hù)群定制的能力和功能。這使得為提供自動(dòng)駕駛和簡(jiǎn)單跟蹤解決方案的客戶(hù)提供服務(wù)和滿(mǎn)足 SLA 變得更加容易和最具成本效益。虛擬網(wǎng)絡(luò )（5G 切片）是為特定的物聯(lián)網(wǎng)用例量身定制的。

除了速度之外，5G 的另一個(gè)優(yōu)勢是延遲顯著(zhù)降低。5G 網(wǎng)絡(luò )的延遲為 1-10 毫秒，而 4G 為 50 毫秒。將其置于現實(shí)世界中，人眼看到的圖像被大腦處理需要 10 毫秒。所以，5G可以比人腦還快！低延遲對于自動(dòng)駕駛汽車(chē)、AI 輔助智能醫療設備和制造機器人等應用至關(guān)重要，在這些應用中，毫秒級可以真正消除災難。

5G正在釋放一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統，其中網(wǎng)絡(luò )可以為數十億連接的設備提供服務(wù)，并在速度、延遲和成本之間進(jìn)行適當的權衡。

圖：Microchip的5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)評估套件

碎片化端側和與云服務(wù)結合：端云一體的物聯(lián)網(wǎng)設計

隨著(zhù)連接節點(diǎn)的數量和種類(lèi)增多，物聯(lián)網(wǎng)設計變得更為復雜，要實(shí)現安全可靠的端、云一體的IoT方案，這給工程師帶來(lái)了不小的挑戰。據Mike Ballard分享，由于物聯(lián)網(wǎng)兼具嵌入式領(lǐng)域和IT領(lǐng)域的特性，因此，創(chuàng )建穩健的物聯(lián)網(wǎng)設計可能會(huì )變得相當復雜。在實(shí)現新型物聯(lián)網(wǎng)設計時(shí)，有幾項挑戰必須面對。一是在物聯(lián)網(wǎng)設計所需的互聯(lián)性和安全性方面，大多數嵌入式工程師沒(méi)有IT領(lǐng)域的經(jīng)驗。二是對于嵌入式工程師而言，設置和保護云服務(wù)器或云服務(wù)所需的專(zhuān)業(yè)知識也并不簡(jiǎn)單。

而Microchip在嵌入式和IT這兩個(gè)領(lǐng)域的互聯(lián)方面，擁有經(jīng)驗豐富的物聯(lián)網(wǎng)合作伙伴可以為客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)知識。 Microchip一直是這些領(lǐng)域的領(lǐng)導者，通過(guò)成熟的開(kāi)發(fā)工具、參考設計以及與Microsoft Azure和Amazon AWS的合作伙伴關(guān)系，幫助客戶(hù)應對這些挑戰。

圖：Microchip和AWS合作提供端云一體IoT方案

IoT的碎片化應用，使其并不能形成一個(gè)簡(jiǎn)單的統一的端云一體方案。不同的端側硬件和不同的云服務(wù)組合，才能構建出合適的方案。為了能夠創(chuàng )建智能、連接和安全的設計，Microchip擴大了與亞馬遜云服務(wù) (AWS) 的合作，以支持從節點(diǎn)到云端的云連接嵌入式系統。Microchip提供了多種不同的產(chǎn)品來(lái)支持AWS，使工程師能夠靈活地選擇最能滿(mǎn)足其系統需求的部件和平臺；在云服務(wù)方面，Microchip支持 Amazon Greengrass、FreeRTOS 和 AWS 物聯(lián)網(wǎng) (IoT)；在開(kāi)發(fā)鏈方面，Microchip提供快速開(kāi)發(fā)安全的云連接系統所需的所有組件、工具、軟件和支持，從而降低工程師的設計風(fēng)險和時(shí)間成本。

圖：支持AWS的Microchip硬件開(kāi)發(fā)平臺

除了AWS外，Microchip還和微軟Azure云服務(wù)展開(kāi)合作，為工程師提供從芯片到開(kāi)發(fā)工具甚至示例代碼的一切，因此即使開(kāi)發(fā)者沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識，也可以快速進(jìn)入IoT市場(chǎng)。雖然連接到云會(huì )帶來(lái)固有的安全風(fēng)險，但Microchip的解決方案包含Azure認證的安全功能，從而實(shí)現客戶(hù)的品牌、知識產(chǎn)權、收入和客戶(hù)等信息的保護。

圖：經(jīng)過(guò)Azure認證的Microchip開(kāi)發(fā)板

構建連接的基石：安全IoT設計

提到連接，安全是基礎。而且隨著(zhù)當前IoT設計的復雜化，安全應該在設計之初就考慮進(jìn)去，實(shí)現硬件的安全，而不是在設計完成之后再去考慮是遠遠不夠的。

Mike Ballard表示，保護客戶(hù)的專(zhuān)有設計、信息、軟件和訪(fǎng)問(wèn)安全是所有物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員的首要關(guān)注點(diǎn)。安全不是單一的形式，而是一種端到端的原則，必須在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設計中不斷完善。從確保軟件不被破壞的安全引導技術(shù)到確保OEM知識產(chǎn)權不被竊取的IP保護，到防止數據落入不法分子之手的安全通信，再到安全訪(fǎng)問(wèn)控制，Microchip提供了當今業(yè)界最豐富的安全解決方案，這在所有物聯(lián)網(wǎng)設計中都至關(guān)重要。

圖：構建完整的安全系統

連接對于每個(gè) IoT 應用都至關(guān)重要，同時(shí)連接也必然會(huì )帶來(lái)潛在風(fēng)險。無(wú)論是傳輸敏感的醫療數據，還是在工業(yè)應用中驗證新節點(diǎn)，所有連接都會(huì )使網(wǎng)絡(luò )面臨潛在的安全漏洞。 如果沒(méi)有適當的安全和身份驗證系統，客戶(hù)可能會(huì )在不知不覺(jué)中暴露在黑客或勒索軟件攻擊之下。

Microchip提供了完全的安全硬件產(chǎn)品組合，包括安全 IC 、以安全為中心的微控制器 (MCU)和微處理器 (MPU) 、具有集成HSM的安全dsPIC33 DSC、以及安全的FPGA和SoC FPGA。在完備安全產(chǎn)品組合的基礎上提供了一系列完整的功能，其中包括：安全安全啟動(dòng)，使用硬件信任根來(lái)確保應用程序在啟動(dòng)時(shí)的軟件完整性；安全驗證，為實(shí)體提供唯一且可驗證的身份；安全通訊，支持傳輸通過(guò)身份驗證和加密的網(wǎng)絡(luò )數據；安全編程/調試，控制對系統物理接口的訪(fǎng)問(wèn)；資產(chǎn)保護，防止未經(jīng)授權訪(fǎng)問(wèn)密鑰、證書(shū)和IP等關(guān)鍵數據；設備生命周期管理，管理安全密鑰并監控網(wǎng)絡(luò )資產(chǎn)免受威脅。

值得一提的是Microchip的CryptoAuthentication系列，可以提供基于硬件的安全存儲，有效地防止未經(jīng)授權的用戶(hù)看到密鑰。這種小型、功耗極低的安全元件可與任何MCU)或MPU配合使用，物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 節點(diǎn)提供靈活的安去解決方案。ATECC608B 就是還系列的一款特色產(chǎn)品，具有先進(jìn)的橢圓曲線(xiàn)加密（ECC）功能。Microchip ATECC608B 集成了 ECDH（橢圓曲線(xiàn) Diffie Hellman）安全協(xié)議，這是一種超安全方法，可為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)中的加密/解密提供密鑰協(xié)議，以及 ECDSA（橢圓曲線(xiàn)數字簽名算法）簽名驗證。與所有 Microchip CryptoAuthentication 產(chǎn)品類(lèi)似，新型 ATECC608A 采用基于硬件的超安全加密密鑰存儲和加密對策，可消除與軟件弱點(diǎn)相關(guān)的潛在后門(mén)。

圖：Microchip CryptoAuthentication 系列特色產(chǎn)品

結語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)雖然十年前就已經(jīng)出現，但經(jīng)久不衰。隨著(zhù)當前5G基礎設施的發(fā)展，未來(lái)AI和ML將會(huì )在邊緣端發(fā)揮更大的作用。物聯(lián)網(wǎng)的設計也不再是傳統的技術(shù)和芯片所能夠支持的，安全和連接的要求也在逐步提高。但同時(shí)我們也看到，像Microchip這樣的芯片廠(chǎng)商，已經(jīng)不單單是一個(gè)芯片的提供商，而是提供了完整端云一體的設計方案，大大簡(jiǎn)化了客戶(hù)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。作為新時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)應用開(kāi)發(fā)者，則可以將更多的精力放在自己關(guān)注和擅長(cháng)的不同應用特色上，構建差異化定制化的特性。物聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)爆發(fā)時(shí)代，或許已經(jīng)到來(lái)。