下一代可穿戴設(shè)備應(yīng)兼顧功耗與安全防護(hù)

　　減少功率消耗一直是可穿戴設(shè)備的努力目標(biāo)，若再將重要的資料安全防護(hù)納入考量，則可穿戴設(shè)備的能源管理將變得更加棘手。隨著可穿戴設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)即將在未來幾年內(nèi)躍升為最大的半導(dǎo)體市場，相關(guān)的芯片設(shè)計(jì)也將出現(xiàn)典范轉(zhuǎn)移(paradigm shift)。重要的是，設(shè)備能源足跡(energy footprint)如要達(dá)到最小化，還需軟硬體相互配合，發(fā)展共同設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　據(jù)Semiconductor Engineering網(wǎng)站報(bào)導(dǎo)，業(yè)者為減少功耗、足跡以及物料清單，今日的連線設(shè)備已開始從多個(gè)無線整合芯片，逐漸朝主要應(yīng)用處理器整合。在這種趨勢下，針對特定低功率用途的智能型系統(tǒng)單芯片(SoC)，將會取代單一的多用途芯片。

　　低功率設(shè)計(jì)成為必要條件，適當(dāng)?shù)哪茉垂芾硪残柙谙到y(tǒng)層次下進(jìn)行。舉例而言，物聯(lián)網(wǎng)無線感應(yīng)節(jié)點(diǎn)SoC需能應(yīng)付多種操作模式，為減少能源消耗隨時(shí)切換內(nèi)部資源的運(yùn)用方式。為達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，芯片需有能力適應(yīng)多個(gè)功率島(power island)、不同形式的基體偏壓(body bias)、保留模式等各種節(jié)能設(shè)計(jì)。

　　由于所有節(jié)點(diǎn)或多或少都需依賴充電式能源，因此如何使類比區(qū)塊達(dá)到超節(jié)能，便成為重要課題。為使低功耗計(jì)量與以低功耗為前提的軟體堆疊緊密結(jié)合，還需提出新的設(shè)計(jì)方式。此外，環(huán)境中的RF、光、風(fēng)等能源，也成為低能量設(shè)計(jì)下手的目標(biāo)。

　　健康手環(huán)處理器需隨時(shí)分析感應(yīng)資料，因此無法在工作模式下進(jìn)入長時(shí)間休眠。這時(shí)，能夠在低功耗狀態(tài)下進(jìn)行MIPS/MHz高速運(yùn)算的處理器，便成為這類穿戴設(shè)備的首選。微控制器(MCU)的設(shè)計(jì)中，有很多選項(xiàng)可以達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，像是暫存器(register)種類選擇、邏輯閘(gate count)、中斷數(shù)量、設(shè)計(jì)層數(shù)，都可進(jìn)行調(diào)整達(dá)到所需的結(jié)果。

　　可擴(kuò)展性(extensibility)是可穿戴設(shè)備與一般自動(dòng)化設(shè)備一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，處理器需能連接算數(shù)共同處理區(qū)塊等大量外部元件，去中心(decentralization)儼然成為低功耗設(shè)備主要的設(shè)計(jì)理念。這代表健康手環(huán)的處理器僅需負(fù)責(zé)核心功能，而藍(lán)牙傳輸、數(shù)值計(jì)算的浮點(diǎn)處理、感應(yīng)介面的過濾整理功能，都落入擴(kuò)展的向量范圍。

　　然而設(shè)備的安全防護(hù)需求往往與低功耗設(shè)計(jì)背道而馳，因此還需借助縝密的分析與設(shè)計(jì)方法，達(dá)成完善的系統(tǒng)效能。雖然業(yè)者也可透過軟體加強(qiáng)防護(hù)功能，但最理想的安全防護(hù)仍需與硬體結(jié)合。

　　可穿戴設(shè)備可分為時(shí)常連線，與偶爾連線兩種。不論是哪種設(shè)備，對于電池續(xù)航力與安全防護(hù)都有相同的需求，但時(shí)常連線的可穿戴設(shè)備需支援各種通訊形式，因此較類似于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

　　在耗電與安全防護(hù)的雙重考量下，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需配合電力相關(guān)作業(yè)行使明確的安全、通訊、頻率事件設(shè)定。隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)路成為開放空間，安全防護(hù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度也將再升一級。

　　目前物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)備的安全防護(hù)設(shè)計(jì)還處于初步階段，但可以肯定的是，最終將會發(fā)展出可行的模式與方向。但最大的問題在于，這個(gè)模式是否可趕在重大安全漏洞出現(xiàn)之前被提出。 新聞辭典：能源足跡能源足跡(energy footprint)是指，計(jì)算在化石燃料燃燒后所產(chǎn)生的二氧化碳排放量，需要多少森林面積凈化。而能源足跡的計(jì)算對象，是滿足一個(gè)地區(qū)的居民消費(fèi)直接、間接需求的初級能源。故若能降低最終能源消費(fèi)量，或調(diào)整、改善初級能源，皆有助于大幅降低生態(tài)赤字。也就是說，只要改善能源足跡，就可改善一個(gè)地區(qū)對于資源的消耗，廢棄物制造的負(fù)荷能力。