這股IoT熱潮背后 電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)美國消費科技協(xié)會(Consumer Technology Association；CTA)報告，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是2016年消費性電子產(chǎn)業(yè)的重點產(chǎn)品，預(yù)估將為市場創(chuàng)造2,870億美元的商機，而調(diào)研機構(gòu)IDC則認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)市場將于2020年達到8.9兆美元，摩根史坦利更預(yù)測，物聯(lián)網(wǎng)將在未來10年內(nèi)創(chuàng)造14.4兆美元的營收。

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)鍵零組件開發(fā)與客制化服務(wù)能力，扮演了重要的支持力量，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也為電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造未來10年的成長動力。

電子技術(shù) 實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景的基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，大致上可以分為感知層、網(wǎng)路層和應(yīng)用層，這3層各司其職、卻又環(huán)環(huán)相扣，共同架構(gòu)出物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)資料的搜集、儲存與簡單運算，其會隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的類形而有所不同，應(yīng)用于消費端的通常像是穿戴式裝置、智慧家電、智慧汽車、服務(wù)型機器人等，如果是應(yīng)用在工業(yè)／商業(yè)環(huán)境，則可能是智慧機械、無人機、環(huán)境感測器等。

而網(wǎng)路層位在感知層上面，負(fù)責(zé)將資料傳送到云端平臺，方便使用者透過網(wǎng)路存取平臺上的資訊，通常會使用3G/4G、Wi-Fi等長距離無線通訊技術(shù)。最上層的應(yīng)用層，則是將物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備所搜集到的各種資料進行分析與運算，實現(xiàn)各種不同目的的物聯(lián)應(yīng)用，包括環(huán)境檢測、智慧電力、智慧交通、工業(yè)監(jiān)控、智慧家居、城市管理等。

由此來看，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、巨量資料分析、資料探勘、商業(yè)智慧分析、應(yīng)用軟體／手機App等技術(shù)，其中，以電子技術(shù)架構(gòu)出的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)愿景的基礎(chǔ)，透過終端設(shè)備搜集資料，才能產(chǎn)生后續(xù)各種應(yīng)用。

物聯(lián)晶片五大模組技術(shù)趨勢

目前，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備所使用的晶片，基本上包含以下五大區(qū)塊：微控制器、感測器、電源管理、內(nèi)嵌式記憶體、及無線通訊。

感測器通常會依據(jù)應(yīng)用場景和目的來搭配使用，常見的有：溫度、震動、陀螺儀、濕度、壓力、高度等；電源管理同樣也會根據(jù)終端應(yīng)用的形式而有不同設(shè)計，像穿戴式裝置就強調(diào)提高電池效率來延長電池待機時間，而智慧汽車可能會使用功耗較大的處理器，電源管理IC要設(shè)法減少熱量產(chǎn)生，以便幫助設(shè)備散熱和提高運作穩(wěn)定性。

內(nèi)嵌式記憶體則有快閃記憶體(Flash Memory)、非揮發(fā)性記憶體(NVM)、靜態(tài)隨機存取記憶體(SRAM)三種選擇，由于物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對電池使用壽命的期待長達5～10年，這使得具備低漏電特性的SRAM與高耐受性的NVM，逐漸成為市場新寵。

至于無線通訊，過往比較常使用的是Zigbee、RFID、Bluetooth等感測網(wǎng)路技術(shù)，或是2G、Wi-Fi、LTE等，只是隨著物聯(lián)網(wǎng)市場一直缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加上既有技術(shù)在使用上無法完全滿足物聯(lián)網(wǎng)需求，使得越來越多低功耗廣域網(wǎng)路(LPWA)技術(shù)問世，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NB-IoT產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)。

由于物聯(lián)網(wǎng)終端裝置肩負(fù)搜集資料的任務(wù)，體積輕薄短小、低耗電(或更長的電池續(xù)航力)，成為物聯(lián)網(wǎng)晶片在發(fā)展過程中最主要的兩個方向，也因此，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)積極發(fā)展微縮制程來滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，像今(2016)年就已經(jīng)有業(yè)者準(zhǔn)備量產(chǎn)10奈米制程的晶片，預(yù)期還會繼續(xù)投入研發(fā)更小的先進制造技術(shù)，如：7奈米。

另一方面，當(dāng)制程微縮至10奈米以下，代表晶片整合的程度也會跟著大幅提高，而在整合的時候，如果無法在design-in階段以系統(tǒng)單晶片來解決，便必須要借助SiP等封裝技術(shù)，將上述物聯(lián)網(wǎng)晶片所需要的五大區(qū)塊整合為單一模組。

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

值得一提的是，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用種類多元化、需求也因此有很大的差異，例如針對消費性穿戴式裝置設(shè)計的系統(tǒng)單晶片，就和智慧家庭、工控自動化、智慧運輸?shù)炔煌瑧?yīng)用領(lǐng)域關(guān)注的整合功能不同。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，對晶片的設(shè)計與架構(gòu)有很大的影響，不同應(yīng)用所需要的功能就不一樣。

舉例來說，高通專門為穿戴裝置設(shè)計的晶片Snapdragon Wear 2100，在無線通訊技術(shù)上就選擇常見的藍(lán)牙、Wi-Fi、與LTE，方便使用者透過穿戴裝置上網(wǎng)，又如日本半導(dǎo)體業(yè)者Lapis針對農(nóng)業(yè)／環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用開發(fā)的土壤感測單晶片，在一顆晶片內(nèi)同時整合土壤酸鹼值、導(dǎo)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)若要在未來的物聯(lián)市場上占有一席之地，首要前提就是掌握物聯(lián)應(yīng)用的發(fā)展趨勢和需求。目前，與日常生活結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最被看好，例如：智慧家電、智慧汽車、穿戴式裝置，在2016年CES展中，就看到許多改變生活的物聯(lián)網(wǎng)終端裝置，像英特爾(Intel)與義大利眼鏡品牌Oakley合作推出智慧眼鏡Radar Pace，配備語音互動即時教練系統(tǒng)，可以即時分析運動員的身體狀況，并指導(dǎo)運動員如何反應(yīng)。

這些針對消費大眾的物聯(lián)網(wǎng)終端裝置，在設(shè)計上有一個共通特點，就是強調(diào)整合、跨裝置的使用體驗，例如：福特汽車(Ford)與Amazon合作，將Amazon Echo語音助理系統(tǒng)Alexa，與車載娛樂通訊整合系統(tǒng)SYNC整合在一個介面里，車主在車上時可以透過Sync控制家中的車庫燈、門等設(shè)備，在家中也能即時掌握車輛狀況。

除了強調(diào)使用體驗外，安全也是物聯(lián)網(wǎng)裝置未來的發(fā)展重點，美國網(wǎng)路安全專家在2015年6月證實可以入侵克萊斯勒汽車的資訊娛樂系統(tǒng) Uconnect，進而遠(yuǎn)端控制汽車，例如：調(diào)整冷氣溫度、開關(guān)雨刷、操控方向盤及控制車速等，這項研究也使得克萊斯勒緊急召回140萬輛聯(lián)網(wǎng)汽車，更新程式與修補漏洞。

雖然物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至今尚未傳出大規(guī)模攻擊事件，或是對使用者造成實際損失，但是現(xiàn)在沒有不代表以后也不會有，而且物聯(lián)網(wǎng)終端裝置搜集了大量資料，對駭客來說是很大的誘因，為了不讓資安風(fēng)險阻礙使用者的信心和使用意愿，安全將是物聯(lián)網(wǎng)未來的重要趨勢，日本NEC在2015下半年發(fā)表資料加密新技術(shù)OTR，縮短資料認(rèn)證和加密的時間，讓IoT設(shè)備能用更安全的方式傳輸資料，又不會拖累處理速度。

物聯(lián)網(wǎng)是改變?nèi)祟惿畹闹卮罂萍?，也是未來?shù)十年產(chǎn)業(yè)成長的驅(qū)動力，但因為其應(yīng)用的多元性與豐富性，所以很難有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，唯有從應(yīng)用選擇合適的技術(shù)，才能在物聯(lián)市場上占得先機。