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不完美 但仍持續進化
智慧手錶的四大關鍵技術進展剖析

【作者: 籃貫銘】   2017年11月09日 星期四

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完美,理想的智慧手錶要有最全面的無線支援,包含藍牙,Wi-Fi,5G以及對應IoT的技術;要擁有超長的電池壽命,不是一天兩天,或者一個月兩個月,而是以「年」來計,此外,它要有完美的顯示器,無論白天黑夜,室內室外,都要完美的傳遞資訊。簡單說,它得像救生衣一樣,是危難時最後一個值得倚賴的工具。


現在的問題是,還要等多久,還差距多遠?


本篇文章將從電池與充電技術、顯示面板、無線與通訊晶片與處理器的技術進度,來理解智慧手錶當前與未來的發展。


電池與充電技術


智慧手錶的電池續航力與壽命,是目前消費者在選購時的重要考量之一,同時這也是製造商想盡辦法要突破的困境,但卻是個兩難的問題。在改善電池續航力的問題,最直接的解決方法,便是提高電池容量,但若要兼顧手錶外型及提供更多應用程式下,通常也代表著電源供應及電力消耗的難度增加。


第一代Apple Watch的電池容量僅205mAh,比摩托羅拉Moto 360的300mAh以及LG G Watch R的400mAh電池容量更小。到了第二代Apple Watch,已配置容量為334毫安時的電池,比第一代增長35%。到了近日推出的Apple watch3 更將研發重點放在電池續航力的突破上


三星去年12月發行的Samsung Gear S3,將電池容量提升到380 mAh,並內建有自動啟用低耗電錶盤功能,當低電量時此功能將自動啟用,讓時間顯示功能至少還能使用,根據官方資料,使用時間可到三天。



圖1 : LG watch sport採用到430 mAh容量的電池,幾乎是目前最大
圖1 : LG watch sport採用到430 mAh容量的電池,幾乎是目前最大


今年剛推出的新款LG watch sport,為了提升手錶運用功能的多樣化,新款配有LTE無線網絡和可用於交易的NFC功能,同時也把電池容量增加到430 mAh,已是目前市面上擁有最大電池容量的智慧錶,但根據官方宣稱電池續航力為一天,顯然額外功能的增加,都讓容量已增倍的電池仍顯得力不從心。


顯示電池容量最大的手錶,並不能保證其擁有最佳續航力,製造商在改善電池續航力的問題,除提高電池容量外,都朝降低作業系統跟螢幕耗電量方式著手,又或者改善電池充電技術。


目前市面上已出現標榜可自動充電的智慧錶,運用傳統機械錶概念,在智慧錶中導入動力電池系統,只要穿戴者移動就會自動充電,但目前尚未量產,充電與續航效果如何都尚待考證。



除了自動充電技術外,將熱能轉變為電能的「獵能技術」,也是另一個運用到智慧錶上的充電技術。Matrix發行的PowerWatch即標榜用體溫充電,也就是只要戴著就不會沒電。



換而言之,就是目前智慧手錶仍沒有一個可以擔當主角的電池技術,唯一可以期待的方向,就是自動充電技術,但此技術若要滿足越來越龐大的數據與智慧應用,恐怕還有一大段路要走,因此,也只能以持續期待的心情看待了。


顯示面板


圖2 : 友達光電在Touch Taiwan 2017展出日光可讀(Sun readable)的智慧錶顯示器
圖2 : 友達光電在Touch Taiwan 2017展出日光可讀(Sun readable)的智慧錶顯示器


目前電子錶螢幕以圓形或方形設計為主,而可用以作為顯示器的技術很多,一般常見包括LCD、AMOLED、EPD(電泳顯示技術或稱電子紙)及高通開發的Mirasol,但目前市面上多數智慧錶係配備AMOLED顯示器。



從第2代Apple watch 開始就採用OLED Retina 顯示器,將螢幕亮度達到了1000 nit,是第一代的2倍,有助於配戴者在戶外看清錶面內容。



三星不意外使用其自家的Super AMOLED,若以新款標榜可游泳的防水手環,採用曲面的Curved Super AMOLED螢幕(216*432),讓運動錶款更貼近手手腕,且螢幕也更寬。



LG智慧手錶的面板,是搭配其持續開發中的P-OLED( Plastic OLED),這款面板同時也用在今年8月推出的新款手機當中。LG一直未停止P-OLED研發工作,這款新P-OLED面板,優勢在於相較於其他玻璃製OLED,耐用度提高,且厚度較薄,重量也較輕。



傳聞下一代apple watch可能使用的Micro LED,Micro LED可使面板更輕薄,發光效能大幅提升,且能與多個感測元件結合,更”智慧”控制螢幕的 LED 畫素,減少功耗,可有效提升電池續航力。由於Micro LED擁有高於OLED的優勢,已有許多參與者,且根據業者表示,最快可能於今年底試產,初期可能被應用到智慧錶等需要小尺寸面板的產品上。但由於目前製造技術上遭遇許多挑戰,使得成本居高不下,何時可順利量產作為商用,尚存在不確定性。



圖3 : 台灣以【手錶】為題的專利件數
圖3 : 台灣以【手錶】為題的專利件數

無線與通訊晶片


通訊與網路功能是智慧手錶之所以智慧的主因,不僅要實現不落於一般手機的通話品質,同時還要能對應更趨豐富的智慧控制和感測功能,也因此持續增強智慧錶在此環節上性能,也是目前智慧手錶技術發展的重點。



過去智慧錶多僅具有藍牙通訊功能,目的是為讓錶可與手機聯繫,再間接地透過網路,發揮手機上各種應用功能。但脫離藍牙連結範圍後,手機與手錶便無法聯繫,於是逐漸將手錶建入Wi-Fi模組,讓手錶與手機間透過Wi-Fi連線進行更長距離的遠端連結。


但這樣還不夠,為了降低手錶對手機的依賴程度,同時還能有更多應用功能,LTE功能的智慧錶於焉而生。LG在去年推出首款可插SIM卡的4G LTE手錶後,今年發表的Apple Watch 3也提供LTE版本,且採用內建eSIM,只要與iphone配對後即可使用同個門號,無須透過額外SIM卡。Canalys看好內建LTE的智慧手錶,在內建無線寬頻後,使用情境將不再處處受限,將成為驅動智慧手錶出貨量大躍進的關鍵。



智慧錶有了獨立的4G以後,多了可以通話及其他社交功能,再加入GPS衛星定位技術後,即能協助導航及戶外活動應用,而透過增加NFC,就能實現行動支付,這些新配備應可讓過度依賴智慧手機的用戶,透過智慧錶來暫時擺脫手機的桎梏。


核心處理器


如前面所說,要提高電池續航力的方法之一,是降低作業系統的電力消耗,而處理器的效能提升至為關鍵。



高通在去年2016 IFA展出與Fossil合作推出的智慧錶,即配備高通開發使用於Android Wear 系統的第二代處理器Snapdragon Wear 2100,這款處理器開發重點強調體積小及省電,支援多個低功耗的元件,目標鎖定穿戴裝置產品應用。



此外,Apple Watch Series 3內建新的S3雙核心處理晶片,相較前一代,速度提升70%。三星Gear S3內置雙核ARM Cortex-A53 處理器,採用64位處理器,有效降低效能的損耗。顯然,以目前進步的處理器技術製程,不至於成為智慧錶的發展瓶頸。



而對中低階的智慧手錶而言,其實根本用不到處理器,只需要控制器即可,例如台灣的聯發科(MediaTek)所提供的智慧錶處理器晶片組就能應付自如。該公司今年第二季才與宏碁(Acer)推出了新的Acer Leap Ware,該產品搭載了聯發科技的MT2523系列晶片組。



圖4 : 聯發科的MT2523系列(MT2523D/MT2523G) 是使用高度整合的系統封裝(SiP)技術的產品,包含MCU(Cortex-M4)、低功耗全球導航衛星系統、雙模藍牙,以及電源管理單元(PMU)與諸多I/O控制
圖4 : 聯發科的MT2523系列(MT2523D/MT2523G) 是使用高度整合的系統封裝(SiP)技術的產品,包含MCU(Cortex-M4)、低功耗全球導航衛星系統、雙模藍牙,以及電源管理單元(PMU)與諸多I/O控制


MT2523系列(MT2523D/MT2523G) 是使用高度整合的系統封裝(SiP)技術的產品,包含MCU(Cortex-M4)、低功耗全球導航衛星系統、雙模藍牙,以及電源管理單元(PMU)與諸多I/O控制,幾乎把智慧錶需要的硬體功能都放進去了。


結論


綜觀來看,智慧手錶的關鍵零組件在各個技術供應商的努力下仍持續再進化,不僅性能持續改進,更重要的是,越能抓住消費者與市場的需求。



電池與充電技術正在取得一個理想的平衡,而不單單只是往容量方向思考;而顯示面板也更能因應真實環境的挑戰;無線與網路功能也逐漸去蕪存菁;處理器的性能與整合度正跳躍式的增加。



當然,這裡頭最重要的關卡還是電源問題,但隨著晶片商在SiP技術的加持下,將會大幅減輕電源設計的難度,並為他們開啟一條大路。


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