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芯片愈便宜 物联网愈有搞头
技术、标准协议缺一不可

【作者: 姚嘉洋】2014年11月12日 星期三

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谈论了这么久,物联网已经有了一个清晰的轮廓,

但我们似乎还是无法明显感受到物联网所带来的便利,

原因就在于成本还是过于高昂。


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物联网相关的讨论在各大报章杂志已经多如繁星、不可胜数,单就技术的讨论而言,短期内也应无太大的明显变化,主要的理由在于,芯片规格本身就很难在短期内有相当大的突破,但长期来看,物联网接下来的发展趋势之一就是:「会愈来愈便宜。」


愈便宜 愈是无所不在

在《2050—趋势巨流》(丹尼尔.富兰克林与约翰.安德鲁斯合着)一书中,就提出了芯片将会愈来愈小、愈便宜且无所不在,最后,就会变成「智能尘」,这意味着未来的因特网所能容纳的连网装置将数之不尽。


而芯片之所以会愈来愈小的原因,当然是归功于大家耳熟能详的「摩尔定律」。依据该定律,每隔18个月,计算机运算的能力将可以提升一倍,所花费的成本将下跌一半,照此推算,若摩尔定律还是在有效的情况下,要发生所谓的智能尘现象,并非只是空谈。


Gartner副总裁Nick Jones便指出:「我们预期,各种家用装备都将具备『智能』功能,也就是具备某种程度的感测及情报能力,且通常能以无线方式与外界通讯,而更高阶的装置还会感测并自远程进行遥控。价格不太可能形成阻碍,因为长期来看消费产品链接物联网的成本将逐渐降至1美元左右。」


至少在10年内,一般家庭中智能对象的数量将缓慢成长,这是因为许多大型家电不会经常汰换。尽管到2020到2025年之前,智能家庭市场仍无法进入成熟阶段,但智能家用产品的生产正在启动,由这些产品所带动的数字商机也已崛起。


但是,你可以试想,当芯片真的无所不在,并具备联机能力的时候,那会是什么样的光景?


所有的装置都具备了一定的运算、感测与联机能力后,它们彼此之间将变得更加紧密,这对于所属产业乃至于经济都会造成相当大的质变,各个产业的每一个层面与供应链的应变速度将变得更快,更聪明,也更具生产力。想当然的,这也会改变就业市场、人们的生活习惯,产生新的产品、服务甚至是新的产业。



图一 : 当联机芯片真的充斥在我们生活的四周时,物联网的愿景才能真正被实现。
图一 : 当联机芯片真的充斥在我们生活的四周时,物联网的愿景才能真正被实现。

当成本能有效降低之后,无所不在的物联网就能产生无限的可能性,

但这也必须要有软件与标准协议这些要素配合。

长期来看,要实现物联网的愿景,将慢慢地从实务上逐一克服。

技术突破 带动成本效益与高度整合

回到技术面本身,物联网终端系统架构可以细分成:控制/处理、感测、联机、模拟与混合讯号(讯号传递)与电源管理等。就终端应用而言,就相当的五花八门,从十分热门的穿戴式应用、智能家庭、智能工厂乃至各个产业都能搭上物联网的热潮。


根据Gartner预估,到了2018年,全球半导体产业的营收规模可望来到3840亿美金,其中物联网就占了240亿美金,其中家用物联网半导体市场接近50亿美金,穿戴式装置半导体方面则约莫为21亿美金。


观察目前诸多半导体大厂所推出的产品,其背后的策略意涵大多都跟前述所提供的内容不谋而合。


举例来说,ST(意法半导体)率先推出业界首款不到一美元的Cortex-M4核心的MCU(微控制器),如果你对MCU市场很熟悉,就不难理解,过去具备浮点运算功能又兼具控制功能的嵌入式系统,往往会需要双芯片的搭配才有办法完成,单以MCU的成本来说,虽然相当低廉,但搭配具有浮点运算功能的DSP(数字信号处理器),一来不仅成本提高,再者也无益系统面积的微缩,Cortex-M4的面世,减少整体系统的成本的建置,ST又将销售价格压低后,等同于再将成本下压,这的确有助于物联网终端的销售与普及。


同样是系统微缩,我们也能常常看到MCU整合如蓝牙、ZigBee或是Wi-Fi等无线收发器在单一封装的产品在市场上,同样的能供应这类方案的业者,大多也是TI(德州仪器)、ST或是Silicon Lab等国外大厂为主。



图二 : 在物联网终端系统的设计上,大多会以模块化的形式呈现,体积相当小巧,这也必须归功于MCU本身也正在朝向不断整合的道路前进。(摄影:姚嘉洋)
图二 : 在物联网终端系统的设计上,大多会以模块化的形式呈现,体积相当小巧,这也必须归功于MCU本身也正在朝向不断整合的道路前进。(摄影:姚嘉洋)

同样的,像是传感器与MEMS(微机电系统)这类组件能收进外界各类的模拟讯号,再收集并回馈后,进一步提升了人们的使用体验,或是节省了更多的能源损耗与提升健康照顾质量等,这也连带使得这类组件的成长相当惊人。


就终端应用来说,穿戴式应用或许可以说是在物联网应用扮演相当重要的角色,一方面它本身就具备联机能力,二来购入的价格压力不大,所以也就具备相当强劲的成长动能。


市场研究调查机构IHS MEMS及传感器产业总监暨分析师Jeremie Bouchaud便谈到:「市场对于物联网与穿戴式装置展现的高度热情,结合传感器和微致动器的价值,将会创造出越来越多的相关应用,并将进一步推动这个市场持续成长。」



图三 : MEMS组件可以实现许多创新应用,所以市场需求相当强劲,同样的,组件发展自然也是朝向微缩与整合的方向。(摄影:姚嘉洋)
图三 : MEMS组件可以实现许多创新应用,所以市场需求相当强劲,同样的,组件发展自然也是朝向微缩与整合的方向。(摄影:姚嘉洋)

然而,由于摩尔定律目前仍然是处于有效的状态,所以Gartner也预估,诸多半导体组件的平均销售单价将会不断下探,以穿戴式应用为例,像是8位的微控制器就会从2012年的0.6美金,到了2018年,将下探至0.45美金左右,同样的,其他的半导体组件也会有相同的情形,请参考(表一)。



表一 : 穿戴式组件平均单价预测(单位:美金)
表一 : 穿戴式组件平均单价预测(单位:美金)

所以,由此来看,当物联网终端系统的建置成本不断下降的情况下,的确有助于系统整合业者采用的意愿将大幅上升,这也拉抬了相关半导体的市场规模。


山头林立的物联网标准

当然,除了硬件成本的下探加速了物联网实现,其他的技术要素也必须一并考虑在内,软件自然是其中一环。像是处理器IP供货商ARM就为了能加速物联网的普及,也免费提供了专为Cortex-M核心的操作系统mbed OS,供产业界相关系统开发业者所使用。


但考虑到物联网涵盖的范围太广,Gartner倒也提出了其他的见解,像是评估现有各个可翻新、可使用的设备市场需要多少联网装置、成立专业团队,负责推出物联网相关芯片与封装制程,以及为未来快速成长的物联网市场准备对应的产能,避免供不应求等。


另外一个问题在于物联网的标准目前仍是处于山头林立的状况,像是高通、ARM与英特尔都各自成立物联网联盟,意欲抢下物联网的主导权,在物联网标准尚无法大一统的情况下,终端装置彼此之间要能充份互相链接与沟通就会有相当大的困难,即便在技术上能有重大突破,产品虽然能大量量产,物联网所能产生的效益也会相当有限。


资策会MIC资深产业分析师兼组长郭家蓉也说,由于物联网各阵营的平台大多是在今年才逐一兴起,所以还无法判断出哪个阵营较占优势,但就会员数量与成立时间来看,很明显的是以高通为首的Allseen Alliance的数量最多(为70余家),成立时间为2013年为最早。郭家蓉判断,最快要等到2015年的CES或是MWC,才有办法初步看出端倪所在。



图四 : 物联网标准的制定,目前呈现混乱的局面,其中高通是相对较早采取行动的业者。(摄影:姚嘉洋)
图四 : 物联网标准的制定,目前呈现混乱的局面,其中高通是相对较早采取行动的业者。(摄影:姚嘉洋)

结论

客观的说,物联网所能带来的益处,某种程度上还是停留在大家的想象空间里,不过可以确定的是,物联网所带来的产业变化也正在发生当中,只是这变化能有多大,全凭借技术的突破与产业界的努力。可以确定的是,物联网将在潜移默化中逐渐改变世界既有的运作规则。


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