物聯網漸行漸近半導體供應商積極應對

本刊記者 畢曉東

物聯網漸行漸近半導體供應商積極應對

本刊記者 畢曉東

“物物相連”的概念于上世紀 90年代被首先提出，2005年，國際電信聯盟峰會首次明確提出“物聯網”概念。時至今日，“物聯網”一詞已成為業內毋庸置疑的熱點?！拔锫摼W”被譽為繼計算機、互聯網后的第三次信息產業浪潮。然而，雖然被業內普遍看好，物聯網的實際發展卻似乎一直未有突破性進展，甚至業內對“物聯網”概念的認知也并不統一，真正意義的“物物相聯”也遲遲沒有走到人們身邊。作為現代信息產業的基礎，集成電路無疑對物聯網的發展具有重要作用。半導體供應商對于物聯網的最新發展持何觀點？半導體供應商針對物聯網發展都作了哪些布局？物聯網的發展對半導體行業提出了哪些要求？帶著這些問題，本刊記者采訪了一些半導體廠商，以期找到答案。

物聯網發展前景：普遍看好

對于物聯網的發展前景，相關廠商的態度基本趨同，大家普遍對物聯網的發展前景非?？春?。

英飛凌中國區總裁兼執行董事賴群鑫先生認為，縱觀2014年，物聯網產業的持續升溫為全球經濟的發展帶來了新機遇。隨著物聯網相關應用加速滲透到工業生產和人們生活的各個環節，物聯網成為了經濟社會綠色、智能、可持續發展的重要引擎。

英飛凌中國區總裁兼執行董事 賴群鑫

安森美半導體工業物聯網細分市場總監 Sri Jandhyala

據 McKinsey Global Institute統計，全球物聯網預計可望在 2025年創造出每年約 3～6兆美元的市場規模。近期，我國工信部部長苗圩在剛召開的全國兩會上也指出，“工業互聯網是新一輪工業革命和產業變革的一個重點發展領域，在未來20年中，中國工業互聯網發展至少可帶來3萬億美元左右GDP增量，而其核心便是物聯網?！币虼?，英飛凌非?？春梦磥砦锫摼W產業的發展。

安森美半導體工業物聯網細分市場總監 Sri Jandhyala認為，物聯網領域會有巨大增長。物聯網已得到很多關注，而且在今后幾年將更多地滲透到各類市場。2015年，我們預期相當多的增長將來自移動和可穿戴領域，以及消費領域應用。此外，物聯網在工業領域的應用將持續不斷增長。

Intersil公司戰略和基礎設施電源產品高級副總裁 Mark Downing

Intersil公司戰略和基礎設施電源產品高級副總裁Mark Downing認為，雖然物聯網(IoT)給日用電子產品增加了智能和聯網功能，并意味著數十億出貨量的商機，但其仍然是一個不成熟的終端市場，需要針對各種終端設備的互操作性標準和完善的軟件生態系統來支持。但有幾點是明確的：移動電話是物聯網的主要推動因素，它是訪問由互聯終端設備提供的數據的中樞，另外我們需要大量骨干基礎設施來支持不斷增加的網絡負載和數據存儲。

Cypress大中華區 PSoC業務拓展經理王東剛表示，物聯網產業是非常重要的。 根據思科總裁John Chambers的估算，到 2020年，全世界每年將有60億個傳感器接入到物聯網。 它們采集人們周圍的數據，使得人們的工作和生活更加智能化。2015年是物聯網的起步之年，將會涌現很多基于物聯網的方案和半導體器件產品。

Cypress大中華區PSoC業務拓展經理 王東剛

ADI公司市場經理張鵬表示，ADI十分看好物聯網在中國的發展。未來工業物聯網將會有明確的行業或企業標準。另外，工業物聯網將以智能組網、低功耗、高度集成化作為主要發展趨勢和目標。同時，統一的協議棧也是工業物聯網的未來發展重點。

就對半導體技術的需求而言，具有應用針對性的專用芯片以及系統級解決方案是大趨勢。而細分應用市場的趨勢也決定了半導體產品的具體發展方向，例如通信所需要的更高速和高集成度(如單片集成的收發方案)，物聯網和可穿戴設備所需要的低功耗和高能效以及新的傳感器技術，工業自動化升級所需要的更高精密和更多功

能的集成，可再生能源和新能源汽車所要求的高能效轉換和電源/電池管理技術。

ADI亞太區微機電產品市場和應用經理 趙延輝

物聯網對傳感器要求：低功耗、小體積、集成化

在物聯網生態系統中，信息的采集是物聯網得以存在的前提和基礎。傳感器作為信息采集的前端，其重要性不言而喻。物聯網的發展對傳感器提出了那些要求呢？因為傳感器種類繁多，不同應用需求對傳感器有不同要求。但有些要求具有共同性，那就是：低功耗、小體積、集成化。

賴群鑫：在物聯網環境中，傳感器負責捕集所有有意義的數據，包括物體的運動、外形尺寸、壓力、電流、距離、亮度等。作為物聯網重要關節的傳感器正朝著小型化、智能化、集成化的方向突破，探測精度高、芯片體積小、兼具互聯功能等特性的新型傳感器不斷更新換代。

英飛凌在傳感器領域耕耘多年，面向汽車、工業和消費電子行業開發出多種智能和高集成度的傳感器產品，如今全球平均每輛汽車上平均裝備約20顆傳感器，其中4顆來自于英飛凌。

在智能交通領域，雷達傳感器對將來實現自動駕駛至關重要。最近英飛凌與德國汽車零部件供應商海拉集團為雷達傳感器開發了 24 GHz雷達傳感器系統，能有效監控汽車后部的盲區，具備極高精度，不論物體的運動方向和速度如何，即使在惡劣天氣條件下，持續的雷達掃描都可準確地對運動中的物體進行探測，實現更高的測量準確性。

近期，英飛凌還推出了一款適用于移動和可穿戴設備以及物聯網設備的±5 cm超高分辨率微型MEMS(微機電系統)壓力傳感器DPS310。作為一款低功率數字式大氣壓力傳感器，該產品可促進開發新的增強型導航、定位、健康、手勢識別和天氣監測等應用。此外，它能夠為計算海拔升高和垂直速度提供準確數據，適用于移動和可穿戴健康和運動設備的活動追蹤特性，同時，超高精度壓力測量則為手勢識別和探測天氣變化提供了新的可能性。

ADI亞太區微機電產品市場和應用經理趙延輝：物聯網的發展離不開各種各樣的傳感器，它們是將自然界中的信號轉換成電信號的第一步，而后才是各種各樣的后處理及組網方式。這里主要談MEMS傳感器在物聯網中的需求。

在智能交通領域，很多貴重物品需要防盜，一旦有人破壞或撬動，就會產生加速度，而這就可以用MEMS加速度計來實時檢測。再比如，在事故多發路段或山區裝碰撞檢測裝置，就可以準確判斷在100 m甚至50 m范圍內是否發生事故，這樣可以第一時間救援或者是定責。而碰撞檢測可以用大量程的MEMS加速度實現。

在智能家居領域，一樣有安防的需求。在家里沒人時，進入布防的狀態下，一旦有人從門窗進入，就會產生振動，而這個振動就可以用MEMS加速度計捕捉到，再通過無線使能家里的錄像機或者是自動報警。

ADI的MEMS產品不只是關注基本運動檢測或新穎的功能，還考慮極端工作環境。比如石油測井行業等，它要求傳感器在各種沖擊、振動和高溫等極端條件下，依然保持靈敏度、噪聲和零點精度等關鍵特性的能力。這些MEMS傳感器可以提供極具價值且至關重要的系統性能改進，從而實現提供測井或提采效率、減少系統停機時間及其他可觀的好處。

智能化是需要雙向互動的，網絡通信與智能化傳感技術的發展將會促進工業控制的智能化發展。網絡通信技術可以將工業控制整合成一個系統，可以在優化的控制系統中實現智能化，網絡通信也可以很容易將各個分立的子系統及節點連接成大的系統，越來越多的工業控制系統實現了聯網并更加網絡化與智能化。傳感技術也在不斷地更新與變化中，越來越多的智能技術被用在傳感器上，網絡技術也已開始與傳感器緊密結合；這幾年非常熱的物聯網概念，都是工業控制智能化的具體體現。在這當中，軟件技術的發展將面臨巨大的技術挑戰，真正雙向的通信、智能傳感及智能通信，都需要高可靠性的軟件來支撐，針對于不同的控制對象也需要更多專業化與定制的軟件；另外，針對于工業應用復雜的現場及特定的條件，高溫、高可靠性、需要隔離的器件也需要更多的新技術去支撐。

Sri Jandhyala：過去幾年安森美半導體已在傳感器領域投入很多。我們也完成了一些收購，增強了我們在傳感器領域的地位。我們的主導產品將是圖像傳感器，在此領域我們有世界一流的優勢和同類最佳的技術。我們有寬廣陣容的圖像傳感器，橫跨的應用很廣，從技術和市場價格較低端使用CMOS圖像傳感器應用于手機相機，到極其高端技術、高市場價格的CCD圖像傳感器，應用于航空監控、機器視覺，乃至其他非常高端的、較低用量的應用，安森美半導體都一應具備。此外，我們還有環境、光及距離傳感器。

Mark Downing：傳感器廣泛用于消費電子產品、工業系統、服務網絡、醫療保健網絡等領域。物聯網系統由相互通信的智能設備組成，它們通過實時交換數據來改善我們的日常生活。被動和主動光學傳感器，如環境光傳感器和接近傳感器等，在顯著提高物聯網效率和改善整體用戶體驗方面可以發揮重要作用。

理想的物聯網傳感器的特征是它們必須小巧——

小到在實際系統里看不到的程度，而且必須具有極低的功耗，具體為在工作模式下為微瓦級，在睡眠模式下為納瓦級，以便一次充電連續工作幾年時間。Intersil的光學傳感器被廣泛地應用在智能手機、可穿戴設備、汽車電子、工業設備和家庭自動化產品中，其光線傳感器產品包括RGB傳感器，它可用作光強測量和色溫測量。另外還包括用于檢測物體接近的接近傳感器和用于監測光強的環境光傳感器。所有這些光學傳感器都能改善用戶體驗和幫助客戶實現新的產品特性。

家庭自動化是物聯網的另一個高增長機會。傳感器在家庭中有許多用途，例如，煙霧檢測器可以被賦以其他功能并改善整個家庭的能源效率。傳統白色家電可以通過使用傳感器變得更智能和更節能。

此外，物聯網的范圍并不限于家庭；我們的工作環境很可能因為使用更多智能器件而得到改善。Intersil的ISL29125 RGB數字光傳感器以業內最小外形提供可靠的光學濾波技術和市場領先的角度響應性能，使得能夠在所有光源下提供超清晰的顯示對比度和一致的亮度。RGB傳感器可直接與器件的核心處理器通信，以支持根據不斷變化的照明條件自動調整顯示亮度，向消費者提供更鮮明和色彩一致的體驗，同時延長電池續航時間。

微處理器及微控制器：高性能、小體積、低功耗

在物聯網系統中，傳感器猶如五官，完成信號的感知，而微處理器及微控制器則猶如心臟，控制著整個系統的運轉。應用于物聯網中的控制器及處理器又需要具備哪些特性呢？

賴群鑫：微控制器是物聯網的大腦，對物聯網設備進行控制并與周圍環境交互。由于海量的設備交互，物聯網要求微處理器具備聯網功能，并對其運算速度、計算能力、功耗等方面都提出了更高的要求。

英飛凌的微控制器應用于智能交通、工業控制和智能家居等領域，配合英飛凌強大的安全芯片，保障了物聯網設備的流暢運轉和數據安全。

比如英飛凌在汽車發動機控制和高級駕駛輔助系統中應用的32位多核微控制器Aurix產品家族，具有強大的運算能力，能在苛刻的溫度環境下同時處理不同任務，并做出迅速處理和反應。此外，通過加密的軟件和硬件，Aurix能保護車聯網環境中信息上傳和下載的加密信息。

公司應用于智能家居的 XMC1100微控制器和 sub 1 GHz無線 RF收發器解決方案，可以實現智能家居的無線連接，與英飛凌安全產品OPTIGA配合使用，能保障數據通信的安全性。

近期英飛凌還最新發布了SLM 97和SLI 97安全控制器系列產品，能分別滿足工業和汽車應用機器到機器(M2M)通信需求的獨特功能，比如緊急呼叫和車對車(V2V)通信，全面提升了M2M解決方案的靈活性并簡化其部署。目前，英飛凌已經與歐洲領先的汽車廠商合作，為其旗下車輛提供緊急呼叫安全控制器解決方案。

ADI公司DSP亞洲業務區域經理陸磊:物聯網中傳感器側對處理器的要求主要是低功耗、低成本、小體積，同時要能方便地支持可靠的連接 (如射頻傳輸等)——如果處理器能集成傳感器和射頻傳輸等則更好。ADI公司的處理器的有獨特的低功耗設計，能達到低功耗和高性能的平衡。比如，BF70x系列處理器在與同類產品性能相當的情況下功耗降低一半，非常適合需要高性能（圖像處理）和低功耗（電池供電）的智能傳感器應用。

王東剛：物聯網的發展是個非常大的概念。就現在的數據采集和處理的終端產品來說，對半導體器件提出了以下三個方面的挑戰，我們可以稱之為3P——Power（功耗）、Package（封裝）、Performance（性能）。數據的采集和處理給傳感器和處理器器件帶來了巨大的機會。

Cypress的發展戰略是從市場的需求出發積極面對挑戰。比如：物聯網對于MCU產品要求對功耗、封裝和性能三方面進行優化，即平均功耗要小于 10 μA，封裝5 mm×5 mm以下，甚至2 mm×2 mm或更小，而性能在16 MHz～80 MHz，以滿足不同場合的需求。

Cypress的 PSoC 4和 PSoC 5系列可編程片上系統是分別基于ARM Cortex-M0和ARM Cortex-M3的CPU,包含了可編程模擬和可編程數字資源，共有5種功耗模式，包括動態、睡眠、深度睡眠、休眠及停止，最低的休眠(停止)功耗可低至60 nA。CSP或者QFN封裝使得芯片尺寸小于 5 mm×5 mm，處理器性能在 16 MHz～80 MHz不等。PSoC 4和PSoC 5有效地解決了功耗、封裝和性能的問題。

ADI公司DSP亞洲業務區域經理 陸磊

物聯網安全性：有待加強的領域

對于物聯網的發展，安全性是一個不應該被回避的話題。目前，對于互聯網時代的信息安全問題日益引起人們的關注，而如果進入物聯網時代，聯網設備必將巨幅增長，安全性如何保證？然而，目前看來，在物聯網尚未建立統一標準的情況下，談論物聯網的安全性也許為時尚早。不過，不乏廠商已開始未雨綢繆，提前布局。

賴群鑫：物聯網直接或間接地影響著每一個行業，其環境下敏感數據量越大，數據、ID、IP被盜用,數據被偽造或篡改,設備、服務器和網絡被惡意操縱等風險就越大，安全因此至關重要。

作為安全芯片的全球領袖，英飛凌在安全產品和技

術上已引領市場近30年。如何部署安全，幫助物聯網生態系統中不具備安全經驗的多個角色進行安全教育，根據應用需求提供為他們量身定制的解決方案，是我們的重要責任。

針對物聯網的安全，英飛凌著眼于器件級的網絡集成，通過機器間通信、智能家居、車聯網、工業自動化、通信網絡，實現對象無縫集成到信息網絡中的世界。我們的物聯網安全解決方案具有以下獨特的優勢：

增值：加大了差異化，并降低成本，助力客戶保持領先；

便捷：基于硬件的安全不僅易于實現，且在加強安全的同時，不影響用戶體驗；

量身定制：基于需求的安全，兼顧了要達到的安全高度以及客戶對成本的要求；

可靠：高質量的產品和對客戶的長期承諾。

物聯網如何實現爆發性增長？

盡管物聯網持續升溫多年，然而迄今尚未出現大范圍普及讓人們廣泛認同的物聯網應用。有哪些原因在制約物聯網的發展？物聯網何時能實現爆發性增長？

賴群鑫：缺乏統一的相關技術標準是目前制約物聯網發展的主要因素。此外，以下挑戰也不容忽視：

（1）注重客戶和市場的實際需求，而不是技術取得的效果：長久以來，人們發現物聯網已被能夠為其設計硬件和軟件（應用程序）的技術公司大肆宣傳，但他們忽略了消費者的真正需求。早期的使用者也許很容易被這些小程序所迷惑，但要令大眾信服，還是需要真正滿足消費者需求的智能產品。

（2）業務模式、商業案例及財務能力：物聯網的許多理念聽起來都很誘人，然而從這些理念中獲得的增益（附加值）是直接與價格相關的。物聯網昂貴的價格令業務難以進行。即使沒有直接受到成本的打擊，無論是傳統的互聯網業務模式還是產品業務模式都不能真正符合物聯網的產品和服務。

（3）業務生態系統：所有的物聯網應用都涉及一個很長的產業鏈，通常從半導體元件開始，到智能設備、交互渠道、終端 ICT基礎設施，再到云端/大數據/分析論，最終將智能信息反饋到設備或是設備的使用者，從而達到期望值。物聯網的任何應用的實現都離不開各方的共同運作。

張鵬:影響物聯網發展的主要是物理層的權衡取舍問題。

Wi-Fi廣泛用于很多應用之中。它工作的頻段為2.4和 5.8 GHz ISM，提供高數據速率，并在全世界范圍內免許可?，F已有大量基礎設施。然而，其涉及的范圍卻相當有限，且系統相對來說功耗和成本都較高。為了解決這些缺點，人們正在不斷地進行嘗試。

低功耗藍牙系統具有極佳的數據速率和良好的低功耗特性，但代價是范圍極為有限，且網絡擴展性較差。將有限數量的傳感器連接在某人或某個場所的周圍是不錯的選擇。

另外，2.4 GHz ISM頻段還有別的選擇。這些選項中的大多數都基于 IEEE 802.15.4規范，最常見的是ZigBee。一般而言，這些系統具有良好的數據速率、中等范圍，且都在世界范圍內免許可。某些情況下射頻干擾可能是一個問題，尤其當區域內存在大量Wi-Fi流量時。

對于需要更大范圍以及更佳的目標滲透性的應用而言，sub-GHz ISM頻段也許是一個很好的選擇。它們提供中等數據速率、良好的范圍和目標滲透性，一般還具有更低的干擾水平。但全球不同地區有不同的監管機構要求。沒有哪一個頻段可以免許可地同時在全世界具有相同的要求。另外，直到最近的802.15.4G修訂為802.15.4規范以前，尚未有任何通用的參考標準。

最后需要考慮的是窄帶系統。這些系統甚至能提供更廣的范圍和更好的目標滲透性，通?？蛇_數公里范圍，但犧牲了數據速率，且監管機構的要求也更為嚴格。另外，根據具體應用，某些情況下還可使用其他頻段。

市場上有大量的軟件協議，大部分都聲稱能解決世界上的絕大部分（甚至所有）問題。某些還聲稱采用開放標準，但實際上在供應鏈的某一點或多點處的源是單一的。此外，使用基于標準的協議并不意味著該系統能兼容采用相同協議的其他系統，除非該設備通過了嚴格的認證和合規性測試。

針對無線傳感器網絡產品和第一協議產品，我們提供專有解決方案：ADRadioNet。我們的目標是在不遠的將來增加基于標準和兼容標準的選項。

王東剛：物聯網能否實現爆發性增長在于終端廠商是否能發現真正的市場需求，開發出非常有賣點、對消費者來說不可或缺的終端產品。健康醫療終端產品有可能最先實現爆發性增長。

后記：“物聯網”是一個宏大的命題。廣義上來說，諸如可穿戴、智能家居、車聯網這些行業熱點話題都可納入物聯網范疇。而電子工業整個產業鏈上下游企業，似乎也都可無可非議地納入物聯網生態系統。本文也只能透過一些半導體供應商的視角對物聯網發展管窺一斑。某種意義上來說，試圖對物聯網概念作一個清晰的界定、探討物聯網何時真正落地也并非有實足意義?？萍既招略庐惖陌l展必將會將人類的生活引向智能化的未來。物聯網，漸行漸近。