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    智動化 / 文章 /

    芯片愈便宜 物聯網愈有搞頭
    技術、標準協議缺一不可
    [作者 姚嘉洋]   2014年11月12日 星期三 瀏覽人次: [15790]

    談論了這么久,物聯網已經有了一個清晰的輪廓,

    但我們似乎還是無法明顯感受到物聯網所帶來的便利,

    原因就在于成本還是過于高昂。


    刊頭 :
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    物聯網相關的討論在各大報章雜志已經多如繁星、不可勝數,單就技術的討論而言,短期內也應無太大的明顯變化,主要的理由在于,芯片規格本身就很難在短期內有相當大的突破,但長期來看,物聯網接下來的發展趨勢之一就是:「會愈來愈便宜。」


    愈便宜 愈是無所不在

    在《2050—趨勢巨流》(丹尼爾.富蘭克林與約翰.安德魯斯合著)一書中,就提出了芯片將會愈來愈小、愈便宜且無所不在,最后,就會變成「智能塵」,這意味著未來的因特網所能容納的連網裝置將數之不盡。


    而芯片之所以會愈來愈小的原因,當然是歸功于大家耳熟能詳的「摩爾定律」。依據該定律,每隔18個月,計算機運算的能力將可以提升一倍,所花費的成本將下跌一半,照此推算,若摩爾定律還是在有效的情況下,要發生所謂的智能塵現象,并非只是空談。


    Gartner副總裁Nick Jones便指出:「我們預期,各種家用裝備都將具備『智能』功能,也就是具備某種程度的感測及情報能力,且通常能以無線方式與外界通訊,而更高階的裝置還會感測并自遠程進行遙控。價格不太可能形成阻礙,因為長期來看消費產品鏈接物聯網的成本將逐漸降至1美元左右。」


    至少在10年內,一般家庭中智能對象的數量將緩慢成長,這是因為許多大型家電不會經常汰換。盡管到2020到2025年之前,智能家庭市場仍無法進入成熟階段,但智能家用產品的生產正在啟動,由這些產品所帶動的數字商機也已崛起。


    但是,你可以試想,當芯片真的無所不在,并具備聯機能力的時候,那會是什么樣的光景?


    所有的裝置都具備了一定的運算、感測與聯機能力后,它們彼此之間將變得更加緊密,這對于所屬產業乃至于經濟都會造成相當大的質變,各個產業的每一個層面與供應鏈的應變速度將變得更快,更聰明,也更具生產力。想當然的,這也會改變就業市場、人們的生活習慣,產生新的產品、服務甚至是新的產業。



    圖一 : 當聯機芯片真的充斥在我們生活的四周時,物聯網的愿景才能真正被實現。
    圖一 : 當聯機芯片真的充斥在我們生活的四周時,物聯網的愿景才能真正被實現。

    當成本能有效降低之后,無所不在的物聯網就能產生無限的可能性,

    但這也必須要有軟件與標準協議這些要素配合。

    長期來看,要實現物聯網的愿景,將慢慢地從實務上逐一克服。

    技術突破 帶動成本效益與高度整合

    回到技術面本身,物聯網終端系統架構可以細分成:控制/處理、感測、聯機、模擬與混合訊號(訊號傳遞)與電源管理等。就終端應用而言,就相當的五花八門,從十分熱門的穿戴式應用、智能家庭、智能工廠乃至各個產業都能搭上物聯網的熱潮。


    根據Gartner預估,到了2018年,全球半導體產業的營收規??赏麃淼?840億美金,其中物聯網就占了240億美金,其中家用物聯網半導體市場接近50億美金,穿戴式裝置半導體方面則約莫為21億美金。


    觀察目前諸多半導體大廠所推出的產品,其背后的策略意涵大多都跟前述所提供的內容不謀而合。


    舉例來說,ST(意法半導體)率先推出業界首款不到一美元的Cortex-M4核心的MCU(微控制器),如果你對MCU市場很熟悉,就不難理解,過去具備浮點運算功能又兼具控制功能的嵌入式系統,往往會需要雙芯片的搭配才有辦法完成,單以MCU的成本來說,雖然相當低廉,但搭配具有浮點運算功能的DSP(數字信號處理器),一來不僅成本提高,再者也無益系統面積的微縮,Cortex-M4的面世,減少整體系統的成本的建置,ST又將銷售價格壓低后,等同于再將成本下壓,這的確有助于物聯網終端的銷售與普及。


    同樣是系統微縮,我們也能常??吹組CU整合如藍牙、ZigBee或是Wi-Fi等無線收發器在單一封裝的產品在市場上,同樣的能供應這類方案的業者,大多也是TI(德州儀器)、ST或是Silicon Lab等國外大廠為主。



    圖二 : 在物聯網終端系統的設計上,大多會以模塊化的形式呈現,體積相當小巧,這也必須歸功于MCU本身也正在朝向不斷整合的道路前進。(攝影:姚嘉洋)
    圖二 : 在物聯網終端系統的設計上,大多會以模塊化的形式呈現,體積相當小巧,這也必須歸功于MCU本身也正在朝向不斷整合的道路前進。(攝影:姚嘉洋)

    同樣的,像是傳感器與MEMS(微機電系統)這類組件能收進外界各類的模擬訊號,再收集并回饋后,進一步提升了人們的使用體驗,或是節省了更多的能源損耗與提升健康照顧質量等,這也連帶使得這類組件的成長相當驚人。


    就終端應用來說,穿戴式應用或許可以說是在物聯網應用扮演相當重要的角色,一方面它本身就具備聯機能力,二來購入的價格壓力不大,所以也就具備相當強勁的成長動能。


    市場研究調查機構IHS MEMS及傳感器產業總監暨分析師Jeremie Bouchaud便談到:「市場對于物聯網與穿戴式裝置展現的高度熱情,結合傳感器和微致動器的價值,將會創造出越來越多的相關應用,并將進一步推動這個市場持續成長。」



    圖三 : MEMS組件可以實現許多創新應用,所以市場需求相當強勁,同樣的,組件發展自然也是朝向微縮與整合的方向。(攝影:姚嘉洋)
    圖三 : MEMS組件可以實現許多創新應用,所以市場需求相當強勁,同樣的,組件發展自然也是朝向微縮與整合的方向。(攝影:姚嘉洋)

    然而,由于摩爾定律目前仍然是處于有效的狀態,所以Gartner也預估,諸多半導體組件的平均銷售單價將會不斷下探,以穿戴式應用為例,像是8位的微控制器就會從2012年的0.6美金,到了2018年,將下探至0.45美金左右,同樣的,其他的半導體組件也會有相同的情形,請參考(表一)。



    表一 : 穿戴式組件平均單價預測(單位:美金)
    表一 : 穿戴式組件平均單價預測(單位:美金)

    所以,由此來看,當物聯網終端系統的建置成本不斷下降的情況下,的確有助于系統整合業者采用的意愿將大幅上升,這也拉抬了相關半導體的市場規模。


    山頭林立的物聯網標準

    當然,除了硬件成本的下探加速了物聯網實現,其他的技術要素也必須一并考慮在內,軟件自然是其中一環。像是處理器IP供貨商ARM就為了能加速物聯網的普及,也免費提供了專為Cortex-M核心的操作系統mbed OS,供產業界相關系統開發業者所使用。


    但考慮到物聯網涵蓋的范圍太廣,Gartner倒也提出了其他的見解,像是評估現有各個可翻新、可使用的設備市場需要多少聯網裝置、成立專業團隊,負責推出物聯網相關芯片與封裝制程,以及為未來快速成長的物聯網市場準備對應的產能,避免供不應求等。


    另外一個問題在于物聯網的標準目前仍是處于山頭林立的狀況,像是高通、ARM與英特爾都各自成立物聯網聯盟,意欲搶下物聯網的主導權,在物聯網標準尚無法大一統的情況下,終端裝置彼此之間要能充份互相鏈接與溝通就會有相當大的困難,即便在技術上能有重大突破,產品雖然能大量量產,物聯網所能產生的效益也會相當有限。


    資策會MIC資深產業分析師兼組長郭家蓉也說,由于物聯網各陣營的平臺大多是在今年才逐一興起,所以還無法判斷出哪個陣營較占優勢,但就會員數量與成立時間來看,很明顯的是以高通為首的Allseen Alliance的數量最多(為70余家),成立時間為2013年為最早。郭家蓉判斷,最快要等到2015年的CES或是MWC,才有辦法初步看出端倪所在。



    圖四 : 物聯網標準的制定,目前呈現混亂的局面,其中高通是相對較早采取行動的業者。(攝影:姚嘉洋)
    圖四 : 物聯網標準的制定,目前呈現混亂的局面,其中高通是相對較早采取行動的業者。(攝影:姚嘉洋)

    結論

    客觀的說,物聯網所能帶來的益處,某種程度上還是停留在大家的想象空間里,不過可以確定的是,物聯網所帶來的產業變化也正在發生當中,只是這變化能有多大,全憑借技術的突破與產業界的努力??梢源_定的是,物聯網將在潛移默化中逐漸改變世界既有的運作規則。


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