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探究驱动物联网未来的系统单晶片
[作者 Dialog]   2017年01月17日 星期二 浏览人次: [11683]

关于物联网(IoT)的相关话题已经很热烈,然而正开始进入市场的许多物联网应用和装置,无疑将对我们与世界的互动方式产生更微妙的影响,协助改善日常的例行工作和流程,而非从上而下的垂直式重建。


以Tile的蓝牙低功耗追踪器为例,这家公司生产的追踪器,主要是附着在我们最常使用但却常常不知所踪的物品上,包括我们进入办公室必得用到的钥匙,以及用来支付咖啡费用的钱包等。我们知道自己会因疏忽而把重要物品放错地方,Tile想帮忙的就是消除这种害怕自己犯错的深沉恐惧,而非试图重新发明钥匙或钱包。


使用蓝牙低功耗感测器,Tile追踪器可与无线装置通讯,并且连结Tile应用程式,在大约100英尺内的有效范围提醒使用者丢失物品的位置。为了帮助定位可能已超出范围的物品,Tile还透过连结全球用户的应用程式运作全球最大的「找寻失物(lost and found)」网路,协助追踪遗失的必须品。


虽然提供更好的保管物品方式似乎不是最崇高的目标,但是像Tile和其他成功努力的背后动机,正是说明了物联网装置如何自然而然且无缝的进入公众意识的完美案例。例如,最近发布的Tile Slim能确保只需几下点击,就能找回丢失的钱包,而用来驱动Tile产品的相同底层技术,完全展现了连结IoT装置并会对未来产生更广泛影响的技术架构。


无论规模大小,各种装置和感测器之间的连结是物联网的首要前提。较低功率的连结可扩大可能性,让开发人员得以在功率受限的装置上添加更多功能,同时保持外观尺寸的吸引力。加入整合度更高的元件,可以透过即插即用的方法来简化新应用的开发,并且拥有一个能将新装置快速推向市场的完美架构。


快速高效的连结是物联网幕后推手


图一: 下一世代系统单晶片的设计诉求,是在规模经济的基础上提供蓝牙低功耗连结,速度方面的表现要比之前更好,功耗和系统成本也都低于目前所见的其他微晶片。 (source: www.sitebuilderreport.com)
图一: 下一世代系统单晶片的设计诉求,是在规模经济的基础上提供蓝牙低功耗连结,速度方面的表现要比之前更好,功耗和系统成本也都低于目前所见的其他微晶片。 (source: www.sitebuilderreport.com)

Tile的追踪器使用蓝牙进行彼此之间的无线通讯,不需大量能源维持运作。在低功耗环境中实现这种连结是IoT汇聚概念的关键:具有此能力的无线装置能够无中断地交换用户数据。


拜支援蓝牙连结的底层单晶片所赐,Tile及追踪器阵列得以提供这种长时间的连结。在Tile Slim这个例子,Dialog Semiconductor的DA14580 系统单晶片提供所有必要的电路及零件,使得Tile Slim能以整合型处理器的处理能力,启用追踪器的蓝牙4.2无线连结,而这个微处理器甚至比按钮还小。 。


Dialog的SmartBond产品线涵盖多种晶片,支援各种仰赖蓝牙低功耗实现无线,且日益复杂的电子装置,DA14580是此系列的产品之一。蓝牙低功耗最初是在蓝牙4.0规范中标准化,传输速度达1Mbps,仅消耗0.01至0.5瓦特的电力,大约是传统蓝牙一半的功率。


下一世代系统单晶片的设计诉求,是在规模经济的基础上提供蓝牙低功耗(Bluetooth LE)连结,速度方面的表现要比之前更好,功耗和系统成本也都低于目前所见的其他微晶片。


以市场上最新的系统单晶片之一, DA14681为例。此晶片的设计是当装置在运作时,其ARM Cortex M0处理器能提供高达96 MHz的处理速度,同时在不运作时还很省电,待机功耗低于1μA。这个程度的灵活性非常适合用来管理多感测器阵列,可以处理「总是在线」的情况,不同于Tile的例子。当消费性电子产业开始广泛推动可监控心脏或睡眠模式等的物联网装置,这些装置需要长期不间断的连结以收集数据;甚至是装置必须在生产线上的各个阶段持续通讯的工业应用,对这些消费及工业应用而言,下一世代的整合型晶片型非常重要。


无缝整合促进物联网发展


图二 : 如果物联网市场保持高速度的创新,不仅止于蓝牙低功耗的功能,SoC具有几乎无限的可能性,能支援未来几年将改变人类生活面貌的技术。 (source: www.sueddeutsche.de)
图二 : 如果物联网市场保持高速度的创新,不仅止于蓝牙低功耗的功能,SoC具有几乎无限的可能性,能支援未来几年将改变人类生活面貌的技术。 (source: www.sueddeutsche.de)

这些特性都显示,随着未来几年布建更多的物联网装置和感测器,需要追踪和分析的资讯也将越来越庞大。相应于此趋势,感测器和装置则必须变得更小、更持久,开发者才能够以符合市场需求的速度提供新产品。


DA14681的设计诉求是藉由整合型电源管理单元(Power Management Unit, PMU)提供三个独立电源轨来强化连结功能。这些电源轨除了供电给晶片上充电器和电量计外,还能供电予外部系统元件。因此,虽然SoC本身可以为完整的IoT系统供电,不需额外的外部电源管理电路,但DA14681还是可以透过USB介面为电池充电。


这个晶片和其他下一世代晶片反映我们需要更多的整合型元件,如此才能将新的物联网装置推向市场,不会出现创新延迟。 Tile及其创纪录的外观尺寸,只是整合方法如何落实在终端装置的一个例子。


像是DA14681此类的先进SoC是非常具有前瞻性的系统,能为开发人员提供所需的工具,让他们以最少心力创建功能最完整的物联网装置,所需要的就是一个介面和一个电池,让SoC的处理能力和PMU功能维持运作。这些系统藉由灵活的外部记忆介面为软体应用程式开发人员提供几乎无限的运算空间。


虽然SmartBond SoC已是目前「最好的」,具有高度的整合度和灵活性,但它真的只是未来解决方案的开端。随着物联网连结装置数量将从现在的60亿个扩大到2025年的 270亿个以上,也就是物联网在未来10年将以16%的复合年成长率(CAGR)成长。提供这种庞大规模的蓝牙低功耗连结的SoC,将需要以同样的加速度持续进化,如此才能跟上需求。


如果物联网市场保持高速度的创新,不仅止于蓝牙低功耗的功能,SoC具有几乎无限的可能性,能支援未来几年将改变人类生活面貌的技术。物联网是一个新技术不断发展和扩大的领域,如果目前的预期不变,则下一代物联网装置的普及将更早,不会更晚。


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