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迈向IoT美丽新世界 芯片设计的机会与挑战

高通积极抢攻5G商机。

物联网(IoT)风潮方兴未艾,不只台积电创办人张忠谋先前直指物联网将是「the next big thing」,意指物联网的未来是一个美丽新世界;还有阿里巴巴集团创办人马云也曾预测,未来的10年、20年间,人类面临的三大技术挑战之一就是物联网。诚如张、马两位重量级人士所言,物联网新浪潮袭来,已然掀起颠覆性的产业变革与带动新的商业价值。

事实上,物联网逐渐影响人们日常生活,包括智能家庭自动化装置、智能手表、穿戴式健康监测装置、车联网等,物联网很可能扩大普及到所有的消费民生和产业应用。

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联发科物联网装置开发平台。

连网装置增 应用更多元

所谓物联网,就是各个装置间利用无线通讯技术,进行信息收集、交换,以达到辨识、定位、追踪、监控和管理的目的。物联网不仅要能处理大量数据,还要可以对环境改变而做实时适当的反应。随著万物联网之后,尤其即将进入5G时代,信息流量流速及联机数量将会呈现爆炸性发展,预计将带来更多元的应用。

国际研究机构Gartner预测2019年全球连网物件数量将达142亿个,并可望在2021年达到250亿个,而这个数字可能还会持续快速成长。另外,根据Cisco IBSG(Internet Business Solutions Group)估计,2020年全球连网装置将到达500亿个,平均每个人身边有6.58个装置连网。

有监于此,多家知名国际科技大厂象是谷歌(Google)、苹果(Apple)、微软(Microsoft)及亚马逊(Amazon)等皆已投入大量资源发展及推广物联网智能生活产品,足见市场潜力庞大,进而带动外围相关零组件产业链生态系也会随著蓬勃发展。

物联网装置  推升半导体芯片需求

根据全球专业咨询机构KPMG调查显示,全球半导体公司经理人认为,由智能家电、穿戴式电子装置与智慧城市所形成的物联网将成为2020年推升半导体营收的最重要应用,取代无线通讯作为半导体主要的营收来源。由于所有物联网装置都需要用到半导体芯片,不但需求数量庞大,而且规格多样不一,物联网对半导体产业带来的商机不容忽视。

虽然机会潜力无穷,但是物联网装置对半导体芯片设计也带来了各种前所未有的挑战。举例来说,设计智能手表和穿戴式健康监测装置时,就必须同时满足体积小、精确和低功耗的要求;而消费性电子装置就必须要能支持多种无线格式,以确保运用在不同系统之间的互通性。

物联网芯片设计须灵活客制

由以上所知,物联网装置数量庞大,而且应用十分多元,已不能像过去总是以追求高效能、高阶制程的处理器为优先考量,而是必须依照客户的个别需求,在低延迟、低能耗及低成本等「三低」考量间拿捏取舍,找到最合适的组合。由于各种应用的需求大不相同,芯片设计迈向高度客制化不可避免。

物联网应用包罗万象,对芯片的多样性和客制化设计需求大幅攀升,因此物联网芯片的设计必须更加灵活。由于物联网芯片并非如PC芯片的规格标准化,整体架构的运行方式也尚未统一,因此吸引众多IC设计业者抢进,甚至连系统厂都想自定订规格、自主研发专用芯片,这都使物联网芯片市场竞争更加剧烈多变,半导体芯片设计业者唯有全力拓展产品线才能脱颖而出。

万物联网  资安问题不容忽视

此外,值得一提的是,随著万物联网时代来临,资安问题成为不容忽视的严重威胁。在物联网时代,过去用恶意程序攻击软件的常见手法已经是不足为奇,黑客会由内而外逐层突破,针对漏洞进行攻击。大量的物联网设备也将遭受IP窃取的风险,日益复杂的攻击技术让企业难以招架。

导入物联网的企业在衡量产品的成本和规格时,对于资安应该放在首要位置,如何保护物联网设备免于IP窃取、窜改与复制,同时阻止黑客利用网络攻击,将是物联网产业链面临最大的挑战。

在设计产品时,应加入加密、安全启动机制等层层把关,有助于提高防御力;建置一个可运行的平台,并确认各个环节都是安全的,也显得非常重要。黑客攻击手法日益精进,解决资安问题要考虑的层面也越来越多,已是供应链生态系的共同责任。

国内外芯片大厂及早布局

综观全球市场,国际芯片大厂早已开始布局物联网芯片,象是英特尔(Intel)早在2015年就已投入物联网领域;联发科也在2015年底推出系统级封装(SiP)物联网芯片;而向来主导手机芯片市场的高通(Qualcomm),近年也因全球智能型手机销售量放缓,而开始发展物联网芯片;至于安谋(ARM)近年则是透过频繁并购,来扩大物联网布局。

未来的物联网芯片市场将呈现新战局,带动低功耗、低延迟、少量多样的芯片设计趋势,成为台湾芯片设计与硬件制造商的战场,不难想象未来将会出现集成微控制器(MCU)、无线通讯、射频(RF)、传感器及电源管理等的物联网系统单芯片(SoC)解决方案。

在现今物联网产业架构下,台湾产业界的切入点还是以具竞争优势的相关硬件方面为佳,包括系统产品及零组件。尤其台湾半导体产业从晶圆代工、IC设计、矽智财(IP)及存储器等具备完整产业供应链,若能结合半导体产业及相关应用的软硬件商机,将有相当大的发展潜力。

另外,物联网市场属于少量多样,台湾业者应该将自身的产品战线由IC设计延伸到开发设计软件、应用软件,或者与其它特定用途芯片产品进行集成,并以专利保障自身优势,将有机会在竞争激烈的物联网产业中站稳脚步,并提升自己的产品价值,以进入物联网应用百花齐放、倍数成长的未来。



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