四大IoT产品组合 推动IoT产品应用

Silicon Labs微控制器与无线产品全球行销总监Matt Saunders

预期2015年的IoT应用产品将朝能源效率提高、低功耗的无线连结标准获得青睐、IoT SoC出现的三大趋势，Silicon Labs(芯科实验室)推出四大产品组合，以更低功耗、支持更多无线连结标准、高度整合的SoC、以及传感器产品，以协助开发者推出更好用的物联网应用产品。

集科技之大成  IoT将改变全世界

Silicon Labs微控制器与无线产品全球行销总监Matt Saunders，针对「Engineering the IoT」(物联网工程)之议题做演说。他表示世界正在改变，各种科技正在改变世界的经济和社会，近年来物联网的出现，就是集各种软硬件技术与通讯技术之大成，所衍生出来的万物皆联网的概念。

IoT的发展速度飞快，以PC市场达到1亿的规模，手持装置达到10亿的出货量，IoT相关装置的市场规模预估将达到100亿。根据IHS市场研究机构的报告中，2014年总共有197亿个可连结装置，预估到了2025年将达到955亿，成长5倍。其中，工业领域的应用为最大宗，其实是消费性电子、再来依序是通讯、电脑、汽车、医疗等领域。

IoT新典范  建构各种物联需求

IoT的兴起，带动各式各样的智能连结。换句话说，物联网将传统未连结的设备全部串连起来。因此，我们可以看到物联网在领域中开始绽放，举凡像是能源、健康与健身、老人照护、交通运输、工厂自动化、智能城市与基础设施、物流与供应链、农业(例如牛)等等。这些连结将产生莫大的经济冲击，并带给人类更舒适、方便、安全、健康、节能与生产效率。

一部智能手机能做的事情，包含活动追踪、位置服务、导航，甚至能加入心率侦测器。至于一些终端装置能做的事情，包含环境感知、连接上网、云端存取，以及各种综合应用以传递有效信息。这些终端传感器的应用，包含流体、光线、湿度、温度、位置、心跳转速、功率等等。因此一种物联网的应用，在功能上的需求包含了传感、控制？计算、通讯，有时候还得提供信息储存功能。

因此，在设计与定义任何装置或系统时，必须重视「功能性」、成本或效能、CPU执行效率、存储器，当然每个功能所需要的能源(即「能耗」)，数据传输率、带宽与频带(即「连结度」)也都要考虑进去，以算出需要什麽等级的「整合度」，并且是可行的技术。而在物联网时代，因为有各式各样的应用，所以必须将可组态性和可扩展性也考虑进去。

四大产品组合建构IoT工程

由于2015年IoT应用产品，将开始朝以下趋势演变，即：1.能源效率提高；2.低功耗的无线连结标准获得青睐；3.高整合度及简便化开发的IoT SoC出现。因此Silicon Labs提供了四大IoT嵌入式产品组合，包含：1.微控制器：32位元ARM Cortex-M核心、8位元8051核心、超低能耗、高整合度和功能性；2.传感器：心率监测、环境与紫外线、红外线、接近、手势检测、相对湿度、温度；3.无线连结：ZigBee SoC与软件、Thread软件、蓝牙与Wi-Fi模块、Blue Gecko解决方案、Sub-GHz收发器与无线MCU；4.简便性工具：开发平台、8/32位元整合开发环境、入门工具与开发套件、参考设计等等。

在能源效率方面，一些终端产品大多采用锂电池做为电源设计，如手机大多具备1500~3500mAh的电量，并设计成可以天天充电；然而有些终端产品使用的是体积较小的钮扣电池，仅有230mAh的供电量，约是手机的1/10而已，若要运作5年的话，该装置只能使用约5.25uAh的电量才行。因此，能源效率是IoT装置设计的基本功，所有IoT装置与内部元件，也必须是energy-friendly(善用能源)的设计。

Silicon Labs对energy friendly的定义是：工作模式下的功耗极低(CPU只耗费以10uA/MHz为单位来计算)、超低的待机功耗(只需要100nA来保持存储器内容)、快速唤醒时间(只须几微秒)且为低电流状态、高效能周边与自主作业、低功耗传感器界面、良好架构的供电模式(关机到完全运作)。而Silicon Labs的8位元EFM8家族MCU产品，就是针对IoT而设，且有针对基于EFM32 Gecko MCU所推出之ARM mbed平台的电源管理API，让功耗最佳化。

在连结性方面，目前IoT的通讯协定共有Wi-Fi、蓝牙Smart、ZigBee和Thread，未来LTE-M也会出现。这些协定都有各自的优劣势和理想应用范例。像是Wi-Fi应用最广，但却不是最低功耗，而许多点至点和星状网络(如WSN)必须采用较强固且能自我修复的网状(mesh)网络拓扑，目前理想的通讯协定是ZigBee，但现在有更好的Thread，能提供IP位置至网状网络，以与各节点沟通的能力。而Silicon Labs的EM358x便是基于mesh拓朴的IoT SoC，完整支持ZigBee和Thread 网络，并提供ZigBee升级至Thread的OTA韧体升级能力。

在整合度方面，IoT SoC必须整合各种传感、控制等元件，Silicon Labs提供了Blue Gecko解决方案(蓝牙Smart无线SoC、模块、软件协定堆叠和工具)与EZR32(Sub-GHz的无线MCU系列产品)，并搭配简便性工具Simplicity Studio，为业界第一套可开发MCU与Wireless的软件平台。

最后在传感器方面，Silicon Labs推出了Sensor Puck，是一个为心率、紫外线指数、相对湿度和温度传感所设计的低功耗生物计量传感器的开发平台。综合上述的Silicon Labs四大产品组合，将协助客户快速开发各项物联网应用产品。