马儿好又能少吃草的穿戴式装置核心技术

Imagination Technologies资深经理Bryce Johnstone。

当今的穿戴式装置设计，若不是只拥有超长电力但仅具备基本功能，不然就是具备丰富功能但得三不五时充充电。

是否有同时兼顾两者，提供丰富功能且超长电力的系统解决方案？让我们来看看Imagination是怎麽办到的…

别向现实妥协  穿戴≠移动

Imagination Technologies负责第三方关系的资深经理Bryce Johnstone，就「Get that smartphone chip out of my wearable! Designing SoCs optimized for wearable computing」的议题做演说。他指出当今的低端穿戴式装置，大多采用多颗芯片的方案，导致设计出成本高昂、向现实妥协的产品。

而高端穿戴式产品却大多采用智能手机芯片，导致设计出功耗过高、规格过剩的装置。要提高销售量，穿戴式芯片应该重新设计。因此他先从穿戴式科技的耗电量与软件安全性谈起，并介绍其合作夥伴为穿戴式装置所量身打造的新芯片解决方案。

Bryce认为，其实穿戴式产品已行之有年，例如Polar多年前就推出心率监测器。随着近年来智能手机的流行，以及软硬件平台与技术的演进，催生了穿戴式产品的市场风暴。人们开始对技术越来越精通，Facebook、Twitter更成为每日必上的生活习惯。

如何透过穿戴式科技来过滤多余的垃圾信息、有重要信息才须被实时通知，则是非常至关重要的。因此业界纷纷开始重视这块市场，提供低成本？低功耗的MEMS(微机电系统)传感器、先进的电源管理技术，以及专属的芯片组架构，来迎合这块市场的需求。

移动与穿戴装置  硬件架构大不同

Bryce指出，目前市场的穿戴式产品，大多是采用妥协的解决方案。其中有具备智能手机功能的智能手表；而Pebble、Sony Smartwatch等，则采用自家专属的OS，提供警讯、来电号码、简讯显示、信息通知等功能；或者Samsung Gear系列、果壳智能手表等，采全功能的Android/Tizen OS，提供语音通讯、视讯通话、收发电邮、游戏？App、GPS、多媒体应用等功能。

这些产品的共通特性，就是采用与手机同等级的高端芯片与硬件规格，耗电速度快，使用者必须时常充电，而使用者界面跟手机类似，且各家操作方式不同，尚未有标准的API。

但是，穿戴式装置不应该只是移动设备的迷你版，应该针对不同的市场需求，提供必要的特色，所以必须考量这些因素：低耗电(以健身传感的电力须以日或周计算、家庭照护的以月计算、生命迹象类的以年计算)、低成本、少量存储器配置、如何使用、信息安全与数据蒐集的正确性、有意义地蒐集？处理、管理所传感到的各项数据，以及连接元件(低带宽？高效率的电源使用与网络传输、支持低耗电的网状网络、无线与移动网络)。

Bryce列出智能手环、智能手表、智能手机的硬件需求表，CPU速度依序是：<100MHz MCU、0.3？1GHz的多核省电型AP(应用处理器)、2GHz四核CPU。其余的需求像是图形与显示部分，则分别是不需要、小屏幕搭配简单操作界面、大屏幕提供完整的各种功能。存储器与电池容量分别是小、中、大，而电池寿命却分别是大、中、小。

正由于不同种类的穿戴式装置，有不同的功能需求与电池寿命(例如手环最需要各式的传感器、以精准蒐集信息为主；手表提供更方便的信息查阅，以简易互动为主；眼镜提供高分辨率画面与镜头拍摄，赋予增的实境体验为主)，因此硬件上，只有部分周边元件可拿智能手机的来用，在核心部分则必须配置全新的三CPU架构「穿戴式计算CPU」＋「穿戴式控制CPU」＋「传感器CPU」(连结至各感应器)，以及连结元件(蓝牙BLE)，或小屏幕(手表专用)，且必须采省电架构才行。

Bryce剖析了各种穿戴式装置，在分别采用手机元件和穿戴元件时的耗电量比较。以智能手表的应用为例，在A. 健身监测(只开启传感器CPU)；B. 语音？手势识别或执行各式App (再开启穿戴控制CPU)；C. 运用在搭配Android Wear时(再开启穿戴运算CPU)，耗电量分别可省A. 10倍以上；B. 10？20倍；C. 3倍。说明了多CPU的配置，可以符合穿戴式产品的需求。

省电兼顾高效能  最佳穿戴式方案

Android Wear是Google针对穿戴式装置所设计的OS，提供最佳的使用者体验，以及API呼叫标准。为此，Imagination与Ingenic(北京君正整合电路)一同推出了MIPS架构的穿戴式硬件开发平台「Newton平台」。

内建低耗高效的JZ4775 1GHz MIPS CPU，具备多媒体处理能力(2D绘图引擎、多种视讯硬件加速)、存储器支持能力(256K L2快取+高达3GB的Mobile DDR3/2/LPDDR存储器+eMMC)、4合1连结元件(Wi-Fi a/b/g/n, 2.4/5GHz、蓝牙4.0+EDR支持BLE、NFC、FM)，以及支持各式传感器(惯性类、环境类、生物类等感应器)。待机约4微瓦，平均工作时约100微瓦，PCB尺寸仅有两枚1欧元的硬币大小。

另一家Ineda推出的Dhanush WPU(Wearable Processing Unit；穿戴处理器)则是业界首颗针对穿戴市场所量身打造，系统架构分成前述的三种CPU (全天候开机的超低耗电传感CPU＋低耗电的子CPU＋应用处理器等级的主CPU)。其传感CPU只执行Tiny RTOS来蒐集传感数据，比市面上纯MCU解决方案，具备1/3的运作耗电、2？3x的待机耗电、支持2？30x存储器、内建DSP/FPU能提供2？3x能效等优势。

最后Bryce总结，MIPS架构是业界最具可扩展性的CPU，产品从最低能效到最高效能一应俱全，适合各行各业来导入使用。