朝向传感联网自动化发展的嵌入式技术

嵌入式应用带动嵌入式处理器、SSD芯片与传感模块的发展(Vivante/芯科/Intel/SanDisk/Innodisk/Libelium)

自80年代以来，以微处理器(MicroProcessor)为核心所设计的通用型电脑，便以小型、价廉、高可靠性等特点，使电脑系统离开机房而出现在企业与个人用户的面前；自动化控制业者，亦藉由微处理器嵌入到一个实际物件╱机台设备的嵌入式系统(Embedded System)，来实现自动化╱智能控制应用。

桌上型PC/笔记型NB等传统通用型电脑系统，强调量大、标准化规格，诉求强大运算╱绘图效能与较多的储存装置容量；嵌入式电脑系统则强调少量多样、刚好就好的运算效能，较着重于宽温甚至军规等恶劣环境下的品质、耐用度与可靠性。相较于PC/NB甚至3C产品一两年规格就濒临主流规格升级的更新频率，嵌入式市场(尤其是工业控制、汽车电子)对上游零组件供应周期，常被要求到5年甚至10年以上。

以专属嵌入式处理器╱芯片组件 打造多样化的嵌入式应用

早期嵌入式业者也曾以PC、NB等通用型处理器来设计嵌入式电脑系统，然而对小型物品如家电、电器、仪器而言等，用PC/NB的CPU设计的嵌入式系统，既浪费运算效能又无法压低功耗，更使产品体积、制造成本无法压低。因此系统业者会针对各种不同嵌入式应用，去挑选可靠耐用、供期长久的嵌入式处理器、芯片组、周边零组件，来打造符合成本效益、体积微缩，具备适切效能且信赖可靠的嵌入式系统。嵌入式应用市场的特性(尤其像工控市场、国防军用市场)的供应量也许不大，但不像消费性3C产品退潮流时会有既有产品的库存摊销，或「毛三到四」的代工低毛利。

当嵌入式应用市场开始扩大，且半导体工业的线距微缩╱制程技术，处理器朝向SOC密集设计，还有MCM、SIP、3D等多芯片/系统级封装/3D立体封装技术的精进，吸引越来越多CPU/GPU/Chipset/Network/Storage等芯片供应商，针对嵌入式市场推出专属芯片╱解决方案。如今新一代嵌入式处理器，无论效能、体积、储存容量上，跟当前PC/NB、平板、智能手机的入门级通用型CPU╱应用处理器相去不远，甚至也有厂商推出多核心的嵌入式处理器，主打实时运算、联网多媒体应用等；部份着重于游戏机╱博奕机台的嵌入式系统，其内建或搭配的图形处理芯片(GPU)，3D影像效能、视讯串流处理上，还远优于商业桌机╱一体机╱笔记本电脑等。

从工业控制、联网、终╱云端到物联网的多元化应用

嵌入式系统╱市场应用，也从户外的环境传感、交通设施╱公众基础建设，到地点区域的工业╱工厂设备╱机台自动化，进入户内的网通讯产品如CPE用户端设备、无线分享器、机顶盒、游戏机╱游戏娱乐台╱博奕机台，智能医疗电子领域，以及移动中的汽车电子╱汽车控制等领域。

嵌入式应用也涵盖到过去功能性手机(Feature Phone)、类智能手机的范畴。就现在的平板电脑、智能手机产品来看，原本也属于嵌入式应用的一环；在2007、2010年先后由Apple iPhone、iPad等智能手机、平板电脑所引爆的爆发性成长，智能手机、平板这类消费性嵌入式应用，已习惯被另外归类成移动设备－3C主流类别，以与偏重于工控╱军用╱公共设备的嵌入式应用划分开来。

倒是在网际网络迈向云端化、移动化之际，嵌入式系统也开始着重联网能力。从部署于第一线的无线传感器╱传感网络(Wireless Sensor Network；WSN)，上传到云端数据中心的中继节点，再进一步到万物皆可连接的物联网(Internet of Thing；IoT)，及穿戴式装置等，都算是嵌入式应用发展三十几年后开枝散叶的新分类。也有人以这种具备联网与后端云端运算的嵌入式应用装置，称之为智能联网装置(Smart Connected Devices)。

从控制汇流排到实时操作系统的标准化

工业4.0 (Industry 4.0)诉求持续引领工业自动化－透过分散式区域控制、环境传感与网络连接，建造一个结合上中下游供应链云端化、可产前模拟并反馈到设计端、具备混线弹性化生产等智能自动化的生产工厂。此趋势不仅带动像是机器视觉╱AOI光学检测设备的需求，更进一步需具备整合不同类型的工控伺服子系统－包括可编程逻辑控制器(PLC)、马达╱动作控制单元(Motion I/O Unit)，各种先进传感界面，以及从传统专属工业控制汇流排(例如CAN Bus)，到走向标准以太网络化的EtherCAT、POWERLINK、PROFINET RT/IRT、EtherNET I/P、SERCOSⅢ等工业以太网络，使得输入/输出(I/O)设备╱机台透过更高速、标准的网络通讯协定结合，实现机械自动化、智能生产化的作业情境。

软件方面，从最核心层的操作系统，如隶属于Embedded Linux类的Android、Firefox OS、Web OS、QNX，微软的Windows Embedded/Mobile/Phone，小巧且强调单工的实时操作系统(RTOS)如freeRTOS、OpenRTOS、Micrium的μC-OS/Ⅲ，以及第三方供应商提供驱动程序、软件堆叠协定、中介软件如Interniche TCP/IP、wolfSSL的CyaSSL Embedded SSL、如各种USB/Audio/Video解码播放器、支持HTML5的网络浏览器、视讯串流播放器、相关应用函式库(Function Libraries)等等，而嵌入式系统平台商更会推广评估套件(Evaluation Kit)以及韧体整合式开发环境(Integrated Developer Environment；IDE)，以协助开发嵌入式系统应用业者进行系统整合与加值。

基于对耐震与恶劣环境的容忍性需求，绝大多数嵌入式系统使用NAND Flash所设计的记忆卡╱储存装置，像是SD/SDHC/microSDHC/SDXC、CompactFlash CF/CFast记忆卡、IDE或SATA界面的磁碟模块(Disk On Module；DOM)，内建SD/SDHC/microSDHC插槽╱读卡机界面，或者直接焊上eMMC或SSD单芯片，依照系统需要从4/8GB到64/128GB不等。过去工控市场偏好高抹写次数的SLC NAND Flash快闪存储器，随着NAND Flash跨入1x纳米制程，也有厂商以pseudoSLC的技术，将MLC四种电荷记录状态，以间隔使用其中两组的方式，来提升可抹写次数(Program/Erase；P/E)与耐受度，因应对耐受度要求极高的军方与工控嵌入式市场。

据各市调研究机构，如IDC预估嵌入式装置2013年有56.7亿部，其中智能嵌入式装置18亿部，预料到2016年全球嵌入式装置数破70亿部，其中智能联网装置出货量近26亿部；由于智能城市、智能家电、家庭网络、工控机联网(M2M Industrial)、POS设备与Kiosk电话亭、医疗保健、交通运输与物流、交通与基础设施、视讯监控、传感器等所带动的市场商机，预估2020年全球嵌入式装置加智能联网装置总数将达250亿。其中消费端所使用的物联网装置数达130亿。