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晶片愈便宜 物聯網愈有搞頭
技術、標準協定缺一不可

【作者: 姚嘉洋】   2014年11月12日 星期三

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談論了這麼久,物聯網已經有了一個清晰的輪廓,

但我們似乎還是無法明顯感受到物聯網所帶來的便利,

原因就在於成本還是過於高昂。


刊頭 :
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物聯網相關的討論在各大報章雜誌已經多如繁星、不可勝數,單就技術的討論而言,短期內也應無太大的明顯變化,主要的理由在於,晶片規格本身就很難在短期內有相當大的突破,但長期來看,物聯網接下來的發展趨勢之一就是:「會愈來愈便宜。」


愈便宜 愈是無所不在

在《2050—趨勢巨流》(丹尼爾.富蘭克林與約翰.安德魯斯合著)一書中,就提出了晶片將會愈來愈小、愈便宜且無所不在,最後,就會變成「智慧塵」,這意味著未來的網際網路所能容納的連網裝置將數之不盡。


而晶片之所以會愈來愈小的原因,當然是歸功於大家耳熟能詳的「摩爾定律」。依據該定律,每隔18個月,電腦運算的能力將可以提升一倍,所花費的成本將下跌一半,照此推算,若摩爾定律還是在有效的情況下,要發生所謂的智慧塵現象,並非只是空談。


Gartner副總裁Nick Jones便指出:「我們預期,各種家用裝備都將具備『智慧』功能,也就是具備某種程度的感測及情報能力,且通常能以無線方式與外界通訊,而更高階的裝置還會感測並自遠端進行遙控。價格不太可能形成阻礙,因為長期來看消費產品連結物聯網的成本將逐漸降至1美元左右。」


至少在10年內,一般家庭中智慧物件的數量將緩慢成長,這是因為許多大型家電不會經常汰換。儘管到2020到2025年之前,智慧家庭市場仍無法進入成熟階段,但智慧家用產品的生產正在啟動,由這些產品所帶動的數位商機也已崛起。


但是,你可以試想,當晶片真的無所不在,並具備連線能力的時候,那會是什麼樣的光景?


所有的裝置都具備了一定的運算、感測與連線能力後,它們彼此之間將變得更加緊密,這對於所屬產業乃至於經濟都會造成相當大的質變,各個產業的每一個層面與供應鏈的應變速度將變得更快,更聰明,也更具生產力。想當然的,這也會改變就業市場、人們的生活習慣,產生新的產品、服務甚至是新的產業。



圖一 : 當連線晶片真的充斥在我們生活的四周時,物聯網的願景才能真正被實現。
圖一 : 當連線晶片真的充斥在我們生活的四周時,物聯網的願景才能真正被實現。

當成本能有效降低之後,無所不在的物聯網就能產生無限的可能性,

但這也必須要有軟體與標準協定這些要素配合。

長期來看,要實現物聯網的願景,將慢慢地從實務上逐一克服。

技術突破 帶動成本效益與高度整合

回到技術面本身,物聯網終端系統架構可以細分成:控制/處理、感測、連線、類比與混合訊號(訊號傳遞)與電源管理等。就終端應用而言,就相當的五花八門,從十分熱門的穿戴式應用、智慧家庭、智慧工廠乃至各個產業都能搭上物聯網的熱潮。


根據Gartner預估,到了2018年,全球半導體產業的營收規模可望來到3840億美金,其中物聯網就佔了240億美金,其中家用物聯網半導體市場接近50億美金,穿戴式裝置半導體方面則約莫為21億美金。


觀察目前諸多半導體大廠所推出的產品,其背後的策略意涵大多都跟前述所提供的內容不謀而合。


舉例來說,ST(意法半導體)率先推出業界首款不到一美元的Cortex-M4核心的MCU(微控制器),如果你對MCU市場很熟悉,就不難理解,過去具備浮點運算功能又兼具控制功能的嵌入式系統,往往會需要雙晶片的搭配才有辦法完成,單以MCU的成本來說,雖然相當低廉,但搭配具有浮點運算功能的DSP(數位訊號處理器),一來不僅成本提高,再者也無益系統面積的微縮,Cortex-M4的面世,減少整體系統的成本的建置,ST又將銷售價格壓低後,等同於再將成本下壓,這的確有助於物聯網終端的銷售與普及。


同樣是系統微縮,我們也能常常看到MCU整合如藍牙、ZigBee或是Wi-Fi等無線收發器在單一封裝的產品在市場上,同樣的能供應這類方案的業者,大多也是TI(德州儀器)、ST或是Silicon Lab等國外大廠為主。



圖二 : 在物聯網終端系統的設計上,大多會以模組化的形式呈現,體積相當小巧,這也必須歸功於MCU本身也正在朝向不斷整合的道路前進。(攝影:姚嘉洋)
圖二 : 在物聯網終端系統的設計上,大多會以模組化的形式呈現,體積相當小巧,這也必須歸功於MCU本身也正在朝向不斷整合的道路前進。(攝影:姚嘉洋)

同樣的,像是感測器與MEMS(微機電系統)這類元件能收進外界各類的類比訊號,再收集並回饋後,進一步提升了人們的使用體驗,或是節省了更多的能源損耗與提升健康照顧品質等,這也連帶使得這類元件的成長相當驚人。


就終端應用來說,穿戴式應用或許可以說是在物聯網應用扮演相當重要的角色,一方面它本身就具備連線能力,二來購入的價格壓力不大,所以也就具備相當強勁的成長動能。


市場研究調查機構IHS MEMS及感測器產業總監暨分析師Jeremie Bouchaud便談到:「市場對於物聯網與穿戴式裝置展現的高度熱情,結合感測器和微致動器的價值,將會創造出越來越多的相關應用,並將進一步推動這個市場持續成長。」



圖三 : MEMS元件可以實現許多創新應用,所以市場需求相當強勁,同樣的,元件發展自然也是朝向微縮與整合的方向。(攝影:姚嘉洋)
圖三 : MEMS元件可以實現許多創新應用,所以市場需求相當強勁,同樣的,元件發展自然也是朝向微縮與整合的方向。(攝影:姚嘉洋)

然而,由於摩爾定律目前仍然是處於有效的狀態,所以Gartner也預估,諸多半導體元件的平均銷售單價將會不斷下探,以穿戴式應用為例,像是8位元的微控制器就會從2012年的0.6美金,到了2018年,將下探至0.45美金左右,同樣的,其他的半導體元件也會有相同的情形,請參考(表一)。



表一 : 穿戴式元件平均單價預測(單位:美金)
表一 : 穿戴式元件平均單價預測(單位:美金)

<資料來源:Gartner>


所以,由此來看,當物聯網終端系統的建置成本不斷下降的情況下,的確有助於系統整合業者採用的意願將大幅上升,這也拉抬了相關半導體的市場規模。


山頭林立的物聯網標準

當然,除了硬體成本的下探加速了物聯網實現,其他的技術要素也必須一併考慮在內,軟體自然是其中一環。像是處理器IP供應商ARM就為了能加速物聯網的普及,也免費提供了專為Cortex-M核心的作業系統mbed OS,供產業界相關系統開發業者所使用。


但考量到物聯網涵蓋的範圍太廣,Gartner倒也提出了其他的見解,像是評估現有各個可翻新、可使用的設備市場需要多少聯網裝置、成立專業團隊,負責推出物聯網相關晶片與封裝製程,以及為未來快速成長的物聯網市場準備對應的產能,避免供不應求等。


另外一個問題在於物聯網的標準目前仍是處於山頭林立的狀況,像是高通、ARM與英特爾都各自成立物聯網聯盟,意欲搶下物聯網的主導權,在物聯網標準尚無法大一統的情況下,終端裝置彼此之間要能充份互相連結與溝通就會有相當大的困難,即便在技術上能有重大突破,產品雖然能大量量產,物聯網所能產生的效益也會相當有限。


資策會MIC資深產業分析師兼組長郭家蓉也說,由於物聯網各陣營的平台大多是在今年才逐一興起,所以還無法判斷出哪個陣營較佔優勢,但就會員數量與成立時間來看,很明顯的是以高通為首的Allseen Alliance的數量最多(為70餘家),成立時間為2013年為最早。郭家蓉判斷,最快要等到2015年的CES或是MWC,才有辦法初步看出端倪所在。



圖四 : 物聯網標準的制定,目前呈現混亂的局面,其中高通是相對較早採取行動的業者。(攝影:姚嘉洋)
圖四 : 物聯網標準的制定,目前呈現混亂的局面,其中高通是相對較早採取行動的業者。(攝影:姚嘉洋)

結論

客觀的說,物聯網所能帶來的益處,某種程度上還是停留在大家的想像空間裡,不過可以確定的是,物聯網所帶來的產業變化也正在發生當中,只是這變化能有多大,全憑藉技術的突破與產業界的努力。可以確定的是,物聯網將在潛移默化中逐漸改變世界既有的運作規則。


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