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萊迪思半導體白皮書(shū)，2015 年3 月 高效節能與物聯(lián)網(wǎng) 最近，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）已然變得非常流行，各種連接到因特網(wǎng)以及互相連接的電子設備構成了物聯(lián)網(wǎng)的世界。物聯(lián)網(wǎng)所涵蓋的范圍之廣著(zhù)實(shí)令人吃驚——從智能消費電子應用和車(chē)輛到可穿戴設備領(lǐng)域的幾乎所有事物，而且覆蓋范圍由于移動(dòng)應用的爆炸式增長(cháng)（圖1）還將大幅擴大。這些產(chǎn)品以及衍生出的生態(tài)系統將改變人們的日常生活。對于個(gè)人消費者來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)能夠讓人們以更低的成本、更高的效率處理日常事物，使得生活更加安全，甚至還能使人們的生活變得更加健康。對于商業(yè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)將為自動(dòng)化、能源效率、資產(chǎn)追蹤和庫存控制、物流和定位、安防、個(gè)人追蹤以及資源節約領(lǐng)域帶來(lái)極大的變革。 
圖1：此處為計算得出的增長(cháng)數據。移動(dòng)應用正不斷推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的成長(cháng)，而反過(guò)來(lái)物聯(lián)網(wǎng)也在不斷推動(dòng)移動(dòng)應用的發(fā)展。 有了這些好處，我們很容易就能理解為什么物聯(lián)網(wǎng)能夠變得這么流行。不過(guò)，要想完全獲得上述好處，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)必須先要解決諸多關(guān)鍵的挑戰，可能目前最為緊要的挑戰就是實(shí)現高效節能。 定義物聯(lián)網(wǎng) 最近“物聯(lián)網(wǎng)”這個(gè)詞充斥著(zhù)人們的生活，那么它到底是什么？簡(jiǎn)單地說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)是由形形色色的硬件、軟件和服務(wù)組成（大部分是后面兩者），上述三個(gè)部分緊密合作，收集和傳輸信息、分析數據，然后基于這些數據形成決策，提升特定任務(wù)的效率（圖2）。例如在個(gè)人健康這一塊，物聯(lián)網(wǎng)可以提供一個(gè)更加有效的方式將指定藥物或治療的療效信息傳送給醫生。而在居家生活領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)能夠幫助消費者更高效地使用冰箱，如通知消費者食物是否已經(jīng)臨近保質(zhì)期，是否需要補充食物，或者在線(xiàn)訂購食物并送至家中。
圖2：物聯(lián)網(wǎng)將多個(gè)生態(tài)體系整合到一起。 構成物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系的應用涵蓋智能家電（如冰箱、烤箱和HVAC系統）和汽車(chē)到可穿戴設備領(lǐng)域。盡管它們可能在應用形式和使用方法上并不相同，但上述應用領(lǐng)域具備四項關(guān)鍵的共性：感知、數據收集、互連和數據處理。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是物聯(lián)網(wǎng)設備能夠感知事物，然后收集感知到的數據，最后這些數據將通過(guò)因特網(wǎng)傳輸至另外的設備或地點(diǎn)，進(jìn)行處理或分析。 物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系中的大多數設備由電池供電，并且必須在沒(méi)有維護或替換的情況下工作數年。如果僅使用單個(gè)電池而要提供長(cháng)時(shí)間的服務(wù)，這些設備的功耗就必須要盡可能降到最低。還有一些物聯(lián)網(wǎng)設備將通過(guò)外部來(lái)源供電，即能量收集。在上述兩種情況中，高效節能對于發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的潛力，造福大眾生活來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的。 實(shí)現高效節能：物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主要挑戰 物聯(lián)網(wǎng)本身是一個(gè)很大的概念，能夠徹底改變社會(huì )生活和人們的工作。實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)應用的開(kāi)發(fā)正在諸多領(lǐng)域中進(jìn)行著(zhù)。在不遠的將來(lái)，很多事物將和現在的看起來(lái)不一樣，而且這還不是僅僅局限于消費電子領(lǐng)域。想象一下，像Nike FuelBand 一樣通常需要8、9 個(gè)元件的可穿戴設備在3 到4 年后可能只需1 個(gè)元件，而且價(jià)格也會(huì )變得更加便宜（圖3）。
圖3：如何降低功耗、減小尺寸、縮減成本是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主要挑戰。 消費者對于更小、更輕薄設備的需求不斷推動(dòng)這種趨勢，特別是在可穿戴設備領(lǐng)域�！澳柖伞敝兴A測的大約18 個(gè)月左右晶體管數量就會(huì )激增這一情況使得這種趨勢變得更加復雜。將8 到9 個(gè)元件減少到1 個(gè)需要高度的集成。不僅如此，當您將更多的功能集成到單個(gè)芯片上時(shí)，相應地必須要添加更大的存儲器，這反過(guò)來(lái)也會(huì )增加功耗，而這點(diǎn)并不契合物聯(lián)網(wǎng)設備追求更低功耗的需求。 在未來(lái)幾年里，物聯(lián)網(wǎng)將為我們提供非常卓越的用戶(hù)體驗。它將提供更好的互連，更簡(jiǎn)單更方便，并且是“永遠在線(xiàn)”的，或者說(shuō)給用戶(hù)帶來(lái)的體驗是“永遠在線(xiàn)”的。倘若物聯(lián)網(wǎng)設備能夠“永遠在線(xiàn)”，始終待命并執行用戶(hù)的指令，那就無(wú)需摁一下按鈕激活設備這種操作了�？纱┐鞯慕】底粉櫾O備是看得見(jiàn)的例子。它每天都記錄用戶(hù)的心率、全天的睡眠/活動(dòng)時(shí)間。未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)設備也需要實(shí)現類(lèi)似的“每周7 天，每天24 小時(shí)”的工作。 顯而易見(jiàn)的是，對于“永遠在線(xiàn)”功能的需求正是推動(dòng)實(shí)現更加高效節能的動(dòng)力。如果物聯(lián)網(wǎng)設備不能以很低的功耗運行，無(wú)論是通過(guò)持續數年的電池供電或從外部獲得能源，“永遠在線(xiàn)”的想法仍然不能實(shí)現。 “永遠在線(xiàn)”的設備還處于一個(gè)進(jìn)退兩難的困境中。如果一直在工作，物聯(lián)網(wǎng)設備就會(huì )收集到海量的數據，此時(shí)如何利用這些數據變成了最優(yōu)先考慮的事。換句話(huà)說(shuō)，收集數據相對來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單，而難的是真正使用好這些數據。 智能感知和大數據分析此時(shí)就會(huì )變得非常重要，通過(guò)更加智能的數據獲取并且以更大的數據集進(jìn)行處理，那么根據需求獲得的動(dòng)態(tài)趨勢或重要項目就能夠最快地得到確定并執行。這里不得不再次提醒，高效節能仍然非常關(guān)鍵，因為數據收集會(huì )增加功耗，存儲器存儲數據同樣如此。 克服挑戰 實(shí)現對于物聯(lián)網(wǎng)設備至關(guān)重要的高效節能，使得設備僅需單個(gè)電池就能運行數年并不簡(jiǎn)單。這需要使用低功耗元件以及更加高效的電源系統。同時(shí)，架構和芯片本身也需要進(jìn)行改變。 現在，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域各個(gè)方面的設計都集中于如何盡可能實(shí)現高效節能（圖4）。對于智能手機來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)數量級的提升，不會(huì )一夜之間就實(shí)現。這種提升需要通過(guò)幾代產(chǎn)品一步一步實(shí)現。
圖4：物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的方方面面都要求高效節能。 作為低功耗可編程半導體器件的行業(yè)領(lǐng)導者，萊迪思半導體致力于助力各廠(chǎng)商實(shí)現功耗更低的物聯(lián)網(wǎng)互連設備。目前，萊迪思主要集中于研究新的方式來(lái)提升能源效率，包括實(shí)現工藝技術(shù)創(chuàng )新和推出更先進(jìn)的半導體器件。同時(shí)，萊迪思也不斷為系統設計工程師提供更多的靈活性，以支持電源門(mén)控、可編程速率和電源管理功能。不僅僅是低功耗，萊迪思獨有的架構還可實(shí)現模式狀態(tài)電源管理，基于某些參數來(lái)判斷設備所處的真正狀態(tài)——開(kāi)啟或關(guān)閉，睡眠或部分喚醒，能夠動(dòng)態(tài)地從一種狀態(tài)轉換到另一種狀態(tài)。 相較于僅基于處理器的元件，萊迪思正在使用先進(jìn)的工藝技術(shù)和已有的速度/功耗靈活性來(lái)擴展其產(chǎn)品功耗優(yōu)勢。利用集成的半導體器件和軟件解決方案，萊迪思能夠實(shí)現能源效率數量級的提升。 物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)引人注目、非常有前途的領(lǐng)域，能夠改變人們日常生活的方方面面�，F在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已小有成就，但是發(fā)展空間還十分巨大。想要完全發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的潛力，就要把物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系中的設備變得更小更便宜，此時(shí)更高度的集成就變得至關(guān)重要。它還要求設備開(kāi)發(fā)工程師能夠為用戶(hù)帶來(lái)“永遠在線(xiàn)”的體驗，并找到新的方式來(lái)更加智能地感知和分析設備捕捉到的數據。以下都是該領(lǐng)域中各類(lèi)應用的共同發(fā)展趨勢：集成、“永遠在線(xiàn)”的用戶(hù)體驗、智能的感知/數據分析。這些趨勢也是將物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系引入到人.們日常生活的過(guò)程中面對的最主要障礙。 |
