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芯片商蜂拥布局 传感/通讯/处理元件走红IoT市场

52RD.com 2016年6月6日 新电子            参与:3人 我来说两句
  

  MCU、RFIC与感测器为三大物联网核心要件。看好MCU成长前景,除既有厂商外,车用周边IC设计业者也开始积极投入;无线通讯芯片相关业者则透过购并或多方合作扩大市场版图;而感测器需求快速攀升,也吸引新创公司竞相投入。

  物联网市场以感测、低功耗的智能控制,以及多元无线的连接方式为主要发展方向。促使IC设计厂商的MCU、无线射频积体电路(RFIC)与感测器的出货量增长力道强劲,相关企业无不大力投入开发此三类芯片,以力求在物联网市场中大赚“晶”钱。

  物联网IC在穿戴式装置、智能家庭、车联网与自动控制等物联网应用推波下,微控制器(MCU)、无线通讯IC,以及感测器的需求量节节攀升,相关芯片业者皆大举投入研发,企盼在物联网中分得一杯羹。

  引进机器学习技术 楼氏增强麦克风降噪功能

  物连网的概念掀起一股企业整并潮,因购并常常能激荡出更好的产品;以楼氏电子(Knowles Corporation)为例,该公司于2015年7月中旬购并语音解决方案供应商Audience后,后者为楼氏带来三种重要技术,分别是波束成型(Beam-forming, BF)、盲源讯号分离(Blind-source Separation, BSS)以及机器学习(Machine Learning),让楼氏可以推出更完整的降噪处理方案。

  图1 楼氏电子智能音效部门软体产品管理副总裁姜正耀说明,该公司透过购并可提供客户一站式的解决方案,并且增强DSP技术,以丰富该公司的产品线。

  楼氏电子智能音效部门软体产品管理副总裁姜正耀(图1)表示,波束成型模式是利用两个麦克风,由其中之一负责收音,另一个麦克风则负责抑制外部多余的噪音;盲源讯号分离则使用多颗麦克风,无论该讯号是否有用,都全部将其收录至装置中再一并处理讯号。机器学习则是将上述的两项技术结合,提供许多不同的音讯样本给人工智能练习,以辨别哪一些音讯是杂讯。

  为了让机器学习更有效率,须事先分类这些讯息是否有用。整并了Audience之后,该公司的技术可以将环境中的声音全部整合处理,辨别哪一些讯号是需要的、哪一些音讯可以匹配在一起,而后再将这些讯号做波束成型处理。

  无论是波束成型、盲源讯号分离还是机器学习,都需要多麦克风解决方案。姜正耀说明,因为单一个麦克风无法让装置做出很好的语音处理;以目前的高端智能型手机为例,大部分都拥有三个以上的麦克风,甚至有些行动装置内建了五个麦克风。

  姜正耀强调,以目前装置的应用方式而言,多麦克风绝对是未来趋势。两个麦克风的应用,在较为安静的场所比较合适;但若是多了车声、小孩哭声、风噪等因素,会造成收音品质较差,而三个或是多个麦克风的解决方案,则可以将不必要的杂音声压制住,虽然无法完全消除,但是表现已算可圈可点。

  多麦克风的应用广泛,以智能型手机为例,每个使用者持装置通话时的姿势不尽相同,有些人可能倒过来拿,也有人躺在床上通话,若是使用多麦克风的解决方案,通话品质也能提升;再者,多麦克风在嘈杂的录制环境中也可以轻松辨别音源是左还是右声道进入,以目前最流行的VR装置来说,利用多麦克风的解决方案,更可让使用者在使用装置时,更有身历其境的体验。

  无人机/穿戴式需求强劲 气压计后势看俏

  近来,智能型手机出货量趋缓,取而代之的是穿戴式装置、无人机(图2)等应用需求直线飙升。看好此一趋势,国内微机电(MEMS)厂商智动全球(GlobalMEMS)于2016年第一季推出解析度达十公分等级的气压计(Barometer),仅次于国际大厂八公分解析度的等级,适用于较低价/消费型的无人机。

  图2 无人机对于气压计的需求强劲。

  GlobalMEMS执行长吴名清表示,除了智能型手机外,气压计应用于无人机的需求相当强劲,尤其是较低阶/消费型的无人机,以往大部分只有搭载全球定位系统(GPS),只能有平面定位功能,有可能造成无人机飞达某一高度时会难以控制或上下飘移。

  吴名清进一步说明,高单价的无人机内建十轴解决方案,操控与稳定度已臻完美;以目前而言,该公司的气压计会针对低价/消费型的无人机市场展开攻势,因为此类无人机稳定度相对较差,稍不注意便有可能坠毁;倘若此种无人机搭载了气压器,一瞬间掉落好几公尺时可以自动启用保护装置,让电脑介入系统操控,即可让装置安全降落。

  据了解,该公司所推出的气压计以矽材(Silicon)为基底,虽然不若感测器国外大厂以石英(Crystal)为基材的气压计,最细微可达到解析度一公分的境界,但是GlobalMEMS的气压计价格较低廉,且实用性较高;因为若是应用无人机装置上,气流扰动时有可能一次产生一公尺以上的变化。

  另一方面,吴名清也认为,穿戴式装置对于气压计的需求也相当高。此类装置以往只有计步器的功效,若是加入了气压计的功能,可让使用者在爬山或是做其他更具挑战性的运动时,可随时了解自身的状态,且可计算出更完整/符合消费者的运动效果。

  事实上,气压计在新台币两万元以上的高阶手机已是标准配备,但是大多数消费者对于该元件的感受不深;以东京或是纽约等一线大城为例,这些城市在行动装置上已可检视3D地图,甚至可清楚得知位处楼层,但是室内导航的功能尚不显着,即便使用者可藉由装置中的气压计得知楼层,但是实质的使用意义仍不明朗。但若是应用于穿戴式装置与无人机等对于高度/气压需求较高的设备上,其市场商机无限光明。

  特殊应用需求拉抬 RFIC设计商机无限

  图3 立积电子系统/应用工程处副总经理邓维康表示,透过该公司的系统平台,智能型手机可轻松远端控制家中的电子产品。

  物联网的兴起,连带地掀起一波波的特殊应用需求,例如智能家庭与车联网的倒车后视应用需求。立积电子看准了此一波趋势,大力研发四对一无线家居监控技术,以及智能上网远端手机监控系统,可应用于智能监控、照明,以及自动控制中。

  立积电子系统/应用工程处副总经理邓维康(图3)表示,透过此一系统平台,智能型手机可轻松远端控制家中的电子产品,或者是家中有什么突发状况可以直接回报给手机;此一平台也可应用于智能灯具的照明控制。

  据了解,此一平台为立积电子的自有技术方案,而非Wi-Fi与蓝牙等标准化的规格技术。立积电子总经理王是琦(图4)对此表示,此一方案不只可以应用于智能家庭中,也适用于倒车后视的应用,因为该技术可提供即时影像,且抗干扰的能力高。

  图4 立积电子总经理王是琦认为,后视影像系统最大的挑战,在于穿透性要强,且影像回传须有即时性,否则汽车有安全上的疑虑。

  王是琦说明,后视影像系统最大的挑战,在于讯号必须能够穿过车身的铜墙铁壁,而不被金属车身挡下;再加上车子影像必须要即时性,否则汽车若是撞上后方物体可能都还不知道。

  再加上,讯号传输时最害怕的即是马达与引擎等零件的干扰,该公司自行研发的倒车后视技术透过一些特殊的演算法,可有效地除去有可能的干扰因子。

  不过,此一技术的讯号顶多只能够传输二、三百公尺远。若是应用于无人机上可能不太能满足使用者想要尽可能望远的心。王是琦对此表示,若是想要用于无人机上,可利用此一技术的简易版本,改以简单的类比传输,虽然抗干扰能力较差,但是影像传输距离最多可达两公里远。

  剑指IoT核心领域 普诚挥军MCU事业

  另一方面,台湾车用IC设计大厂普诚科技看好微控制器的发展前景,已展开相关产品布局,未来将与其现有的各式周边芯片方案,如液晶面板驱动IC、马达控制芯片等整合成一颗系统单芯片(SoC),并辅以相关韧体,藉此由周边走向系统核心,更加强化物联网市场战力。

  图5 普诚科技副总经理李国维表示,该公司看好微控制器的发展前景,进而投入相关研发,希望可以藉此更加深入物联网市场。

  普诚科技副总经理李国维(图5)表示,物联网下所有装置都应拥有“自我思考/控制”的能力,这些设备都应该需要微控制器的辅助。

  事实上,普诚于车用IC领域已深耕多年,但是一直以来都是生产车用周边的电子零件居多,未参与核心领域。普诚认为,投入研发MCU可为该公司带来更多的价值,且可集结周边的车用IC,整合成一个完整的系统单芯片。

  李国维说明,为了因应物联网的来临,各家IC设计业者都应该力求转型,而微控制器将会是该公司往后转型的主体。

  举例来说,以往普诚在车用芯片领域主推LCD、VHD以及马达驱动技术,未来结合MCU将所有技术整合为一颗SoC,再搭配上写入的软体,提供客户一个软/硬整合的解决方案,以达到更好的产品价值。

  但李国维也指出,普诚虽已在车用周边IC深耕多年,也得到许多汽车大厂的采用与认证,但是以往的周边零件较没有安全性的顾虑,譬如显示器驱动IC,该公司新研发的MCU要如何得到车厂再次信任是相当大的挑战。

  李国维强调,车用MCU有安全与信任度的考量,必须符合汽车相关安全规范与法规才得以采纳,所以目前仍需要时间积累客户信任,并通过各项可靠度的认证。虽然该公司希望可以维持,甚至扩大参与车用市场应用范围,车用市场攸关性命,须更加严谨。

  提高工业安防 ADI监控技术更上层楼

  随着一般消费性物联网IC设计整并潮不断掀波,这股潮流也开始袭向工业物联网(IIoT)中。有别于一般消费性物联网领域的整并方式,工业物联网的整并大多以补强自身产品/技术阵容为主。

  举例来说,亚德诺半导体(ADI)在2016年3月整并了SNAP Sensor,透过SNAP Sensor在光学技术、视觉软体和演算法专业,强化亚德诺在工业物联网的布局,以及提升该公司在感测和讯号处理领域的优势(图6)。

  图6 透过整并SNAP Sensor,亚德诺强化了其在工业物联网的布局。

  ADI亚洲区工业自动化事业部市场经理张鹏表示,工业物联网虽也有整并活动,但不若一般物联网市场购并来得频繁,因为大部分进行物联网整并的企业,大多都只是想扩张公司规模;而工业物联网领域的整并方式,则大多想购入拥有独特技术的供应商。

  以ADI购并SNAP Sensor为例,即是看好该公司适用于安防与监控领域特殊的监控技术。张鹏进一步表示,传统的监视设备都会涉及隐私问题,监控的时候都会清楚地将人脸记录下来。

  SNAP Sensor监控技术的独到之处,可利用传统的摄影设备记录影像,再透过SNAP Sensor的特殊技术处理过后,影像只会显现出人的形体,但是无法判别人脸细节,只会看到类似墨水画的图像出现。

  这项技术相当适用于工业自动化的生产现场。张鹏说明,曾经发生过电机/电子领域大厂的自动工厂中,其机械手臂造成了工人的伤亡事故。

  一般来说机械手臂在运作时会严格要求人员不能接近施作范围,但是这都属于较为被动的防护方式,人员若是稍不注意走进了危险范围极有可能产生伤亡。

  透过SNAP Sensor的技术,系统可以自动侦测是否有人形,或者是移动中的物体正在接近危险区域,当人事物太过靠近危险范围时,系统应能自动发出警告,或是让机械手臂减缓动作,甚至直接停止运作,以达到主动安全。

  综合以上所述,物联网所需的三大类芯片:MCU、无线通讯与感测器,已是此一市场中的超级巨星,未来这三类芯片的出货量与产值令人期待;且往后的产品技术变化将有助于IC设计商跳脱出以往的价格比拚窘境,可望带来更多创新技术与应用。

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