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[導(dǎo)讀]物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需要售價不到50美分的芯片才有機(jī)會放量?但如何讓搭配新型存儲器、連接性與傳感器的IoT SoC降低成本與功耗,以及擴(kuò)展所需要的規(guī)模仍有待進(jìn)一步探索…

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需要售價不到50美分的芯片才有機(jī)會放量?但如何讓搭配新型存儲器、連接性與傳感器的IoT SoC降低成本與功耗,以及擴(kuò)展所需要的規(guī)模仍有待進(jìn)一步探索…

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的未來可能取決于售價不到50美分的芯片?根據(jù)最近在ARM年度科技論壇ARM TechCon一場專題討論上的技術(shù)專家表示,未來的IoT SoC需要搭配新型的存儲器、連接性與傳感器等功能,才能擴(kuò)展至IoT所需要的規(guī)模;然而,實現(xiàn)這一目標(biāo)的道路仍不明朗。

當(dāng)今的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)和快閃存儲器(flash)、藍(lán)牙介面和傳感器等元件消耗了太多的功率,到了2027年時將無法因應(yīng)大量的IoT節(jié)點(diǎn)要求,因此,參與專題討論的技術(shù)專家們分別提出了幾種可能的的替代方案。

ARM無線部門軟體總監(jiān)Jason Hillyard說,在理想的情況下,2027年時終端節(jié)點(diǎn)SoC將僅消耗10微瓦(uW/MHz)功率,以無線傳送資料時僅耗電1或2毫瓦(mW)。他還提出了‘slideware SoC’新架構(gòu),采用適于其能量采集電源打造的次閾值電路。

ARM資深首席研究工程師Lucian Shifren表示,實現(xiàn)這種裝置的最大問題就在于缺乏適當(dāng)?shù)拇鎯ζ鳌?/p>

 

ARM認(rèn)為,新型存儲器仍無法達(dá)到IoT的功耗和成本要求

Shifren說:“存儲器的能量是未來發(fā)展的主要問題。大家都十分看好可變電阻式隨機(jī)存取存儲器(ReRAM)和自旋力矩轉(zhuǎn)移磁阻式隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)能取代SRAM和flash,但我認(rèn)為沒有一個能真正實現(xiàn)……,而且也看不到有任何可行的替代方案”。他指出,STT極其昂貴,而且在寫入時的能耗太高,而ReRAM和相變存儲器替代方案則是使用了相對較高的電壓。

ARM技術(shù)長Mike EE Muller在接受《EE Times》的采訪時表示,ARM采用來自學(xué)術(shù)研究的新式存儲器制造測試芯片,然而,他并未透露有關(guān)該測試芯片的任何成果。

Muller說:“理想上它是一種非揮發(fā)性、低功耗的設(shè)計,有利于邏輯和存儲器元件…預(yù)計未來將會出現(xiàn)更多的存儲器,但并不至于取代flash。”

同時,Ambiq Micro技術(shù)長Scott Hanson指出,基于次閾值電路的微控制器(MCU)已經(jīng)達(dá)到存儲器極限了。他說:“有一些實際情況是就算想在本地寫入大量資料,目前也還無法實現(xiàn)。”

 

預(yù)計在2027年,IoT SoC必須能徹底在功耗和成本方面寫下新低點(diǎn)

1mW能量采集

在無線方面,Hillyard預(yù)計,在2022年以前將會出現(xiàn)一項新標(biāo)準(zhǔn),最終將能以相當(dāng)于目前藍(lán)牙低功耗(Bluetooth Low Energy;BLE)約十分之一的功率級運(yùn)作。他解釋說,BLE從40mW功耗開始,即是原始藍(lán)牙功耗的十分之一。

他問道,“那么如果我們能再次展現(xiàn)飛躍式進(jìn)展,讓功率再降低一個數(shù)量級達(dá)到1mW甚至更低呢?預(yù)計它將超越CMOS的演進(jìn)。”

ARM無線技術(shù)資深總監(jiān)Frank Martin說,未來將會需要一項新的無線電標(biāo)準(zhǔn),它可能執(zhí)行于新的頻段——經(jīng)過10年的努力之后。他說,新的規(guī)格必須因應(yīng)能量采集器產(chǎn)生持續(xù)低功率的需要,而不是依靠當(dāng)今以電池驅(qū)動的無線電,在長時間的睡眠周期之間發(fā)送短波資料。

Muller說:“很多人都在討論針對物聯(lián)網(wǎng)的新無線電標(biāo)準(zhǔn),但至今尚未具體成形,主要的問題就是能從何處權(quán)衡折衷。“實際上存在大約1-2公尺的鄰近性…但這一領(lǐng)域尚未成為主流,”他指出其他人更著重于較低頻寬。

 

ARM認(rèn)為,現(xiàn)在正是導(dǎo)入功耗降至藍(lán)牙1/10的新無線技術(shù)時機(jī)

同時,Integra Devices技術(shù)長Mark Bachman表示,傳感器方面也開始探索新的材料和設(shè)計技術(shù),以便能進(jìn)一步降低功耗、縮小尺寸與增加功能。

Bachman說:“大多數(shù)的傳感器并不容易以芯片制造…因而難以整合。我們則采用封裝技術(shù)制造一部份的傳感器,使得該封裝成為內(nèi)含芯片的傳感器。”

用于監(jiān)控工業(yè)馬達(dá)的動作傳感器需要內(nèi)建智慧功能,才能在節(jié)點(diǎn)上分析無法實際傳送到云端的大量資料。另一方面,Integra也致力于打造傳統(tǒng)的零功率傳感器,其中一些傳感器可經(jīng)由遠(yuǎn)端攝影機(jī)檢測到顏色變化,從而回報告溫度的改變。

Intera目前采用動能(kinetic energy)來開發(fā)傳感器,目前用于采集高達(dá)10mW的能量,有些是從水或氣流中采集能量。長期來看,他說:“我們從根本上就需要新的能量采集器,但其價格必須與采用電池相當(dāng),而且可持續(xù)更長10倍的使用效能。”

 

有些傳感器開始內(nèi)建于SiP封裝中

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