物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需要售價(jià)不到50美分的芯片才有機會(huì )放量？但如何讓搭配新型內存、連接性與傳感器的IoT SoC降低成本與功耗，以及擴展所需要的規模仍有待進(jìn)一步探索…電子模塊
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的未來(lái)可能取決于售價(jià)不到50美分的芯片？根據最近在A(yíng)RM年度科技論壇ARM TechCon一場(chǎng)專(zhuān)題討論上的技術(shù)專(zhuān)家表示，未來(lái)的IoT SoC需要搭配新型的內存、連接性與傳感器等功能，才能擴展至IoT所需要的規模；然而，實(shí)現這一目標的道路仍不明朗。
當今的靜態(tài)隨機存取內存(SRAM)和閃存(flash)、藍牙接口和傳感器等組件消耗了太多的功率，到了2027年時(shí)將無(wú)法因應大量的IoT節點(diǎn)要求，因此，參與專(zhuān)題討論的技術(shù)專(zhuān)家們分別提出了幾種可能的的替代方案。
ARM無(wú)線(xiàn)部門(mén)軟件總監Jason Hillyard說(shuō)，在理想的情況下，2027年時(shí)終端節點(diǎn)SoC將僅消耗10微瓦(uW/MHz)功率，以無(wú)線(xiàn)傳送數據時(shí)僅耗電1或2毫瓦(mW)。他還提出了‘slideware SoC’新架構，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(shí)現這種設備的最大問(wèn)題就在于缺乏適當的內存。
ARM認為，新型內存仍無(wú)法達到IoT的功耗和成本要求（來(lái)源：ARM）
Shifren說(shuō)：“內存的能量是未來(lái)發(fā)展的主要問(wèn)題。大家都十分看好可變電阻式隨機存取內存(ReRAM)和自旋力矩轉移磁阻式隨機存取內存(STT-MRAM)能取代SRAM和flash，但我認為沒(méi)有一個(gè)能真正實(shí)現……，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(xiě)入時(shí)的能耗太高，而ReRAM和相變內存替代方案則是使用了相對較高的電壓。
ARM首席技術(shù)官Mike EE Muller在接受《EE Times》的采訪(fǎng)時(shí)表示，ARM采用來(lái)自學(xué)術(shù)研究的新式內存制造測試芯片，然而，他并未透露有關(guān)該測試芯片的任何成果。
Muller說(shuō)：“理想上它是一種非揮發(fā)性、低功耗的設計，有利于邏輯和內存組件…預計未來(lái)將會(huì )出現更多的內存，但并不至于取代flash。”
同時(shí)，Ambiq Micro首席技術(shù)官Scott Hanson指出，基于次閾值電路的微控制器(MCU)已經(jīng)達到內存極限了。他說(shuō)：“有一些實(shí)際情況是就算想在本地寫(xiě)入大量資料，目前也還無(wú)法實(shí)現。”
預計在2027年，IoT SoC必須能徹底在功耗和成本方面寫(xiě)下新低點(diǎn)
1mW能量采集
在無(wú)線(xiàn)方面，Hillyard預計，在2022年以前將會(huì )出現一項新標準，最終將能以相當于目前藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy；BLE)約十分之一的功率級運作。他解釋說(shuō)，BLE從40mW功耗開(kāi)始，即是原始藍牙功耗的十分之一。
他問(wèn)道，“那么如果我們能再次展現飛躍式進(jìn)展，讓功率再降低一個(gè)數量級達到1mW甚至更低呢？預計它將超越CMOS的演進(jìn)。”
ARM無(wú)線(xiàn)技術(shù)資深總監Frank Martin說(shuō)，未來(lái)將會(huì )需要一項新的無(wú)線(xiàn)電標準，它可能執行于新的頻段——經(jīng)過(guò)10年的努力之后。他說(shuō)，新的規格必須因應能量采集器產(chǎn)生持續低功率的需要，而不是依靠當今以電池驅動(dòng)的無(wú)線(xiàn)電，在長(cháng)時(shí)間的睡眠周期之間發(fā)送短波數據。
Muller說(shuō)：“很多人都在討論針對物聯(lián)網(wǎng)的新無(wú)線(xiàn)電標準，但至今尚未具體成形，主要的問(wèn)題就是能從何處權衡折衷。實(shí)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(zhù)重于較低帶寬。
ARM認為，現在正是導入功耗降至藍牙1/10的新無(wú)線(xiàn)技術(shù)時(shí)機（來(lái)源：ARM）
同時(shí)，Integra Devices首席技術(shù)官Mark Bachman表示，傳感器方面也開(kāi)始探索新的材料和設計技術(shù)，以便能進(jìn)一步降低功耗、縮小尺寸與增加功能。
Bachman說(shuō)：“大多數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，使得該封裝成為內含芯片的傳感器。”
用于監控工業(yè)馬達的動(dòng)作傳感器需要內建智能功能，才能在節點(diǎn)上分析無(wú)法實(shí)際傳送到云端的大量數據。另一方面，Integra也致力于打造傳統的零功率傳感器，其中一些傳感器可經(jīng)由遠程攝影機檢測到顏色變化，從而回報告溫度的改變。
Intera目前采用動(dòng)能(kinetic energy)來(lái)開(kāi)發(fā)傳感器，目前用于采集高達10mW的能量，有些是從水或氣流中采集能量。長(cháng)期來(lái)看，他說(shuō)：“我們從根本上就需要新的能量采集器，但其價(jià)格必須與采用電池相當，而且可持續更長(cháng)10倍的使用效能。”
有些傳感器開(kāi)始內建于SiP封裝中
