The Internet of Things: Optimizing Semiconductor Manufacturing

來源：IOT News

隨著人與物、物與物連接的增多，未來將是千億連接的時代，加之國際標準組織對技術標準制訂工作的積極推動，低功耗M2M業務的市場前景十分廣闊。

對此，Silicon Labs 32位微控制器產品高級行銷經理Oivind Loe在接受採訪時表示：「能效是應用在物聯網中組件的一項至關重要的特性。一些物聯網應用，如智慧抄表和智慧信用卡，甚至可能會有超低功耗的要求;為了適合各種不同的應用，MCU必須擁有精心設計的能量模式，支持MCU去實現電流消耗與響應時間和功能之間的平衡。」

Microchip公司家電解決方案部，IoT行銷經理Xavier Bignalet也指出：「現今，連接應用功耗小是必要條件，甚至在有些應用中，電池使用壽命可持續20多年。」

根據預測，到2020年左右世界上將有超過1000億台設備實現聯網。值得關注的是，這些設備中超過一半將對功耗問題十分敏感。因此，具有低功耗、高性能的，尤其是整合了無線通信功能的MCU解決方案，將會受到重視。它在簡化設計之余，可以讓更多下游設計人員將聯網設備推向市場。

但值得注意的是，物聯網應用對晶片的低功耗需求，並不全是越低越好，不同場景下又有著獨特的需求。瑞薩電子通用解決方案中心，綜合行銷部副部長王均峰，在接受採訪時指出：「如果具體到物聯網應用，往往很難明確區分待機功耗和運行功耗。

因為在物聯網設備中，設備大多數情況下是處於待機和工作之間，或者說是高頻率地在這兩者間轉換，所以平均功耗就變得重要起來。」

針對這種情況，很多半導體企業在針對物聯網，開發低功耗MCU晶片方面投入了很大力度。「瑞薩16位的L78系列和32位Rx系列等，都有低功耗特色。瑞薩很多產品採用自有內核，在優化功耗的時候，擁有更大空間。

此外，瑞薩擁有自有的晶片外設產品，加上擁有自己的生產工廠，在內核、外設和技術三個方面共同作用，可以實現產品的低功耗。」王均峰說。

Oivind Loe也表示：「MCU精心設計的能量模式，能實現電流消耗與回應時間和功能之間的平衡。這種優化的權衡方法，使MCU能夠為許多應用提供電流消耗、性能、尺寸和成本的正確組合。」

改進設計架構是重要降耗途徑

具體來看，MCU的功耗水平包括靜態功耗、運行功耗兩部分。考慮實際的應用，靜態功耗是晶片在睡眠或非運作狀態下的功耗，而動態功耗即MCU運行時所消耗的功率。最後的系統功耗性能則是計算平均功耗。它們的功耗水平都與製造技術有很大關係，採用何種技術，決定了產品靜態功耗和運行功耗的優劣。

此外，一些廠商已從整個架構上進行改進，實現物聯網環境下的低功耗。恩智浦半導體大中華區MICR微控制器產品市場總監金宇傑表示：「恩智浦在MCU中引入獨特的異步結構，在一個MCU中分別整合ARM Cortex A7和Cortex M4內核，可以用M4內核維持平時的運作，特別是在待機狀態下的運作，保持較低功耗。」

瑞薩採取的另外一條途徑，也較好地解決了這個問題。「針對這個需求特點，瑞薩在MCU中引入Snooze模式，可以做到MCU內核待機，外設工作。即採用Snooze模式時，外設將判斷外界指令到來，是否需要內核工作，只有確認這個需求後才會真正喚醒內核，從而使系統的工作效率大幅提升。」王均峰說。

減少外設功耗，也是降低整體晶片功耗的一個有效途徑。根據金宇傑的介紹，恩智浦的產品可以通過API軟體，在MCU、MPU完成任務時，把一些不用的接口關掉，從而節省功耗。

Microchip也在外設方面挖掘潛能。「Microchip的部分8位單片機具有獨立於內核的外設，能很好地實現低功耗要求，僅需很少或無需CPU干預，進一步減少了功耗需求。此外，如LCD、運放、RTCC、觸摸傳感、USB、DMA和加密引擎等，低功耗外設使MCU的性能，提升到了新的水準，盡可能降低系統級功耗。」Xavier Bignalet說。

應對碎片化的挑戰

物聯網最大的特點就是碎片化，如何使MCU晶片適應物聯網的應用，也是一個挑戰。「物聯網不僅僅是單一的市場，而是包含了所有垂直市場的領域。

因此，對於物聯網設備來說並沒有一個通用的規範：可穿戴式設備對功耗有嚴格的要求;而重工業設備則不苛求低功耗。可目前的狀況是，晶片廠商為了平衡成本大多采用通用MCU來嘗試涵蓋大部分應用。」Xavier Bignalet指出。

不過，這種狀況正在有所改善。「隨著半導體技術的演進，以及物聯網應用市場的發展，將來也許會有廠商針對物聯網市場開發出專用的晶片，現有MCU中常用的模擬外設等功能也許會被拿掉，從而專注於算法和連接，在更先進的半導體技術下，實現更低的功耗及成本。

簡單來說，就是以控制為主要功能的MCU和以智慧化分析/連接為主要功能的物聯網晶片也許會分家但又同時共存。」ARM中國嵌入式應用市場經理耿立鋒表示。

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