導讀

物聯網（IoT）需要售價不到50美分的芯片才有機會放量？但如何讓搭配新型內存、連接性與傳感器的IoT芯片降低成本與功耗，以及擴展所需要的規模，這仍有待進一步探索。

物聯網（IoT）的未來可能取決于售價不到50美分的芯片？

根據最近在ARM年度科技論壇ARM TechCon一場專題討論上的技術專家表示，未來的物聯網芯片需要搭配新型的內存、連接性與傳感器等功能，才能擴展至物聯網所需要的規模。

然而，實現這一目標的道路仍不明朗。當今的靜態隨機存取內存(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年時將無法滿足大量的IoT節點要求，因此，參與專題討論的技術專家們分別提出了幾種可能的的替代方案。ARM無線部門軟件總監Jason Hillyard說，在理想的情況下，2027年，終端節點SoC將僅消耗10微瓦(uW/MHz)功率，用無線傳送數據時僅耗電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，實現這種裝置的最大問題就在于缺乏適當的內存。

ARM認為，新型內存仍無法達到IoT的功耗和成本要求

Shifren說：“內存的能量是未來發展的主要問題。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，但我認為沒有一個能真正實現……，而且也看不到有任何可行的替代方案”。他指出，STT極其昂貴，而且在寫入時的能耗太高，而ReRAM和相變內存替代方案則是使用了相對較高的電壓。ARM技術官Mike EE Muller在接受《EE Times》的采訪時表示，ARM采用來自學術研究的新式內存制造測試芯片，然而，他并未透露有關該測試芯片的任何成果。Muller說：“理想上它是一種非揮發性、低功耗的設計，有利于邏輯和內存組件…預計未來將會出現更多的內存，但并不至于取代flash。”同時，Ambiq Micro技術官Scott Hanson指出，基于次閾值電路的微控制器(MCU)已經達到內存極限了。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。”

預計在2027年，物聯網芯片必須能徹底在功耗和成本方面寫下新低點

1mW能量采集在無線方面，Hillyard預計，在2022年以前將會出現一項新標準，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，BLE從40mW功耗開始，即是原始藍牙功耗的十分之一。他問道，“如果我們能再次展現飛躍式進展，讓功率再降低一個數量級達到1mW甚至更低呢？預計它將超越CMOS的演進。”ARM無線技術資深總監Frank Martin說，未來將會需要一項新的無線電標準，它可能執行于新的頻段——經過10年的努力之后。他說，新的規格必須因應能量采集器產生持續低功率的需要，而不是依靠當今以電池驅動的無線電，在長時間的睡眠周期之間發送短波數據。Muller說：“很多人都在討論針對物聯網的新無線電標準，但至今尚未具體成形，主要的問題就是能從何處權衡折衷。實際上存在大約1-2公尺的鄰近性…但這一領域尚未成為主流，”他指出其他人更著重于較低帶寬。

ARM認為，現在正是導入功耗降至藍牙1/10的新無線技術時機

同時，Integra Devices技術官Mark Bachman表示，傳感器方面也開始探索新的材料和設計技術，以便能進一步降低功耗、縮小尺寸與增加功能。Bachman說：“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制造一部分傳感器，使得該封裝成為內含芯片的傳感器。”用于監控工業馬達的動作傳感器需要內建智能功能，才能在節點上分析無法實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目前采用動能(kinetic energy)來開發傳感器，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，而且可持續更長10倍的使用效能。”

難道，真的等芯片降價后，物聯網的春天才會來嗎？