物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需要售價(jià)不到50美分的芯片才有機(jī)會(huì)放量?但如何讓搭配新型存儲(chǔ)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(lái)可能取決于售價(jià)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(chǎng)專題討論上的技術(shù)專家表示，未來(lái)的IoT SoC需要搭配新型的存儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)器(SRAM)和快閃存儲(chǔ)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(shí)將無(wú)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(wú)線部門軟體總監(jiān)Jason Hillyard說(shuō)，在理想的情況下，2027年時(shí)終端節(jié)點(diǎn)SoC將僅消耗10微瓦(uW/MHz)功率，以無(wú)線傳送資料時(shí)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(shí)現(xiàn)這種裝置的最大問(wèn)題就在于缺乏適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器。

ARM認(rèn)為，新型存儲(chǔ)器仍無(wú)法達(dá)到IoT的功耗和成本要求

Shifren說(shuō)：“存儲(chǔ)器的能量是未來(lái)發(fā)展的主要問(wèn)題。大家都十分看好可變電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ReRAM)和自旋力矩轉(zhuǎn)移磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)能取代SRAM和flash，但我認(rèn)為沒(méi)有一個(gè)能真正實(shí)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(shí)的能耗太高，而ReRAM和相變存儲(chǔ)器替代方案則是使用了相對(duì)較高的電壓。

ARM技術(shù)長(zhǎng)Mike EE Muller在接受《EE Times》的采訪時(shí)表示，ARM采用來(lái)自學(xué)術(shù)研究的新式存儲(chǔ)器制造測(cè)試芯片，然而，他并未透露有關(guān)該測(cè)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(shè)計(jì)，有利于邏輯和存儲(chǔ)器元件…預(yù)計(jì)未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)更多的存儲(chǔ)器，但并不至于取代flash。”

同時(shí)，Ambiq Micro技術(shù)長(zhǎng)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(chǔ)器極限了。他說(shuō)：“有一些實(shí)際情況是就算想在本地寫入大量資料，目前也還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。”

預(yù)計(jì)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(wú)線方面，Hillyard預(yù)計(jì)，在2022年以前將會(huì)出現(xiàn)一項(xiàng)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(jí)運(yùn)作。他解釋說(shuō)，BLE從40mW功耗開(kāi)始，即是原始藍(lán)牙功耗的十分之一。

他問(wèn)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(gè)數(shù)量級(jí)達(dá)到1mW甚至更低呢?預(yù)計(jì)它將超越CMOS的演進(jìn)。”

ARM無(wú)線技術(shù)資深總監(jiān)Frank Martin說(shuō)，未來(lái)將會(huì)需要一項(xiàng)新的無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，它可能執(zhí)行于新的頻段——經(jīng)過(guò)10年的努力之后。他說(shuō)，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(dòng)的無(wú)線電，在長(zhǎng)時(shí)間的睡眠周期之間發(fā)送短波資料。

Muller說(shuō)：“很多人都在討論針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的新無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，但至今尚未具體成形，主要的問(wèn)題就是能從何處權(quán)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(wú)線技術(shù)時(shí)機(jī)

同時(shí)，Integra Devices技術(shù)長(zhǎng)Mark Bachman表示，傳感器方面也開(kāi)始探索新的材料和設(shè)計(jì)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(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(dòng)作傳感器需要內(nèi)建智慧功能，才能在節(jié)點(diǎn)上分析無(wú)法實(shí)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(cè)到顏色變化，從而回報(bào)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(dá)10mW的能量，有些是從水或氣流中采集能量。長(zhǎng)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(dāng)，而且可持續(xù)更長(zhǎng)10倍的使用效能。”

有些傳感器開(kāi)始內(nèi)建于SiP封裝中