電子技術——實現物聯網愿景的基礎

　　物聯網(IoT)議題持續發燒，在技術、應用、及商業模式快速發展的情況下，越來越多聯網設備進入日常生活中，為生活帶來更多便利性，同時也造就龐大的市場商機。

　　根據美國消費科技協會(Consumer Technology Association;CTA)報告，物聯網設備是2016年消費性電子產業的重點產品，預估將為市場創造2，870億美元的商機，而調研機構IDC則認為，物聯網市場將于2020年達到8.9兆美元，摩根史坦利更預測，物聯網將在未來10年內創造14.4兆美元的營收。

　　在這股物聯網商機背后，不只電子產業的關鍵技術、關鍵零組件開發與訂制化服務能力，扮演了重要的支持力量，物聯網應用也為電子產業創造未來10年的成長動力。

　　電子技術 實現物聯網愿景的基礎

　　物聯網的系統架構，大致上可以分為感知層、網絡層和應用層，這3層各司其職、卻又環環相扣，共同架構出物聯網的服務。感知層是物聯網架構的基礎，負責數據的搜集、儲存與簡單運算，其會隨著物聯網應用的類形而有所不同，應用于消費端的通常像是穿戴式設備、智能家電、智能汽車、服務型機器人等，如果是應用在工業/商業環境，則可能是智慧機械、無人機、環境傳感器等。

　　而網絡層位在感知層上面，負責將數據傳送到云端平臺，方便用戶通過網絡存取平臺上的信息，通常會使用3G/4G、Wi-Fi等長距離無線通信技術。最上層的應用層，則是將物聯網終端設備所搜集到的各種資料進行分析與運算，實現各種不同目的的物聯應用，包括環境檢測、智慧電力、智能交通、工業監控、智能家居、城市管理等。

　　由此來看，物聯網需要各種不同技術，底層與中層用的是電子與通訊技術，上層則得仰仗云端運算、海量數據分析、數據探勘、商業智能分析、應用軟件/手機App等技術，其中，以電子技術架構出的物聯網終端設備，是實現物聯網愿景的基礎，通過終端設備搜集數據，才能產生后續各種應用。

　　物聯芯片五大模塊技術趨勢

　　目前，物聯網終端設備所使用的芯片，基本上包含以下五大區塊：微控制器、傳感器、電源管理、內嵌式內存、及無線通信。

　　傳感器通常會依據應用場景和目的來搭配使用，常見的有：溫度、震動、陀螺儀、濕度、壓力、高度等;電源管理同樣也會根據終端應用的形式而有不同設計，像穿戴式裝置就強調提高電池效率來延長電池待機時間，而智慧汽車可能會使用功耗較大的處理器，電源管理IC要設法減少熱量產生，以便幫助設備散熱和提高運作穩定性。

　　內嵌式內存則有閃存(Flash Memory)、非揮發性內存(NVM)、靜態隨機存取內存(SRAM)三種選擇，由于物聯網終端設備對電池使用壽命的期待長達5～10年，這使得具備低漏電特性的SRAM與高耐受性的NVM，逐漸成為市場新寵。

　　至于無線通信，過往比較常使用的是Zigbee、RFID、Bluetooth等感測網絡技術，或是2G、Wi-Fi、LTE等，只是隨著物聯網市場一直缺乏統一標準，加上既有技術在使用上無法完全滿足物聯網需求，使得越來越多低功耗廣域網(LPWA)技術問世，如：LoRaWAN、UNB、NB-IoT(窄頻蜂窩物聯網)、LTE-Cat M等，每項技術背后都有不同的支持者，例如：IBM、思科支持LoRaWAN技術，華為則積極推動NB-IoT產業生態建設。

　　由于物聯網終端硬件肩負搜集數據的任務，體積輕薄短小、低耗電(或更長的電池續航力)，成為物聯網芯片在發展過程中最主要的兩個方向，也因此，半導體產業積極發展微縮制程來滿足物聯網應用的需求，像今(2016)年就已經有業者準備量產10納米制程的芯片，預期還會繼續投入研發更小的先進制造技術，如：7納米。

　　另一方面，當制程微縮至10納米以下，代表芯片整合的程度也會跟著大幅提高，而在整合的時候，如果無法在design-in階段以系統單芯片來解決，便必須要借助SiP等封裝技術，將上述物聯網芯片所需要的五大區塊整合為單一模塊。

　　掌握應用趨勢與需求 是搶占物聯市場的關鍵

　　值得一提的是，物聯網應用種類多元化、需求也因此有很大的差異，例如針對消費性穿戴式設備設計的系統單芯片，就和智能家居、工控自動化、智能運輸等不同應用領域關注的整合功能不同。換句話說，物聯網的應用發展，對芯片的設計與架構有很大的影響，不同應用所需要的功能就不一樣。

　　舉例來說，高通專門為穿戴設備設計的芯片Snapdragon Wear 2100，在無線通信技術上就選擇常見的藍牙、Wi-Fi、與LTE，方便用戶通過穿戴設備上網，又如日本半導體業者Lapis針對農業/環境監控應用開發的土壤感測單芯片，在一顆芯片內同時整合土壤酸堿值、導電率和溫度3種感測功能，可以有效提高生產效率。

　　因此，電子業若要在未來的物聯市場上占有一席之地，首要前提就是掌握物聯應用的發展趨勢和需求。目前，與日常生活結合的物聯網應用最被看好，例如：智能家電、智能汽車、穿戴式設備，在2016年CES展中，就看到許多改變生活的物聯網終端設備，像英特爾(Intel)與意大利眼鏡品牌Oakley合作推出智能眼鏡Radar Pace，配備語音互動實時教練系統，可以實時分析運動員的身體狀況，并指導運動員如何反應。

　　這些針對消費大眾的物聯網終端設備，在設計上有一個共通特點，就是強調整合、跨設備的使用體驗，例如：福特汽車(Ford)與Amazon合作，將Amazon Echo語音助理系統Alexa，與車載娛樂通訊整合系統SYNC整合在一個接口里，車主在車上時可以通過Sync控制家中的車庫燈、門等設備，在家中也能實時掌握車輛狀況。

　　除了強調使用體驗外，安全也是物聯網設備未來的發展重點，美國網絡安全專家在2015年6月證實可以入侵克賴斯勒汽車的信息娛樂系統 Uconnect，進而遠程控制汽車，例如：調整冷氣溫度、開關雨刷、操控方向盤及控制車速等，這項研究也使得克賴斯勒緊急召回140萬輛聯網汽車，更新程序與修補漏洞。

　　雖然物聯網應用至今尚未傳出大規模攻擊事件，或是對使用者造成實際損失，但是現在沒有不代表以后也不會有，而且物聯網終端裝置搜集了大量數據，對黑客來說是很大的誘因，為了不讓信息安全風險阻礙使用者的信心和使用意愿，安全將是物聯網未來的重要趨勢，日本NEC在2015下半年發表數據加密新技術OTR，縮短數據認證和加密的時間，讓IoT設備能用更安全的方式傳輸數據，又不會拖累處理速度。

　　物聯網是改變人類生活的重大科技，也是未來數十年產業成長的驅動力，但因為其應用的多元性與豐富性，所以很難有一個統一標準，唯有從應用選擇合適的技術，才能在物聯市場上占得先機。