物聯網的春天要等SoC降價才會來？

　　物聯網(IoT)需要售價不到50美分的芯片才有機會放量?但如何讓搭配新型存儲器、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一步探索…

　　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IoT SoC需要搭配新型的存儲器、連接性與傳感器等功能，才能擴展至IoT所需要的規模;然而，實現這一目標的道路仍不明朗。

　　當今的靜態隨機存取存儲器(SRAM)和快閃存儲器(flash)、藍牙介面和傳感器等元件消耗了太多的功率，到了2027年時將無法因應大量的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無線部門軟體總監Jason Hillyard說，在理想的情況下，2027年時終端節點SoC將僅消耗10微瓦(uW/MHz)功率，以無線傳送資料時僅耗電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存儲器。

　　ARM認為，新型存儲器仍無法達到IoT的功耗和成本要求(來源：ARM)

　　Shifren說：“存儲器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存儲器(ReRAM)和自旋力矩轉移磁阻式隨機存取存儲器(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和相變存儲器替代方案則是使用了相對較高的電壓。

　　ARM技術長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存儲器制造測試芯片，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，有利于邏輯和存儲器元件…預計未來將會出現更多的存儲器，但并不至于取代flash。”

　　同時，Ambiq Micro技術長Scott Hanson指出，基于次閾值電路的微控制器(MCU)已經達到存儲器極限了。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?！?/p>

　　預計在2027年，IoT SoC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，“那么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?！?/p>

　　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資料。

　　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?！皩嶋H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頻寬。

　　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(來源：ARM)

　　同時，Integra Devices技術長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份的傳感器，使得該封裝成為內含芯片的傳感器?！?/p>

　　用于監控工業馬達的動作傳感器需要內建智慧功能，才能在節點上分析無法實際傳送到云端的大量資料。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端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?！?/p>

　　有些傳感器開始內建于SiP封裝中(來源：Integra)