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物聯網領域涵蓋面廣 晶片設計須因地制宜

  • 楊智家
智慧家庭等物聯網終端應用領域,成為一龐大資料蒐集區塊。法新社

物聯網(IoT)是將日常生活萬事萬物都可無線連結上網路的一個統稱,但在整體物聯網領域中所包含的終端技術非常多且複雜,因此並沒有單一的晶片或裝置技術能夠含括整個物聯網領域的需求,顯示這是一個集眾多技術、服務以及市場在一身的龐大科技領域。所有這些均連結至網際網路,未來隨著物聯網定義的持續演進,物聯網架構設計也將持續見到演進及變革。

據Semi Engineering網站報導,物聯網領域與行動裝置領域或其他科技應用領域不同的是,行動裝置等領域更適合於單一特定應用並重複使用之,物聯網領域則有更多的一般目的版本,在部分情況下將會進行具體的設計,並試圖針對其他市場領域再度運用。由於物聯網領域更加廣泛、規模也持續在增加,因此未來將可見到針對特殊應用的更多特殊設計問世。

為了描述出一個完整的物聯網體系,將需要建構一個三層的架構,其一包含伺服器與雲端零組件、其二為介於物聯網邊緣裝置(edge device)與雲端之間的閘道零組件,其三則是作為真實世界與網路之間連結的物聯網邊緣裝置,此即各類終端物聯網產品,如智慧家庭產品線等。

雖然上述過程看似有其邏輯性,不過在物聯網邊緣裝置方面,許多情況下卻是由效能較差的感測器來蒐集資料,再傳送這些資料至雲端供進行分析處理,有時候甚至傳送速度太慢以至於無法將全數資料上傳雲端,這便形成了為物聯網設計晶片或感測器時變得非常困擾的情況。

一方面這些物聯網邊緣裝置成本不能太高,但在部分物聯網市場又需要這些裝置不僅具可靠性又必須安全,且還必須符合大量標準規範,如在汽車領域還必須符合諸如ISO 26262等多項標準、在工業物聯網(IIoT)領域符合OMAC及OPC等工業標準等,這些都為物聯網裝置在正式問世前增加許多成本及時間。

特別是在行動電子領域,這些物聯網系統設計上還需要非常省電及延長電池續航力,這就需要複雜的電源管理技術,如此也將進一步提高成本及複雜性,更不用提這些裝置需要具備足夠的效能完成任務。

為了在降低成本且維持效能情況下開發適合物聯網邊緣裝置搭載的晶片及感測器等零組件,運用摩爾定律(Moore’s Law)將微處理器持續微縮,如將物聯網晶片從現行55奈米及40奈米技術水準,提升至40奈米及28奈米水準,將有助於降低成本。

若要提升安全性,晶片設計也必須改進至採用32位元;另如將多個感測器封裝至單一叢集以創造規模經濟,也是一個能夠降低成本的方式。畢竟這些邊緣裝置必須針對各日常生活應用領域客製化設計與打造,存有各式複雜的設計要求,甚至有時存在著高量產需求,因此壓低成本將有其助益。

隨著邊緣裝置蒐集到更多資料,閘道會無法負荷將如此大量資料都傳送至雲端、再由雲端進行分析處理的任務,這也因此對中階運算平台形成需求性,這類平台適合介於雲端與邊緣裝置之間,可成為智慧型或簡單的閘道、或是作為邊緣伺服器等。

此外,讓邊緣裝置導入人工智慧(AI)晶片直接就近處理大量資料、無需再上傳資料至雲端,也是解決此一問題的辦法之一,前提是要開發出具足夠處理分析能力的AI晶片。雲端接收到的邊緣裝置蒐集資料往往不一致且龐大,這類資料可能在AI上作為模式識別的一部分,或只能進行不適合於量子化學軟體Gaussian分布的像差篩選。

為解決此問題,晶片製造商與系統業者開始為邏輯與傳輸量設計全新的架構,在同樣情況下將部分處理過程轉移至網路中,或甚至導入各類型記憶體。

上述三層架構裝置將以連網形式作業,資安問題也成為愈來愈重要的課題、必須加以防範,因而需要在架構層級就予以解決,若裝置由更多分散零組件打造,資安防護問題將變得更困難,因此若能將所有零組件功能整合至單一晶片,將有助減少遭網路攻擊風險。

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