物联网开创潜力股促进MCU、无线IC和感测器出货猛涨

2015-06-11 12:16:31来源: 新电子 关键字:物联网
    物联网迈向多元无线接取、低功耗智慧控制/感测设计的趋势日益明朗,将促进MCU、无线通讯IC和感测器出货量涌现一波接一波涨势;半导体厂商亦看好这三类晶片将成为物联网的明星方案,竞相启动新技术投资及产品开发计画。
 
    物联网IC潜力股“涨”声不断。在穿戴装置、车联网、工控自动化和智慧家庭等物联网应用需求带动下,32位元微控制器(MCU)、低功耗无线通讯IC,以及微机电系统(MEMS)感测器的出货量正持续翻涨,相关晶片业者皆可望雨露均霑。  
 
    尤其今年开年以来,各个物联网应用山头皆有极具代表性品牌大厂全力相挺,如苹果(Apple)力拱智慧手表--Apple Watch、Google/Nest强攻智慧家庭,而特斯拉(Tesla)、奥迪(Audi)和Volvo则快马加鞭布局车联网系统,甚至是下世代的无人驾驶车,更让晶片开发商们吃下定心丸,更加义无反顾投资研发新产品线,或发动购并攻势以快速补强专利和欠缺的技术拼图。  
 
    其中,MEMS感测器搭上行动/穿戴装置,以及各式支援智慧感测功能的物联网设备热潮,2014-2015年的出货量已显着弹升。未来5年内,行动及物联网装置规模将上看三百亿部,且内建多轴动作感测器、麦克风、压力计和温/湿度等感测器的数量亦可望翻倍,将逐年为MEMS市场挹注巨大成长动能,让MEMS晶片商出货及营收成长一飞冲天。  
 
物联网甘霖降不停 MEMS感测器出货连年旺
 
    
    图1 台湾博世执行董事暨香港博世总经理Bernd Barkey强调,未来,MEMS感测器类型和出货量将显着增加。
 
    台湾博世(Bosch)执行董事暨香港博世总经理白邦德(Bernd Barkey)(图1)表示,智慧家庭、安防监控、智慧照明,以及汽车的先进驾驶辅助系统(ADAS)和无人驾驶车皆带来相当广泛的感测器需求;MEMS感测器业者正沿用在行动、穿戴装置市场的成功路径,以加速度计、磁力计和陀螺仪等惯性感测器,以及压力与温/湿度等感测器大举在上述应用领域开疆辟土。  
 
    白邦德进一步解释,如同手机和智慧手表一般,联网汽车和家庭能源管理系统皆须利用感测器采集使用者或环境资讯,才能透过后端的嵌入式处理和无线通讯技术,将这些数据化为可运算,且有参考及决策价值的资料。因此物联网应用渗透得愈快,也意味着更庞大可期的MEMS感测器需求;以Bosch Sensortec为例,2014年在车用感测器市场的出货量已翻倍,此一巨幅成长走势将延续至2015年,再攀上另一个高峰。  
 
    至于行动/穿戴装置、智慧家电等ICT产品对MEMS感测器的导入需求更是显着;尤其自2014年以来,业界从对Apple Watch将上市的预期心理,到产品正式出炉那一刻,将智慧手表市场带至最高潮,皆为MEMS感测器应用创造新契机。  
 
    Bosch Sensortec台湾暨东南亚区总经理黄维祥补充,台湾系全球ICT产品制造重镇,对于系统关键零组件往往有春江水暖鸭先知的掌握度,而2014年,Bosch Sensortec在台湾的MEMS感测器出货量,缴出成长100%以上的成绩单,产品规格则明显朝三轴、六轴,甚至九轴发展,因此更能突显市场火热的态势。今年各种ICT设备引进智慧感测设计的风潮更盛、对元件功耗和性能要求更严格,预料MEMS感测器在2015年仍将有双位数成长率,且在电路设计封装形式方面将呈现全新风貌。  
 
    黄维祥强调,因应穿戴装置小体积、长效待机的设计趋势,多轴MEMS感测器须进一步与MCU结合,以减轻系统主处理器运算负担,同时缩减PCB占位空间;因此,今年3月该公司已发表三轴、六轴感测器内建Cortex-M系列核心的方案,抢占技术演进浪头。  
 
    下一阶段,行动/穿戴装置将锁定生物及环境感测设计,触发光学式生物感测模组及环境感测器方案需求。  
 
    黄维祥透露,看好环境感测市场潜力,该公司已在台设立先进MEMS封装中心,并成功打造压力计、温/湿度和气体感测器整合型模组,将大幅缩减系统布局空间。此外,上述感测器封装皆有一共通点--须开孔;换句话说,诸如MEMS麦克风或其他类型的环境感测器也有机会如法炮制,让系统厂能兼顾产品尺寸和功能性。  
 
    无独有偶,芯科实验室(Silicon Labs)亦针对穿戴装置、健身追踪器、医疗设备、联网家电和工业自动化等领域,强打光学和环境感测器。在光学感测器方面,该公司已提供用于检测红外线(IR)、环境光线和紫外线(UV)强度的产品,并结合软体开发工具和硬体参考设计,达成心率、紫外线指数、相对湿/温度检测功能;下一步更将朝血压、血氧等生物征象监测功能迈进。  
 
运筹敦宏/讯芯三方合璧 Dialog纳入光感测战力
 
    无庸置疑,穿戴装置因贴身使用,几乎已成生物感测应用的最佳载具,因此包括联发科意法半导体(ST)、奥地利微电子(ams)等重量级晶片厂,以及华星、神念等台湾新秀IC设计业者,皆计画抢进光学感测器市场,并正积极部署产品大军。 不过,随着感测元件增加,系统功耗问题将日益突显,导致感测器与电源管理晶片(PMIC)的设计更加紧密;看准此一趋势,行动装置PMIC大厂--戴乐格半导体(Dialog)也启动与台湾光学感测器厂--敦宏,以及系统封装(SiP)技术供应商--讯芯的三方合资大计,以一举掌握生物感测关键技术。  
 
    据悉,Dialog将藉此机会取得敦宏40%股权,而讯芯亦将取得15%股权,三家公司将共同开发高精准度感测、高效率电源管理和高整合度SiP模组方案,用以开拓物联网智慧感测市场。  
 
    
    图2 戴乐格半导体企业发展及策略资深副总裁Mark Tyndall认为,相较于中国大陆厂商,台湾IC业者具有更强的设计能力,故选择与后者合作。
 
    戴乐格企业发展及策略资深副总裁Mark Tyndall(图2)表示,现下穿戴装置、物联网设计最大挑战在于发散又复杂的无线通讯/感测器方案、紧缩的PCB空间,以及相较于手机再降十倍的系统功耗要求。基于这些考量,Dialog从智慧型手机、平板电脑的PMIC市场发迹,一路补强音讯编解码器(Audio Codec)、蓝牙低功耗(BLE)及近期成功引进的光学感测器和SiP技术,未来将能提供Wearable-on-Chip的全新概念产品,帮助系统厂一次搞定关键设计。  
 
    敦宏科技总经理黎世宏表示,感测器技术愈来愈成熟,但要走到系统级解决方案还有很长一段路,其中的症结不外乎软硬体整合及周边电源管理;随着Dialog、讯芯和敦宏三方合璧,下一代光学感测模组将除能集结环境光源/距离感测器、色彩和手势分析等技术,还可运用SiP增加MCU即时处理、PMIC和BLE/Wi-Fi连线功能,形成智慧感测统包方案。  
 
    Tyndall透露,Dialog已与联发科、高通(Qualcomm)等处理器大厂建立合作关系,拥有感测器、SiP技术能量后,将能以更高层级的系统解决方案,进一步拓展与OEM厂商的合作管道,挹注营收成长动能。  
 
    多协定/低功耗需求拉动 无线SoC设计商机大丰收
 
    
    图3 芯科实验室物联网解决方案资深行销总监Greg Hodgson提到,Thread技术可支援IP网状网路,未来在智慧家庭的发展备受期待。
 
    除感测器外,无线通讯亦是成就物联网的关键技术,特别是多协定/多频段、同步支援网状网路和点对点连线的无线SoC,更将成为物联网市场今年最大亮点之一,为相关晶片商捎来商机。  
 
    芯科实验室(Silicon Labs)物联网解决方案资深行销总监Greg Hodgson(图3)表示,无线SoC导入需求源自超低功耗、多重标准互通与系统简化设计,今年初,许多MCU业者、无线通讯晶片商皆发布可支援Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Thread或融合上述协定的SoC,就是相中市场对整合型方案的殷切期盼。  
 
    Hodgson进一步指出,在物联网当中,家庭联网市场是成长快速且技术覆盖最多元的区块。基本上,智慧家庭须有一种以上的装置(可能有数百个装置节点)连结在一起并连上网路,使屋主能以这种方式控管和监控环境,包括气温、耗能、资料存取、照明、保全和居家照护等,落实这些应用的共通之处是整合为无线联网生态系统。  
 
    现阶段,长程演进计画(LTE)Cat. 1/0、Wi-Fi、Bluetooth Smart、ZigBee和Thread无线标准,皆是构筑物联网环境的潜力技术。在未来10年内,已开发国家的家庭平均将拥有二十到五十个联网装置,这意味着家庭联网市场正在大幅成长及多元技术融合的开端,2015年将是至为关键的一年。  
 
    Hodgson指出,为支援多重协定和无线射频频段,Silicon Labs已发表系列无线SoC,打头阵的是Bluetooth Smart SoC,下一步将朝Wi-Fi、网状网路协定(ZigBee和IP型Thread),可支援sub-GHz频段专用协定或整合型设计迈进;为此,该公司亦加入为ARM mbed物联网开发平台成员,以强化MCU和多重协定软体堆叠的软硬整合能力。他更断言,不久的将来,大部分联网装置都将以高度整合的多协定、多频段SoC为核心。  
 
    由于物联网系统内建无线、感测元件与日俱增,因此嵌入式处理器效能亦须与时俱进;瞄准此一需求,意法半导体、恩智浦(NXP)、瑞萨电子(Renesas Electronics)和德州仪器(TI)等MCU供应商,正不断导入更高性能的Cortex-M4/M7核心,以及40、28奈米先进制程。  
 
低功耗/高性能优势显着 ST MCU驰骋穿戴式市场
 
    锁定穿戴装置应用,意法半导体32位元MCU家族再添生力军。意法半导体日前祭出最新的MCU--STM32L4,可用于兼顾超低功耗与高性能的穿戴式应用,以及下一代节能型消费性电子产品、工业、医学和量测设备等领域,以满足物联网市场日益成长的需求。 
 
    意法半导体大中华与南亚区微控制器行销和应用总监James Wiart(图4右)表示,未来穿戴式装置发展的重要趋势将迈向微型化、低功耗,以及高效能的客制化应用;而将体积轻小又同时具备快速处理能力的微控制器,置入不同的穿戴式装置,可为智慧手表、心率监控器(Heart Rate Monitor)、活动追踪器等特定市场提供更多所需的效能。 
 
    
    图4 左起为意法半导体大中华暨南亚区产品行销经理杨正廉、意法半导体微控制器、记忆体及安全微控制器事业群行销经理Jean-Julien Pegoud,以及意法半导体大中华与南亚区微控制器行销和应用总监James Wiart。
 
    然而,随着耗电问题成为穿戴式技术发展的重要挑战之一,意法半导体大中华暨南亚区产品行销经理杨正廉(图4左)也指出,消费性装置若须过于频繁充电,将会丧失使用者的信任;有鉴于此,该公司致力发展更低功耗的MCU,以满足各种智慧周边设备的设计需求,并壮大市占率。 
 
    意法半导体微控制器、记忆体及安全微控制器事业群行销经理Jean-Julien Pegoud(图4中)强调,低功耗MCU会随着应用领域及使用方式的差异而有所不同;对此,该公司新款MCU特别增添能依照不同处理需求动态电压调节功能,还能透过七个子模式选项的电源管理模式,如睡眠、待机及最低功耗仅30耐安培(nA)的关机模式,达成最佳化电源管理。 
 
    至于运算性能方面,Wiart说明,穿戴装置主要靠MCU驱动各部功能;着眼于各种智慧元件供电量需求攀升,为同时实现MCU低功耗与性能最大化,意法半导体还开发智慧架构与通讯周边设备,以让该产品在不同运作状态下皆不会牺牲性能。例如,该产品的内部智慧操作可支援两种不同取样速率;其中,低速取样功耗仅为数10微安培,能限制最大电流;而另一种高速取样速率则可使处理器快速返回超低功耗模式。 
 
    不仅穿戴装置引发诸多MCU功能新需求,汽车近来转向联网、智慧化亦牵动MCU设计巨幅转变。 
 
28奈米设计一马当先 瑞萨抢当车联网MCU一哥
 
    瑞萨电子全球业务暨行销单位执行副总裁Manabu Kawashima表示,物联网可区分消费性、工业和车用多个领域,其中尤以车用市场对MCU即时控制效能、功耗、稳定性和可靠度要求最为严格,因此多数晶片商不敢贸然推进制程节点,以避免产品不符车规的风险,但无疑也限制了MCU性能和整合度扩展。 
 
    为克服此一桎梏,瑞萨已率先采用独家28奈米嵌入式快闪记忆体(eFlash)制程技术--MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon),开发次世代车用MCU,以不断满足车厂和一级(Tier 1)供应商对MCU升级的需求。Kawashima透露,相较于消费性电子方案,车用MCU制程演进速度较慢,现阶段大多仍停留在90奈米以上节点;然而,在先进驾驶辅助系统(ADAS)迅速发展下,基于成熟制程的MCU在效能、记忆体容量方面都出现不足情形,因此跨越制程门槛同时又能保有可靠度,将成为车用MCU供应商未来的决胜焦点。 
 
    车用MCU首重可靠度,随着晶片节点微缩,电路设计也更加复杂,晶片运作失效的风险也跟着扩大。对此,Kawashima强调,瑞萨透过与全球主要车厂长期合作的经验,搭配专利MONOS制程架构,新一代28奈米MCU已通过车厂对可用性、高速及低功率的严格规范,将突破现行90奈米MCU的效能和记忆体容量壁垒,协助系统业者开发更先进的ADAS系统。 
 
    据悉,瑞萨已盘据车用MCU市占龙头多年,在2014-2015接连发布40、28奈米先进制程MCU后,更可望进一步拓展市占版图,Kawashima认为,搭上ADAS、无人驾驶车发展风潮,2015-2016年,该公司车用MCU将有双位数的出货成长率。 
 
    综上所述,MCU、无线通讯和感测器已成为物联网市场众所瞩目的“三宝”,未来10年在出货量、产值方面均相当令人期待;不仅如此,这三类IC方案的技术日新月异,变化程度将超越过去几10年的总和,将有助相关晶片供应商脱离价格竞争的泥淖,并引来更多新设计与技术导入契机。

关键字:物联网

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/IoT/2015/0611/article_1287.html
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