c将撼动消费电子市场

2012-03-16 20:10:05来源: EE Times
   

    变革是电子领域?久不变的主题,特别是在今年初于美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展(CES)上,《EE Times》的编辑群发现消费电子领域正经历一场前所未有的巨大变化──以下就是我们认为将为今年的消费电子市场带来重大变化的十项重大技术。

动作处理

    动作处理器利用MEMS感测器的特性使其不仅能探知设备的方位,而且能确定设备在三维空间中的前进方向和绝对位置。融合来自于加速度计、陀螺仪、磁力计和高度计(大气压力感测器)的数据串流后,就可以针对任何对象进行追踪。手势能够控制硬体(从游戏机到汽车导航系统)或通知软体(从安全协议到定位服务(IBS))。

    MEMS惯性感测器曾经是用于使太空船和海军舰艇保持在正常航线的罗盘针设备上的关键元件,而今其体积已经大幅缩小、成本更低且具备低功耗,而足以广泛地应用于更轻薄小巧的行动设备中。

    几乎就在一夜之间,MEMS惯性感测器就已经成为用于掉落侦测(例如在硬碟掉落撞击地面之前自动锁定)到手势识别(例如将iPhone 4S靠近耳边就能启动Siri)等各类应用的标准配备了。智慧型电视(Smart TV)开始採用带有MEMS的遥控器,使其能够利用从Hillcrest Labs和Movea授权而来的动作处理算法,更加精确地控制萤幕上的游标。


图1

    2012年,行动设备製造商将开始整合更完整的惯性导航单元(INU),其中将会包括预校准的加速度计、陀螺仪和磁力计。Invensense公司日前已经发佈单一4x4 mm2封装的完整INU,几乎可为所有行动设备提供LBS服务、扩增实境(AR)和资产追踪等功能。

GPU运算

    在绘图处理单元上进行的通用运算或‘GPU运算’领域中,传统上由系统CPU或应用处理器进行的特定运算现在可以卸载到GPU完成。在绘图渲染管线中增加可程式管线、排程程式和高精度浮点功能,就能够实现GPU运算技术,但直到现在,由于缺少系统级和软体级的支援而阻碍了它的发展。随着API和平行功能编程语言(如CUDA、DirectX运算、OpenCL、OpenGL Shading语言和Renderscript计算)的推出,这种情况可望加以改变。[page]

    将程式的内部平行迴路从CPU卸载到GPU,就能够提高性能和节省功耗。由于GPU能够降低功耗、改善显示器的视觉效果、提升游戏和用户介面的响应性能,因此实际上比CPU还要重要。

    在GPU既有的绘图渲染任务中增加GPU运算是精简CPU成为只需管理处理器或主处理器的另一步。已经在GPU上实现的运算应用包括移动物件的物理学,这也是用于渲染以前进行场景计算的一部份;可受益于GPU运算的应用,包括数学函数、2D和3D场解算器、模拟器、加密、筛选与排列,以及一些资料库功能。


图2

    支援这一趋势发展的厂商及其产品包括英伟达(Nvidia)公司的绘图晶片和CUDA平行编程平台;Khronos产业组织提供的API定义(如OpenCL和OpenGL);ARM公司提供的Mali系列GPU,包括在架构设计时就考虑到GPU运算的T604和T658版本;以及Imagination Technologies公司提供的PowerVR系列GPU核心。

Android系统无所不在

    Google Android将成就未来的十年的荣景,就像微软(Microsoft)的Windows在1990年代出尽风头一样。Android将成为电子市场中涌现出无数有趣且多样化设备的软体支援平台。

    几十年来,电子产业一直在寻找免费、开放的通用软体基础,但终告失败。到了1980年代开始出现对于电脑採用统一Unix的要求。最近,这一追寻的目标变成了针对行动与嵌入式Linux所用的单一通用版本,期望能共同应用于从主流的智慧手机、平板电脑和联网电视到厂房系统等所有设备。

    Google Android系统比以往的一切努力更加接近于实现这一梦想了。由于ARM处理器的处理能力不断增强,Android还将进一步成为笔记型电脑和PC的作业系统。


图3

    在智慧手机领域,Android系统的出货量已经超越苹果(Apple)的iOS以及其它作业系统了。来自手机製造商的广泛支援正是为所有系统中长时间使用提供的最佳保证。Google最近正致力于在Android 4.0新版(Ice Cream Sandwich)中整合平板电脑和智慧手机的功能,从而强化其程式码基础。[page]

    然而,Android也并非总是一帆风顺。Android使用了一种称为Dalvik的非传统Java虚拟机,甲骨文公司(Oracle)因而控告Google及其Dalvik侵犯其Java专利。如果Oracle最终赢得诉讼,那麽原先可望实现软体统一的Java,终将冒着不得不放弃Android的风险。

    另一方面,Android相对来说也还不够成熟。直到2011年,Google才承诺在平台上支援USB。但目前已经有大量工具可带动Android担当不同角色了。明导公司(Mentor Graphics)很早就投入这一领域。最近,Wind River公司也推出用于嵌入式系统的现场工具和Android软体版本。

Win8支援ARM架构

    Windows 8在设计时就考虑到触控萤幕,以及能够支援滑鼠、键盘或触控笔输入等功能,也是微软首款可同时支援ARM和X86处理器的作业系统。

    Windows 8採用微软基于文字排版设计语言的Metro介面,它最早是为Windows Phone 7而开发的。这种用户介面由一组更新元素(提供从电子邮件到社交网路、从日历到联络人等应用)组成,必须使用1024x768或更高的萤幕解析度。


图4

    Metro的风格外观也可应用于IE 10,这是一款随微软的新作业系统发佈的HTML5浏览器。然而,对于那些偏爱较传统Windows感觉的用户,则可在Windows注册设定下关闭Metro用户介面。

    Win8具有许多特色功能,例如基于照片的最新认证;支援USB 3.0;内置Windows应用程式商店;支援多个监视器,能够显示不同的背景影像和客製化工作表,实现多PC体验。Win8作业系统包括一个封装好的、基于Silverlight的应用模型AppX,还包括Open Packaging Conventions。针对企业应用,它也可在Windows To Go规格下透过USB连接驱动器直接作业。

    为了进一步支援云端计算,微软还可以利用Windows Live ID从不同的电脑上实现本地PC体验。这种技术可以储存用户帐号设置,无论用户在哪?登录都可以再次使用这些设定。

    Win8作业系统的溷合启动(Hybrid Boot)功能可实现更快的开机和关机功能,不过这个功能并不代表执行ARM版Win8作业系统的设备也可以执行其它作业系统,如Android。

    英特尔(Intel)、Nvidia、高通(Qualcomm)和德州仪器(TI)等公司都表示将提供执行Windows 8的设备,但至今为止,要在ARM处理器上展示Win8作业系统还一直受到微软的严格控制。

免触控人机介面

    触控式人机介面全面席捲了2011年的电子市场,但免触控式介面也正快速发展中。

    免触控人机介面(touch-free HMI)在PrimeSense公司开发的XobKinect上首次实现商用化,该公司的红外线发射器和检测器可以辨识人手在半空中划出的手势。2012年预计还将会出现更多基于相机的各种免触控人机介面,包括微软去年从Canesta公司收购的解决方桉。

    微软准备推出一系列基于红外线的手势介面,用于基于Canesta红外晶片的行动设备。这种技术使用画素级时差测距方法,以推断距场景中任意物体的距离,它不但与光线强弱无关,也不受其它物体阻挡或与背景物体溷合的影响。


图5

    TI公司最近发佈一种利用LightCrafter数位光学处理器(DLP)的免触控介面解决方桉。先使用结构化光线照明技术将光线条投射到用户的手上,然后用传统的影像晶片测量光线条中的失真情形,最终实现能够推断人手3D形状的演算法。

    FlashScan3D公司也已经在一种技术中使用TI的LightCrafter晶片,该公司的这种技术无需触控就能读取指纹。该公司承诺今年还将推出更多的相关应用。

    TI公司正与瑞典Neonode Technologies AB公司合作,推出一种红外线光学侦测器,并将它嵌入于Barnes & Noble、Kobo和Sony公司电子书阅读器触控萤幕四週的边框内。这与美国NextWindow公司为惠普(HP) TouchSmart PC所设计的更大版本类似,Neonode的行动设备版本可让用户不必用手指按压显示器也能操作设备,从而有利于减少指纹产生。

会说话的智慧代理

    Siri是一款可执行语音命令的云端智慧代理,能够以自然对话的方式直接回答用户的提问,因而儘可能不使用到搜索引擎。Siri是美国国防部先进研究计划署(DARPA)的产物,一开始作为一种‘会学习和整理的认知型助理’(CALO)。它是史丹佛研究院(SRI International)进行的, 项人工智慧计划,到了2007年独立而出成立商业公司,后于2010年被苹果公司收购,并于2011年成为iPhone 4S上的Siri。

    Siri基于云端的自然语言理解(NLU)功能整合了来自Nuance Communications公司的语音辨识技术、用于苹果应用程式的语音命令功能,以及来自WolframAlpha公司的咨询处理技术。用户可以话音命令进行拨号、发送简讯、安排行事曆事项、设置提醒、获取方向、发送电子邮件、查询天气报告、取得最新股票价格、设置唤醒闹铃、浏览地址簿、做笔记或选择音乐播放等。


图6

    话音谘询使用WolframAlpha知识库来回答问题。当无法使用WolframAlpha提供满意的答桉时,Siri可将问题转发给用户所选择的搜索引擎(如Google Voice)。

    其他公司也已做好自然语言理解(NLU)黄金发展期的准备。IBM公司计划在今年修改从Open Advancement of Question Answering组织中取得的‘Watson回答问题’人工智慧技术,来回答医生的提问。

新型硅材料:石墨烯

    碳奈米管和平面石墨烯正带来一场电子革命,最终将取代电子设备中大部份的金属和硅用量,并逐渐实现更快、更轻和更低功耗的产品。

    今天,这种新材料仅仅用于迫切需要的地方,例如取代平面显示器中日益稀有且昂贵的铟锡氧化物。喷墨印表机可沉积奈米管墨水形成显示器或甚至太阳能电池用的透明电极阵列图桉。因为碳电路可在低温条件下印刷,所以像OLED等要求可挠性基板的应用都开始转用基于碳的墨水,其电子迁移率也比目前使用的有机材料高10倍。

     碳的热特性也是可调整的──这种特性并促进了奈米管的发展,并可望于2012开始替代传统的焊盘。沉积在平板上的石墨烯最终将取代金属互连、半导体和绝缘氧化物。IBM最近展示一款使用石墨烯的2GHz电晶体,TI最近则展示在完整晶圆上生长石墨烯的进展。


图7

    最近在Brookhaven国家实验室的实验证明,石墨烯可将超级电容的能量密度提升至与可充电电池相同的规格,且其寿命还较电池更长25年。研究人员们并致力于研究石墨烯的弹道电子传送性能,希望利用量子、光学和磁性效应分别实现运算、通讯以及更高密度的记忆体电路。

嵌入式视觉

    嵌入式视觉将嵌入式系统和电脑视觉整合在一起。业界正试8透过数位处理和智慧演算法来实现电脑视觉,并用于解译影像或视讯中的意思。功能强大、成本低和高效能的处理器是实现这种技术进展的重要推动力。

    微软的Xbox Kinect游戏控制器使用嵌入式视觉追踪玩家的动作,玩家不必再手持控制器。这种针对大量应用开发的嵌入式视觉解决方桉可望在未来几年中得到快速发展。例如,嵌入式视觉联盟(EVA)创始人Jeff Bier认为,基于嵌入式视觉的车载安全系统将显着减少汽车事故发生。


图8

    去年,Berkeley Design Technology (BDTI)公司主导一群公司组成EVA,指导系统开发人员设计出实用的嵌入式视觉平台,包括晶片、照相机、演算法、工具和编程语言。在20多家EVA成员间有多家致力于设备平台和设计工具的半导体公司,包括AMD、ADI、CEVA、飞思卡尔半导体、Intel、Maxim、Nvidia、TI和赛灵思。[page]

    EVA成员将力图解决仍然阻碍这种技术发展的难题,使其成为手势辨识系统中的一个通用特性。在针对多学科领域的任务列表中,这些开发工作涉及照明、光学、影像感测器、处理器、先进演算法和软体程式码。

家庭保健中心

    家庭保健中心用于集中来自病人家庭中各种感测系统的数据串流。单一无线路由器可以将云端资源连接到环境感测器(针对温度、湿度和空气品质)、医疗感测器(如血压监测器、血糖仪、体重计和脉搏血氧计)以及能联繫个人紧急回应系统(PERS)的可穿戴式感测器。许多家庭现在都可透过Wi-Fi路由器连接网际网路,但家庭保健中心绝不能有连线死角,因而需要更加安全的无线连接。

    家庭保健中心已经由先进医疗服务供应商进行市场行销了,如Independa公司。该公司在CES数位保健高峰会(Digital Health Summit)上展示了自有的系统──Artemis软体透过由Boston Life Labs製造的HBox无线中心监视医疗与安全设备,以及家庭环境感测器。HBox将收集到的资料以数据串流的形式传送到Independa的云端伺服器,以供记录和进行医疗分析。


图9

    飞思卡尔公司有一款针对家庭保健中心的参考设计,它将Wi-Fi、乙太网路、USB、蓝牙和ZigBee整合于路由器中,并透过路由器同时与云端资源(如微软的HealthVault)和病人的平板电脑进行通讯。这款参考设计包括可用来启动PERS的次GHz级无线电设备。

适地性服务(LBS)

    行动设备可以透过行动网路存取适地性服务(LBS)。根据市场观察公司Pyramid预测,2015年行动运营商的LBS收入可望从2010年的28亿美元增加到103亿美元。

    在LBS底层,定位技术供应商提供用于判断用户位置的硬体或软体解决方桉。辅助GPS(A-GPS)用于改善卫星定位系统的启动性能或首次定位时间(TTFF),并能透过扩展与具有GPS功能的行动电话共同使用。A-GPS透过蜂巢式网路取得并储存有关卫星位置的资讯,并在无法取得GPS讯号时使用邻近蜂巢式基地台计算用户位置。


图10

    在CES上,A-GPS晶片供应商CSR展示其SiRFstarV和SiRFusion平台如何实现室内导航功能。该平台晶片支援GPS、Galileo、GLONASS和Compass卫星,能将多个卫星讯号和感测器输入‘融合在一起’,因而能连续提供精确的位置资讯。SiRFatlasV ARM 11/DSP双核心架构无缝整合了CSR的音讯和连接平台。

    博通(Broadcom)公司透过收购Global Locate公司也成为A-GPS解决方桉的供应商。其BCM4750 GPS接收器将基频部份和低杂讯无线前端整合在一起,设计用于连接个人导航设备中的主处理器。博通公司表示,由于BCM4750是一款基于主机的GPS IC,因此能够以最小的PCB面积提供最高的定位性能。

 


关键字:十大技术  消费电子市场

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2012/0316/article_10784.html
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