省电新妙方纷出笼 穿戴式应用突破续航力瓶颈

2015-08-10 12:42:12来源: 新电子
     穿戴式应用虽前景可期,但产品要被消费者埋单,不仅得功能实用,更须拥有极佳续航力;有鉴于此,半导体厂纷纷提出各种新的节电方案,如感测器中枢(Sensor Hub)、低功耗数位讯号处理器矽智财(DSP IP)及可挠式电池,协助制造商延长产品待机时间。

智慧型手机全球出货量持续攀高,但是依据研究显示,智慧型手机市场渐趋饱和,使产品毛利逐年下降,因此系统制造商转而开发穿戴式装置。根据IDC资料统计,穿戴式装置出货量连续成长中,目前以Fitbit和小米出货量占市场大宗,未来穿戴式装置将朝向少量多样化迈进。  

图1 资策会智慧网通系统研究所组长林敬文指出,穿戴式装置应锁定特定应用市场,才能成功发展。
资策会智慧网通系统研究所组长林敬文(图1)表示,发展穿戴式装置须考量个人的使用需求,以Fitbit为例,其穿戴装置具有明确定位,瞄准医疗/运动领域,因其锁定特殊市场,亦使旗下产品出货表现佳、累积较高产品知名度;此外,穿戴式装置属于少量多样化市场,若能开发创意商品,即使是新创公司,也能开辟出新蓝海。  

林敬文认为,智慧手机和穿戴式装置两者在短期内会共存互生,因为现阶段穿戴装置类似辅助配角,必须和手机配合以达到讯息互通和装置互动的能力。  

另一方面,随着多种穿戴式装置逐渐打入物联网市场,其亦将面临多种类作业系统的挑战,物联网时代下,智慧手环、智慧手表的作业系统繁杂,包括RTOS、TIZEN、Watch OS和Android Wear等系统,多种作业系统该如何串连相容,则是目前面临的挑战。  

除了系统相容性问题外,穿戴式装置必须常时开启(Always On),因此电池续航力亦成为不可避免的关键挑战,众家厂商纷纷投入开发电池省电方案,现阶段尤以可挠式电池备受瞩目,该种类电池有机会替穿戴式装置带来划时代改变。  

可挠式电池卡位战 全固态/薄膜电池表现优 

穿戴式装置日益增添功能,使耗电量随之增加,而其与智慧手机相比,须符合长时间穿戴以及贴近人体等设计要求,因此电池设计须兼具弹性和续航力,目前国际大厂如三星SDI、乐金(LG)皆投入开发可挠式电池,而苹果(Apple)也拥有相关专利。  

过去应用于智慧手机的零组件,因无法配合穿戴式装置轻薄、低功耗、低存在感和高度整合等特性,也须重新研发适合元件;以电池为例,锂电池已无法满足穿戴式装置的需求,因此开发可挠式电池成为业界新发展趋势。  


图2 工研院IEK资深产业分析师吕学隆表示,可挠式电池目前成本过高,因此未广泛应用于穿戴式装置市场。
工研院IEK资深产业分析师吕学隆(图2)表示,目前可挠式电池可分为全固态电池、薄膜电池、有机电池和其他特殊电池,其中又以全固态电池和薄膜电池拥有较多厂商投入以及具有较多专利。  

现今较多国际大厂投入研发全固态电池,以英国家电商Dyson为例,其亦投资固态电池技术。该技术据称可储存超过每公升1,000千瓦小时的电量,是传统锂电池的两倍。吕学隆进一步解释,全固态电池相较于锂电池,因为是固态电解质,所以安全性较高,但导电度较差,未来应设法提升导电能力。  

此外,已有部分日韩厂商与台湾厂商将全固态电池导入产品应用,但其电池能量密度与电池寿命仍低于现有的锂电池水准;国际上认为全固态电池将在2020至2030年商用化,并于2020年时在IT和穿戴式产品占两成市场,约达46亿美元规模。  

而薄膜电池目前在全球专利数量较多,其特色是厚度极薄,且使用较少有害物质,也无燃烧爆炸的问题。但其面临之挑战则是须改善放电效率以及跨越制程技术门槛,预计可应用于RFID、消费型电子和医学美容等领域。  

可挠式电池因为可以量产的厂商仍占市场少数,加上成本比传统锂电池或其他小型电池高,因此现阶段仍较少应用于穿戴式装置,但伴随不规则形状的穿戴式装置陆续出炉,以及成本降低,未来应用依旧备受期待。  

值得关注的是,穿戴式装置除了从电池省电着手外,现今已有电子设计自动化(EDA)业者从处理器架构节电;无独有偶,半导体晶片商亦企图从感测器中枢(Sensor Hub),设法撙节穿戴产品用电。  

延长穿戴式装置电力益华祭出新款DSP 

根据IDC预估,穿戴式装置市场在全球总出货量将于2018年攀升至一亿一千一百九十万套;同时MarketsandMarkets指出,该市场产值于2018年将达到80亿美元,年复合成长率达17.71%,未来前景可期,益华(Cadence)针对穿戴式装置推出Fusion DSP,提升其感测、省电、无线通讯和安全能力。  

穿戴式装置是备受瞩目的新星,已成为众家厂商积极开发之产品。然而,穿戴式装置与智慧型手机相比,其体积须便于携带,且须越少充电越好,令使用者可长时间配戴;同时内置多种感测器以搜集环境资讯,提升感测能力;搜集的资讯也须透过无线网路通讯传输至云端,因此连结能力也须加强。  


图3 益华技术服务部资深应用经理曾友仁认为,制程能给予穿戴式装置低功耗的协助愈来愈少,因此须从架构着手,研发低功耗零组件。
益华技术服务部资深应用经理曾友仁(图3)表示,延长电池寿命、降低成本/尺寸和提升无线通讯/资料运算能力,成为发展穿戴式装置的挑战,而该公司的Fusion DSP针对物联网和穿戴式装置设计,具高速网路连结功能,并提升动作感测、声音/影像处理能力,以及能有效省电,适用常时开启的耗电产品。  

曾友仁进一步解释,过去DSP已着手改善功耗问题,但今年因物联网和穿戴式装置炙手可热,所以开发DSP时,低功耗成为更被突显的重点。主要是因为在制程方面越来越难以降低功耗,因此现阶段业界便逐渐从处理器架构着手,希望藉由DSP节省更多功耗。  

撙节穿戴式装置用电 感测器中枢设计火红 

穿戴式装置功能不断升级,内建感测器数量也日益增加,导致耗电情形更为严重,因此相关产品制造商纷纷导入感测器中枢,以达更好节电效果。  


图4 飞思卡尔高级应用工程师吴协宏表示,无人机因为运用多种感测器,才能得以平稳飞行,是感测器应用的新舞台。
飞思卡尔(Freescale)高级应用工程师吴协宏(图4)表示,主系统内建越多感测器,将加重其电力负担,但使用感测器中枢可省下90%的电力,以iPhone 6为例,即透过感测器中枢节电,由此可见此一设计方案已成为行动装置节电新利器。  

此外,吴协宏指出,过去穿戴式装置和感测器主要应用于军事领域,但随着科技与半导体制程进步,不断缩小元件尺寸,因此现今电子感测装置才能穿戴于民众身上;透过穿戴式装置内建之感测器,可侦测外在环境之讯号、人类动作等,适用于银发族照护、工安防护等领域。  

目前在市面上有诸多感测器广泛应用于穿戴式装置,包含加速度计、陀螺仪、磁力计、压力感测器;同时装置依据功能要求,内嵌各式感测器,透过使用六轴、九轴或十轴感测器,使其具备多样的感测能力,同时可藉感测融合(Sensor Fusion)技术,提升各项感测器之精准度与功能。  

除了从电池、处理器架构和感测器中枢进行省电之外,半导体大厂博通(Broadcom)则推出可支援无线充电的晶片,藉此改善穿戴式装置耗电的挑战。  


图5 博通台湾通路总监Naren Sanker相信,无线充电在未来将随处可见。
博通台湾通路总监Naren Sanker(图5)表示,该公司针对穿戴式装置提供各种通讯解决方案,譬如Wi-Fi、蓝牙(Bluetooth)和近距离无线通讯(NFC)等,但发展上述晶片应用于穿戴式装置亦会面临耗电挑战;而今年相关穿戴式装置的无线通讯技术较少新变化,未来穿戴式装置将增加新技术,比方说无线充电,他认为未来几年内,无线充电将布满办公室、汽车和家庭,并对此装置产生较大影响,因此博通积极开发无线充电解决方案。  

此外,根据IHS统计,2014年智慧衣市场规模达6亿美元,较2011年成长34.5%,智慧衣成为继智慧手表之后,下一波备受瞩目的智慧产品,不过智慧衣一如其他穿戴式装置,除了须思考电池续航力外,亦将面临电池是否可挠的难题。  

图6 纺织产业综合研究所产品部系统开发组组长沈干龙表示,智慧衣要发展,首先须改善来自电源的挑战。
纺织产业综合研究所产品部/系统开发组组长沈干龙(图6)表示,目前导线和开关都能以布料形式与智慧衣结合,唯独电池无法透过纺织品形式嵌入衣物,当前因为考量纺织品须水洗,所以仍以外挂电池来提供智慧衣电源。  

显而易见,未来电源将成为智慧衣能否进一步发展的关键,如何制造出兼顾水洗又具可挠性的电池成为亟待解决的难关。  

沈干龙进一步谈到,国外厂商投入8年时间以及480亿欧元,才研发出消防用智慧衣,但台湾纺织所仅花费一年时间和三千万资金,便开发出通过耐高温检测的消防用智慧衣,此成果显示台湾具有研发智慧衣的优势,也就是台湾纺织和资通讯的产业链完整,使该纺织所在拥有较少资金和时间的条件下,成功开发该款智慧衣。  

尽管台湾在纺织和资通讯产业具有较佳根基,但该如何结合两种不同型态的产业来发展智慧衣,则是现阶段面临的挑战。因为纺织产业分工细,加上其生态相对封闭,资通讯产业若要切入智慧衣市场,沈干龙认为可透过组织工协会的模式,协商跨领域整合事宜。  

虽然智慧衣面临跨领域产业合作之挑战,但台湾现阶段已有资通讯厂商--华星,成功打入智慧衣市场。  

锁定医疗照护商机 华星强攻智慧衣市场 

十年磨剑终出鞘,华星智慧衣成果亮眼。华星锁定消费民生和高龄医疗市场,开发出可量产的智慧温感衣和智慧成人纸尿裤。  


图7 华星科技总经理吴添祥表示,近年正是抢进智慧衣市场的大好时机,ICT和纺织产业应尽速完成跨领域整合。
华星科技总经理吴添祥(图7)表示,该公司以IC起家,为了销售出更多IC,十多年前便相中成衣领域,希望结合科技与成衣,使该公司的IC更被广为运用,因此积极锁定医疗和运动休闲等领域发展智慧衣应用。他认为智慧衣的科技功能固然重要,但能否吸引消费者目光,进而掏钱购买,仍在于智慧衣是否兼具时尚美感和实用性,因此设计上应从美学与人性的角度思考。  

华星的温感衣可透过NFC和蓝牙技术传输量测所得的温度资料至手机,藉此得知人体温度,适用领域包括幼儿园、医疗院所和照护机构等;另一款智慧成人纸尿裤,可藉具有NFC功能的装置读取尿湿状态,协助提升医疗人员看护银发族的品质,可以改善高龄社会下长照人力不足之窘况。  

此外,吴添祥指出,智慧衣蓬勃发展的时机点已来临,在Google、英特尔(Intel)、飞利浦(Philips)等国际大厂纷纷进军智慧衣后,将有助带动智慧衣市场成长。然而,尽管现阶段台湾已有ICT厂商成功开发出可量产的智慧衣产品,但这些厂商从ICT产业进攻智慧衣市场,仍面临跨领域整合的挑战。  

台湾纺织产业发展成熟,是全球纺织品的输出大国,近年来亦积极转型或加值化,因此,吴添祥认为,台湾纺织业与ICT产业应尽速整合,才能把握智慧衣起飞的时间点。  

不过,吴添祥以自身与纺织业洽谈合作的经验为例指出,ICT和纺织产业的沟通方式以及对智慧衣的期待不同。对双方而言,智慧衣无疑是两者在各自专业领域的进阶产品,该由哪一方主导智慧衣的跨领域整合,将是未来亟待解决的挑战。

除了上述新兴的穿戴式装置陆续出炉外,业界目前也利用原有扩增实境(AR)技术,发展头戴式显示器新应用,并企图结合各类商店销售,打造新商业模式。  

结合房屋销售 AR显示器开创新商机 

扩增实境辅助房屋销售,成为AR头戴式显示器的新商业模式。工研院服务科技系统中心与信义房屋合作,利用其广角度扩增实境技术,让民众看房时可操作平板,为空屋增添家具摆设、进行线上装潢,并能预视未来的住居样貌,此举不仅提升房屋销售成绩,也为扩增实境技术开拓出另一番商业风貌。  


图8 工研院社群商务服务系统部经理梁哲玮认为,AR和VR的应用离日常生活并未太过遥远,但两者皆必须找到适合的商业模式才能生存。
工研院社群商务服务系统部经理梁哲玮(图8)表示,目前AR应用需求正在成长,已有不少国际知名品牌厂商,譬如乐高(LEGO)、Volkswagen/Suzuki、IKEA、Lavazza、SayDuck和Mitsubishi等公司利用AR技术展示旗下产品。根据研究显示,产品展示结合AR技术,可提供顾客更丰富的体验以及更详细的资讯介绍,因此降低顾客对产品预期落差,从而增加购买意愿;以房屋销售为例,利用AR技术结合屋况介绍,买家在现场可实际布置家居,能提升一至两成的买气。  

头戴式显示器其实在1980年代即已研发,并可区分为AR或虚拟实境(VR)两种,而过去主要应用在工业和专业领域,但因为行动装置和感测器越来越进步,也促使其技术日渐进步,并且转往消费者市场迈进;近年AR/VR头戴式显示器除应用于游戏领域外,如今亦可在行销方面拓展新型态的商业模式。  

梁哲玮指出,AR/VR头戴显示器都必须着重使用者经验,目前VR头戴显示器因为其成本较低、毋须搭配其他装置,因此其发展较为成熟,但VR主要提供的功能仍以视觉享受为主,未来更须改善使用者介面,令其可与使用者互动。  

而AR在技术层面虽已发展成熟,但其可实际营运的商业模式仍是少数,现今虽已可结合房屋和汽车销售,但其他类型产业,譬如服装销售的营运模式仍处在雏形阶段,这是未来AR技术运用在商业上仍须克服的挑战。  

关键字:穿戴式应用  续航

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2015/0810/article_44130.html
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