ARM：物聯(lián)網(wǎng)芯片降價(jià)到50美分才能激活I(lǐng)oT產(chǎn)業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的未來可能取決于售價(jià)不到50美分的芯片？根據(jù)最近在ARM年度科技論壇ARM TechCon一場專題討論上的技術(shù)專家表示，未來的IoT SoC需要搭配新型的內(nèi)存、連接性與傳感器等功能，才能擴(kuò)展至IoT所需要的規(guī)模；然而，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的道路仍不明朗。

當(dāng)今的靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(SRAM)和閃存(flash)、藍(lán)牙接口和傳感器等組件消耗了太多的功率，到了2027年時(shí)將無法因應(yīng)大量的IoT節(jié)點(diǎn)要求，因此，參與專題討論的技術(shù)專家們分別提出了幾種可能的的替代方案。

ARM無線部門軟件總監(jiān)Jason Hillyard說，在理想的情況下，2027年時(shí)終端節(jié)點(diǎn)SoC將僅消耗10微瓦(uW/MHz)功率，以無線傳送數(shù)據(jù)時(shí)僅耗電1或2毫瓦(mW)。他還提出了‘slideware SoC’新架構(gòu)，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(shí)現(xiàn)這種設(shè)備的最大問題就在于缺乏適當(dāng)?shù)膬?nèi)存。

圖：ARM認(rèn)為，新型內(nèi)存仍無法達(dá)到IoT的功耗和成本要求（來源：ARM）

Shifren說：“內(nèi)存的能量是未來發(fā)展的主要問題。大家都十分看好可變電阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(ReRAM)和自旋力矩轉(zhuǎn)移磁阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(STT-MRAM)能取代SRAM和flash，但我認(rèn)為沒有一個(gè)能真正實(shí)現(xiàn)……，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(shí)的能耗太高，而ReRAM和相變內(nèi)存替代方案則是使用了相對(duì)較高的電壓。

ARM首席技術(shù)官M(fèi)ike EE Muller在接受《EE Times》的采訪時(shí)表示，ARM采用來自學(xué)術(shù)研究的新式內(nèi)存制造測試芯片，然而，他并未透露有關(guān)該測試芯片的任何成果。

Muller說：“理想上它是一種非揮發(fā)性、低功耗的設(shè)計(jì)，有利于邏輯和內(nèi)存組件…預(yù)計(jì)未來將會(huì)出現(xiàn)更多的內(nèi)存，但并不至于取代flash�！�

同時(shí)，Ambiq Micro首席技術(shù)官Scott Hanson指出，基于次閾值電路的微控制器(MCU)已經(jīng)達(dá)到內(nèi)存極限了。他說：“有一些實(shí)際情況是就算想在本地寫入大量信息，目前也還無法實(shí)現(xiàn)。”

圖：預(yù)計(jì)在2027年，IoT SoC必須能徹底在功耗和成本方面寫下新低點(diǎn)

1mW能量采集

在無線方面，Hillyard預(yù)計(jì)，在2022年以前將會(huì)出現(xiàn)一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，最終將能以相當(dāng)于目前藍(lán)牙低功耗(Bluetooth Low Energy；BLE)約十分之一的功率級(jí)運(yùn)作。他解釋說，BLE從40mW功耗開始，即是原始藍(lán)牙功耗的十分之一。

他問道，“那么如果我們能再次展現(xiàn)飛躍式進(jìn)展，讓功率再降低一個(gè)數(shù)量級(jí)達(dá)到1mW甚至更低呢？預(yù)計(jì)它將超越CMOS的演進(jìn)。”

ARM無線技術(shù)資深總監(jiān)Frank Martin說，未來將會(huì)需要一項(xiàng)新的無線電標(biāo)準(zhǔn)，它可能執(zhí)行于新的頻段——經(jīng)過10年的努力之后。他說，新的規(guī)格必須因應(yīng)能量采集器產(chǎn)生持續(xù)低功率的需要，而不是依靠當(dāng)今以電池驅(qū)動(dòng)的無線電，在長時(shí)間的睡眠周期之間發(fā)送短波數(shù)據(jù)。

Muller說：“很多人都在討論針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的新無線電標(biāo)準(zhǔn)，但至今尚未具體成形，主要的問題就是能從何處權(quán)衡折衷。實(shí)際上存在大約1-2公尺的鄰近性…但這一領(lǐng)域尚未成為主流，”他指出其他人更著重于較低帶寬。

圖：ARM認(rèn)為，現(xiàn)在正是導(dǎo)入功耗降至藍(lán)牙1/10的新無線技術(shù)時(shí)機(jī)（來源：ARM）

同時(shí)，Integra Devices首席技術(shù)官M(fèi)ark Bachman表示，傳感器方面也開始探索新的材料和設(shè)計(jì)技術(shù)，以便能進(jìn)一步降低功耗、縮小尺寸與增加功能。

Bachman說：“大多數(shù)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(shù)制造一部份的傳感器，使得該封裝成為內(nèi)含芯片的傳感器�！�

用于監(jiān)控工業(yè)馬達(dá)的動(dòng)作傳感器需要內(nèi)建智能功能，才能在節(jié)點(diǎn)上分析無法實(shí)際傳送到云端的大量數(shù)據(jù)。另一方面，Integra也致力于打造傳統(tǒng)的零功率傳感器，其中一些傳感器可經(jīng)由遠(yuǎn)程攝影機(jī)檢測到顏色變化，從而回報(bào)告溫度的改變。

Intera目前采用動(dòng)能(kinetic energy)來開發(fā)傳感器，目前用于采集高達(dá)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(jià)格必須與采用電池相當(dāng)，而且可持續(xù)更長10倍的使用效能�！�