Matter規範將底定　多協定無線SoC行情走俏

Matter是一種應用層規範，源於2019年底發佈的Project CHIP，是為智慧家庭市場引入互通性的最新嘗試，目標是讓使用者購買兩台Matter認證設備時這兩台設備能相互連通配合。實現這一目標後，消費者便能放心地購買不同生產廠商的智慧家庭設備，而廠家則無需為每個大型甚至小型市場客戶單獨的增加所需功能。 簡單來說，買家無需確定Nest恆溫器是否與Apple HomeKit相容，或者Amazon Echo設備是否可以控制協力廠商智慧門鎖，只需在設備上尋找Matter認證印簽，即可確保互通性。對於智慧家庭產品製造商而言，可以透過統一標準來建構產品，從而簡化開發過程。同時，Matter規範是基於IP的標準，也為開發人員提供了通用且已建構的溝通交流基礎。 「智慧家庭產業在其背後達成了前所未有的重大共識」，這是Matter的最大亮點。在亞馬遜(Amazon)、蘋果(Apple)和Google發起Project CHIP專案後，其他10個Zigbee聯盟董事會成員隨即加入：宜家(IKEA)、Legrand、恩智浦半導體(NXP)、Resideo、三星(Samsung) SmartThings、Schneider Electric、Signify (前飛利浦照明)、Silicon Labs、Somfy和南京物聯。Zigbee聯盟內部還成立了新的工作組，目的是開發新的智慧家庭應用層規範。 自2020年初，一些主要廠商為該專案投入了專門的人員和資源，以加速規範的市場發佈。截止2021年10月，規範的範疇已經確定，參與規範開發的公司數量急劇成長至超過210家。根據ABI Research預測，Matter規範預計將在2022年秋季得到批准並發佈，相容Matter的智慧家庭設備和電器將於2022年第四季度首次大規模上市。  

圖1：Matter規範開發進展。

  ABI Research研究總監Jonathan Collins對Matter規範的前景給予了高度評價，他認為在其他嘗試都陷入困境時，Matter之所以能夠突圍而出，表現出成功的潛能，其原因可以總結為四點：市場的支援和驅動力、技術方法、清晰和有限的初始範疇、以及未來發展和擴張的潛力。 智慧家庭的發展瓶頸 在過去的幾十年裡，智慧家庭技術已經從一個小眾市場發展成為一個更主流的市場。但制約智慧家庭系統發展的根本原因也很明顯，那就是市場碎片化。ABI Research的研究報告指出，由於一些智慧家庭企業利用和推動了這種碎片化，以便保護和簡化對他們自身方案的控制，或是保持其對智慧家庭開發投資的控制，這就分裂了市場，限制了對參與其中的合作夥伴和市場的吸引力。 圖2顯示了一台及以上智慧家庭設備在全球家庭中的滲透率，資料看起來還不錯。但一個被「隱藏」起來的問題是，能夠監控和管理一系列設備和應用的多功能的、完整的智慧家庭系統的滲透率要低得多。即使設備在同一個系統中工作，功能仍然受限。  

圖2：智慧家庭住宅滲透率。

(來源：ABI Research)

  以下三點被ABI Research認為是制約設備更好地整合到系統中的關鍵因素：

• 平台特定的整合：OEM一直需要將大量資源投入到專門而且零散的工作中，去整合每個生態系統的智慧家庭平台。因此，一個針對Amazon Alexa開發的設備需要額外的開發和測試過程，才能與Google Home等系統進行整合。隨著系統的擴展和維護，這會使產品在生命週期內的成本倍增。
• 連接複雜性：OEM要考慮的不僅是適合產品功能需求的無線連接方法，還有目標生態系統。智慧家庭存在多種不同短距離無線協議的競爭，包括私有協議、Z-Wave、Zigbee和藍牙等。
• 安全性：智慧家庭設備的賣點是它們的連接和功能，而不是安全性。對於如何安全地管理設備，如何在整個智慧家庭系統中擴展其安全性，目前還沒有具體的標準。事實證明，消費者對設備安全性漏洞和系統隱私的擔憂阻礙了智慧家庭市場的發展。

如前所述，Matter的重點在應用層，在系統整合和控制的關鍵點——也就是智慧家庭管理平台——提出標準。但在初始規範中，Matter僅限於照明供電、門禁控制、電視、安全和保全、百葉窗/窗簾、接入點/橋接器、HVAC控制、控制器(在各種設備和介面中)八大類設備中。 之所以在第一版規範中選擇這些設備類型，原因是這些設備具有最大的市場需求和廣泛的普及率，以及設備能夠整合到初始系統中的潛力，例如帶智慧鎖的門禁控制、車庫門控制，以及安全感測器、觸控板和報警器等。但攝影機和智慧門鈴的視訊沒有被納入其中，是明顯的疏漏，相關方面有計劃在之後的版本或Matter演進規範中添加包括視訊、檯面廚電、保健與健康、環境測量等應用。 圖3顯示了智慧家庭市場的龐大規模，列出了十年來在全球各地的家庭中安裝和使用的新互連設備數。預計從2022~2030年，將有超過200億部無線互連智慧家庭設備在全球出售，其中很大一部分設備類型將符合Matter規範。在未來幾年內，這些產品中的絕大部分，還有其他的產品，諸如消費型機器人和智慧電器，也將會支援Matter規範。  

圖3：2021~2030年智慧家庭硬體出貨量。

(來源：ABI Research)

  多協定無線SoC晶片受惠 智慧家庭無線連接是智慧家庭應用和Matter規範的核心。要符合Matter規範，OEM必須重新思考產品的設計、製造和生命週期管理。幸虧領先的晶片供應商正在透過整合802.15.4協定提供新的多協定支援，特別是除了Wi-Fi和藍牙之外的Thread功能，以單晶片支援三種以上無線協定的實力支援和推動智慧家庭市場的Matter轉型。 以恩智浦IW612為例，它支持Wi-Fi 6、Bluetooth 5.2和802.15.4協定(Thread和Zigbee)，開發該產品的目的是支援和簡化Matter在智慧家庭OEM中的採用。這是一個典型的單晶片三協定產品，而不是把多個晶片包在一起。此類元件的推出，將為智慧家庭設備開發人員提供更好的控制，簡化他們的產品開發。 Silicon Labs最新推出的BG24和MG24系列2.4GHz無線SoC也順應了這一趨勢。兩款全新系列產品擁有業界率先整合的AI/ML加速器，支援Matter、Zigbee、OpenThread、低功耗藍牙、藍牙網狀網路、專有和多協定操作、高等級的產業安全認證、超低功耗及Silicon Labs產品組合中最大的記憶體和快閃記憶體容量。   今年1月，英飛凌(Infineon)宣佈推出全新AIROC CYW30739 BLE和802.15.4 SoC系統，以協助企業快速將高性能、低功耗的Matter產品推向市場。BLE和802.15.4協定組合互為補充，透過無縫的互通性帶來智慧家庭產品性能的提升，同時還可支援Matter網路中各個設備間的端到端加密通訊。 中國廠商方面，BL606P是博流智慧邊緣運算上的第一顆晶片，單天線整合了Wi-Fi、BT、BLE 5 .0、Zigbee、Thread等多模協定的晶片，也支援Matter規範，與BL602/BL702基於同一套RISC-V開發環境和工具，方便進行IoT連接和AI邊緣產品品類的切換與組合，可以組成智慧家庭的AIoT晶片平台。 樂鑫科技ESP32-C2整合2.4GHz Wi­-Fi和支持長距離的BLE 5.0，272KB SRAM能夠支援物聯網設備使用BLE配網，進而連接到雲平台。未來，客戶也將能夠在基於ESP32-C2設計的產品中啟用Matter支援。 作為泰凌微電子最新一代的旗艦產品，TLSR9系列在單晶片上也支援多種物聯網標準和產業聯盟規範，包括傳統藍牙(BR/EDR)、低功耗藍牙(LE)、長距離藍牙(Long Range)、多天線室內定位(AoA/AoD)和藍牙Mesh(BLE Mesh)、Zigbee 3.0、蘋果HomeKit、Thread、Matter和2.4GHz專有協議。  

圖4：依協定劃分的智慧家庭設備出貨量。

(來源：ABI Research)

  圖4顯示了各種智慧家庭設備對Matter支援的協定的需求規模。雖然Matter利用並擴大了Wi-Fi和藍牙的吸引力，但它也推動了Thread在各種設備上的應用和需求，從低功耗、低成本的感測器，到擔負邊界路由器功能的語音控制前端設備。在2021年，只有少量OEM支援Thread技術，而到2030年，嵌入Thread協定的設備的出貨量將達到6.74億，需求的年複合成長率(CAGR)達到將近50%。 由此可見，未來一年半內，新一代多協定無線SoC晶片將會大量上市並成為市場寵兒。智慧家庭產品的OEM可採用單個供應源，縮小晶片尺寸，減少需採購和管理的元件數量，從而降低智慧家庭產品設計、生產、管理的複雜性和成本。 OEM的下一步 可以預見的是，對於已經參與智慧家庭市場的OEM而言，Matter將會減少技術限制，讓他們可以透過單個版本的互連產品，找到進入智慧家庭的機會。對於現有的廠商和新進入者，Matter將會極大地簡化每種產品的技術選擇，以及這些設備和電器的生命週期管理。  

圖5：Matter相容智慧家庭設備出貨量。

(來源：ABI Research)

  但ABI Research在報告中也提醒，雖然Matter可實現統一的控制，但它不太可能擴展到設備的具體而複雜的控制。因此，很多大型OEM，特別是已經樹立了消費品牌的廠商，很可能繼續提供他們自己的應用。此外，儘管Matter為家庭中的通訊和設備提供高安全性，但是，它並沒有涉及到雲端連接的領域，所以有些OEM仍將繼續使用他們自己的雲端連接，以確保設備和雲端之間的安全性。 另一個值得關注的趨勢，是隨著對產品差異化需求的增加，在設備內部嵌入更強大的智慧功能將為OEM創造更多的價值——無論是辨識家庭人員進行個性化處理，還是根據天氣對家庭環境進行調節。總之，在Matter使OEM得以驅動市場的狀況下，AI一定會在智慧家庭設備中得到進一步深入應用。 基於此，OEM將更多地期待他們的合作夥伴和供應商，不僅要提供整合的連接、處理、安全硬體和軟體，還要提供服務和基礎設施，以簡化設備的創造和管理。如果晶片供應商能夠在他們的連接、處理、安全服務中支援新的Matter規範，並且能提供開發環境和管理的簡易性，滿足各種智慧家庭的需求，那麼他們將從Matter應用中受益最多。 例如，MCU供應商通常擁有客製工具和自己的整合式開發環境，但隨著更多功能的增加，傳統用於編譯或除錯的資源將變得更加有限。那些能夠涵蓋不同客戶的智慧家庭設計，擁有最豐富產品組合和一致的開發環境的晶片供應商，將會在競爭中獲得更多優勢。 當然，由於Matter減少了進入市場的障礙，必然會加劇智慧家庭設備市場的競爭。因為隨著新業者進入市場，OEM不得不針對新客戶的綁定、產品功能、價格和盈利模式重新應對。 本文原刊登於國際電子商情網站