當生活周遭一切都智慧化後,你的生活將變成什麼樣子?自動開關、調節亮度的電燈、自動連網請商家送菜的冰箱、自動播放的天氣資訊與新聞、無須動手就能安全地開上路的汽車…等。智慧生活為人們的生活帶來更多便利,勢必會改變人們未來生活的樣貌,不僅如此,智慧生活也促使半導體產業發生新的變化。

微控制器晶片架構改變

智慧生活對消費者而言是更便利,對管理者而言是能夠使其管理更有效率,因此身為智慧家居主要解決方案之一的微控制器(MCU),得符合上述條件,才能協助業者打造滿足智慧生活所需的終端設備與應用系統。

意法半導體(STMicroelectronics)亞太區資深行銷經理楊正廉表示,微控制器在智慧家居的應用中,需要負責家庭設備的控制、能源管理、感測器管理、影像處理辨識、人機介面、燈控系統、語音控制,以及最重要的通訊協定管理。甚至,未來還得「顧好」人工智慧(AI)與機器學習在智慧家居的運作狀況,因此微控制器得十八般武藝樣樣通,相關的介面都需整合在微控制器中。

另外,由於智慧生活的基礎架構是網路通訊技術,微控制器除了負責智慧家庭、物聯網(IoT)的應用外,也須執行連網技術的通訊協議。有鑑於此,意法半導體推出內建藍牙低功耗(BLE)與IEEE 802.15.4的雙核心微控制器系統單晶片(SoC)。楊正廉說明,預計在今年第三季量產的STM32WB系列是專為滿足物聯網應用所需所打造,雙核心Cortex-M0和M4,前者負責藍牙低功耗通訊協議;後者則是處理物聯網應用相關程式。

楊正廉並透露,未來意法半導體也會在此系列產品中加入其他的無線通訊技術,且此種兼具通訊協議與物聯網應用的SoC架構,未來也有可能會吸引其他微控制器業者關注,而成為微控制器在物聯網應用市場的新晶片架構設計趨勢。

連網汽車管理架構新變動

智慧生活吹起了微控制器設計架構變化,這股風潮也吹到了連網汽車上。智慧化的生活可少不了更智慧的連網汽車,具備連網功能,才能在更安全的基礎上,為駕駛與乘客更多資訊及樂趣。

意法半導體亞太區行銷經理陳錫成指出,汽車具備連網功能的目的是為了更進一步提升行車安全,且不論車對車(V2V)或車對基礎建設(V2I)的通訊,單就車內各單元的聯繫,即相當複雜。現階段多數主流車輛採用開放式點對點網路,也就是說,各區塊的電子控制單元(ECU),例如車門區、前後區、車頂區、車燈區、駕駛區與乘客區,都是各自管理特定的感測器和致動器,一旦發生行車問題時,各ECU的判斷是否正確,甚至該執行哪一ECU的判斷,皆會衍生危險性,風險相對也高。

因此為解決上述問題,新的車內控制架構多了一個統整汽車每個ECU資訊的閘道器。陳錫成解釋,閘道器的加入可讓整車控制系統產生一致性,且可以得到全車所有ECU的資訊,由中央處理功能、資訊控制器及完整性控制器來控制全車、下指令,再由閘道器透過行動網路接收雲端資訊及服務。如此一來,不僅可提高安全性,還能讓車廠能在節省成本的前提下,透過OTA讓駕駛或乘客取得他們所想要的服務內容或軟體升級。

閘道器未來在連網汽車抑或者自駕車管理架構上將扮演重要角色,而閘道器的加入也讓行動網路營運商及行動虛擬網路營運商有機會進入汽車產業,對現有汽車的生態系統而言亦為新的轉變,唯一不變的是汽車產業對安全性的要求。

電源晶片需求轉變

智慧生活涵蓋家庭、汽車、城市…等,自然也包括工業領域。人們的生活在智慧化,人們工作的場域也需要智慧化,因此智慧工業的概念誕生。意法半導體亞太區行銷總監David Lucchetti指出,實現智慧工廠的條件包括以有效率的能源轉換、資料中心與網路架構採用數位能源管理、可降低汽車燃料消耗與排放的解決方案、照明系統解決方案、透過智慧電表和電池充電構成智慧電網,以及透過馬達控制達成能源管理、工業網路和工廠自動化。

這些達成智慧工業的條件都涉及能源應用,因此智慧工業對節能、高功率密度與效能卓越的解決方案需求日益攀升。因應此需求,意法半導體推出高效率功率MOSFET、新離散整流器技術。Lucchetti表示,高效率功率MOSFET由不同技術——MDmesh M2 EP、F7技術,以及不同封裝打造,可因應智慧工業對高效率電源供應的需求;而離散整流器亦利用不同技術、材料及封裝製造,其特性也能協助業者建置節能、要求高壓、高效率的智慧工廠。

感測器從手機跨至其他領域

手機市場近幾年表現平庸,雖仍是感測器最大宗應用市場,但隨著智慧工廠、智慧汽車等涵蓋在智慧生活願景內的領域發展越來越強勁,感測器也在手機市場之外,有更大的發展契機。

意法半導體大中華暨南亞區產品行銷經理陳建成表示,近期,在工業應用領域,動態感測器、環境感測器與麥克風的需求日益攀升,這是由於透過這些感測器,智慧工廠得已開始落實。而工業領域對於各式感測器的要求包括小封裝、低功耗及精準度,其中,要能達到高精準度,則雜訊、穩定度、容差(tolerance)三項參數將是感測器在設計製造時的關鍵。

不過,除了感測器之外,上述也提到,連網技術在智慧生活中不可或缺。其中,低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network,LPWAN)因具備低功耗特性,符合智慧生活中滿佈感測節點的需求,因此NB-IoT、LoRa、Sigfox等陣營皆已陸續開台提供服務,但無論是哪一項低功耗廣域網路技術,皆須透過手機或是控制裝置才可與雲端系統連接。有鑑於此,意法半導體也發佈內建Sigfox與BLE的雙無線射頻解決方案。陳進成指出,此雙模模組產品是與佐臻合作推出,並已通過Sigfox認證,在歐洲已有客戶用於飛機與追蹤等應用。

事實上,為解決許多通訊技術皆想進軍智慧生活而造成系統不相容的問題,業者已開始研發支援雙模或多模的晶片產品或模組,對智慧生活的發展無疑是助力,但也可說是為因應智慧生活而衍生的晶片供應商在晶片架構的一種改變。