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解决痛点,物联网商机「落袋」

时间:2018-07-18  来源:EE Times Taiwan  浏览次数:2824  字体:"大" "小"

要如何确切掌握物联网商机,业者们应须先从找到物联网的「痛点」着手,并逐步解决,才能真正将获利放入口袋。

物联网(IoT)的商机已不用多做强调,相信许多厂商都「心里有数」。各市调单位皆认为物联网由于对人们的生活将带来大改变,因此也将创造可观的商机,使得物联网议题,成为许多产业竞逐的对象。然而物联网的发展也因为涵盖甚广,而使得相关厂商在切入时,遭遇许多挑战。要如何确切掌握物联网商机,业者们应须先从找到物联网的「痛点」着手,并逐步解决,才能真正将获利放入口袋。

物联网碎片化问题衍生诸多挑战

事实上,物联网并不是将万物联网即可,背后牵涉许多部份,因此有些市调机构或是业者提出进入物联网市场时,需要进行垂直整合或是异业界盟。但垂直整合并非一般企业有能力做到,且异业结盟该找哪些业者合作,在在让想跨入物联网市场的厂商吃尽苦头。物联网的概念如何化为实际,物联网的痛点究竟在哪里?Ayla Networks大中华区总裁暨联合创办人张南雄在电子工程专辑(EET Taiwan)与电子技术设计(EDN Taiwan)主办的techTaipei「智慧物联与嵌入式应用系列研讨会」中,提出了看法。

张南雄认为,物联网能够获利的部分是将使用者的痛点解除。这是由于物联网与手机、个人电脑(PC)不同,不是追求高传输速度或是处理器处理效能即可解决,而是要去思考使用在应用物联网概念时,会出现哪些痛点,这些难关得以解决之后,才有机会获利。

所谓的痛点,以企业来说,如何管理庞大的物联网节点装置、如何使物联网装置能够稳定连结至云端、如何架构物联网云端平台并进行资料分析、如何让管理平台运作更顺畅,以及在云端实现数位双胞胎(Digital twin)、如何与其他大厂或是电信营运商的标准进一步连接,都是进入物联网市场的厂商须考虑甚至解决问题。

物联网痛点对消费者而言则是,如何最轻松便利的使用,亦即无需过多的设定、可越直觉控制、无须持续更换电池或充电,以及更高的隐私与安全性…等。而这些也是相关物联网厂商需要跨越的门槛。在企业端,有包括Ayla Networks在内的公司,提供业者物联网装置管理平台的架构,以及在安全和隐私方面、软体开发、衔接物联网大厂标准…等服务;而在装置开发与使用者使用经验方面,晶片供应商、EDA业者,以及测试认证厂商,皆戮力消弭上述痛点。

从各方面一一击破物联网痛点

除物联网硬体设备制造商,在产品推出后会面临管理平台如何建置问题之外,其实在产品研发过程中,硬体设计的部分,要能满足市场、消费者的期待,则得需要从许多方面着手,才能打造对使用者而言无痛点的物联网装置。以下将物联网装置以人体概念为出发点,进行讨论。

大脑:人工智慧(AI)

先前,业者们谈论物联网多著重在如何进一步提升应用服务的品质,人工智慧的大行其道,使得物联网领域的业者也开始借助人工智慧的超强运算能力,开发更多创新应用。Toshiba半导体技术行销部副协理水沼仁志表示,利用人工智慧的力量,物联网相关厂商都可以打造出具备市场区隔及差异化的物联网应用产品,而无须落入「人人皆同,只能比价」的红海。

水沼仁志也举出几项运用了人工智慧的物联网应用,其中智慧电子纸利用无线充电、蓝牙低功耗(BLE)技术,不仅做到去电池化,还将蓝牙低功耗技术可连接的节点扩展至极限,进一步节省成本及空间。水沼仁志认为,此种智慧电子纸很适合应用于物联网无人商店市场,仅须透过一台平板电脑或是控制主机,即可修改电子纸的显示内容,还可透过人工智慧分析消费者的喜好,适时将资讯传递给消费者。

心脏:处理器与微控制器

首先从物联网装置的核心——处理器与微控制器来看。物联网的一个特性是散布在生活、工厂、户外…等区域庞大数量的节点,而这些物联网节点装置不能太频繁地需要换电池、成本不能太高、设计需快速,以延长电池续航力,并更快速的推向市场。

GigaDevice产品市场总监金光一表示,作为物联网装置核心的微控制器,效能绝对不能「太难看」,但也不能因为一昧追求高效能而牺牲功耗。因此微控制器业者在基于Arm Cortex-M核心架构下,纷纷以自身的技术能力,推出低功耗与高效能兼具的微控制器,以满足物联网市场对装置的需求。

值得注意的是,人工智慧也逐步被导入物联网应用中,以协助物联网相关应用能够更具智慧、更准确地分析所收集到的资料。恩智浦(NXP)大中华区微处理器及微控制器行销经理黄健洲表示,随着物联网的发展,业者们纷纷发现若是将所有的分析运算都交由云端平台处理,云端平台的运算负载会太重,将衍生反应延迟或其他布建成本的新问题。

因此边缘运算(Edge Computing)的概念随之而生。黄健洲认为,要能肩负先处理简单资料分析的物联网边缘装置,其核心若还是使用一般的微控制器,可能会「不够力」,此时处理器或是能够执行即时作业系统的(RTOS)微控制器,能够运作人工智慧、机器学习…等相关功能,将是较佳的选择。

不仅如此,为了让装置制造商更专注于开发物联网装置的应用,微控制器或处理器厂商也推出SDK或完整的设计工具。金光一指出,物联网市场范畴相当广大,各类应用细项也涵盖甚广,这些都需要物联网装置制造商花时间去思考该如何定位装置的应用与开发相关应用软体,若业者还需要去思考微控制器或是处理器该如何在装置中发挥作用,产品从设计到问世可能得花相当长的一段时间,这可能导致错失市场。因此微控制器或处理器厂商针对其产品都会推出简而易用的工具,协助物联网制造商尽快设计出最佳化的产品。

血管:通讯与测试认证

若是物联网节点都无法进一步串联,所收集的资讯都是「做白工」,因此通讯技术可以说是打造物联网应用最重要的关键成员之一,可视为物联网架构的血管,运送各项资讯至对的地方进行运算。物联网所需的通讯技术包括有线及无线,但透过无线通讯技术串连所有物联网节点,要比透过有线通讯技术在建置网路架构上会轻松许多,也因此许多具备网状(Mesh)网路特性的无线通讯技术,包括蓝牙低功耗、ZigBee、Thread、Z-Wave、Sub-1GHz…等,接在等待厂商的青睐。

具备架构网状网路功能的无线通讯技术种类颇多,该如何选择?Silicon Labs台湾区总经理宝路格建议,业者在选择时需要去考量要介接到哪家物联网大厂,如亚马逊(Amazon)、Google、苹果(Apple)…的系统,以及在节点数目较多时的网路效能。

举例来说,智慧家庭灯控系统中,灯泡可能是内建ZigBee技术,但ZigBee技术要与其他对外的网路相连时,较不友善,因此需要连到闸道器(Gateway),再透过蓝牙或Wi-Fi与智慧型手机或是云端管理平台连结。此时,这个灯控系统就须支援ZigBee+蓝牙/Wi-Fi,并使用同时支援这些无线技术的多重通讯协定(Multi-protocol)微控制器,才能打造让消费者在使用上较为便利的物联网应用产品。

但这样仍然不够,物联网节点收集到的讯息得进一步往云端传送,再加上设计简单与成本的考量,因此现阶段许多业者都纷纷推出多频多模的通讯微控制器产品,以因应物联网网路架构「一长+一短」的需求。

德州仪器(TI)资深应用工程师暨科技委员林忠衡表示,现有的通讯技术「百百种」,物联网业者可根据自己的需求做选择,且为了节省设计的时间,以及让业者所需的通讯技术一次到位,支援多频与多标准的微控制器已成大势所趋。

不仅如此,为了让业者能够在基于相同的微控制器架构下,「更换」各代产品所支援的无线通讯技术,设计简单又能如乐高积木般扩充,还能具备低功耗特性的无线微控制器,将能为业者省下更多无线通讯技术开发时间,而这些省下的时间也等同于能省下的成本。

除了上述通讯技术外,已在行动支付应用上有一定地位的NFC技术,也值得关注。意法半导体(ST)NFC/RFID策略行销经理黄镫谊指出,自苹果iOS 10开放NFC读卡器模式(Reader Mode)后,未来NFC可应用的领域即将不受限于行动支付的部分。

这是由于NFC不仅能传递资讯,还能藉由磁场或电场传递的能量。黄镫谊解释,NFC Reader Mode可以做到传递资讯、资料交换格式之外,甚至可利用微量能量驱动包括电子标签、电子纸、玩具马达、指纹辨识系统…等,以及RFID可为无线充电技术传输能量,在没有电力供应的物联网应用中,非常有发挥的空间。因此市调机构也预测,至2020年,NFC的市场规模将可达到200亿美元,物联网相关业者亦可考虑NFC技术能否适用于自身物联网应用装置中,而别再局限地认为NFC只能用再支付领域。

既然物联网必须使用到通讯技术,业者即必须确认产品的通讯效能是否可「挂保证」,加上产品若是要销往世界各地,则需要注意各国对于产品的相关安全规范。

是德科技(Keysight Technologies)资深应用经理林昭彦表示,物联网的测试方面,通讯技术是其中重要的环节之一,但如果从物联网整体系统来看,则需要测试装置、装置间或与人/机器的互动,以及各装置连接起来的大范围运作状况,也就是从点到线再到面的测试,才够完整。

不仅如此,由于物联网装置开始走向支援多频多模通讯技术,因此装置的讯号干扰、EMI也需要测试。此外,许多物联网节点装置是透过电池供电,因此功率的测试也是测试重要一环。

DEKRA东亚区行动通讯检测实验室资深经理王腾辉则指出,物联网装置并非经过一系列的出货前的测试即可,要销售到全球,产品须就各国的规范进行包括通讯、安全、废弃电子电机设备指令(WEEE)…等进行认证,才能顺利进入该国市场。

例如美国有FCC、PTCRB;欧盟有CE RED(美国亦采用)、GCF;台湾有DRPT…等与射频(RF)通讯技术权相关认证规范。王腾辉认为,不仅RF、电气…等其他安全认证也相当重要,业者若要弄清楚须通过那些认证,以及如何节省认证成本,可寻求认证实验室的协助。

白血球:安全晶片与记忆体

物联网很重要的一环是通讯技术,这也就牵涉到业者与消费者最担心受怕的资讯与隐私安全的大问题。英飞凌(Infineon)智慧卡与保密晶片事业处大中华区资深经理田沛灏表示,为了确保物联网产品尤其是节点的通讯安全,欧盟一般数据保护法(GDPR)已在今年5月25日正式执行,这对ODM与OEM势必产生影响。

因此田沛灏建议,虽然目前的微控制器、处理器都有基本的安全设计与防骇客入侵机制,但额外在产品中增添一颗安全晶片,将可以把GDPR带来的影响降到最低。也许有些物联网装置业者慧认为增加一颗安全晶片会增加物料清单(BOM)成本,但长期来看,并不会增加太多成本。例如,每当微控制器改朝换代时,内部的安全功能就必须重作,耗时也会增加支出,若是产品牵涉到认证时,仅需认证具备安全晶片的模组即可,不须整个装置都过认证,这样反而可以加速产品上市的时程。

华邦(Winbond)技术经理林世庭则认为,处理器与微控制器内部都需要静态记忆体储存程式码才能运作,那么也可以将快闪记忆体(flash)内部加入认证晶片,微控制器若是与记忆体进行对称式认证时,无法通过,则微控制器就不能运作。

这样的做法由于快闪记忆体是分开的,因此可以降低耗电量,加解密的时间也不会太长,就可以让微控制器摇身变为认证或防伪晶片。林世庭强调,提高少量的成本即可提升安全性,这对物联网装置开发商或是微控制器业者而言,长期来说亦是节省成本,因为未来在进到下一代产品时,仅须透过软体升级,无须改动硬体架构,即可为产品增添新的价值。

骨干:物联网产品PCB设计平台

有了大脑(人工智慧)、心脏(处理器/微控制器)、血管(通讯微控制器)、白血球(安全晶片),也做了种种「检查(测试及认证)」,现在要回归物联网终端产品的设计初始,也就是印刷电路板(PCB)。Graser产品经理陈志忠表示,物联网终端装置的要求微型化、具备人机介面(HMI)、边缘运算是否有人工智慧的能力、低功耗、高讯号传递品质,产品开发时还须注意IP版本的管控,这些都可透过各种晶片解决。

而PCB如同航空母舰或是人体骨干,承载着各式各样满足物联网产品设计所需的IC、被动元件,但这些IC元件被装上PCB后,如何透过PCB布局最佳化整体系统的功耗与效能…等特性,也是相当考验产品设计工程师的能力。因此陈志忠认为,在PCB设计时需要透过易用的模拟、验证及除错工具,才能快速设计出能符合物联网产品所有需求的终端产品。

总而言之,要建构或打造物联网产品与整体架构并非易事,当中涉及到许多不同程度的「痛点」。对于物联网商机很有兴趣的业者,应设法解决这些痛点,才真正在物联网世界中站稳脚步并获得营收来源。