这股IoT热潮背后 电子产业的关键技术

根据美国消费科技协会(Consumer Technology Association；CTA)报告，物联网设备是2016年消费性电子产业的重点产品，预估将为市场创造2,870亿美元的商机，而调研机构IDC则认为，物联网市场将于2020年达到8.9兆美元，摩根史坦利更预测，物联网将在未来10年内创造14.4兆美元的营收。

在这股物联网商机背后，不只电子产业的关键技术、关键零组件开发与客制化服务能力，扮演了重要的支持力量，物联网应用也为电子产业创造未来10年的成长动力。

电子技术 实现物联网愿景的基础

物联网的系统架构，大致上可以分为感知层、网路层和应用层，这3层各司其职、却又环环相扣，共同架构出物联网的服务。感知层是物联网架构的基础，负责资料的搜集、储存与简单运算，其会随着物联网应用的类形而有所不同，应用于消费端的通常像是穿戴式装置、智慧家电、智慧汽车、服务型机器人等，如果是应用在工业／商业环境，则可能是智慧机械、无人机、环境感测器等。

而网路层位在感知层上面，负责将资料传送到云端平台，方便使用者透过网路存取平台上的资讯，通常会使用3G/4G、Wi-Fi等长距离无线通讯技术。最上层的应用层，则是将物联网终端设备所搜集到的各种资料进行分析与运算，实现各种不同目的的物联应用，包括环境检测、智慧电力、智慧交通、工业监控、智慧家居、城市管理等。

由此来看，物联网需要各种不同技术，底层与中层用的是电子与通讯技术，上层则得仰仗云端运算、巨量资料分析、资料探勘、商业智慧分析、应用软体／手机App等技术，其中，以电子技术架构出的物联网终端设备，是实现物联网愿景的基础，透过终端设备搜集资料，才能产生后续各种应用。

物联晶片五大模组技术趋势

目前，物联网终端设备所使用的晶片，基本上包含以下五大区块：微控制器、感测器、电源管理、内嵌式记忆体、及无线通讯。

感测器通常会依据应用场景和目的来搭配使用，常见的有：温度、震动、陀螺仪、湿度、压力、高度等；电源管理同样也会根据终端应用的形式而有不同设计，像穿戴式装置就强调提高电池效率来延长电池待机时间，而智慧汽车可能会使用功耗较大的处理器，电源管理IC要设法减少热量产生，以便帮助设备散热和提高运作稳定性。

内嵌式记忆体则有快闪记忆体(Flash Memory)、非挥发性记忆体(NVM)、静态随机存取记忆体(SRAM)三种选择，由于物联网终端设备对电池使用寿命的期待长达5～10年，这使得具备低漏电特性的SRAM与高耐受性的NVM，逐渐成为市场新宠。

至于无线通讯，过往比较常使用的是Zigbee、RFID、Bluetooth等感测网路技术，或是2G、Wi-Fi、LTE等，只是随着物联网市场一直缺乏统一标准，加上既有技术在使用上无法完全满足物联网需求，使得越来越多低功耗广域网路(LPWA)技术问世，如：LoRaWAN、UNB、NB-IoT(窄频蜂窝物联网)、LTE-Cat M等，每项技术背后都有不同的支持者，例如：IBM、思科支持LoRaWAN技术，华为则积极推动NB-IoT产业生态建设。

由于物联网终端装置肩负搜集资料的任务，体积轻薄短小、低耗电(或更长的电池续航力)，成为物联网晶片在发展过程中最主要的两个方向，也因此，半导体产业积极发展微缩制程来满足物联网应用的需求，像今(2016)年就已经有业者准备量产10奈米制程的晶片，预期还会继续投入研发更小的先进制造技术，如：7奈米。

另一方面，当制程微缩至10奈米以下，代表晶片整合的程度也会跟着大幅提高，而在整合的时候，如果无法在design-in阶段以系统单晶片来解决，便必须要借助SiP等封装技术，将上述物联网晶片所需要的五大区块整合为单一模组。

掌握应用趋势与需求 是抢占物联市场的关键

值得一提的是，物联网应用种类多元化、需求也因此有很大的差异，例如针对消费性穿戴式装置设计的系统单晶片，就和智慧家庭、工控自动化、智慧运输等不同应用领域关注的整合功能不同。换句话说，物联网的应用发展，对晶片的设计与架构有很大的影响，不同应用所需要的功能就不一样。

举例来说，高通专门为穿戴装置设计的晶片Snapdragon Wear 2100，在无线通讯技术上就选择常见的蓝牙、Wi-Fi、与LTE，方便使用者透过穿戴装置上网，又如日本半导体业者Lapis针对农业／环境监控应用开发的土壤感测单晶片，在一颗晶片内同时整合土壤酸硷值、导电率和温度3种感测功能，可以有效提高生产效率。

因此，电子业若要在未来的物联市场上占有一席之地，首要前提就是掌握物联应用的发展趋势和需求。目前，与日常生活结合的物联网应用最被看好，例如：智慧家电、智慧汽车、穿戴式装置，在2016年CES展中，就看到许多改变生活的物联网终端装置，像英特尔(Intel)与义大利眼镜品牌Oakley合作推出智慧眼镜Radar Pace，配备语音互动即时教练系统，可以即时分析运动员的身体状况，并指导运动员如何反应。

这些针对消费大众的物联网终端装置，在设计上有一个共通特点，就是强调整合、跨装置的使用体验，例如：福特汽车(Ford)与Amazon合作，将Amazon Echo语音助理系统Alexa，与车载娱乐通讯整合系统SYNC整合在一个介面里，车主在车上时可以透过Sync控制家中的车库灯、门等设备，在家中也能即时掌握车辆状况。

除了强调使用体验外，安全也是物联网装置未来的发展重点，美国网路安全专家在2015年6月证实可以入侵克莱斯勒汽车的资讯娱乐系统 Uconnect，进而远端控制汽车，例如：调整冷气温度、开关雨刷、操控方向盘及控制车速等，这项研究也使得克莱斯勒紧急召回140万辆联网汽车，更新程式与修补漏洞。

虽然物联网应用至今尚未传出大规模攻击事件，或是对使用者造成实际损失，但是现在没有不代表以后也不会有，而且物联网终端装置搜集了大量资料，对骇客来说是很大的诱因，为了不让资安风险阻碍使用者的信心和使用意愿，安全将是物联网未来的重要趋势，日本NEC在2015下半年发表资料加密新技术OTR，缩短资料认证和加密的时间，让IoT设备能用更安全的方式传输资料，又不会拖累处理速度。

物联网是改变人类生活的重大科技，也是未来数十年产业成长的驱动力，但因为其应用的多元性与丰富性，所以很难有一个统一标准，唯有从应用选择合适的技术，才能在物联市场上占得先机。