由于物聯(lián)網(wǎng) 的宗旨為萬物皆可聯(lián)網(wǎng)，借以構(gòu)成龐大的應(yīng)用系統(tǒng)，并打造最智慧的生活環(huán)境，因此裝置勢必須具備聯(lián)網(wǎng)能力，同時還須兼顧成本與功耗，促使微控制器業(yè)者積極在32位元產(chǎn)品中整合 射頻 收發(fā)晶片，甚至加入兩種以上的 射頻技術(shù) ，借此讓采用不同射頻技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)裝置可無縫連接，并進(jìn)一步節(jié)省物料清單成本，進(jìn)而加速物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展。

　　無線微控制器( MCU )解決方案勢力抬頭。由于物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)前端應(yīng)用裝置須要透過 無線通訊 技術(shù)串連為樹狀或網(wǎng)狀網(wǎng)路，以擴(kuò)大應(yīng)用涵蓋范圍，因此微控制器業(yè)者積極在產(chǎn)品中整合通訊收發(fā)器晶片，從而節(jié)省物聯(lián)網(wǎng)裝置布建成本，并創(chuàng)造新的商機(jī)。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前端裝置如智慧電表(Smart Meter)、智慧白色家電、可攜式或家用醫(yī)療電子產(chǎn)品，以及工廠 自動化 感測節(jié)點等，皆須利用通訊技術(shù)才能與閘道器(Gateway)連接，再進(jìn)一步將收集到的資訊往后端資料中心傳送。不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)前端裝置數(shù)量通常相當(dāng)龐大，若采用有線通訊技術(shù)，不但網(wǎng)路布建相當(dāng)麻煩，成本也相對增加，因此采用可構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)路架構(gòu)的短距無線通訊技術(shù)，對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商來說，將是較理想的選擇。

　　然而，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用裝置對成本越來越敏感，因此微控制器廠商包括 飛思卡爾 ( Freescale )、 意法半導(dǎo)體 ( ST Microelectronics)、芯科實驗室(Silicon Labs)與 微芯 ( Microchip )等，開始著手將射頻(RF)收發(fā)器整合至微控制器中，其中，又以整合ZigBee收發(fā)器的系統(tǒng)單晶片(SoC)為目前發(fā)展主力，并逐漸擴(kuò)展產(chǎn)品組合，如整合 藍(lán)牙 與 Wi-Fi 等通訊技術(shù)。

　　滿足低成本/網(wǎng)狀網(wǎng)路建置需求ZigBee MCU大勢所趨

 

圖1 飛思卡爾高級市場行銷及業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃耀君認(rèn)為，無縫連結(jié)對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場發(fā)展相當(dāng)關(guān)鍵。

　　飛思卡爾高級市場行銷及業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃耀君(圖1)表示，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涵蓋人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣矫妫虼?，物?lián)網(wǎng)裝置開發(fā)商與微控制器業(yè)者，須掌握目前存在的各種通訊拓?fù)?表1)，以提供最貼近物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的微控制器產(chǎn)品，才可進(jìn)一步搶攻物聯(lián)網(wǎng)龐大商機(jī)。

　　目前最受物聯(lián)網(wǎng)前端裝置開發(fā)商青睞的無線通訊技術(shù)為ZigBee，這是由于ZigBee具備網(wǎng)狀網(wǎng)路的特性，可布建超過一千零二十四個節(jié)點，相當(dāng)適用于智慧電表、工業(yè)自動化控制等需較多物聯(lián)網(wǎng)前端裝置數(shù)量的應(yīng)用所需。再加上，ZigBee為開放性標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品間的互通性將有一定保障。此外，ZigBee的布建成本較低，且為眾多短距無線通訊技術(shù)中相當(dāng)省電的技術(shù)，因此從工業(yè)自動化、智慧電表(Smart Meter)到家庭自動化應(yīng)用開發(fā)商，都優(yōu)先選擇ZigBee技術(shù)。

 

 

圖2 意法半導(dǎo)體技術(shù)行銷經(jīng)理楊正廉表示，除射頻收發(fā)器外，微控制器亦可整合感測器等物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)關(guān)鍵元件。

　　事實上，從過去大型工廠開始導(dǎo)入自動化架構(gòu)而選擇非標(biāo)準(zhǔn)ZigBee技術(shù)時，即可看出ZigBee獲物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場重視的程度。意法半導(dǎo)體技術(shù)行銷經(jīng)理楊正廉(圖2)表示，先前ZigBee應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)尚未完備，以至于無法有效建構(gòu)完整且易用的網(wǎng)路，因此許多大型工廠經(jīng)營者導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)架構(gòu)時，為節(jié)省認(rèn)證成本，以及滿足實際應(yīng)用需求，大多采用非標(biāo)準(zhǔn)ZigBee技術(shù)，建構(gòu)工廠自動化系統(tǒng)，之后包括家庭自動化、智慧電表等應(yīng)用也開始紛紛采納非標(biāo)準(zhǔn)ZigBee，此即為ZigBee技術(shù)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)市場的開端。

 

　　包括飛思卡爾、芯科實驗室與 德州儀器 ( TI )等微控制器業(yè)者過去也都相當(dāng)看重非標(biāo)準(zhǔn)ZigBee市場，不過，隨著ZigBee技術(shù)與相關(guān)應(yīng)用規(guī)范逐漸成熟，以及考量產(chǎn)品互通性問題，微控制器廠商已轉(zhuǎn)而力拱標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

 

圖3 芯科實驗室 嵌入式 系統(tǒng)無線產(chǎn)品事業(yè)群亞太區(qū)資深行銷經(jīng)理Lawrence Der指出，中國物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)誘人。

　　芯科實驗室嵌入式系統(tǒng)無線產(chǎn)品事業(yè)群亞太區(qū)資深行銷經(jīng)理Lawrence Der(圖3)指出，私有協(xié)定礙于系統(tǒng)及終端產(chǎn)品的互通性，發(fā)展將逐漸沉寂。舉例來說，在一個高度依賴私有協(xié)定的應(yīng)用環(huán)境中，終端使用者必須使用特定的終端裝置，但諸如智慧恒溫器、發(fā)光二極體(LED)燈具、交換器等，這些裝置必須相容于家庭聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，才能確保系統(tǒng)內(nèi)的互相操作，而唯一能夠無縫連結(jié)所有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的方法就是采用開放式標(biāo)準(zhǔn)，如ZigBee。

 

　　有鑒于此，目前微控制器廠商無線微控制器產(chǎn)品多以整合開放性標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee為主，相關(guān)產(chǎn)品已陸續(xù)推出。

　　ZigBee MCU產(chǎn)品紛出籠

　　Der認(rèn)為，今年物聯(lián)網(wǎng)的無線聯(lián)網(wǎng)裝置及系統(tǒng)將大幅普及，例如聯(lián)網(wǎng)家庭中的無線智慧電表及無線感測網(wǎng)路(WSN)等。值得注意的是，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)業(yè)者考慮其系統(tǒng)無線協(xié)定時，ZigBee此種可實現(xiàn)互相操作的開放性標(biāo)準(zhǔn)，即成為最優(yōu)先的選擇。

　　另外，聯(lián)網(wǎng)嵌入式裝置也須使用ZigBee協(xié)定，才可對家中裝置進(jìn)行控制。Der強(qiáng)調(diào)，雖然物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可采用各種合適的無線技術(shù)，然而針對具有大量聯(lián)網(wǎng)裝置的網(wǎng)狀網(wǎng)路架構(gòu)來說，ZigBee技術(shù)將是經(jīng)過驗證的可靠解決方案。對于許多聯(lián)網(wǎng)裝置應(yīng)用而言，網(wǎng)狀拓?fù)浞浅＠硐?，舉例來說，家庭照明系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)目就可能包括三十個以上的燈具及感測器，因此業(yè)者應(yīng)采用內(nèi)建ZigBee的無線微控制器，使其聯(lián)網(wǎng)裝置具有可自行設(shè)定、自行恢復(fù)的網(wǎng)狀連接能力。如此一來，才能在單一網(wǎng)路上連接數(shù)百，甚至是數(shù)千個裝置。

　　藍(lán)牙、Wi-Fi無線MCU亦為發(fā)展焦點

　　不過，雖然ZigBee建構(gòu)網(wǎng)狀網(wǎng)路有其優(yōu)勢，但該技術(shù)僅能傳輸幾k位元的資料，無法滿足所有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需，因而使得其他無線技術(shù)有機(jī)會進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)前端裝置市場。例如，視訊串流等高頻寬工作須使用高傳輸率的技術(shù)，此時無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)就是適合的無線技術(shù)；針對車庫門開啟等簡單的應(yīng)用，或是需要長距離連結(jié)的系統(tǒng)，則Sub-GHz收發(fā)器將是較佳的選擇；而醫(yī)療電子應(yīng)用領(lǐng)域則是因考量功率對人體的影響，以及技術(shù)易于取得的因素，多采用藍(lán)牙 低功耗 (BLE)技術(shù)。

　　有鑒于此，包括意法半導(dǎo)體、德州儀器、芯科實驗室、微芯與 愛特梅爾 ( Atmel )已開始在微控制器中整合藍(lán)牙、Wi-Fi、Sub-GHz或6LoWPAN等技術(shù)。其中，藍(lán)牙與Wi-Fi無線微控制器更為微控制器業(yè)者重點發(fā)展的新產(chǎn)品。

　　楊正廉表示，意法半導(dǎo)體不僅率先推出整合ZigBee的STM32W系列微控制器，更發(fā)布整合藍(lán)牙低功耗或Wi-Fi的系統(tǒng)封裝(SiP)微控制器，以協(xié)助客戶縮短設(shè)計時程。透過SiP封裝方式，意法半導(dǎo)體將可依客戶需求，「組合」所需的無線射頻收發(fā)器與32位元微控制器，為該公司在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場中重要的競爭力。

 

圖4 微芯無線產(chǎn)品部Wi-Fi產(chǎn)品線經(jīng)理Mark Wright表示，該公司8、16與32位元微控制器皆可整合射頻收發(fā)器。

　　微芯無線產(chǎn)品部Wi-Fi產(chǎn)品線經(jīng)理Mark Wright(圖4)認(rèn)為，能輕易與許多不同的低功耗嵌入式裝置連結(jié)是物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展的重要趨勢。微芯透過MRF系列的Wi-Fi模組和具備完整應(yīng)用等級堆疊功能的微控制器，可讓客戶在8、16、32位元微控制器產(chǎn)品中輕易增加Wi-Fi功能。

 

　　滿足物聯(lián)網(wǎng)多樣技術(shù)需求多標(biāo)準(zhǔn)無線MCU后市看俏

　　值得注意的是，未來的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需多樣的連結(jié)技術(shù)，才可架構(gòu)規(guī)模龐大的網(wǎng)路，因此裝置內(nèi)將不再只具備單一通訊技術(shù)。有鑒于此，微控制器業(yè)者亦著手在微控制器中加入多種無線通訊技術(shù)。

　　黃耀君指出，飛思卡爾已可提供SiP無線通訊微控制器產(chǎn)品和系統(tǒng)單晶片，該類產(chǎn)品內(nèi)建 Cortex -M0及M4核心，以及Sub-GHz射頻和ZigBee技術(shù)。就長遠(yuǎn)的發(fā)展計畫來看，飛思卡爾將有更多的系統(tǒng)單晶片支援其他射頻標(biāo)準(zhǔn)，除Sub-GHz、ZigBee和Wi-Fi外，越來越普遍應(yīng)用于醫(yī)療和穿戴式電子設(shè)備的藍(lán)牙與藍(lán)牙低功耗，也將是飛思卡爾無線微控制器整合的無線技術(shù)。

　　Der表示，整合數(shù)個無線協(xié)定的系統(tǒng)單晶片微控制器有其應(yīng)用上的好處，如設(shè)計彈性高、減少物料清單(BOM)及省電等。芯科實驗室擁有ZigBee、Sub-GHz等無線通訊矽智財及研發(fā)能力，可視客戶需求及市場趨勢，在未來的系統(tǒng)單晶片產(chǎn)品中整合多種射頻協(xié)定?，F(xiàn)階段，該公司將持續(xù)專注于擴(kuò)展以安謀國際( ARM )微控制器核心為基礎(chǔ)的ZigBee系統(tǒng)單晶片產(chǎn)品線，以及整合Sub-GHz收發(fā)器的超低功耗無線微控制器產(chǎn)品。

　　意法半導(dǎo)體則是透過SiP技術(shù)實現(xiàn)多元無線通訊微控制器。楊正廉表示，該公司與SiP業(yè)者合作，可針對客戶物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，在32位元微控制器中整合其所需的無線技術(shù)，目前已可提供STM32微控制器結(jié)合Wi-Fi及藍(lán)牙的產(chǎn)品，甚至還可加入意法半導(dǎo)體微機(jī)電系統(tǒng)( MEMS )元件與感測器，打造最完整且效能強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決方案。

　　不僅國際微控制器大廠積極研發(fā)整合多重通訊技術(shù)的微控制器產(chǎn)品，中國大陸產(chǎn)學(xué)界亦攜手合作推出渝芯一號晶片。據(jù)了解，渝芯一號主要應(yīng)用市場鎖定工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，整合ISA100.11a、WirelessHART、WIA-PA等三大主流 工業(yè)無線 國際標(biāo)準(zhǔn)及微控制器，且具備高性價比。事實上，中國大陸本土業(yè)者在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中較弱的即是感測與無線射頻領(lǐng)域晶片開發(fā)，皆須仰賴國外廠商的解決方案，中國大陸官方為協(xié)助本土廠商在物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展，因此積極扶植產(chǎn)學(xué)界自主研發(fā)感測器與無線射頻晶片。

　　綜上所述，由于物聯(lián)網(wǎng)的宗旨為萬物皆可聯(lián)網(wǎng)，借以構(gòu)成龐大的應(yīng)用系統(tǒng)，并打造最智慧的生活環(huán)境，因此裝置勢必須具備聯(lián)網(wǎng)能力，同時還須兼顧成本與功耗，促使微控制器業(yè)者積極在32位元產(chǎn)品中整合射頻收發(fā)晶片，甚至加入兩種以上的射頻技術(shù)，借此讓采用不同射頻技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)裝置可無縫連接，并進(jìn)一步節(jié)省物料清單成本，進(jìn)而加速物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展。