物聯(lián)網(wǎng)碎片化問題衍生諸多挑戰(zhàn)
事實上，物聯(lián)網(wǎng)并不是將萬物聯(lián)網(wǎng)即可，背后牽涉許多部份，因此有些市調(diào)機構(gòu)或是業(yè)者提出進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)市場時，需要進(jìn)行垂直整合或是異業(yè)界盟。但垂直整合并非一般企業(yè)有能力做到，且異業(yè)結(jié)盟該找哪些業(yè)者合作，在在讓想跨入物聯(lián)網(wǎng)市場的廠商吃盡苦頭。物聯(lián)網(wǎng)的概念如何化為實際，物聯(lián)網(wǎng)的痛點究竟在哪里?Ayla Networks大中華區(qū)總裁暨聯(lián)合創(chuàng)辦人張南雄在電子工程專輯(EET Taiwan)與電子技術(shù)設(shè)計(EDN Taiwan)主辦的techTaipei「智能物聯(lián)與嵌入式應(yīng)用系列研討會」中，提出了看法。
張南雄認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)能夠獲利的部分是將使用者的痛點解除。這是由于物聯(lián)網(wǎng)與手機、個人計算機(PC)不同，不是追求高傳輸速度或是處理器處理效能即可解決，而是要去思考使用在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)概念時，會出現(xiàn)哪些痛點，這些難關(guān)得以解決之后，才有機會獲利。
所謂的痛點，以企業(yè)來說，如何管理龐大的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點裝置、如何使物聯(lián)網(wǎng)裝置能夠穩(wěn)定鏈接至云端、如何架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)云端平臺并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、如何讓管理平臺運作更順暢，以及在云端實現(xiàn)數(shù)字雙胞胎(Digital twin)、如何與其他大廠或是電信營運商的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步連接，都是進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)市場的廠商須考慮甚至解決問題。
物聯(lián)網(wǎng)痛點對消費者而言則是，如何最輕松便利的使用，亦即無需過多的設(shè)定、可越直覺控制、無須持續(xù)更換電池或充電，以及更高的隱私與安全性…等。而這些也是相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)廠商需要跨越的門坎。在企業(yè)端，有包括Ayla Networks在內(nèi)的公司，提供業(yè)者物聯(lián)網(wǎng)裝置管理平臺的架構(gòu)，以及在安全和隱私方面、軟件開發(fā)、銜接物聯(lián)網(wǎng)大廠標(biāo)準(zhǔn)…等服務(wù);而在裝置開發(fā)與用戶使用經(jīng)驗方面，芯片供貨商、EDA業(yè)者，以及測試認(rèn)證廠商，皆戮力消弭上述痛點。
從各方面一一擊破物聯(lián)網(wǎng)痛點
除物聯(lián)網(wǎng)硬設(shè)備制造商，在產(chǎn)品推出后會面臨管理平臺如何建置問題之外，其實在產(chǎn)品研發(fā)過程中，硬件設(shè)計的部分，要能滿足市場、消費者的期待，則得需要從許多方面著手，才能打造對使用者而言無痛點的物聯(lián)網(wǎng)裝置。以下將物聯(lián)網(wǎng)裝置以人體概念為出發(fā)點，進(jìn)行討論。
大腦：人工智能(AI)
先前，業(yè)者們談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)多著重在如何進(jìn)一步提升應(yīng)用服務(wù)的質(zhì)量，人工智能的大行其道，使得物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的業(yè)者也開始藉助人工智能的超強運算能力，開發(fā)更多創(chuàng)新應(yīng)用。Toshiba半導(dǎo)體技術(shù)營銷部副協(xié)理水沼仁志表示，利用人工智能的力量，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)廠商都可以打造出具備市場區(qū)隔及差異化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品，而無須落入「人人皆同，只能比價」的紅海。
水沼仁志也舉出幾項運用了人工智能的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其中智能電子紙利用無線充電、藍(lán)牙低功耗(BLE)技術(shù)，不僅做到去電池化，還將藍(lán)牙低功耗技術(shù)可連接的節(jié)點擴展至極限，進(jìn)一步節(jié)省成本及空間。水沼仁志認(rèn)為，此種智能電子紙很適合應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)無人商店市場，僅須透過一臺平板計算機或是控制主機，即可修改電子紙的顯示內(nèi)容，還可透過人工智能分析消費者的喜好，適時將信息傳遞給消費者。
心臟：處理器與微控制器
首先從物聯(lián)網(wǎng)裝置的核心——處理器與微控制器來看。物聯(lián)網(wǎng)的一個特性是散布在生活、工廠、戶外…等區(qū)域龐大數(shù)量的節(jié)點，而這些物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點裝置不能太頻繁地需要換電池、成本不能太高、設(shè)計需快速，以延長電池續(xù)航力，并更快速的推向市場。
GigaDevice產(chǎn)品市場總監(jiān)金光一表示，作為物聯(lián)網(wǎng)裝置核心的微控制器，效能絕對不能「太難看」，但也不能因為一昧追求高效能而犧牲功耗。因此微控制器業(yè)者在基于Arm Cortex-M核心架構(gòu)下，紛紛以自身的技術(shù)能力，推出低功耗與高效能兼具的微控制器，以滿足物聯(lián)網(wǎng)市場對裝置的需求。
值得注意的是，人工智能也逐步被導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，以協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用能夠更具智能、更準(zhǔn)確地分析所收集到的資料。恩智浦(NXP)大中華區(qū)微處理器及微控制器營銷經(jīng)理黃健洲表示，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，業(yè)者們紛紛發(fā)現(xiàn)若是將所有的分析運算都交由云端平臺處理，云端平臺的運算負(fù)載會太重，將衍生反應(yīng)延遲或其他布建成本的新問題。
因此邊緣運算(Edge Computing)的概念隨之而生。黃健洲認(rèn)為，要能肩負(fù)先處理簡單數(shù)據(jù)分析的物聯(lián)網(wǎng)邊緣裝置，其核心若還是使用一般的微控制器，可能會「不夠力」，此時處理器或是能夠執(zhí)行實時操作系統(tǒng)的(RTOS)微控制器，能夠運作人工智能、機器學(xué)習(xí)…等相關(guān)功能，將是較佳的選擇。
不僅如此，為了讓裝置制造商更專注于開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)裝置的應(yīng)用，微控制器或處理器廠商也推出SDK或完整的設(shè)計工具。金光一指出，物聯(lián)網(wǎng)市場范疇相當(dāng)廣大，各類應(yīng)用細(xì)項也涵蓋甚廣，這些都需要物聯(lián)網(wǎng)裝置制造商花時間去思考該如何定位裝置的應(yīng)用與開發(fā)相關(guān)應(yīng)用軟件，若業(yè)者還需要去思考微控制器或是處理器該如何在裝置中發(fā)揮作用，產(chǎn)品從設(shè)計到問世可能得花相當(dāng)長的一段時間，這可能導(dǎo)致錯失市場。因此微控制器或處理器廠商針對其產(chǎn)品都會推出簡而易用的工具，協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)制造商盡快設(shè)計出優(yōu)化的產(chǎn)品。
血管：通訊與測試認(rèn)證
若是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點都無法進(jìn)一步串聯(lián)，所收集的信息都是「做白工」，因此通訊技術(shù)可以說是打造物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最重要的關(guān)鍵成員之一，可視為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的血管，運送各項信息至對的地方進(jìn)行運算。物聯(lián)網(wǎng)所需的通訊技術(shù)包括有線及無線，但透過無線通信技術(shù)串連所有物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，要比透過有線通訊技術(shù)在建置網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上會輕松許多，也因此許多具備網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò)特性的無線通信技術(shù)，包括藍(lán)牙低功耗、ZigBee、Thread、Z-Wave、Sub-1GHz…等，接 在等待廠商的青睞。
具備架構(gòu)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能的無線通信技術(shù)種類頗多，該如何選擇?Silicon Labs臺灣區(qū)總經(jīng)理寶路格建議，業(yè)者在選擇時需要去考慮要介接到哪家物聯(lián)網(wǎng)大廠，如亞馬遜(Amazon)、Google、蘋果(Apple)…的系統(tǒng)，以及在節(jié)點數(shù)目較多時的網(wǎng)絡(luò)效能。
舉例來說，智能家庭燈控系統(tǒng)中，燈泡可能是內(nèi)建ZigBee技術(shù)，但ZigBee技術(shù)要與其他對外的網(wǎng)絡(luò)相連時，較不友善，因此需要連到網(wǎng)關(guān)(Gateway)，再透過藍(lán)牙或Wi-Fi與智能型手機或是云端管理平臺連結(jié)。此時，這個燈控系統(tǒng)就須支持ZigBee+藍(lán)牙/Wi-Fi，并使用同時支持這些無線技術(shù)的多重通訊協(xié)議(Multi-protocol)微控制器，才能打造讓消費者在使用上較為便利的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品。
但這樣仍然不夠，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點收集到的訊息得進(jìn)一步往云端傳送，再加上設(shè)計簡單與成本的考慮，因此現(xiàn)階段許多業(yè)者都紛紛推出多頻多模的通訊微控制器產(chǎn)品，以因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)「一長+一短」的需求。
德州儀器(TI)資深應(yīng)用工程師暨科技委員林忠衡表示，現(xiàn)有的通訊技術(shù)「百百種」，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)者可根據(jù)自己的需求做選擇，且為了節(jié)省設(shè)計的時間，以及讓業(yè)者所需的通訊技術(shù)一次到位，支持多頻與多標(biāo)準(zhǔn)的微控制器已成大勢所趨。
不僅如此，為了讓業(yè)者能夠在基于相同的微控制器架構(gòu)下，「更換」各代產(chǎn)品所支持的無線通信技術(shù)，設(shè)計簡單又能如樂高積木般擴充，還能具備低功耗特性的無線微控制器，將能為業(yè)者省下更多無線通信技術(shù)開發(fā)時間，而這些省下的時間也等同于能省下的成本。
除了上述通訊技術(shù)外，已在行動支付應(yīng)用上有一定地位的NFC技術(shù)，也值得關(guān)注。意法半導(dǎo)體(ST)NFC/RFID策略營銷經(jīng)理黃鐙誼指出，自蘋果iOS 10開放NFC讀卡器模式(Reader Mode)后，未來NFC可應(yīng)用的領(lǐng)域即將不受限于行動支付的部分。
這是由于NFC不僅能傳遞信息，還能藉由磁場或電場傳遞的能量。黃鐙誼解釋，NFC Reader Mode可以做到傳遞信息、數(shù)據(jù)交換格式之外，甚至可利用微量能量驅(qū)動包括電子卷標(biāo)、電子紙、玩具馬達(dá)、指紋辨識系統(tǒng)…等，以及RFID可為無線充電技術(shù)傳輸能量，在沒有電力供應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，非常有發(fā)揮的空間。因此市調(diào)機構(gòu)也預(yù)測，至2020年，NFC的市場規(guī)模將可達(dá)到200億美元，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)者亦可考慮NFC技術(shù)能否適用于自身物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用裝置中，而別再局限地認(rèn)為NFC只能用再支付領(lǐng)域。
既然物聯(lián)網(wǎng)必須使用到通訊技術(shù)，業(yè)者即必須確認(rèn)產(chǎn)品的通訊效能是否可「掛保證」，加上產(chǎn)品若是要銷往世界各地，則需要注意各國對于產(chǎn)品的相關(guān)安全規(guī)范。
是德科技(Keysight Technologies)資深應(yīng)用經(jīng)理林昭彥表示，物聯(lián)網(wǎng)的測試方面，通訊技術(shù)是其中重要的環(huán)節(jié)之一，但如果從物聯(lián)網(wǎng)整體系統(tǒng)來看，則需要測試裝置、裝置間或與人/機器的互動，以及各裝置連接起來的大范圍運作狀況，也就是從點到線再到面的測試，才夠完整。
不僅如此，由于物聯(lián)網(wǎng)裝置開始走向支持多頻多模通訊技術(shù)，因此裝置的訊號干擾、EMI也需要測試。此外，許多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點裝置是透過電池供電，因此功率的測試也是測試重要一環(huán)。
DEKRA東亞區(qū)行動通訊檢測實驗室資深經(jīng)理王騰輝則指出，物聯(lián)網(wǎng)裝置并非經(jīng)過一系列的出貨前的測試即可，要銷售到全球，產(chǎn)品須就各國的規(guī)范進(jìn)行包括通訊、安全、廢棄電子電機設(shè)備指令(WEEE)…等進(jìn)行認(rèn)證，才能順利進(jìn)入該國市場。
例如美國有FCC、PTCRB;歐盟有CE RED(美國亦采用)、GCF;臺灣有DRPT…等與射頻(RF)通訊技術(shù)權(quán)相關(guān)認(rèn)證規(guī)范。王騰輝認(rèn)為，不僅RF、電氣…等其他安全認(rèn)證也相當(dāng)重要，業(yè)者若要弄清楚須通過那些認(rèn)證，以及如何節(jié)省認(rèn)證成本，可尋求認(rèn)證實驗室的協(xié)助。
白血球：安全芯片與內(nèi)存
物聯(lián)網(wǎng)很重要的一環(huán)是通訊技術(shù)，這也就牽涉到業(yè)者與消費者最擔(dān)心受怕的信息與隱私安全的大問題。英飛凌(Infineon)智能卡與保密芯片事業(yè)處大中華區(qū)資深經(jīng)理田沛灝表示，為了確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品尤其是節(jié)點的通訊安全，歐盟一般數(shù)據(jù)保護(hù)法(GDPR)已在今年5月25日正式執(zhí)行，這對ODM與OEM勢必產(chǎn)生影響。
因此田沛灝建議，雖然目前的微控制器、處理器都有基本的安全設(shè)計與防黑客入侵機制，但額外在產(chǎn)品中增添一顆安全芯片，將可以把GDPR帶來的影響降到最低。也許有些物聯(lián)網(wǎng)裝置業(yè)者慧認(rèn)為增加一顆安全芯片會增加物料列表(BOM)成本，但長期來看，并不會增加太多成本。例如，每當(dāng)微控制器改朝換代時，內(nèi)部的安全功能就必須重作，耗時也會增加支出，若是產(chǎn)品牽涉到認(rèn)證時，僅需認(rèn)證具備安全芯片的模塊即可，不須整個裝置都過認(rèn)證，這樣反而可以加速產(chǎn)品上市的時程。
華邦(Winbond)技術(shù)經(jīng)理林世庭則認(rèn)為，處理器與微控制器內(nèi)部都需要靜態(tài)內(nèi)存儲存程序代碼才能運作，那么也可以將閃存(flash)內(nèi)部加入認(rèn)證芯片，微控制器若是與內(nèi)存進(jìn)行對稱式認(rèn)證時，無法通過，則微控制器就不能運作。
這樣的做法由于閃存是分開的，因此可以降低耗電量，加解密的時間也不會太長，就可以讓微控制器搖身變?yōu)檎J(rèn)證或防偽芯片。林世庭強調(diào)，提高少量的成本即可提升安全性，這對物聯(lián)網(wǎng)裝置開發(fā)商或是微控制器業(yè)者而言，長期來說亦是節(jié)省成本，因為未來在進(jìn)到下一代產(chǎn)品時，僅須透過軟件升級，無須改動硬件架構(gòu)，即可為產(chǎn)品增添新的價值。
骨干：物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品PCB設(shè)計平臺
有了大腦(人工智能)、心臟(處理器/微控制器)、血管(通訊微控制器)、白血球(安全芯片)，也做了種種「檢查(測試及認(rèn)證)」，現(xiàn)在要回歸物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品的設(shè)計初始，也就是印刷電路板(PCB)。Graser產(chǎn)品經(jīng)理陳志忠表示，物聯(lián)網(wǎng)終端裝置的要求微型化、具備人機接口(HMI)、邊緣運算是否有人工智能的能力、低功耗、高訊號傳遞質(zhì)量，產(chǎn)品開發(fā)時還須注意IP版本的管控，這些都可透過各種芯片解決。
而PCB如同航空母艦或是人體骨干，承載著各式各樣滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計所需的IC、被動組件，但這些IC組件被裝上PCB后，如何透過PCB布局優(yōu)化整體系統(tǒng)的功耗與效能…等特性，也是相當(dāng)考驗產(chǎn)品設(shè)計工程師的能力。因此陳志忠認(rèn)為，在PCB設(shè)計時需要透過易用的模擬、驗證及除錯工具，才能快速設(shè)計出能符合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品所有需求的終端產(chǎn)品。
總而言之，要建構(gòu)或打造物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品與整體架構(gòu)并非易事，當(dāng)中涉及到許多不同程度的「痛點」。對于物聯(lián)網(wǎng)商機很有興趣的業(yè)者，應(yīng)設(shè)法解決這些痛點，才真正在物聯(lián)網(wǎng)世界中站穩(wěn)腳步并獲得營收來源。
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