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    全球嵌入式技術和物聯網發展趨勢

    • 發布:何小慶
    • 來源:電子發燒友網
    • 時間:2017-04-05 13:46

    回顧已經過去的2016年,嵌入式技術和物聯網發展迅速,嵌入式技術在鞏固傳統應用的基礎上,探索新興市場, 物聯網(IoT)是其中最具有廣泛性的應用市場。在以創新推動的新技術革命中,物聯網無疑將帶給產業更大的變革性與破壞性,它使我們能夠將數字世界與物理世界緊密連接,對企業接觸客戶的方式,創造新的服務帶來深遠的影響。2017年已經到來,作為國內唯一關注嵌入式領域的專業展-深圳國際嵌入式系統展,特邀業界資深專家何小慶老師,就嵌入式和物聯網技術將是一個怎樣的發展趨勢,做一個簡要的分析和總結。

    第一:并購對嵌入式處理器發展產生深遠影響

    過去一年和未來一段時間,芯片供應商仍然渴望通過并購削減成本進一步增加利潤。芯片供應商需要在當前產品上留出足夠的利潤為下一代產品研發提供資金,并且隨著成本的增加,他們需要找出如何提高回報率的方法。最近我們看到的這些并購包括Quallcomm 與NXP、Microchip與Atmel和Renesas和Intersil,這些并購需要1-2年的時間的整合和消化,所以從短期看并購會影響嵌入式處理器技術和市場的發展,但是從長遠看并購將有益于物聯網技術和系統的推廣和普及。因為物聯網應用要求處理器設計要提供面向最終用戶和應用程序的解決方案,物聯網應用的芯片設計強調功率效率,安全性,開發工具易用型和成本降低,這些都需要芯片供應商在研發上投入資金,研發出集成度更好、軟件支撐更好的嵌入式處理器(包括微控制器)解決方案,相信在2018年業界可以看到更多創新性的嵌入式物聯網芯片解決方案。

    并購將引導嵌入式處理器向物聯網應用垂直市場發展,芯片市場領導者將他們的重點轉向高增長的市場機會,比如汽車輔助駕駛(ADAS)、自動駕駛、機器視覺、人工智能(AI)和5G。針對這些垂直市場,領先的芯片供應商也已經采取收購戰略,比如最近三星收購哈曼進入汽車市場、Intel收購Movidius 打入機器視覺市場,Movidius 是一家創業公司,機器視覺芯片已經應用在大疆無人機和谷歌Tango AR 手機上,熾手可熱。雖然這些垂直市場規模目前還很小,但是未來有極大的商業機會,芯片公司不愿意放棄這些機會,芯片更是在垂直市場的并購還將會持續下去。

    物聯網將側重于低成本,低功耗和功率效率, 現有嵌入式處理器和微控制器(MCU)產品的性能足以滿足大多數物聯網應用。大多數嵌入式應用不需要最高的性能,他們需要最佳的功率效率和最低的功耗。領先的嵌入式處理器供應商將繼續針對目標應用,提供最佳集成度和功率效率,并具有合適的尺寸芯片產品。

    曾經借助8位單片機成功上位的微控制器(MCU),經過多年的磨練,迎來物聯網發展浪潮。32位微控制器在低功耗和永遠在線的物聯網系統中都將占據重要的版圖,針對物聯網市場的MCU發展勢頭不會降低,微控制器集成度越來越高,軟件平臺將越來越豐富,處理器與傳感器和云端的結合將越來越緊密。

    嵌入式處理器和微控制器是嵌入式和物聯網系統的核心部件,目前ARM是這個市場的領導者,基于ARM 處理器核的微控制器和處理器占據絕大多數嵌入式和物聯網市場份額, 隨著機器視覺、虛擬現實和人工智能等創新技術的興起,GPU的作用和影響力越來越大,不容小視。物聯網的普及帶動了低功耗計算和無線網絡的發展,未來在這個領域將會出現全新的處理器技術和商業模式,人工智能(AI)將計算需要進一步提升,嵌入式邊緣計算對于優化計算能力,實時性的提高發揮巨大的作用,亞馬遜的Alexa就是一個例子,物聯網和人工智能將推動新型處理器架構的研發和應用,開源硬件(包括開源芯片)將是一種發展趨勢。

    第二:物聯網云平臺進入成熟期

    云計算有三種方式:軟件即服務(SaaS),平臺即服務(PaaS)和基礎設施即服務(IaaS), 物聯網云平臺是云計算PaaS的一種應用。物聯網云平臺(IoT Platform)的架構如下圖1所示。物聯網設備(Device),通過藍牙(Bluetooth) 和Zigbee無線通信鏈路與設備網管(Device Gateway)或者智能手機通信,然后再通過WiFi和 4G/LTE 通信網絡與物聯網云平臺連接,它借助公有云IaaS的基礎云服務,為物聯網設備提供接入到運營管理全生命周期服務的能力。

    物聯網云平臺

    圖1 物聯網云平臺

    目前國外知名的物聯網云平臺有亞馬遜AWS IoT ,

    微軟的Azure IoT、通用電氣的PredixIoT(見圖2)、IBM Watson IoT和PTC IoT(ThingsWork)平臺。 國內的物聯網云平臺有中國移動OneNet、廣州機智云和阿里智能云,開源物聯網云平臺有Kaa和 Eclipekura項目。

    通用電氣的Predix IoT平臺

    圖2 通用電氣的Predix IoT平臺

    傳統的企業軟件公司比如Oracle 、SAP 和Redhad 也在研發針對企業應用的物聯網云平臺,他們的觸角已經進入物聯網傳感器領域,國外也稱為Enterprise IoT ,針對企業應用的IoT市場在今后1-2年會快速發展,比如企業的聯網汽車、智慧城市和智能工業項目,傳統的企業軟件公司會通過構建生態環境率先在1-2個垂直市場打開局面,然后再逐漸拓展應用領域。

    第三:物聯網操作系統異軍突起

    隨著開源軟件越來很成熟,嵌入式系統已經大量采用開源軟件,比如Linux操作系統。除了汽車電子、航天和國防等安全和可靠性要求的領域繼續保持較快的發展速度,傳統的嵌入式操作系統增長緩慢,缺少可以盈利的商業模式。隨著物聯網云平臺的發展,嵌入在設備端的操作系統也正在和云平臺結合,形成一個全新的物聯網操作系統(國外也稱為 OperaTIng Systemfor Internetof Things)。目前已經有的物聯網操作系統有ARM mbed OS(見圖3)、谷歌的Android Things、微軟的Windows 10 IoT Core、華為的LiteOS 和慶科Mico OS。

    ARM mbed OS 應用示意圖

    圖3 ARM mbed OS 應用示意圖

    盡管科技巨頭們在力推物聯網操作系統,開源軟件在未來還將活躍較長一段時間。如FreeRTOS(智能手表鼻祖Pebble和許多物聯網設備都使用了FreeRTOS)、TInyOS等等。這是因為物聯網系統需求不明確、,商業模式不成熟,加上物聯網操作系統技術在發展之中,還待在產品中驗證,部分用戶會傾向于選擇開源軟件去定制適合自己的物聯網操作系統。

    第四:物聯網安全任重道遠

    2016年10月21日美國境內包括亞馬遜,推特在內的大規律網絡癱瘓,起因是DNS服務商Dys 遭到DDos攻擊,Dys 發布聲明稱幕后可能是10萬個感染了Miral 惡意軟件的IoT設備,這讓廣受關注的IoT安全推上風口浪尖。10月26日美國安全研究團隊Shellphish 在極客大會表演破解華為P9 lite 手機指紋解鎖的功能, 以及2015年杭州某視頻監控設備企業安全門事件,物聯網設備安全問題越來越受到關注。

    此前,智能產品制造商只是考慮保護他們的設備的功能安全和它們所產生數據的安全,即使是這個要求,設備制造商,特別是消費類電子產品,許多是完不成這個任務的。現在他們被要求幫助保護設備和網絡,甚至不屬于他們自己的客戶的安全性,更加困難的是,物聯網安全設計目前還處在正在探索階段,目前還沒有很成熟的設計和實現方法。

    嵌入式系統安全的另外一個層面的含義是嵌入式設備的功能安全(FuncTIonal safety),汽車電子、工廠自動化、工業儀控、軌道交通信號、智能電網等工業物聯網(IIoT)相關領域對功能安全的需求最為迫切,這個方面的設計和實施方法也比較規范,商業公司也有成熟的軟件和工具,可以提供項目咨詢和服務。

    2017年將是嵌入式和物聯網技術在調整中發展的一年,隨著芯片公司并購后的整合逐漸完成,部分物聯網應用將落地開花并成形成規模。2017年窄帶物聯網技術(LPWAN)發展迅速,LoRa、Sigfox和NB-IoT幾個標準的芯片、平臺和網絡齊頭并進。中國剛剛宣布了已經在北京懷柔建設了全球最大的5G試驗外場,可提供端到端的測試環境,將有助于促進5G標準的形成和產業發展。5G標準的物聯網關鍵技術之一, 5G中低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯網業務,是 5G 新拓展的新方向。

    2018年將迎來嵌入式和物聯網技術有突破性發展的一年,操作系統技術、網絡安全技術針對物聯網應用的研發和優化將日趨成熟,處理器技術在虛擬現實和人工智能快速發展帶動下將會有耳目一新的發展,在新一代網絡技術支撐下,物聯網發展將迎來高速發展新時代。

    第六屆深圳國際嵌入式系統展EMBEDDED EXPO 2017將于2017年12月21-23日在深圳會展中心舉行。作為中國地區嵌入式領域年度盛會,嵌入式系統展聚集嵌入式及各應用行業的專業人士、買家與決策人員,為整個產業鏈提供從元件、模塊、嵌入式板卡、到各行業智能系統與物聯網解決方案的一站式交流平臺。

    2017嵌入式系統展關注的熱點包括:云計算與物聯網安全、開源硬件和創客運動以及無線技術發展;嵌入式技術與物聯網應用、工業4.0、智能工廠與工業物聯網、車聯網,以及熱門行業應用解決方案包括:智能樓宇、智慧城市、智能交通、安防、金融、零售也將備受關注。

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