ARM：物联网芯片降价到50美分才能激活IoT产业

　　物联网(IoT)的未来可能取决于售价不到50美分的芯片?根据最近在ARM年度科技论坛ARM TechCon一场专题讨论上的技术专家表示，未来的IoT SoC需要搭配新型的内存、连接性与传感器等功能，才能扩展至IoT所需要的规模;然而，实现这一目标的道路仍不明朗。

　　当今的静态随机存取内存(SRAM)和闪存(flash)、蓝牙接口和传感器等组件消耗了太多的功率，到了2027年时将无法因应大量的IoT节点要求，因此，参与专题讨论的技术专家们分别提出了几种可能的的替代方案。

　　ARM无线部门软件总监Jason Hillyard说，在理想的情况下，2027年时终端节点SoC将仅消耗10微瓦(uW/MHz)功率，以无线传送数据时仅耗电1或2毫瓦(mW)。他还提出了‘slideware SoC’新架构，采用适于其能量采集电源打造的次阈值电路。

　　ARM资深首席研究工程师Lucian Shifren表示，实现这种设备的最大问题就在于缺乏适当的内存。

　　图：ARM认为，新型内存仍无法达到IoT的功耗和成本要求(来源：ARM)

　　Shifren说：“内存的能量是未来发展的主要问题。大家都十分看好可变电阻式随机存取内存(ReRAM)和自旋力矩转移磁阻式随机存取内存(STT-MRAM)能取代SRAM和flash，但我认为没有一个能真正实现……，而且也看不到有任何可行的替代方案”。他指出，STT极其昂贵，而且在写入时的能耗太高，而ReRAM和相变内存替代方案则是使用了相对较高的电压。

　　ARM首席技术官Mike EE Muller在接受《EE Times》的采访时表示，ARM采用来自学术研究的新式内存制造测试芯片，然而，他并未透露有关该测试芯片的任何成果。

　　Muller说：“理想上它是一种非挥发性、低功耗的设计，有利于逻辑和内存组件…预计未来将会出现更多的内存，但并不至于取代flash。”

　　同时，Ambiq Micro首席技术官Scott Hanson指出，基于次阈值电路的微控制器(MCU)已经达到内存极限了。他说：“有一些实际情况是就算想在本地写入大量信息，目前也还无法实现。”

　　图：预计在2027年，IoT SoC必须能彻底在功耗和成本方面写下新低点

　　1mW能量采集

　　在无线方面，Hillyard预计，在2022年以前将会出现一项新标准，最终将能以相当于目前蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy;BLE)约十分之一的功率级运作。他解释说，BLE从40mW功耗开始，即是原始蓝牙功耗的十分之一。

　　他问道，“那么如果我们能再次展现飞跃式进展，让功率再降低一个数量级达到1mW甚至更低呢?预计它将超越CMOS的演进。”

　　ARM无线技术资深总监Frank Martin说，未来将会需要一项新的无线电标准，它可能执行于新的频段——经过10年的努力之后。他说，新的规格必须因应能量采集器产生持续低功率的需要，而不是依靠当今以电池驱动的无线电，在长时间的睡眠周期之间发送短波数据。

　　Muller说：“很多人都在讨论针对物联网的新无线电标准，但至今尚未具体成形，主要的问题就是能从何处权衡折衷。实际上存在大约1-2公尺的邻近性…但这一领域尚未成为主流，”他指出其他人更着重于较低带宽。

　　图：ARM认为，现在正是导入功耗降至蓝牙1/10的新无线技术时机(来源：ARM)

　　同时，Integra Devices首席技术官Mark Bachman表示，传感器方面也开始探索新的材料和设计技术，以便能进一步降低功耗、缩小尺寸与增加功能。

　　Bachman说：“大多数的传感器并不容易以芯片制造…因而难以整合。我们则采用封装技术制造一部份的传感器，使得该封装成为内含芯片的传感器。”

　　用于监控工业马达的动作传感器需要内建智能功能，才能在节点上分析无法实际传送到云端的大量数据。另一方面，Integra也致力于打造传统的零功率传感器，其中一些传感器可经由远程摄影机检测到颜色变化，从而回报告温度的改变。

　　Intera目前采用动能(kinetic energy)来开发传感器，目前用于采集高达10mW的能量，有些是从水或气流中采集能量。长期来看，他说：“我们从根本上就需要新的能量采集器，但其价格必须与采用电池相当，而且可持续更长10倍的使用效能。”