就像Pebble手表、Fitbit手环和谷歌眼镜一样,将于本月底正式推出的Apple Watch(苹果手表)重新点燃了人们对可穿戴市场的期待。
市场预测Apple Watch将会热销,这将把物联网和可穿戴产品的发展带到一个新的水平。
然而,物联网和可穿戴产品仍然面临着许多问题。
所有物联网和可穿戴产品都面临着一系列类似的问题:由于电池寿命有限,设备需要包含哪些功能?这些设备的电池寿命非常短,因此必须在功能上做出权衡。
那么由于功耗限制而不得不去掉部分功能后,产品还有实用性吗?如何处理待机和工作模式下产生的漏电流引起的散热问题?散热问题在可穿戴设备中尤为突出。
到底要花多少钱(财力和技术)才能解决上述问题?通常,如果产品存在重大问题,则需要在上市之前进行修复。
然而,可穿戴产品市场有些特殊。
可穿戴产品往往在推出时仍然解决问题,甚至推出后才解决问题。
面对物联网高增长的诱惑和竞争激烈的可穿戴市场,许多企业都渴望在最短的时间内将产品推向市场,而不管产品是否存在严重问题。
他们只能希望问题能够在现场或者在产品的下一个版本中得到解决。
可穿戴产品并不简单。
让可穿戴产品摆脱困境当然并不简单。
它涉及科技、技术、经济、市场的方方面面。
除非解决上述问题,否则可穿戴产品要么会调整市场预期,限制产品的功能,要么需要对产品现有的架构进行重大改进,否则只有死路一条。
功耗是可穿戴产品的痛点之一。
苹果在这方面投入了巨大的人力物力,近期一直在招募电池领域的人才。
不过,Apple Watch 的电池续航时间还不到一天,这仍然是有限的使用。
得到的数据如下。
大量使用时,只有几个小时。
那么为什么可穿戴产品的功耗问题如此突出呢?可穿戴产品的功耗无法满足实际使用需求的原因是什么?第一个原因是无线通信功能引起的功耗,这是任何移动物联网设备的基础。
“无论是手表还是其他可穿戴产品,我们将会有越来越多的产品采用无线通信方式,而射频部分会消耗大量的电量。
” Synopsys公司高级产品营销经理Mike Tompson表示:“可穿戴产品需要有射频电路、天线和显示器来实现通信并提供用户交互界面。
将所有这些东西放入一个系统中,同时又保持功耗在可接受的范围内。
“无线通信是可穿戴产品的基本功能之一,但无线通信功能也大大增加了可穿戴产品的功耗。
Mike Tompson认为,对于多功能智能手表来说,在与外界正常通信的情况下,目前的电池续航时间上限为25至30小时,具体取决于可穿戴设备与外界通信的频率和持续时间、天线效率、无线信号强度以及发送和接收的数据量。
当然,如果可穿戴产品的应用场景优化不够的话,那么续航时间很可能只有12个小时,而在执行一些繁重的计算任务时,续航时间可能只有几个小时。
“无论数据如何收集,大部分数据都必须通过某种射频技术发送出去,这意味着。
你的设备必须至少有一组射频电路在工作,”Mentor Graphics 新风险投资项目副总裁 Serge Leeef 说。
“如果你考虑产品和用户之间的交互,你就需要一个显示器,这会增加产品的功耗。
“漏电流是可穿戴产品功耗过高的另一个罪魁祸首,也是所有移动设备面临的问题之一。
随着产品尺寸不断缩小,可穿戴产品在漏电流方面遇到的挑战越来越大。
漏电流随着半导体工艺的不断发展,漏电流问题变得越来越严重,而降低漏电流的方法越来越少,现在物联网产品的主流工艺节点是65。
/ 55/40nm,工艺越先进,待机模式下的漏电流越高,业界正在努力寻找降低漏电流的方法,并基于主流工艺节点开发低功耗工艺(LP工艺)。
最先进的工艺节点,例如28nm FD-SOI工艺和finFET工艺,都将降低漏电流作为重要考虑因素,制造商在选择工艺时需要权衡性能和功耗。
28nm FD-SOI的性能虽然不如16/14nm finFET更高,但由于不需要制作鳍式晶体管(finFET),并且掩模版不需要双重曝光技术(双重图案化),因此成本较低。
使用16/14nm工艺的器件速度更快,但设计也更快。
难度增加,电流密度变高。
与老工艺(如nm、90nm。
译者注)相比,采用65/55/45nm工艺开发的产品单价较低,但漏电流较大,因此需要更复杂。
先进的电源管理技术可以降低待机功耗。
工艺越先进,处理漏电流就越困难。
恩智浦控制器国际产品营销经理戈登·库珀 (Gordon Cooper) 表示:“这一过程仍在继续推进。
” “工作功耗更低,但漏电流增加。
用户在工艺演进过程中获得的好处没有预期的那么多。
”传感器融合是降低系统功耗的一种方式。
使用低功耗传感器并使用ARM小-大(big.LITTLE)结构的多核处理器对任务进行分类,诸如发送和接收电子邮件和网页浏览之类的简单任务由小核来处理,而诸如视频处理之类的重型计算任务则由小核来处理。
SiliconLabs 营销总监 Greg Fyke 表示:“例如,在主动功耗模式下,一个核心将以 MHz 运行,另一个核心将以 50MHz 运行,任务可以在不同核心之间切换。
” IoT无线产品表示,对于高端设备来说,异构核心会非常高效,但他也注意到,一些低端产品通常只用一个单核微控制器来完成所有任务。
”总是受到认真对待,但它们的影响(选择不同的架构对功耗)已经开始显现,”Greg Fyke 说。
功耗问题的第三个原因是电池技术。
与电源管理技术进步带来的电源效率的提升相比,电池技术的进步非常缓慢。
不过,目前全球许多大学都在研究电池技术,希望降低电池生产成本,并利用能量收集技术提高充电效率。
这些技术将为新能源汽车和许多移动设备带来巨大的变化,但对可穿戴设备影响不大,因为可穿戴电池的尺寸和重量太小。
杀手级应用程序和妥协的可穿戴产品也面临着软件问题。
目前,没有任何设备拥有真正的杀手级应用程序,也没有消费者认为必须具备的功能。
“可穿戴产品的关键是低功耗,因此业界多年来在低功耗设计方面的积累也可以作为可穿戴产品的参考,”Mentor 的 Leef 说道,“但现在,如果你需要添加鲜艳的色彩显示,那么在电池寿命方面就会存在挑战。
安装在患者体内的起搏器/除颤器(起搏器/除颤器)可以运行12至15年,因此采用低功率设计和生产。
消耗品系统并不是什么新鲜事。
当然,起搏器/除颤器没有射频电路,也没有显示器。
可穿戴产品引人注目的事情之一是它们可以实时刷新从传感器读回的数据。
(为了降低功耗)处理器需要使用低级处理器活动来读取数据。
“可穿戴产品仍在等待杀手级应用。
从另一个角度来看,可穿戴产品面临着非常高的成本压力,因为大多数可穿戴产品都销往消费电子市场,比如中国。
得益于中央政府的大力支持,中国已经开始接受物联网和可穿戴产品在可穿戴市场上领先一两年很重要,但光靠快速上市并不能保证成功,制造商需要关注几个方面。
为了取得良好的平衡,制造商必须在压缩设计和开发流程(包括封装、平台技术和标准IP选择)的成本与在较短的上市时间窗口内完成开发工作之间取得平衡,还需要做足够的定制优化工作来体现差异性,并深度优化电源管理,让产品变得实用化。
现在厂商在开发一款新的可穿戴设备时,需要考虑的问题是:“基于这些功能规格,电池续航时间有多长。
” ?” “要做好可穿戴产品,妥协是一个大问题。
“可穿戴设备最重要的是电源管理,”灿芯半导体总裁兼首席执行官支春兴表示。
“如果可穿戴设备每周充电一次,(电池寿命,译者注)不是问题。
如果一个设备使用频率很低,那么将设??备的电池寿命设计到三个月并不困难。
但有目前还没有可穿戴设备的杀手级应用“如何打破这种局面?站在产品背后的IP供应商也希望最终帮助系统制造商找到真正的杀手级应用、健康应用或者最有可能的方向之一,利用生物传感器收集人体数据,其中部分数据存在于可穿戴设备中。
设备本身对其进行处理,其余数据发送到其他设备或云端进行处理。
三星去年开始在数字健康领域投入大量资源,即将推出的 Apple Watch 也将重点放在可以拯救可穿戴产品的健康应用上。
杀手级应用?可穿戴产品有多种形式。
产品中使用的硬件和软件可能不同,但IP模块和存储器通常是通用的。
越来越多的厂商希望使用硬IP。
),这个硬IP集成了音频、视频和运动传感器,是一个完整的子系统。
Cadence IP 业务高级副总裁 Martin Lund 表示:“我们一直在增加硬 IP 的种类,以便为客户提供更多选择。
”说。
ARM还提供了一系列微控制器,用于可穿戴设备或不需要高功耗的应用。
“ARM在降低功耗方面的成就是无可挑剔的,ARM的软件开发环境非常好,很多工程师都知道如何使用ARM来设计和开发软件。
” Mentor的Leef表示,“如果我有一家做可穿戴设备的初创公司,是一家大公司,资金充足,那么我肯定会选择ARM解决方案。
但是,一些资金紧张的初创公司可能只会选择更多比如成熟的处理器芯片,虽然功耗表现不够好,但一般情况下还是足够的,可穿戴产品面临的功耗问题其实是因为它的一些功能一直在工作。
、传感器和显示器也会降低可穿戴设备的电池寿命,起搏器上的电池可持续工作12秒,但这并不意味着起搏器电池只能工作12年。
一天。