物聯(lián)網(wǎng)處理器五大類型應(yīng)用的選型指南

　　物聯(lián)網(wǎng)是一個快速發(fā)展的行業(yè)，其締造了一個處處相連的世界，使數(shù)十億設(shè)備之間及設(shè)備與人之間得以自由互通。對于2020年時物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的預(yù)估，各方態(tài)度不一，如林利集團(tuán)保守估計這個數(shù)量為60億，而英特爾提供的數(shù)據(jù)2000億則更為驚人。

　　物聯(lián)網(wǎng)市場充滿商機(jī)，在我的另一篇文章中會針對物聯(lián)網(wǎng)市場進(jìn)行探討。本文我將集中談?wù)摷闪?a href="http://ttokpm.com/v/tag/117/" target="_blank">傳感器、處理器和連接性的物聯(lián)網(wǎng)新設(shè)備，包括可穿戴設(shè)備、手機(jī)或家庭娛樂設(shè)備及連接汽車、智能農(nóng)業(yè)、能源、醫(yī)療和其他M2M應(yīng)用程序。

　　部署在連接設(shè)備內(nèi)部的處理器類型在很大程度上受到目標(biāo)應(yīng)用程序所需的傳感類型的影響。例如，一些設(shè)備只對溫度、濕度、壓力或重力等數(shù)據(jù)集進(jìn)行有限的處理，然而更復(fù)雜的系統(tǒng)卻需要處理（多個）高分辨率的聲音或視頻流。

　　最近，許多消費(fèi)類及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備重新啟用半導(dǎo)體產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的設(shè)計初衷原是針對移動或嵌入式應(yīng)用市場。越來越明顯的是，物聯(lián)網(wǎng)市場被細(xì)分為五大類別（如下所示）。因此在多個細(xì)分市場中，相比重用舊的解決方案，為每個不同的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備類別定制SoC則更具有優(yōu)勢。

　　盡管SoC單個的需求完全不同，但就整體而言卻有兩大總體趨勢。

　　首先，因為絕大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都需要某種形式的無線連接，所以在芯片上集成無線基帶已逐漸成為慣例。通過在Soc上集成多個通信標(biāo)準(zhǔn)如Wi-Fi、藍(lán)牙或蜂窩數(shù)據(jù)，整體的BOM成本以及功耗將明顯降低，使得更多可用設(shè)備的電池使用壽命更長。

　　其次，在系統(tǒng)層便實現(xiàn)硬件安全性能可使創(chuàng)建的技術(shù)框架經(jīng)受住未來的考驗，而這正是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需要的，其可以確保消費(fèi)者及公司的敏感數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序?qū)⒉粫媾R風(fēng)險。

　　讓我們詳細(xì)地了解五大類型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

　　智能傳感器和低功耗M2M應(yīng)用程序

　　智能傳感器實際上是連接微控制器，為傳感集成了各種不同的模擬接口。CPU性能需求通常是50~100 DMIPS，而連接包括節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，如低功耗Wi-Fi （802.11 n或802.11 ah）、智能藍(lán)牙、低功耗蜂窩（如Cat-M LTE）或基于802.15.4的協(xié)議（如ZigBee，、Thread、6LoWPAN、Z-Wave等）。

　　Standing Egg設(shè)計了一款基于MIPS的MCU用于傳感器融合和M2M應(yīng)用程序

　　連接音頻和視頻

　　連接音頻也是一大類型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其范圍廣泛，從基于藍(lán)牙的揚(yáng)聲器到高端家庭影院系統(tǒng)（如條形音箱）無不囊括。由于目標(biāo)應(yīng)用程序不同，從300~500DMIPS的高性能MCU到1000DMIPS面積優(yōu)先的應(yīng)用處理器，CPU均需要處理。就連接性方面而言，大多數(shù)無線音頻應(yīng)用程序的半導(dǎo)體設(shè)備都集成了藍(lán)牙（經(jīng)典或智能）及Wi-Fi。

　　JBL Go Smart是一款基于MIPS的連接揚(yáng)聲器

　　是否選擇特定的802.11協(xié)議取決于目標(biāo)應(yīng)用程序。例如，與亞馬遜Echo Dot類似的連接揚(yáng)聲器不需要802.11 n Wi-Fi。對于更復(fù)雜的設(shè)置（即多空間、多渠道的杜比全景聲家庭影院）則需要802.11ac，以確保有足夠的帶寬來滿足整個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

　　連接視頻片段是指類似于Chromecast的設(shè)備及分別用于視頻流的連接相機(jī)或用于視頻錄制的IP相機(jī)。IP相機(jī)通常有一個基礎(chǔ)的UI，因此不需要可以渲染3D圖像的嵌入式GPU。

　　Quanta WebRTC IP相機(jī)支持VP8及H.264編碼，并集成了MIPS CPU

　　IP相機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看起來與連接音頻SoC 非常相似——其唯一顯著的差別是在芯片上集成了視頻引擎并具有無線連接接口（如以太網(wǎng)）。與此同時，無線顯示便是終端界面，其僅僅顯示了更為復(fù)雜智能設(shè)備的表面。

　　高性能計算設(shè)備

　　多媒體設(shè)備需要的是一款具有處理當(dāng)下復(fù)雜工作所需的全方位處理能力的應(yīng)用處理器，這需要集成多核CPU、強(qiáng)大的3 D圖像、多重標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼器和解碼器并具有全方位的連通性。同上述幾大類別的設(shè)備一樣，其每個芯片的具體配置如何則取決于特定的應(yīng)用程序。

　　例如，大多數(shù)視頻分析平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行本地化處理后再發(fā)送至云端。因此，這些系統(tǒng)需要一個非常強(qiáng)大且高度集成的多媒體管道，這個管道應(yīng)該具有多核GPU或?qū)ｉT的能夠處理高級人工智能算法的視覺硬件。比如智能相機(jī)SoC可以覆蓋高速無線網(wǎng)絡(luò) （如802.11 ac 2×2）。

　　然而，對于ADAS應(yīng)用程序，基于V2X的蜂窩通信（802.11 p）才是最佳選擇。

　　ELVEES ELISE SoC進(jìn)行視頻分析（芯片上集成了MIPS + PowerVR + Ensigma）

　　對于具有高分辨率顯示和豐富UI的連接家庭設(shè)備，其必須在處理需求、功耗和成本之間進(jìn)行一個適當(dāng)?shù)臋?quán)衡。例如對于智能電視和機(jī)頂盒，其整個系統(tǒng)的成本是主要驅(qū)動因素之一。對于這一類產(chǎn)品，一款具有面積效率以圖像為導(dǎo)向的GPU也許更加合適，當(dāng)然多核CPU或無線處理器也同樣適用。如果系統(tǒng)設(shè)計者可以把數(shù)字電視和無線連接集成在一個單一的SoC-ready方案中，便可以明顯降低成本且不需要為每個協(xié)議采購專用的芯片。

　　另一方面，可穿戴設(shè)備SoC設(shè)計的宗旨是盡量減少功耗。根據(jù)目標(biāo)市場和實例，可以將可穿戴設(shè)備配置為一個獨立的設(shè)備或依附在智能手機(jī)上，因此系統(tǒng)設(shè)計師也面臨著許多重要的系統(tǒng)選擇。這就意味著將無線標(biāo)準(zhǔn)的范圍縮小至藍(lán)牙、Wi-Fi和LTE，并采用CPU和GPU配置以優(yōu)化功耗。

　　Ingenic M200是基于MIPS的超低功耗的可穿戴設(shè)備芯片

　　高密度計算節(jié)點是最近比較火熱的一個類別。目標(biāo)應(yīng)用程序包括綠色運(yùn)算系統(tǒng)（如網(wǎng)絡(luò)和存儲系統(tǒng)、云計算或大規(guī)模數(shù)據(jù)中心），其必須在一個功能強(qiáng)大的外殼中提供超高的性能。

　　高密度計算節(jié)點是異構(gòu)的CPU架構(gòu)

　　通常，高密度計算節(jié)點被定義為一個更專業(yè)的架構(gòu)，其集成了多核CPU及其他硬件加速器（如GPU、DSP、FPGA）用于壓縮、數(shù)據(jù)過濾及其他復(fù)雜的算法。本文不會集中探討SoC，但我想強(qiáng)調(diào)特定功能的多核CPU：硬件多線程。計算節(jié)點SoC的設(shè)計者通常會在啟動多核之前便啟動每個CPU中的各個線程，這樣可以傳輸更佳的性能。這種異構(gòu)的CPU計算方案可以顯著提升面積效率和功效。

　　總結(jié)

　　物聯(lián)網(wǎng)將創(chuàng)造新的商業(yè)模式，解決目前我們面臨的全球性挑戰(zhàn)?？蓴U(kuò)展方案的設(shè)計目標(biāo)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)，并針對一些典型的問題提供解決方案，如：管理無線通信帶寬以平衡控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?、提供充足的本地處理資源以豐富圖形用戶界面或進(jìn)行視頻及圖像處理、控制能耗和效率并確保一定層次的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全。