工业和信息化部主管 中国电子报社主办
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物联网

可穿戴设备热潮引爆微型MCU应用市场

可穿戴设备市场持续发烧,根据Cisco研究指出,2015年全球穿戴式应用产品将有250亿美元市场,预料2020年穿戴式市场将呈现倍翻扩展,面对使厂需求骤增,也吸引越来越多芯片业者积极投入适用于可穿戴设备需求设计的微控制器解决方案。

随着穿戴式产品不断翻新,各式新颖造型的穿戴产品推陈出新,目前已有Samsung、Sony、Google、Apple、Qualcomm、 Intel、Freescale等国际大厂竞相推出穿戴设备、或是适用于可穿戴设备使用的解决方案,尤其在2014年的CES(Consumer Electronics Show)展中以Wrist Revolution及Fashion Ware两大展区大规模呈现穿戴科技产品,也等于宣示了2014年可穿戴设备市场即将爆发的信息。

医疗级穿戴设备要求高

检视目前可穿戴设备样态,主要有两大产品类别,一是结合远距医疗、生理资讯监控用途,另一种是以运动与个人健康管理用途为主的个人生理状态感测器, 除此之外还有新颖的智能手表、智能饰品等特殊产品,当然这些智能手表、饰品,也大多具备部分配戴者生理状态感测功能,而不只是单纯的智能手表或是饰品用途。 智能手表、智能腕带等可穿戴设备也和智能手机一般,感测功能越来越多元,使用针对穿戴应用优化的感测模组将可减省开发时间 穿戴式应用越来越热门,芯片业者除加紧推出对应MCU解决方案,也透过赞助世界级运动赛事打响知名度。

远距医疗类型穿戴式产品,由于产品需投放于医疗应用市场,较属于垂直整合形市场产品,另医疗设备在安规与检测要求较3C用品而言相对严苛,一般业者 并不容易进入医疗电子市场,而仅具个人健康管理、生理资讯监控用途的穿戴设备,因为较不涉及医疗用途,也是目前穿戴设备厂商积极投入的应用市场。

穿戴式解决方案 需满足低功耗、低成本要求

而智能产品穿戴化的发展方向,也将产品的样态进一步限缩在必须能够让配戴者无负担、长效电池寿命等功能要求,这也代表着穿戴式产品需要在极轻重量下维持基本运作与感测效能。

虽然目前可用的运算平台,大多能在功耗表现、运算性能、产品尺寸上满足穿戴产品的开发需求,但实际上面对智能手表产品开发,仍会遭遇许多困难的技术 整合问题。以智能手表产品观察,目前智能手表已有Sony、Samsung、Google与少数几个新创业者较积极投入,智能手表产品在目前亟需改善的技术瓶颈相当多,例如,如何让电池续航力可以达到2~3天以上连续使用而不需充电、显示屏幕如何能在户外清晰可辨、手表外壳制作水准如何达到饰品等级等。

ARM MCU具发展穿戴应用潜能

在电池续航力部分,现有智能手表大多使用ARM基础的整合芯片,耗电量极低,反而是在显示屏幕的功耗问题较难解决,以现有市售产品观察,穿戴式智能手表主要应用E-Ink、OLED、LCD三种小尺寸显示器为主,其中OLED可在无背光模组条件下运行,可将显示屏幕厚度大幅压缩目前也成为彩色显示智能手表的主流屏幕选项。

但在彩色化显示屏幕的智能手表产品,虽然彩色效果更吸引人,但实际上也导致电池续航力大多仅能维持1~2天不等效能,对于穿戴式产品的电池续航力要求大多仅算是基本达标效果,电池效能改善方面仍有相当多可以改良之处。

除功耗问题外,智能手表在运作核心仍处于初步开发阶段,不像平板电脑、智能型手机使用之嵌入式系统已有多年开发基础,即便Google最近才释出针对穿戴应用建置的嵌入式系统,但实际上相关开发资源与系统平台优化仍需时间进行。

智能手表产品挑战大 然售价过高影响市场扩展

智能手表需要改善的地方不只功耗、系统优化等问题,智能手表在商品化目标还需要一般常规手表进行竞争,也就是说智能手表的产品体积、重量、外型都需要能与一般手表差距接近才能算是一个较完善的穿戴式产品,但目前已推出的智能手表体积碍于需要设置更大的电池与装载功能模组等问题,产品体积大多略大于一般手表,可改善的空间仍相当大。

反观穿戴式的个人运动记录器、智能腕带这类产品,没有手表一定需要表面显示的显示屏需求,市售智能腕带有使用LED、OLED显示矩阵或是小型 LCD设计方案,显示屏幕不须呈现大量资料,仅需要显示如累计步伐、运动参数等,屏幕消耗的电能相对较少,仅需在平台、系统与显屏进行设计节能优化,产品 大多能达到3~5天的电池续航力,相较智能手表更能满足用户的长期配戴记录生理资料需求。

智能腕带成本低、产品多样 成穿戴产品市场爆发重

也由于智能腕带的功能单纯,较无智能手表般需要能与智能手机连线呈现如短信、电子邮件、SNS(Social Network Services)信息等加值应用,因此在嵌入式系统选择方面可以朝更简化的系统平台选择。综观目前可穿戴设备产品主流,以智能腕带在产品特性上较能满足 终端用户需求,尤其是新颖的应用整合、低终端售价优势,较具市场爆发性成长空间。

若以极低功耗、低成本方向思考,目前可用的智能运算平台,仅有ARM MCU微控制器平台具备较佳导入优势,加上ARM架构在运行功耗表现佳,嵌入式系统除可使用智能型手机常见的Android平台,也有大量Linux或是 其他嵌入式系统平台开发资源可选,开发条件相对弹性与多元,甚至智能腕带本身的功能即相对有限,在开发产品方面也不会有太大的韧体升级或储存空间扩充需 求,甚至也可减省无线网路、或是低功耗蓝牙无线传输的整合需求,使智能手环的产品成本优势更高。

芯片厂商纷推出解决方案平台 抢攻穿戴医疗应用市场

综观智能穿戴设备的产品要求,基本上不脱离微型化、低功耗、互联性与感测组件整合等要求,尤其是穿戴式产品以人体配戴应用为主,产品必须达到重量与体积极小的状态才能满足产品设计要求,也有越来越多微控置器业者针对穿戴应用整合开发应用平台,让产品开发商可以快速地在应用平台上建构产品所需功能。例如Freescale就推出号称针对可穿戴设备设计的WaRP平台,在成本、体积、功耗等表现进行设计优化。 WaRP平台在体积微缩设计方面,WaRP的开发板面积仅38x14mm,运行功耗优化运用复合功耗管理架构,选用目前运行功耗最低的ARM Cortex-A9搭配Cortex-M0+整合的sensor Hub架构,同时WaRP平台还可选用LCD显示屏或是功耗更低的的E-Ink显示屏幕,同时在平台网通架构上支援Wi-Fi、Bluetooth 4.0无线通讯。

除了Freescale的WaRP平台外,STMicroelectronics则看好穿戴医疗市场,目前成立穿戴医疗团队积极以软硬体与系统整合优势,抢攻健康医疗穿戴应用市场;此外,手机芯片大厂Qualcomm,在2011年也成立了Qualcomm Life积极投入健康医疗智能化市场,准备善用自家对无线通讯核心技术的掌握优势,切入行动穿戴健康医疗应用市场。

责任编辑:王泽旭


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