物聯網處理器五大型別應用分析指南

物聯網是一個快速發展的行業，其締造了一個處處相連的世界，使數十億裝置之間及裝置與人之間得以自由互通。對於2020年時物聯網裝置數量的預估，各方態度不一，如林利集團保守估計這個數量為60億，而英特爾提供的資料2000億則更為驚人。

物聯網市場充滿商機，在我的另一篇文章中會針對物聯網市場進行探討。本文我將集中談論整合了感測器、處理器和連線性的物聯網新裝置，包括可穿戴裝置、手機或家庭娛樂裝置及連線汽車、智慧農業、能源、醫療和其他M2M應用程式。

部署在連線裝置內部的處理器型別在很大程度上受到目標應用程式所需的感測型別的影響。例如，一些裝置只對溫度、溼度、壓力或重力等資料集進行有限的處理，然而更復雜的系統卻需要處理(多個)高解析度的聲音或視訊流。

最近，許多消費類及工業物聯網裝置重新啟用半導體產品，這些產品的設計初衷原是針對移動或嵌入式應用市場。越來越明顯的是，物聯網市場被細分為五大類別(如下所示)。因此在多個細分市場中，相比重用舊的解決方案，為每個不同的物聯網裝置類別定製SoC則更具有優勢。

儘管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，因為絕大多數的物聯網裝置都需要某種形式的無線連線，所以在晶片上整合無線基帶已逐漸成為慣例。通過在Soc上整合多個通訊標準如Wi-Fi、藍芽或蜂窩資料，整體的BOM成本以及功耗將明顯降低，使得更多可用裝置的電池使用壽命更長。

其次，在系統層便實現硬體安全效能可使建立的技術框架經受住未來的考驗，而這正是物聯網裝置所需要的，其可以確保消費者及公司的敏感資料和應用程式將不會面臨風險。

讓我們詳細地瞭解五大型別的物聯網裝置。

智慧感測器和低功耗M2M應用程式

智慧感測器實際上是連線微控制器，為感測整合了各種不同的模擬介面。CPU效能需求通常是50~100 DMIPS，而連線包括節能標準，如低功耗Wi-Fi (802.11 n或802.11 ah)、智慧藍芽、低功耗蜂窩(如Cat-M LTE)或基於802.15.4的協議(如ZigBee，、Thread、6LoWPAN、Z-Wave等)。

　　Standing Egg設計了一款基於MIPS的MCU用於感測器融合和M2M應用程式

連線音訊和視訊

連線音訊也是一大型別的物聯網裝置，其範圍廣泛，從基於藍芽的揚聲器到高階家庭影院系統(如條形音響)無不囊括。由於目標應用程式不同，從300~500DMIPS的高效能MCU到1000DMIPS面積優先的應用處理器，CPU均需要處理。就連線性方面而言，大多數無線音訊應用程式的半導體裝置都整合了藍芽(經典或智慧)及Wi-Fi。

　　JBL Go Smart是一款基於MIPS的連線揚聲器

是否選擇特定的802.11協議取決於目標應用程式。例如，與亞馬遜Echo Dot類似的連線揚聲器不需要802.11 n Wi-Fi。對於更復雜的設定(即多空間、多渠道的杜比全景聲家庭影院)則需要802.11ac，以確保有足夠的頻寬來滿足整個網狀網路。

連線視訊片段是指類似於Chromecast的裝置及分別用於視訊流的連線相機或用於視訊錄製的IP相機。IP相機通常有一個基礎的UI，因此不需要可以渲染3D影像的嵌入式GPU。

　　Quanta WebRTC IP相機支援VP8及H.264編碼，並整合了MIPS CPU

IP相機晶片的內部結構看起來與連線音訊SoC 非常相似——其唯一顯著的差別是在晶片上整合了視訊引擎並具有無線連線介面(如乙太網)。與此同時，無線顯示便是終端介面，其僅僅顯示了更為複雜智慧裝置的表面。

高效能運算裝置

多媒體裝置需要的是一款具有處理當下複雜工作所需的全方位處理能力的應用處理器，這需要整合多核CPU、強大的3 D影像、多重標準的視訊編碼器和解碼器並具有全方位的連通性。同上述幾大類別的裝置一樣，其每個晶片的具體配置如何則取決於特定的應用程式。

例如，大多數視訊分析平臺對資料進行本地化處理後再傳送至雲端。因此，這些系統需要一個非常強大且高度整合的多媒體管道，這個管道應該具有多核GPU或專門的能夠處理高階人工智慧演算法的視覺硬體。比如智慧相機SoC可以覆蓋高速無線網路 (如802.11 ac 2×2)。

然而，對於ADAS應用程式，基於V2X的蜂窩通訊(802.11 p)才是最佳選擇。

　　ELVEES ELISE SoC進行視訊分析(晶片上整合了MIPS + PowerVR + Ensigma)

對於具有高解析度顯示和豐富UI的連線家庭裝置，其必須在處理需求、功耗和成本之間進行一個適當的權衡。例如對於智慧電視和機頂盒，其整個系統的成本是主要驅動因素之一。對於這一類產品，一款具有面積效率以影像為導向的GPU也許更加合適，當然多核CPU或無線處理器也同樣適用。如果系統設計者可以把數字電視和無線連線整合在一個單一的SoC-ready方案中，便可以明顯降低成本且不需要為每個協議採購專用的晶片。

另一方面，可穿戴裝置SoC設計的宗旨是儘量減少功耗。根據目標市場和例項，可以將可穿戴裝置配置為一個獨立的裝置或依附在智慧手機上，因此係統設計師也面臨著許多重要的系統選擇。這就意味著將無線標準的範圍縮小至藍芽、Wi-Fi和LTE，並採用CPU和GPU配置以優化功耗。

　　Ingenic M200是基於MIPS的超低功耗的可穿戴裝置晶片

高密度計算節點是最近比較火熱的一個類別。目標應用程式包括綠色運算系統(如網路和儲存系統、雲端計算或大規模資料中心)，其必須在一個功能強大的外殼中提供超高的效能。

　　高密度計算節點是異構的CPU架構

通常，高密度計算節點被定義為一個更專業的架構，其整合了多核CPU及其他硬體加速器(如GPU、DSP、FPGA)用於壓縮、資料過濾及其他複雜的演算法。本文不會集中探討SoC，但我想強調特定功能的多核CPU：硬體多執行緒。計算節點SoC的設計者通常會在啟動多核之前便啟動每個CPU中的各個執行緒，這樣可以傳輸更佳的效能。這種異構的CPU計算方案可以顯著提升面積效率和功效。

總結

物聯網將創造新的商業模式，解決目前我們面臨的全球性挑戰。可擴充套件方案的設計目標是物聯網裝置和系統，並針對一些典型的問題提供解決方案，如：管理無線通訊頻寬以平衡控制和資料傳輸的需要、提供充足的本地處理資源以豐富圖形使用者介面或進行視訊及影像處理、控制能耗和效率並確保一定層次的網路和資料安全。

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本文轉自d1net（轉載）