機上盒正加速轉型影音閘道器，將揭開智慧聯網家庭發展新頁。隨著家庭聯網技術愈趨多元，加上家用智慧型嵌入式系統對網路頻寬的需求急速攀升，機上盒業者已競相轉向更高階的影音閘道器設計，並驅動晶片商開發多核心SoC及UHD影音編解碼方案。
機上盒(STB)可望撕下過渡型產品標籤，以影音閘道器(Gateway)的新產品型式再次出發。因應智慧家庭發展日益蓬勃，機上盒設備製造商正加緊在新產品中擴充有線與無線連結技術，並增添4K×2K視訊編解碼與影音串流功能，讓機上盒成為家中主要的影音閘道器，以及對外連結的樞紐，取代既有纜線數據機和無線區域網路接取設備(Wi-Fi AP)。
隨著機上盒設計型態轉變，包括意法半導體(ST)、博通(Broadcom)等機上盒晶片商皆加緊研發新一代兼容有線與無線技術的系統單晶片(SoC)，全速推進影音閘道器設計成形。不僅如此，PC處理器大廠英特爾(Intel)也看好閘道器應用商機，近期已發動新產品攻勢，並更進一步提出伺服器閘道器(Server Gateway)設計概念，以因應智慧能源、遠距醫療、智慧交通和工業自動化等全面性的物聯網(IoT)建置需求。
取代數據機/Wi-Fi AP 機上盒變身影音閘道器
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| 圖1 意法半導體產品行銷經理陳錫成認為，數位機上盒在智慧家庭中的重要性，將不減反增。 |
意法半導體產品行銷經理陳錫成(圖1)表示，隨著智慧家庭發展日益蓬勃，加上電視內容數位化，多媒體影音串流應用的重要性正與日俱增，進而帶動機上盒業者積極跨足影音閘道器設計，並支援有線/無線聯網技術及4K×2K編解碼功能，以兼容IPTV與OTT(Over-the-top)內容，提供更優異的家庭娛樂體驗。
家庭閘道器依功能層級大致分為家電控制及多媒體影音兩大用途，前者主要搭載微控制器(MCU)和Wi-Fi加藍牙或ZigBee模組，並搭配手持式控制設備，實現家庭智慧照明及智慧能源控制應用；後者則兼備數位機上盒及纜線數據機的完整功能，並導入影音轉碼(Transcoding)及安全條件接取(Conditional Access, CA)機制，可扮演家庭多媒體影音應用樞紐。
陳錫成強調，機上盒兼容有線/無線聯網功能，並轉型成影音閘道器的趨勢已愈來愈明朗，將逐步取代纜線數據機與Wi-Fi網路接取設備等獨立裝置，躍居智慧家庭聯網中心。然而，此類方案須整合多種有線及無線通訊標準，並配合4K×2K大尺寸電視發展腳步，提供相應的影音編解碼技術支援，遂也引發艱鉅的處理器設計挑戰。
有鑑於此，近期意法半導體、博通(Broadcom)和邁威爾(Marvell)等晶片廠均揭櫫多核心機上盒處理器開發計畫，以實現10,000DMIPS以上的運算能力，並強化802.11ac、DOCSIS 3.1等高速聯網技術支援。不僅如此，上述業者亦已開始研發下世代H.265影音編解碼技術，從而提供4K×2K 60Hz畫面更新率(FPS)的視訊解壓縮與轉碼能力。
處理器廠接連出招 四核機上盒SoC戰火熾
鎖定高階機上盒，以及更前瞻的影音閘道器設計商機，博通已搶先導入28奈米製程，打造新世代四核心機上盒SoC方案，並計畫於2014年中正式量產；而意法半導體、邁威爾亦不讓博通專美於前，可望於2014年相繼跟進此一產品研發策略，將機上盒晶片規格競賽推向新局面。
今年消費性電子品牌廠競相推出超高畫質電視，雖然新產品可顯示比1,080p、60Hz畫面更新率(FPS)螢幕細膩四倍的畫質，但也須搭載更高效率的HEVC影音編解碼器(Codec)，因而成為晶片開發商新的競逐焦點。
博通表示，為使機上盒支援超高畫質隨選視訊服務(Video on Demand)、高品質遊戲、社群媒體、網路儲存，以及多螢影音串流應用，進一步躍居家庭環境的主要閘道器，系統業者對內建處理器的性能及整合度要求已更加嚴苛，因而驅動博通加速導入多核心設計，以增強SoC的視訊轉碼、中央處理器(CPU)效能和家庭網路吞吐量。
緊追博通之後，意法半導體也將推出四核心SoC方案。陳錫成透露，2013年9月意法半導體已推出新款雙核心機上盒處理器，並搶先內建DSP-based的H.265硬體編解碼機制，以提高通訊、影音處理及視訊編解碼效率。不僅如此，2014年該公司更將進一步發表整合Wi-Fi晶片的四核心SoC方案，並新增高畫質多媒體介面(HDMI)2.0、第三代通用序列匯流排(USB 3.0)等高速傳輸介面，以及大小顯示螢幕影音格式轉換功能，協助機上盒業者全面優化影音閘道器設計。
無獨有偶，邁威爾亦積極強化Google及中國大陸電視品牌廠的合作，開發支援更多聯網技術及連接介面的下世代SoC。
邁威爾資深行銷經理Steve Liu強調，除了超高畫質視訊處理外，機上盒SoC還要兼容G.hn電力線通訊(PLC)、Gigabit被動光纖網路(GPON)或乙太網路被動光纖網路(EPON)等有線通訊技術，以及802.11ac多重輸入多重輸出(MIMO)、藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)和ZigBee等無線傳輸方案都是極為艱鉅的挑戰，所以邁向多核心設計勢在必行。
也因此，邁威爾正緊鑼密鼓籌備四核心解決方案，以滿足市場需求。Liu透露，該公司下一代機上盒SoC可望採用先進製程，進一步整合HEVC影音編解碼器，並提供更豐富的處理器I/O介面支援，以增進終端裝置的功能擴充彈性。
未來，隨著智慧家庭網路頻寬及資料量持續攀升，機上盒更可望朝家用網路附加儲存設備(NAS)的方向發展，搖身一變成為家庭中的伺服器閘道器。
建構智慧家庭通訊網路 閘道器型態變幻萬千
隨著家庭閘道器功能將日益強大，設計型態也出現更多的變化。目前業界大致劃分兩種形式，一種是以Android、Linux等開放式作業平台為主，兼具數位機上盒、有線數據機和無線通訊功能的產品型態，另一種則是從Windows作業系統的桌上型個人電腦或x86主機板轉型而來的新興閘道器設計模式。
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| 圖2 溫瑞爾亞太區副總裁Namiq Kunimoto表示，即時作業軟體在智慧型閘道器設計中占有重要地位。 |
溫瑞爾(Wind River)亞太區副總裁Namiq Kunimoto(圖2)表示，未來閘道器可望躍居家庭伺服器，掌管所有內部及外部的聯網應用。由於其要求兼容各種通訊協定，並具備強大的運算能力，同時還要符合消費性電子的低成本設計，因此近來已有不少業者考慮沿用「Wintel」的架構，加速開發新一代家庭閘道器，以增闢獲利管道。
高通創銳訊(Qualcomm Atheros)資深業務發展經理任威也指出，看準此一趨勢，許多原始設備製造商(OEM)及網通設備業者皆躍躍欲試，計畫以桌上型電腦主機板設計，快速切入家用伺服器閘道器應用領域，從而插旗新藍海市場，同時擺脫桌機出貨量日益下滑的困境。
事實上，家庭閘道器須因應各種應用市場需求，將採取不一樣的通訊、連接介面設計，因此將形成龐大的供應鏈系統，為半導體業者開闢多元獲利管道。
然而，隨著智慧家庭及物聯網(IoT)環境加速茁壯，Kunimoto也提醒，一旦家庭、企業、工廠和資料中心大量導入閘道器，複雜且多元的網路連接架構，以及數以千萬計的聯網裝置管理機制都須仰賴嵌入式即時作業軟體的支援，才能讓閘道器實現Wi-Fi、2G/3G/4G和ZigBee等各式網路節點的控制與傳輸功能，真正成為物聯網的資訊管控中心，並扮演好串連雲端與感測網路的角色。
Kunimoto認為，未來閘道器軟硬體平台協同運作的重要性將不容忽視，對晶片商、系統廠和軟體供應商而言，很難再透過單打獨鬥的方式實現，必須促成三者技術融合，進一步創造出新的產業鏈合作模式。
搭建雲端/感測網路橋樑 閘道器躍居物聯網要角
看好各種影音或伺服器用途的智慧型閘道器市場潛力，英特爾近期已發動猛烈攻勢，除挹注大量資源優化低功耗凌動(Atom)處理器平台，以及新一代Quark SoC外，亦整合先前購併的McAfee和溫瑞爾兩家軟體開發商技術能量，全力發展適用物聯網環境的閘道器資訊安全防護與即時處理軟體平台，同時還另闢一個新的物聯網解決方案事業群，足見其勢在必得的決心。
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| 圖3 英特爾業務與行銷事業部副總裁暨全球嵌入式事業群總經理Rick Dwyer(左)指出，智慧型閘道器將成為半導體晶片商新的角力戰場。右為英特爾物聯網解決方案事業群總經理Jim Robinson |
英特爾業務與行銷事業部副總裁暨全球嵌入式事業群總經理Rick Dwyer(圖3左)表示，值此物聯網全速推展之際，閘道器的重要性將與日俱增，並將成為串連雲端中心與工業自動化、能源管理、運輸系統、智慧家庭、個人行動裝置及穿戴式電子等各個感測網路節點的主要橋樑，從而將行動網路、物聯網環境的所有資料匯流至雲端平台，發揮巨量資料(Big Data)最大的商業利用價值。
Dwyer強調，為搶占市場先機，該公司近期已同步發表伺服器應用等級的Atom E3800處理器，以及專攻低功耗、小尺寸物聯網裝置的Quark SoC，並導入強大的繪圖與影像訊號處理效能，以及支援錯誤校正碼(ECC)、工業級運作溫度和整合型安全防護平台等功能，以全方位滿足智慧型閘道器開發與各層級物聯網環境建置需求。
英特爾物聯網解決方案事業群總經理Jim Robinson(圖3右)補充，由於現今物聯網裝置超過85%建構在既有網路基礎上，為避免大幅度更動網路建設，因此需要新的連接方案來解決互通性問題。
舉例來說，愈來愈多再生能源開始上線營運，管理能源輸送的工作將變得非常複雜，因此，英特爾正與大型電力與瓦斯輸送網營運商Westfalen Weser Energie合作，針對其再生能源轉運站設計與布建各種閘道器，以連結既有的控制或通訊裝置，並擷取與分析資料交由雲端平台即時因應處理。
整體而言，物聯網市場產值可望在10年內成長至數兆美元規模，驅動整個半導體和通訊設備產業邁向新的高峰。
其中，不僅硬體平台的換新需求有助活絡通訊相關產業，掌控設備資訊管理的安全和即時處理軟體解決方案更是物聯網發展不可或缺的一環，英特爾正和McAfee及溫瑞爾合作克服這項挑戰，並已提出整合預認證軟硬體平台的智慧型閘道器解決方案，將在裝置與雲端之間提供共用介面，以進行無縫通訊。