推進物聯網應用發展　M2M模組整合感測器勢起

智慧連結感測器將躍居物聯網(IoT)機器對機器(M2M)應用設計要角。從近期Google大灑32億美元銀彈，購併家庭無線感測與監控方案供應商--Nest的案例可窺見，感測和無線聯網技術已成為大廠布局物聯網的關鍵拼圖，因而吸引眾多無線/感測晶片商，以及M2M模組業者競相發展新一代整合多元感測器和無線聯網方案的智慧連結感測器(Smart Wireless Sensor)，以搶占市場商機。

事實上，現有物聯網設備已透過無線M2M模組搭配感測器，實現環境監控、分析等應用，然而，分散式感測元件並不符合成本效益，也難以達到系統廠對產品性能及體積的要求，遂開始有M2M模組廠醞釀以系統封裝(SiP)等技術，直接在模組中整合感測器。

下一階段，晶片商則醞釀打造更高整合度的感測器系統單晶片(SSoC)，並將透過3D封裝技術，開發整合光學/環境/生物感測器、低功耗無線收發器和類比混合訊號(Analog Mixed Signal)方案的智慧連結感測器，以全面強化物聯網設備的感測、資料轉換和傳輸功能，加速推展M2M應用服務。

智慧連結感測器助攻　物聯網發展更有感

圖1　奧地利微電子光感測器暨照明部門策略發展副總裁Sajol Ghoshal提到，SSoC將有助模組和系統廠以更快速度和更低成本實現物聯網感測機制。

奧地利微電子(ams)光感測器暨照明部門策略發展副總裁Sajol Ghoshal(圖1)表示，物聯網裝置須常時運作，並能擷取環境及使用者資訊，再連結雲端平台或行動裝置實現智慧化應用，因此首重感測、聯網與電源管理設計。為卡位物聯網商機，晶片商和模組廠無不加足馬力強化相關產品陣容，並考量系統廠縮減成本的需求，投注大量資源開發高整合SoC及無線M2M模組，期促進物聯網設計一次到位。

看好感測器商機發展潛力，Ghoshal透露，奧地利微電子除持續擴展溫/濕度、光學和氣體(一氧化碳或二氧化碳)感測器陣容外，並正展開次世代智慧連結感測器研發計畫，將整合多元感測器、低功耗無線收發器、類比前端方案，甚至再加入近距離無線通訊(NFC)安全機制、無線充電和能源採集(Energy Harvesting)支援功能，搶進物聯網感測應用市場。

Ghoshal進一步分析，智慧連結感測器牽涉自適應能源管理、類比混合訊號和RF連結等複雜設計要求，單純整進M2M模組仍不免影響系統成本和占位空間；因此該公司計畫以3D矽穿孔(TSV)晶圓級封裝(WLP)技術打造SSoC，以單晶片的架構融合光學/環境感測、資料轉換、聯網和電源管理功能，進而減輕物聯網感測系統布局複雜度和物料清單(BOM)成本，促進後端應用服務降價並快速普及。

圖2　意法半導體執行副總裁暨大中華與南亞區總裁Francois Guibert認為，如何實現類比與數位方案的整合設計，將是晶片商在物聯網市場的決勝關鍵。

與此同時，意法半導體(ST)也致力推展類似的智慧型感測系統解決方案，將整合多軸微機電系統(MEMS)感測器、低功耗微控制器(MCU)、無線區域網路(Wi-Fi)或藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)無線聯網、電源管理和類比資料轉換機制，以幫助M2M模組廠和系統業者精準命中各種物聯網應用開發要求。

意法半導體執行副總裁暨大中華與南亞區總裁Francois Guibert(圖2)表示，該公司擁有完整的類比和數位半導體技術陣容，考量穿戴式電子、無線感測節點(WSN)等物聯網設備須具備感測、低耗電和聯網功能，同時還要兼顧小尺寸、低成本設計，因此正透過旗下晶圓廠研究類比和數位晶片整合製程，期加速實現面面俱到的智慧型感測方案。

另一方面，隨著物聯網日益成熟，系統廠和M2M服務供應商對感測器功耗，以及資料安全性也將更加重視，Ghoshal認為，感測晶片商和模組廠應盡早布局NFC技術，以確保物聯網設備的使用者認證與資料竊取防護功能；同時，相關業者也須開發無線充電和能源採集方案，讓具備多元感測功能的物聯網裝置能擁有更長使用時間。

Ghoshal更提到，穿戴式裝置將掀動另一波生物感測器導入需求，為晶片商挹注成長動能；不過，未侵入性生物訊號須採用與現有感測方案截然不同的類比混合訊號處理機制及演算法，而穿戴裝置對晶片尺寸要求又非常嚴格，因此也將引發新的感測器電路、封裝及軟體設計挑戰。對此，該公司率先投入發展3D結構的SSoC，可望實現多功能整合、小尺寸和低成本優勢，迎合下世代物聯網產品發展趨勢。

備戰M2M應用市場　感測/無線晶片商掀整併潮

智慧連結感測器熱潮方興未艾，可望驅動新一波處理器、感測器和無線晶片商整併潮，將為物聯網產業引發新的化學效應。為取得Wi-Fi、藍牙矽智財(IP)和相關軟體堆疊(Software Stack)技術等關鍵的物聯網市場進入門票，微芯(Microchip)、愛特梅爾(Atmel)和CEVA等晶片開發商，近期接連發動無線晶片或IP供應商購併攻勢。

以微芯為例，其已具有MCU、環境感測器、射頻(RF)、電源管理和功率半導體等產品線，今年5月宣布購併Wi-Fi和藍牙解決方案供應商--創傑後，可望再添無線聯網方案技術優勢；近期該公司也推出新一代藍牙4.1模組，可搭配MCU快速開發低功耗無線連結系統，未來則將研發整合度更高的無線MCU，滿足物聯網設備微型化、低成本設計需求。

Atmel亦於今年7月購併Newport Media，擴張低功耗Wi-Fi和藍牙技術實力。Atmel總裁兼首席執行長Steve Laub表示，此將有助該公司擴展既有Wi-Fi和ZigBee無線產品組合，增加藍牙低功耗研發能力，並可望整合至MCU，提升在物聯網M2M市場的競爭力。

至於CEVA也在近期購併Wi-Fi和藍牙IP供應商--RivieraWaves，用以強化無線設計實力，以迎接下一波物聯網設計浪潮。

顧能(Gartner)無線研究部門副總裁洪岑維指出，無線通訊牽涉複雜的射頻晶片製程、天線和電路布局知識，與電源管理、感測器和數位邏輯晶片設計大不相同，對晶片商而言，設置另一個研發團隊不僅所費不貲，且不一定能快速開發出符合業界認證的無線產品；因此，MCU和數位訊號處理器(DSP)業者遂開始藉由收購無線晶片或IP供應商，以加速進軍物聯網市場。

洪岑維更強調，儘管目前市場上仍有許多獨立的Wi-Fi/藍牙晶片商，不過，基於物聯網邁向高整合、微型化設計的趨勢，處理器、感測器和無線聯網模組的分散式架構將愈來愈不吃香，預料晶片商的整併動作將在未來幾年持續發酵。

值得注意的是，看好無線方案強勁的市場需求，許多無線IP供應商新秀，如RivieraWaves(已被CEVA購併)等，近來也頻頻冒出頭，並積極拉攏缺乏相關技術的MCU業者，期大啖物聯網商機。然而，洪岑維分析，無線IP商業模式將面臨諸多挑戰，尤其無線設計須考量類比前端、通訊協定和軟體堆疊，並不像數位邏輯方案容易複製，並快速導入生產，因此後續的發展仍有待觀察。

M2M應用風潮帶動　半導體需求扶搖直上

顯而易見，感測器、無線聯網、低功耗處理器和電源管理技術已成M2M應用推手，出貨量將與日俱增。Gartner預測，全球物聯網裝置將從2009年的九億台，激增至2020年的兩百六十億台，成長高達三十倍；同時，物聯網設備產值和服務商收入將超過3,000億美元，為供應鏈業者挹注成長動能。

Guibert強調，物聯網就是利用感測器、即時運算和無線網路等技術，實現更智慧化、更簡易使用的聯網產品，因此半導體業者將率先受惠(圖3)。舉例來說，手表過去僅用來計時，現在的智慧手表可與手機連結，提供第二顯示螢幕和即時事件提醒等用途；電源插座以往只能傳送電力，導入MCU、感測器和無線聯網晶片後，就能與家庭閘道器(Gateway)或行動裝置進行M2M對話，顯示精確的耗電資訊，足見半導體技術在物聯網M2M應用中將無所不在。

圖3　物聯網的發展將為半導體業者帶來新的發展契機。