減少功率消耗一直是可穿戴設備的努力目標,若再將重要的資料安全防護納入考量,則可穿戴設備的能源管理將變得更加棘手。隨著可穿戴設備與物聯網(IoT)即將在未來幾年內躍升為最大的半導體市場,相關的芯片設計也將出現典范轉移(paradigmshift)。重要的是,設備能源足跡(energyfootprint)如要達到最小化,還需軟硬體相互配合,發展共同設計技術。
據SemiconductorEngineering網站報導,業者為減少功耗、足跡以及物料清單,今日的連線設備已開始從多個無線整合芯片,逐漸朝主要應用處理器整合。在這種趨勢下,針對特定低功率用途的智能型系統單芯片(SoC),將會取代單一的多用途芯片。
低功率設計成為必要條件,適當的能源管理也需在系統層次下進行。舉例而言,物聯網無線感應節點SoC需能應付多種操作模式,為減少能源消耗隨時切換內部資源的運用方式。為達成這個目標,芯片需有能力適應多個功率島(powerisland)、不同形式的基體偏壓(bodybias)、保留模式等各種節能設計。
由于所有節點或多或少都需依賴充電式能源,因此如何使類比區塊達到超節能,便成為重要課題。為使低功耗計量與以低功耗為前提的軟體堆疊緊密結合,還需提出新的設計方式。此外,環境中的RF、光、風等能源,也成為低能量設計下手的目標。
健康手環處理器需隨時分析感應資料,因此無法在工作模式下進入長時間休眠。這時,能夠在低功耗狀態下進行MIPS/MHz高速運算的處理器,便成為這類穿戴設備的首選。微控制器(MCU)的設計中,有很多選項可以達成這個目標,像是暫存器(register)種類選擇、邏輯閘(gatecount)、中斷數量、設計層數,都可進行調整達到所需的結果。
可擴展性(extensibility)是可穿戴設備與一般自動化設備一項關鍵的設計參數,處理器需能連接算數共同處理區塊等大量外部元件,去中心(decentralization)儼然成為低功耗設備主要的設計理念。這代表健康手環的處理器僅需負責核心功能,而藍牙傳輸、數值計算的浮點處理、感應介面的過濾整理功能,都落入擴展的向量范圍。
然而設備的安全防護需求往往與低功耗設計背道而馳,因此還需借助縝密的分析與設計方法,達成完善的系統效能。雖然業者也可透過軟體加強防護功能,但最理想的安全防護仍需與硬體結合。
可穿戴設備可分為時常連線,與偶爾連線兩種。不論是哪種設備,對于電池續航力與安全防護都有相同的需求,但時常連線的可穿戴設備需支援各種通訊形式,因此較類似于物聯網設備。
在耗電與安全防護的雙重考量下,物聯網設備需配合電力相關作業行使明確的安全、通訊、頻率事件設定。隨著物聯網網路成為開放空間,安全防護設計的復雜程度也將再升一級。
目前物聯網低功耗設備的安全防護設計還處于初步階段,但可以肯定的是,最終將會發展出可行的模式與方向。但最大的問題在于,這個模式是否可趕在重大安全漏洞出現之前被提出。新聞辭典:能源足跡能源足跡(energyfootprint)是指,計算在化石燃料燃燒后所產生的二氧化碳排放量,需要多少森林面積凈化。而能源足跡的計算對象,是滿足一個地區的居民消費直接、間接需求的初級能源。故若能降低最終能源消費量,或調整、改善初級能源,皆有助于大幅降低生態赤字。也就是說,只要改善能源足跡,就可改善一個地區對于資源的消耗,廢棄物制造的負荷能力。
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