IC芯片設計,到底該如何演進及變革

2017-08-08 by:CAE仿真在線來源:互聯網

物聯網(IoT)是將日常生活萬事萬物都可無線鏈接上網絡的一個統稱,但在整體物聯網領域中所包含的終端技術非常多且復雜,因此并沒有單一的芯片或裝置技術能夠含括整個物聯網領域的需求,顯示這是一個集眾多技術、服務以及市場在一身的龐大科技領域。所有這些均連結至互聯網,未來隨著物聯網定義的持續演進,物聯網架構設計也將持續見到演進及變革。

智能家居等物聯網終端應用領域,成為一龐大資料搜集區塊。法新社據Semi Engineering網站報導,物聯網領域與移動裝置領域或其他科技應用領域不同的是,移動裝置等領域更適合于單一特定應用并重復使用之,物聯網領域則有更多的一般目的版本,在部分情況下將會進行具體的設計,并試圖針對其他市場領域再度運用。由于物聯網領域更加廣泛、規模也持續在增加,因此未來將可見到針對特殊應用的更多特殊設計問世。

為了描述出一個完整的物聯網體系,將需要建構一個三層的架構,其一包含服務器與云端零組件、其二為介于物聯網邊緣裝置(edge device)與云端之間的網關零組件,其三則是作為真實世界與網絡之間鏈接的物聯網邊緣裝置,此即各類終端物聯網產品,如智能家居產品線等。

雖然上述過程看似有其邏輯性,不過在物聯網邊緣裝置方面,許多情況下卻是由效能較差的傳感器來搜集數據,再傳送這些資料至云端供進行分析處理,有時候甚至傳送速度太慢以至于無法將全數數據上傳云端,這便形成了為物聯網設計芯片或傳感器時變得非常困擾的情況。

一方面這些物聯網邊緣裝置成本不能太高,但在部分物聯網市場又需要這些裝置不僅具可靠性又必須安全,且還必須符合大量標準規范,如在汽車領域還必須符合諸如ISO 26262等多項標準、在工業物聯網(IIoT)領域符合OMAC及OPC等工業標準等,這些都為物聯網裝置在正式問世前增加許多成本及時間。

特別是在移動電子領域,這些物聯網系統設計上還需要非常省電及延長電池續航力,這就需要復雜的電源管理技術,如此也將進一步提高成本及復雜性,更不用提這些裝置需要具備足夠的效能完成任務。

為了在降低成本且維持效能情況下開發適合物聯網邊緣裝置搭載的芯片及傳感器等零組件,運用摩爾定律(Moore’s Law)將微處理器持續微縮,如將物聯網芯片從現行55納米及40納米技術水準,提升至40納米及28納米水平,將有助于降低成本。

若要提升安全性,芯片設計也必須改進至采用32位;另如將多個傳感器封裝至單一叢集以創造規模經濟,也是一個能夠降低成本的方式。畢竟這些邊緣裝置必須針對各日常生活應用領域客制化設計與打造,存有各式復雜的設計要求,甚至有時存在著高量產需求,因此壓低成本將有其幫助。

隨著邊緣裝置搜集到更多數據,網關會無法負荷將如此大量數據都傳送至云端、再由云端進行分析處理的任務,這也因此對中階運算平臺形成需求性,這類平臺適合介于云端與邊緣裝置之間,可成為智能或簡單的網關、或是作為邊緣服務器等。

此外,讓邊緣裝置導入人工智能(AI)芯片直接就近處理大量數據、無需再上傳數據至云端,也是解決此一問題的辦法之一,前提是要開發出具足夠處理分析能力的AI芯片。云端接收到的邊緣裝置搜集數據往往不一致且龐大,這類資料可能在AI上作為模式識別的一部分,或只能進行不適合于量子化學軟件Gaussian分布的像差篩選。

為解決此問題,芯片制造商與系統業者開始為邏輯與傳輸量設計全新的架構,在同樣情況下將部分處理過程轉移至網絡中,或甚至導入各類型內存。

上述三層架構裝置將以連網形式作業,安全問題也成為愈來愈重要的課題、必須加以防范,因而需要在架構層級就予以解決,若裝置由更多分散零組件打造,安全防護問題將變得更困難,因此若能將所有零組件功能整合至單一芯片,將有助減少遭網絡攻擊風險。

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