全球嵌入式技术和物联网发展趋势

elexcon深圳国际电子展 2017-03-14 投诉

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回顾已经过去的2016年,嵌入式技术和物联网发展迅速,嵌入式技术在巩固传统应用的基础上探索新兴市场，物联网（IoT）是其中最具有广泛性的应用市场,在以创新推动的新技术革命中,物联网无疑将带给产业更大的变革性与破坏性,它使我们能够将数字世界与物理世界紧密连接,对企业接触客户的方式,创造新的服务带来深远的影响.

2017年已经到来,嵌入式和物联网技术将是一个怎样的发展趋势,笔者做一个简要的分析和总结 ~

一、并购对嵌入式处理器发展产生深远影响

过去一年和未来一段时间，芯片供应商仍然渴望通过并购削减成本进一步增加利润。芯片供应商需要在当前产品上留出足够的利润为下一代产品研发提供资金，并且随着成本的增加，他们需要找出如何提高回报率的方法。最近我们看到的这些并购包括Quallcomm 与NXP、Microchip与Atmel 和Renesas和Intersil ，这些并购需要1-2年的时间的整合和消化，所以从短期看并购会影响嵌入式处理器技术和市场的发展，但是从长远看并购将有益于物联网技术和系统的推广和普及。因为物联网应用要求处理器设计要提供面向最终用户和应用程序的解决方案，物联网应用的芯片设计强调功率效率，安全性，开发工具易用型和成本降低，这些都需要芯片供应商在研发上投入资金，研发出集成度更好、软件支撑更好的嵌入式处理器（包括微控制器）解决方案，相信在2018年业界可以看到更多创新性的嵌入式物联网芯片解决方案。

并购将引导嵌入式处理器向物联网应用垂直市场发展，芯片市场领导者将他们的重点转向高增长的市场机会，比如汽车辅助驾驶（ADAS）、自动驾驶、机器视觉、人工智能（AI）和5G。针对这些垂直市场，领先的芯片供应商也已经采取收购战略，比如最近三星收购哈曼进入汽车市场、Intel 收购Movidius 打入机器视觉市场，Movidius 是一家创业公司，机器视觉芯片已经应用在大疆无人机和谷歌Tango AR 手机上，炽手可热。虽然这些垂直市场规模目前还很小，但是未来有极大的商业机会，芯片公司不愿意放弃这些机会，芯片更是在垂直市场的并购还将会持续下去。

物联网将侧重于低成本，低功耗和功率效率，现有嵌入式处理器和微控制器（MCU）产品的性能足以满足大多数物联网应用。大多数嵌入式应用不需要最高的性能，他们需要最佳的功率效率和最低的功耗。领先的嵌入式处理器供应商将继续针对目标应用，提供最佳集成度和功率效率，并具有合适的尺寸芯片产品。

曾经借助8位单片机成功上位的微控制器（MCU），经过多年的磨练，迎来物联网发展浪潮。32位微控制器在低功耗和永远在线的物联网系统中都将占据重要的版图，针对物联网市场的MCU发展势头不会降低，微控制器集成度越来越高，软件平台将越来越丰富，处理器与传感器和云端的结合将越来越紧密。

嵌入式处理器和微控制器是嵌入式和物联网系统的核心部件，目前ARM是这个市场的领导者，基于ARM 处理器核的微控制器和处理器占据绝大多数嵌入式和物联网市场份额，随着机器视觉、虚拟现实和人工智能等创新技术的兴起，GPU的作用和影响力越来越大，不容小视。物联网的普及带动了低功耗计算和无线网络的发展，未来在这个领域将会出现全新的处理器技术和商业模式，人工智能（AI）将计算需要进一步提升，嵌入式边缘计算对于优化计算能力，实时性的提高发挥巨大的作用，亚马逊的Alexa就是一个例子，物联网和人工智能将推动新型处理器架构的研发和应用，开源硬件（包括开源芯片）将是一种发展趋势。

二、并物联网云平台进入成熟期

云计算有三种方式：软件即服务（SaaS），平台即服务（PaaS）和基础设施即服务（IaaS），物联网云平台是云计算PaaS 的一种应用。物联网云平台（IoT Platform）的架构如下图1所示。物联网设备（Device），通过蓝牙（Bluetooth）和Zigbee 无线通信链路与设备网管（Device Gateway）或者智能手机通信，然后再通过WiFi 和 4G/LTE 通信网络与物联网云平台连接，它借助公有云IaaS的基础云服务，为物联网设备提供接入到运营管理全生命周期服务的能力。

图1 物联网云平台

目前国外知名的物联网云平台有亚马逊AWS IoT ，微软的Azure IoT 、通用电气的Predix IoT（见图2）、IBM Watson IoT 和PTC IoT(ThingsWork)平台。国内的物联网云平台有中国移动OneNet、广州机智云和阿里智能云，开源物联网云平台有Kaa和 Eclipe kura 项目。

图2 通用电气的Predix IoT平台

传统的企业软件公司比如Oracle 、SAP 和Redhad 也在研发针对企业应用的物联网云平台，他们的触角已经进入物联网传感器领域，国外也称为Enterprise IoT ，针对企业应用的IoT市场在今后1-2年会快速发展，比如企业的联网汽车、智慧城市和智能工业项目，传统的企业软件公司会通过构建生态环境率先在1-2个垂直市场打开局面，然后再逐渐拓展应用领域。

三、物联网操作系统异军突起

随着开源软件越来很成熟，嵌入式系统已经大量采用开源软件，比如Linux操作系统。除了汽车电子、航天和国防等安全和可靠性要求的领域继续保持较快的发展速度，传统的嵌入式操作系统增长缓慢，缺少可以盈利的商业模式。随着物联网云平台的发展，嵌入在设备端的操作系统也正在和云平台结合，形成一个全新的物联网操作系统（国外也称为 Operating System for Internet of Things）。目前已经有的物联网操作系统有ARM mbed OS（见图3）、谷歌的Android Things 、微软的Windows 10 IoT Core、华为的LiteOS 和庆科Mico OS。

图3 ARM mbed OS 应用示意图

尽管科技巨头们在力推物联网操作系统，开源软件在未来还将活跃较长一段时间。如FreeRTOS（智能手表鼻祖Pebble和许多物联网设备都使用了FreeRTOS）、TinyOS 等等。这是因为物联网系统需求不明确、，商业模式不成熟，加上物联网操作系统技术在发展之中，还待在产品中验证，部分用户会倾向于选择开源软件去定制适合自己的物联网操作系统。

四、物联网安全任重道远

2016年10月21日美国境内包括亚马逊，推特在内的大规律网络瘫痪，起因是DNS服务商Dys 遭到DDos攻击，Dys 发布声明称幕后可能是10万个感染了Miral 恶意软件的IoT设备，这让广受关注的IoT安全推上风口浪尖。10月26日美国安全研究团队Shellphish 在极客大会表演破解华为P9 lite 手机指纹解锁的功能, 以及2015年杭州某视频监控设备企业安全门事件，物联网设备安全问题越来越受到关注。

此前，智能产品制造商只是考虑保护他们的设备的功能安全和它们所产生数据的安全，即使是这个要求，设备制造商，特别是消费类电子产品，许多是完不成这个任务的。现在他们被要求帮助保护设备和网络，甚至不属于他们自己的客户的安全性，更加困难的是，物联网安全设计目前还处在正在探索阶段，目前还没有很成熟的设计和实现方法。

嵌入式系统安全的另外一个层面的含义是嵌入式设备的功能安全（Functional safety），汽车电子、工厂自动化、工业仪控、轨道交通信号、智能电网等工业物联网（IIoT）相关领域对功能安全的需求最为迫切，这个方面的设计和实施方法也比较规范，商业公司也有成熟的软件和工具，可以提供项目咨询和服务。

2017年将是嵌入式和物联网技术在调整中发展的一年，随着芯片公司并购后的整合逐渐完成，部分物联网应用将落地开花并成形成规模。2017年窄带物联网技术（LPWAN）发展迅速，LoRa、Sigfox和NB-IoT几个标准的芯片、平台和网络齐头并进。中国刚刚宣布了已经在北京怀柔建设了全球最大的5G试验外场，可提供端到端的测试环境，将有助于促进5G标准的形成和产业发展。5G标准的物联网关键技术之一， 5G中低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是 5G 新拓展的新方向。

2018年将迎来嵌入式和物联网技术有突破性发展的一年，操作系统技术、网络安全技术针对物联网应用的研发和优化将日趋成熟，处理器技术在虚拟现实和人工智能快速发展带动下将会有耳目一新的发展，在新一代网络技术支撑下，物联网发展将迎来高速发展新时代。

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