物聯網大規模應用之下 確保高能效是關鍵

　　毫無疑問，電子產業也許受到巨大而令人興奮的廣闊市場潛力的推動，已非常迅速地發展到人們對物聯網及其支持的生態系統感興趣和開發一系列活動。在許多情況下，這通過令人興奮和使能的硬件和軟件技術刺激了創新。

　　物聯網的“病毒波”是如此之強，以至于它影響到以前無人想到的物體，包括從電動工具、牙刷到植物和牲畜等各種各樣的東西。我們可以把很多物體看成所謂的“數字雙胞胎(digital-twins)”，就像為人們提供的“云-化身(cloud-avatars)”一樣。

　　由聯接的智能對象提供的洞察力使實際行動在效率收益、節省運營成本、改善總體生活質量等方面受益。而且，物聯網有可能對單個網絡中的數十億個物體產生積極影響。為了幫助形象化這一點，想想人類大腦中無數的神經連接。

　　《哈佛商業評論》在2014年11月的幾篇文章中描述了系統、和系統的系統之互聯(Michael E.Porter和James E.Heppelmann所著的《智能互連的產品正如何改變競爭》)。這是“智能”所適用的，變得真實，甚至可能令人恐懼。

　　當今物聯網的簡化視圖如圖1所示。左邊是物聯網中最顯而易見的“聯接的”設備。右邊是我們看不見的區域，但對挖掘性能至關重要。這是人工智能領域；其中有物聯網服務器、硬盤驅動器、云計算、安全檢查等等。

　　能源挑戰

　　物聯網的兩端都有獨特的和截然不同的功耗要求，如圖2所示。

　　用一句話概述，我們有少量的云服務器(相對于物聯網節點數)，它們的功耗要求很高。它們都是一直運行，產生巨大的能源預算。在物聯網生態系統的另一端，我們有大量的終端節點，當它們處于活躍狀態時，功率需求有限，啟動時間通常很短，和需要一種能源。

　　2018年6月，在法國南希舉行的2018年世界材料論壇(World Material Forum)舉行了一次題為“大數據/人工智能促進材料效率(Big Data/AI for Materials Efficiency)”的專門會議。斯坦福大學教授Reinhold Dauskardt的演講稿給出了以下指標：

　　“僅美國的數據中心的年耗電量估計為900億千瓦時。這相當于34個500兆瓦的核電站反應堆，也就是法國核電站發電量的一半(約56座反應堆)。”

　　進一步強調數據中心/云計算服務器資源的電力需求的統計數據顯示，2017年數據中心占全球用電量的3%。可能有些人認為這是個很低的比例，但由于世界對數據的生成、消耗和移動的無止境的渴望，有一種摩爾定律可適用于數據中心的能源消耗，即每四年增加一倍。按照這一速度，如果沒有任何更改，那么理論上說，到2037年，計算機使用的電能將比目前全球生產的更多。

　　Reinhold Dauskardt接著總結道：“未來20年，我們面臨的一個巨大挑戰是通過設計與互聯網相連、與電網斷開的對象來減少物聯網的能源消耗。”它們必須是省電的、自主的，并使用可想到的任何能源，如振動、熱和光。”

　　在終端節點方面，正如前面所透露的，預測到2021年將部署數百億個節點。它們中的每一個都會有非常低的功耗，再加上有限的啟動時間，這可能會導致個別能源預算低，這是很好的。但這種急劇的增長仍與全球潛在的高耗電量相關。

　　免電池終端節點的能量采集

　　高能效是當今所有產品和服務的關鍵要求，將來更甚，原因我們已說明。標準包括更低的運營成本、法規遵從性、生態意識和電池使用壽命。大量物聯網邊緣節點可能是無線和電池供電的，超低功耗對于尋求開發實用、可用方案的設備制造商更必要和重要。無線使部署的資本支出更低（即沒有布線成本和重量減輕）。免電池方案提供了更低的操作成本，并且由于不需要電池維護服務，因此可以完全避免與能量產生相關的污染。

　　那么，我們如何將聯接、感知和免電池操作結合起來呢？通過結合智能器件技術和可用通信協議，單端節點僅需100微焦耳的預算就可以實現聯接。迄今為止，許多現成的能量采集器能夠滿足這種水平的需求，能產生200到500微焦耳的能量。能量采集器可以由事件驅動(如開關)或連續采集，例如太陽能電池板或熱電發電機。

　　物聯網中的互聯

　　藍牙是在物聯網生態系統中占主導市場份額的一個互聯標準。安森美半導體的RSL 10藍牙低功耗系統單芯片(SoC)平臺已確立了領先地位，并在物聯網應用方面實現了新的行業基準。同時，ZigBee協議的節能特性也支持自供電的或能量采集對象的連接。同樣，安森美半導體用于低功耗廣域網(LPWAN)的專有和Sigfox?低于1GHz收發器和SoC產品陣容，使用戶能擴展在窄帶傳輸應用中的聯接范圍。

　　由于提供聯接的SoC通常是物聯網設備開發的首選，這些平臺為OEM和開發物聯網方案的服務提供商提供了強有力的支持。

　　感知

　　能量采集智能無源傳感器(SPS)和近場通信(NFC) EEPROM相輔相成以提供創新的高能效感知方案。此外，位置跟蹤、環境光測量和運動檢測也是了解機器和人類環境的關鍵。讓這些器件工作，以提供現成的集成方案或可行的概念驗證的原型是個令人興奮的挑戰。在這里，諸如安森美半導體的物聯網開發套件(IDK)這樣的工具可順暢、加速和簡化概念的開發，使用戶能夠快速、輕松地測量、匯總和分析物聯網應用的數據。

　　物聯網的世界是“系統的系統”-它需要一個系統級的方案來實施。安森美半導體匯聚并開發了用于物聯網及其生態系統的技術。物聯網似乎勢不可擋，將對工業和消費領域的幾乎每一個領域的流程和“事物”產生積極影響。鑒于其潛在的規模，實現最佳能效至關重要。

　　能量采集的未來

　　開發新的能源采集方案無疑具有很大的吸引力，不僅因為上述原因，還因為能量采集器本身主要依靠關鍵的供應來源。能夠從運動中采集能量的超高效磁體的作用就像發電機。太陽能電池獲取光子能量，有時將其儲存在鋰離子電池中。

　　現在采集器的主要原材料來源受到限制，并受到少數供應商的控制，位于數量非常有限的政府中。鑒于這些困難，世界范圍內的研發界都認為這是個非常“熱門”的話題。

　　如果我們希望這個顛覆性的機會實現預測的規模，人們只能鼓勵并且通過電子行業專家如安森美半導體的技術創新，支持和推動物聯網環保方案的廣泛部署。