IC芯片設(shè)計(jì),到底該如何演進(jìn)及變革

2017-08-08 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是將日常生活萬事萬物都可無線鏈接上網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)統(tǒng)稱,但在整體物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中所包含的終端技術(shù)非常多且復(fù)雜,因此并沒有單一的芯片或裝置技術(shù)能夠含括整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的需求,顯示這是一個(gè)集眾多技術(shù)、服務(wù)以及市場在一身的龐大科技領(lǐng)域。所有這些均連結(jié)至互聯(lián)網(wǎng),未來隨著物聯(lián)網(wǎng)定義的持續(xù)演進(jìn),物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)也將持續(xù)見到演進(jìn)及變革。

智能家居等物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用領(lǐng)域,成為一龐大資料搜集區(qū)塊。法新社據(jù)Semi Engineering網(wǎng)站報(bào)導(dǎo),物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域與移動(dòng)裝置領(lǐng)域或其他科技應(yīng)用領(lǐng)域不同的是,移動(dòng)裝置等領(lǐng)域更適合于單一特定應(yīng)用并重復(fù)使用之,物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域則有更多的一般目的版本,在部分情況下將會進(jìn)行具體的設(shè)計(jì),并試圖針對其他市場領(lǐng)域再度運(yùn)用。由于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域更加廣泛、規(guī)模也持續(xù)在增加,因此未來將可見到針對特殊應(yīng)用的更多特殊設(shè)計(jì)問世。

為了描述出一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)體系,將需要建構(gòu)一個(gè)三層的架構(gòu),其一包含服務(wù)器與云端零組件、其二為介于物聯(lián)網(wǎng)邊緣裝置(edge device)與云端之間的網(wǎng)關(guān)零組件,其三則是作為真實(shí)世界與網(wǎng)絡(luò)之間鏈接的物聯(lián)網(wǎng)邊緣裝置,此即各類終端物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品,如智能家居產(chǎn)品線等。

雖然上述過程看似有其邏輯性,不過在物聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù),再傳送這些資料至云端供進(jìn)行分析處理,有時(shí)候甚至傳送速度太慢以至于無法將全數(shù)數(shù)據(jù)上傳云端,這便形成了為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)芯片或傳感器時(shí)變得非常困擾的情況。

一方面這些物聯(lián)網(wǎng)邊緣裝置成本不能太高,但在部分物聯(lián)網(wǎng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,如在汽車領(lǐng)域還必須符合諸如ISO 26262等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)、在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)領(lǐng)域符合OMAC及OPC等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等,這些都為物聯(lián)網(wǎng)裝置在正式問世前增加許多成本及時(shí)間。

特別是在移動(dòng)電子領(lǐng)域,這些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上還需要非常省電及延長電池續(xù)航力,這就需要復(fù)雜的電源管理技術(shù),如此也將進(jìn)一步提高成本及復(fù)雜性,更不用提這些裝置需要具備足夠的效能完成任務(wù)。

為了在降低成本且維持效能情況下開發(fā)適合物聯(lián)網(wǎng)邊緣裝置搭載的芯片及傳感器等零組件,運(yùn)用摩爾定律(Moore’s Law)將微處理器持續(xù)微縮,如將物聯(lián)網(wǎng)芯片從現(xiàn)行55納米及40納米技術(shù)水準(zhǔn),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(shè)計(jì)也必須改進(jìn)至采用32位;另如將多個(gè)傳感器封裝至單一叢集以創(chuàng)造規(guī)模經(jīng)濟(jì),也是一個(gè)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(yīng)用領(lǐng)域客制化設(shè)計(jì)與打造,存有各式復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求,甚至有時(shí)存在著高量產(chǎn)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(shù)據(jù),網(wǎng)關(guān)會無法負(fù)荷將如此大量數(shù)據(jù)都傳送至云端、再由云端進(jìn)行分析處理的任務(wù),這也因此對中階運(yùn)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(wǎng)關(guān)、或是作為邊緣服務(wù)器等。

此外,讓邊緣裝置導(dǎo)入人工智能(AI)芯片直接就近處理大量數(shù)據(jù)、無需再上傳數(shù)據(jù)至云端,也是解決此一問題的辦法之一,前提是要開發(fā)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(shù)據(jù)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(jìn)行不適合于量子化學(xué)軟件Gaussian分布的像差篩選。

為解決此問題,芯片制造商與系統(tǒng)業(yè)者開始為邏輯與傳輸量設(shè)計(jì)全新的架構(gòu),在同樣情況下將部分處理過程轉(zhuǎn)移至網(wǎng)絡(luò)中,或甚至導(dǎo)入各類型內(nèi)存。

上述三層架構(gòu)裝置將以連網(wǎng)形式作業(yè),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(gòu)層級就予以解決,若裝置由更多分散零組件打造,安全防護(hù)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(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)。

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