1096
??我們對(duì)智能互聯(lián)設(shè)備的期望越來(lái)越高，這給系統(tǒng)供應(yīng)商及其芯片供應(yīng)商帶來(lái)了巨大的技術(shù)壓力。
我們希望那些小東西變得越來(lái)越智能。從藍(lán)牙耳機(jī)到超高清電視，從廚房電器到叉車，我們希望我們的設(shè)備不僅能工作，且能理解周圍環(huán)境，做出正確的決定，并與其他設(shè)備協(xié)同。
傳感、處理和互聯(lián)方面的壓力正在深刻地改變小系統(tǒng)的架構(gòu)。這種變化反過(guò)來(lái)也改變了系統(tǒng)供應(yīng)商的角色，以及芯片和IP供應(yīng)商的商業(yè)模式。本文將舉例說(shuō)明這些變化，這些例子來(lái)自最近的一個(gè)芯片供應(yīng)商Synaptics的技術(shù)展示會(huì)。
三個(gè)平臺(tái)??
我們討論的那些小型設(shè)備以前都有一個(gè)電源開(kāi)關(guān)，可能還有一些機(jī)械和電氣部件。然后微控制器芯片時(shí)代到來(lái)了，用一個(gè)MCU、幾個(gè)傳感器和執(zhí)行器以及一堆固件取代了那些簡(jiǎn)單的機(jī)械和電氣部件。選擇組件、編寫代碼和集成系統(tǒng)的職責(zé)仍然由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商負(fù)責(zé)。
但在現(xiàn)今的感知/計(jì)算/互聯(lián)世界中，這三個(gè)領(lǐng)域的各自分別都已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的專業(yè)領(lǐng)域。Synaptics稱之為技術(shù)平臺(tái)。雖然這三個(gè)領(lǐng)域是分開(kāi)的（很少有工程師能夠同時(shí)掌握其中的兩個(gè)），一旦傳感器、處理和互聯(lián)設(shè)計(jì)在你的烤面包機(jī)或電視上結(jié)合在一起，三者之間就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，而且并不總是可預(yù)測(cè)。這使得系統(tǒng)集成成為一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，需要在每個(gè)平臺(tái)都有深厚的專業(yè)知識(shí)。這是一個(gè)大坑，除了最好的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商之外，誰(shuí)都不想深陷其中。
這些平臺(tái)不僅在技術(shù)上很復(fù)雜，而且基于幾年或幾十年的前期開(kāi)發(fā)，而且每個(gè)平臺(tái)都被分割成幾個(gè)不同的部分，每個(gè)部分反過(guò)來(lái)又成為一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。
傳感??
諷刺的是，系統(tǒng)越智能，傳感器卻變得越“笨”。在系統(tǒng)中只有很少或根本沒(méi)有計(jì)算能力的情況下，工程師們投入了巨大的精力和費(fèi)用，使傳感器在空間、功率和預(yù)算允許的范圍內(nèi)盡可能精確。但隨著處理能力的增強(qiáng)，算法可以彌補(bǔ)傳感器中已知的缺陷，比如溫度傳感器中的非線性或廉價(jià)塑料鏡頭的失真。
傳感器可以更簡(jiǎn)單、更便宜，因?yàn)樗鼈儾恍枰_，只要一致就可以了。軟件，有時(shí)是模擬信號(hào)處理，可以從簡(jiǎn)單的傳感器獲取原始數(shù)據(jù)，并推理出關(guān)于外部世界的準(zhǔn)確信息。例如，一個(gè)微小的Synaptics傳感器處理器可以從簡(jiǎn)單的熱、電容、電感和磁傳感器獲取輸入，并通過(guò)它們讓耳機(jī)檢測(cè)手指手勢(shì)，并判斷耳機(jī)是在用戶的耳朵里，還是在盒子里，還是在兩者之間。
更強(qiáng)大的處理能力可以讓廉價(jià)鏡頭的相機(jī)接管其他更復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。例如，給低功耗視覺(jué)處理器供電的攝像頭可以檢測(cè)視場(chǎng)中物體的存在和位置。例如，允許電視聲條將音頻引導(dǎo)到聽(tīng)眾實(shí)際所在的位置，或者允許零售顯示器在購(gòu)物者接近時(shí)被激活，同時(shí)忽略推著推車的進(jìn)貨人員。
更強(qiáng)大的視覺(jué)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)加速功能可以讓顯示器預(yù)測(cè)購(gòu)物者的體型、年齡、性別和風(fēng)格，并定制出顯示內(nèi)容。
這些例子展示了將基本傳感器與不同級(jí)別的信號(hào)處理和計(jì)算相結(jié)合，以探測(cè)外部世界的重要信息。它們都是特定于某種應(yīng)用的。隨著它們使用更多的處理能力，顯示出傳感器和計(jì)算平臺(tái)之間日益增長(zhǎng)的相互依賴性。
計(jì)算??
小型設(shè)備的處理始于小型、簡(jiǎn)單的MCU，只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的控制功能。但是，由于傳感和互聯(lián)平臺(tái)的需求不斷增長(zhǎng)，以及用戶對(duì)更復(fù)雜的系統(tǒng)行為的期望，這個(gè)平臺(tái)已經(jīng)擴(kuò)展和細(xì)化，包括許多完全不同的計(jì)算架構(gòu)。
MCU仍然存在，從上面提到的Synaptics FlexSense芯片中微小的、幾乎零功耗的設(shè)計(jì)，到大型邊緣計(jì)算SoC中強(qiáng)大的Arm核。大部分嵌入式軟件仍然運(yùn)行在這樣或那樣的MCU上。
與此同時(shí)，傳感器信號(hào)處理和無(wú)線連接的需求不斷增長(zhǎng)，也推動(dòng)了小型系統(tǒng)對(duì)更多數(shù)字信號(hào)處理內(nèi)核的需求。越來(lái)越多的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用也促進(jìn)了這一增長(zhǎng)。機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)不為人知的事實(shí)是，大多數(shù)ML模型的準(zhǔn)確性取決于在它們成為ML模型的輸入之前對(duì)現(xiàn)實(shí)世界信號(hào)的大量過(guò)濾和調(diào)節(jié)水平。這項(xiàng)工作通常在DSP內(nèi)核中完成。
機(jī)器學(xué)習(xí)還對(duì)計(jì)算平臺(tái)產(chǎn)生了另一種影響。理論上，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練和優(yōu)化的模型可以作為普通軟件在普通MCU上實(shí)現(xiàn)。但在實(shí)踐中，要想擁有一個(gè)足夠復(fù)雜的模型，以足夠高的速度對(duì)真實(shí)世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的推斷，通常需要一個(gè)推理加速器內(nèi)核。這些內(nèi)核所使用的架構(gòu)與MCU或DSP截然不同，通常要么是專用處理器和內(nèi)存塊的陣列，要么是此類處理器的pipeline。
Synaptics在其SoC產(chǎn)品線中使用了兩種不同的加速器內(nèi)核。一種針對(duì)低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，另一種針對(duì)性能進(jìn)行了優(yōu)化。
最后，在小型系統(tǒng)上的顯示需求，特別是AR流行后，也將需要GPU內(nèi)核。這產(chǎn)生了另一種具有自編程工具的獨(dú)特架構(gòu)。
互聯(lián)?
我們期待智能的東西互聯(lián)的。無(wú)論這意味著耳機(jī)和智能手機(jī)之間的藍(lán)牙連接，電燈開(kāi)關(guān)連接到家庭自動(dòng)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，還是電視連接到互聯(lián)網(wǎng)，我們都期待互聯(lián)。
但還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)方式。藍(lán)牙在物理和協(xié)議層面上不同于其他短距無(wú)線鏈路，后者大多是網(wǎng)絡(luò)而不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。所有這些都不同于WiFi，其各個(gè)等級(jí)各不相同。所有這些又都與5G不同，5G正在努力成為IoT的粘合劑。而GPS接收器（獲取精確的時(shí)間和位置數(shù)據(jù)所必需的）則不同于上述所有設(shè)備。
雖然所有這些接口都具有相同的基本功能（協(xié)議處理、編碼/解碼、控制和物理傳輸/接收），但很少有兩個(gè)接口可以共享一個(gè)通用MCU內(nèi)核之外的硬件來(lái)運(yùn)行協(xié)議軟件。然而，我們希望我們的設(shè)備可以隨機(jī)地連接到任何可用的連接，就像我們的智能手機(jī)一樣。這使得互聯(lián)在硬件和軟件層面上成為另一個(gè)復(fù)雜的多技術(shù)平臺(tái)。
收購(gòu)策略???
三種技術(shù)平臺(tái)融合為一個(gè)系統(tǒng)，類似于簡(jiǎn)單的功能機(jī)演變?yōu)楝F(xiàn)今的智能手機(jī)。在這種情況下，各智能手機(jī)廠商在巨額預(yù)算和巨大市場(chǎng)預(yù)期的推動(dòng)下，開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)集成，將各個(gè)組件組合在一起，將芯片IP合并到應(yīng)用處理器SoC中，并創(chuàng)建固件。
但是大多數(shù)小型系統(tǒng)供應(yīng)商既沒(méi)有足夠的規(guī)模，也沒(méi)有足夠的市場(chǎng)預(yù)期來(lái)證明如此巨大的設(shè)計(jì)工作是合理的。他們可以定義獨(dú)特、創(chuàng)新的產(chǎn)品，但他們都缺乏Apple或Samsung可以部署的所有三個(gè)平臺(tái)的深厚專業(yè)知識(shí)。他們更愿意成為系統(tǒng)整合過(guò)程中的合作伙伴，或者被動(dòng)的觀察者。
原則上，這為在所有三個(gè)平臺(tái)上都擁有深厚專業(yè)知識(shí)的芯片供應(yīng)商創(chuàng)造了差異化優(yōu)勢(shì)。但如何在一個(gè)相對(duì)較小的fabless IC供應(yīng)商中創(chuàng)建這樣的環(huán)境？在2008年后的時(shí)代，雇傭有創(chuàng)意的工程師的成本很高，但獲得資本相對(duì)容易，因此答案就成為了收購(gòu)。收購(gòu)那些已經(jīng)擁有相關(guān)解決方案的小公司。如果操作得當(dāng)，可以通過(guò)最少數(shù)量的收購(gòu)、許可和聯(lián)合開(kāi)發(fā)交易來(lái)培養(yǎng)滿足許多客戶需求的能力。這與僅僅通過(guò)獲取現(xiàn)金流來(lái)實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)有很大不同。
智能設(shè)備中技術(shù)的融合給系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者及其芯片供應(yīng)商帶來(lái)了很大的壓力。一個(gè)結(jié)果就是出現(xiàn)了一種新型的fabless芯片公司，通過(guò)收購(gòu)芯片IP供應(yīng)商，并圍繞共同的集成戰(zhàn)略和代工目標(biāo)進(jìn)行整合，來(lái)增強(qiáng)其專業(yè)知識(shí)。其結(jié)果可能是以前很少見(jiàn)到的fabless芯片公司結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)，以及最好的芯片IP供應(yīng)商被席卷到這些fabless公司。這兩種結(jié)果都將改變?cè)撔袠I(yè)的結(jié)構(gòu)。
Synaptics的近10年收購(gòu)舉動(dòng)
