嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將是一個(gè)怎樣的發(fā)展趨勢。

一、并購對嵌入式處理器發(fā)展產(chǎn)生深遠影響

過(guò)去一年和未來(lái)一段時(shí)間，芯片供應商仍然渴望通過(guò)并購削減成本進(jìn)一步增加利潤。芯片供應商需要在當前產(chǎn)品上留出足夠的利潤為下一代產(chǎn)品研發(fā)提供資金，并且隨著(zhù)成本的增加，他們需要找出如何提高回報率的方法。最近我們看到的這些并購包括Quallcomm 與NXP、Microchip與Atmel 和Renesas和Intersil ，這些并購需要1-2年的時(shí)間的整合和消化，所以從短期看并購會(huì )影響嵌入式處理器技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，但是從長(cháng)遠看并購將有益于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和系統的推廣和普及。因為物聯(lián)網(wǎng)應用要求處理器設計要提供面向最終用戶(hù)和應用程序的解決方案，物聯(lián)網(wǎng)應用的芯片設計強調功率效率，安全性，開(kāi)發(fā)工具易用型和成本降低，這些都需要芯片供應商在研發(fā)上投入資金，研發(fā)出集成度更好、軟件支撐更好的嵌入式處理器（包括微控制器）解決方案，相信在2018年業(yè)界可以看到更多創(chuàng )新性的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)芯片解決方案。

并購將引導嵌入式處理器向物聯(lián)網(wǎng)應用垂直市場(chǎng)發(fā)展，芯片市場(chǎng)領(lǐng)導者將他們的重點(diǎn)轉向高增長(cháng)的市場(chǎng)機會(huì )，比如汽車(chē)輔助駕駛（ADAS）、自動(dòng)駕駛、機器視覺(jué)、人工智能（AI）和5G。針對這些垂直市場(chǎng)，領(lǐng)先的芯片供應商也已經(jīng)采取收購戰略，比如最近三星收購哈曼進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)、Intel 收購Movidius 打入機器視覺(jué)市場(chǎng)，Movidius 是一家創(chuàng )業(yè)公司，機器視覺(jué)芯片已經(jīng)應用在大疆無(wú)人機和谷歌Tango AR 手機上，熾手可熱。雖然這些垂直市場(chǎng)規模目前還很小，但是未來(lái)有極大的商業(yè)機會(huì )，芯片公司不愿意放棄這些機會(huì )，芯片更是在垂直市場(chǎng)的并購還將會(huì )持續下去。


物聯(lián)網(wǎng)將側重于低成本，低功耗和功率效率， 現有嵌入式處理器和微控制器（MCU）產(chǎn)品的性能足以滿(mǎn)足大多數物聯(lián)網(wǎng)應用。大多數嵌入式應用不需要最高的性能，他們需要最佳的功率效率和最低的功耗。領(lǐng)先的嵌入式處理器供應商將繼續針對目標應用，提供最佳集成度和功率效率，并具有合適的尺寸芯片產(chǎn)品。

曾經(jīng)借助8位單片機成功上位的微控制器（MCU），經(jīng)過(guò)多年的磨練，迎來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮。32位微控制器在低功耗和永遠在線(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)系統中都將占據重要的版圖，針對物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的MCU發(fā)展勢頭不會(huì )降低，微控制器集成度越來(lái)越高，軟件平臺將越來(lái)越豐富，處理器與傳感器和云端的結合將越來(lái)越緊密。

嵌入式處理器和微控制器是嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)系統的核心部件，目前ARM是這個(gè)市場(chǎng)的領(lǐng)導者，基于A(yíng)RM 處理器核的微控制器和處理器占據絕大多數嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)份額， 隨著(zhù)機器視覺(jué)、虛擬現實(shí)和人工智能等創(chuàng )新技術(shù)的興起，GPU的作用和影響力越來(lái)越大，不容小視。物聯(lián)網(wǎng)的普及帶動(dòng)了低功耗計算和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，未來(lái)在這個(gè)領(lǐng)域將會(huì )出現全新的處理器技術(shù)和商業(yè)模式，人工智能（AI）將計算需要進(jìn)一步提升，嵌入式邊緣計算對于優(yōu)化計算能力，實(shí)時(shí)性的提高發(fā)揮巨大的作用，亞馬遜的Alexa就是一個(gè)例子，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能將推動(dòng)新型處理器架構的研發(fā)和應用，開(kāi)源硬件（包括開(kāi)源芯片）將是一種發(fā)展趨勢。

二、物聯(lián)網(wǎng)云平臺進(jìn)入成熟期

云計算有三種方式：軟件即服務(wù)（SaaS），平臺即服務(wù)（PaaS）和基礎設施即服務(wù)（IaaS）， 物聯(lián)網(wǎng)云平臺是云計算PaaS 的一種應用。物聯(lián)網(wǎng)云平臺（IoT Platform）的架構如下圖1所示。物聯(lián)網(wǎng)設備（Device），通過(guò)藍牙（Bluetooth） 和Zigbee 無(wú)線(xiàn)通信鏈路與設備網(wǎng)管（Device Gateway）或者智能手機通信，然后再通過(guò)WiFi 和 4G/LTE 通信網(wǎng)絡(luò )與物聯(lián)網(wǎng)云平臺連接，它借助公有云IaaS的基礎云服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)設備提供接入到運營(yíng)管理全生命周期服務(wù)的能力。


圖1 物聯(lián)網(wǎng)云平臺

目前國外知名的物聯(lián)網(wǎng)云平臺有亞馬遜AWS IoT ，微軟的Azure IoT 、通用電氣的Predix IoT（見(jiàn)圖2）、IBM Watson IoT 和PTC IoT(ThingsWork)平臺。 國內的物聯(lián)網(wǎng)云平臺有中國移動(dòng)OneNet、廣州機智云和阿里智能云，開(kāi)源物聯(lián)網(wǎng)云平臺有Kaa和 Eclipe kura 項目。


圖2 通用電氣的Predix IoT平臺

傳統的企業(yè)軟件公司比如Oracle 、SAP 和Redhad 也在研發(fā)針對企業(yè)應用的物聯(lián)網(wǎng)云平臺，他們的觸角已經(jīng)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域，國外也稱(chēng)為Enterprise IoT ，針對企業(yè)應用的IoT市場(chǎng)在今后1-2年會(huì )快速發(fā)展，比如企業(yè)的聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)、智慧城市和智能工業(yè)項目，傳統的企業(yè)軟件公司會(huì )通過(guò)構建生態(tài)環(huán)境率先在1-2個(gè)垂直市場(chǎng)打開(kāi)局面，然后再逐漸拓展應用領(lǐng)域。

三、物聯(lián)網(wǎng)操作系統異軍突起

隨著(zhù)開(kāi)源軟件越來(lái)很成熟，嵌入式系統已經(jīng)大量采用開(kāi)源軟件，比如Linux操作系統。除了汽車(chē)電子、航天和國防等安全和可靠性要求的領(lǐng)域繼續保持較快的發(fā)展速度，傳統的嵌入式操作系統增長(cháng)緩慢，缺少可以盈利的商業(yè)模式。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)云平臺的發(fā)展，嵌入在設備端的操作系統也正在和云平臺結合，形成一個(gè)全新的物聯(lián)網(wǎng)操作系統（國外也稱(chēng)為 Operating System for Internet of Things）。目前已經(jīng)有的物聯(lián)網(wǎng)操作系統有ARM mbed OS（見(jiàn)圖3）、谷歌的Android Things 、微軟的Windows 10 IoT Core、華為的LiteOS 和慶科Mico OS。


圖3 ARM mbed OS 應用示意圖

盡管科技巨頭們在力推物聯(lián)網(wǎng)操作系統，開(kāi)源軟件在未來(lái)還將活躍較長(cháng)一段時(shí)間。如FreeRTOS（智能手表鼻祖Pebble和許多物聯(lián)網(wǎng)設備都使用了FreeRTOS）、TinyOS 等等。這是因為物聯(lián)網(wǎng)系統需求不明確、，商業(yè)模式不成熟，加上物聯(lián)網(wǎng)操作系統技術(shù)在發(fā)展之中，還待在產(chǎn)品中驗證，部分用戶(hù)會(huì )傾向于選擇開(kāi)源軟件去定制適合自己的物聯(lián)網(wǎng)操作系統。

四、物聯(lián)網(wǎng)安全任重道遠

2016年10月21日美國境內包括亞馬遜，推特在內的大規律網(wǎng)絡(luò )癱瘓，起因是DNS服務(wù)商Dys 遭到DDos攻擊，Dys 發(fā)布聲明稱(chēng)幕后可能是10萬(wàn)個(gè)感染了Miral 惡意軟件的IoT設備，這讓廣受關(guān)注的IoT安全推上風(fēng)口浪尖。10月26日美國安全研究團隊Shellphish 在極客大會(huì )表演破解華為P9 lite 手機指紋解鎖的功能, 以及2015年杭州某視頻監控設備企業(yè)安全門(mén)事件，物聯(lián)網(wǎng)設備安全問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。

此前，智能產(chǎn)品制造商只是考慮保護他們的設備的功能安全和它們所產(chǎn)生數據的安全，即使是這個(gè)要求，設備制造商，特別是消費類(lèi)電子產(chǎn)品，許多是完不成這個(gè)任務(wù)的�，F在他們被要求幫助保護設備和網(wǎng)絡(luò )，甚至不屬于他們自己的客戶(hù)的安全性，更加困難的是，物聯(lián)網(wǎng)安全設計目前還處在正在探索階段，目前還沒(méi)有很成熟的設計和實(shí)現方法。

嵌入式系統安全的另外一個(gè)層面的含義是嵌入式設備的功能安全（Functional safety），汽車(chē)電子、工廠(chǎng)自動(dòng)化、工業(yè)儀控、軌道交通信號、智能電網(wǎng)等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）相關(guān)領(lǐng)域對功能安全的需求最為迫切，這個(gè)方面的設計和實(shí)施方法也比較規范，商業(yè)公司也有成熟的軟件和工具，可以提供項目咨詢(xún)和服務(wù)。

2017年將是嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在調整中發(fā)展的一年，隨著(zhù)芯片公司并購后的整合逐漸完成，部分物聯(lián)網(wǎng)應用將落地開(kāi)花并成形成規模。2017年窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（LPWAN）發(fā)展迅速，LoRa、Sigfox和NB-IoT幾個(gè)標準的芯片、平臺和網(wǎng)絡(luò )齊頭并進(jìn)。 中國剛剛宣布了已經(jīng)在北京懷柔建設了全球最大的5G試驗外場(chǎng)，可提供端到端的測試環(huán)境，將有助于促進(jìn)5G標準的形成和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。5G標準的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一， 5G中低功耗大連接和低時(shí)延高可靠場(chǎng)景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是 5G 新拓展的新方向。

2018年將迎來(lái)嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有突破性發(fā)展的一年，操作系統技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)針對物聯(lián)網(wǎng)應用的研發(fā)和優(yōu)化將日趨成熟，處理器技術(shù)在虛擬現實(shí)和人工智能快速發(fā)展帶動(dòng)下將會(huì )有耳目一新的發(fā)展，在新一代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)支撐下，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展將迎來(lái)高速發(fā)展新時(shí)代。