物联网华丽的外表背后,工程师到底要付出多少?

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分析机构预测,到2020年全球物联网设备数量将达到500亿,正是因为网络连接装置的井喷式增长,工程师团队需要严阵以待,迎接前所未有的挑战!

 

物联网普及可能需要5年的时间,但在物联网终端设备爆发前夕,我们必须接受数百亿装置产生的数据必然会对芯片设计以及软件架构要求更加苛刻的事实。面对这两大艰巨的任务,恐怕无所不能的工程师也难以招架了,他们将面临严峻的考验!

 

物联网时代的大数据

实际上,物联网设备与手机相比不只是数量级上的差别,其设备种类也远远超过了智能手机或者平板设备,相应地,处理这类数据也会更加困难,具体表现如下:

 

首先,彼时的数据将更加多样化,工程师需要逐一把所有的数据形式转换成对应可用的结构;其次,如果没有智能化的电源管理,处理这些数据需要耗费大量的能源;再者,考虑到成本等因素,处理数据的基础设施很难与技术前进的节奏保持一致。

 

 

“物联网设备产生的数据洪流大到可以消耗地球的资源,而且现有普通的计算机无法完成这些复杂的数据。”NetSpeed Systems CEO Sundari Mitra说。

 

言下之意,解决上述问题并非易事。任意一家厂商都无法出奇制胜,工程师任重而道远!

 

建立5G通信网络设施

在整个物联网大环境下,嵌入式系统、传感器、控制器和可穿戴设备等终端产品都保持着互联状态,移动互联网时代的通信方式必然不可行。

 

Mitra 表示,“工程师已经找到了一个新的研究方向,即以应用为重心的基础设施。”

 

显然,大家都意识到了一点,通信网络设施对即将到来的物联网时代极具意义,5G将扮演最关键的角色。在刚刚结束的MWC上,5G已经成为了各大科技企业关注的焦点之一,同时也是物联网领域的一大突破口,大家甚至开始探讨如何在现有的4G基站之间传播5G通信网络。

 

关于5G相对4G的优势很明显,前者拥有更高的带宽和更低的延时,其它的这里就不在赘述。举个例子,4G通信是在两个基站之间切换,如果用户在某个基站边缘,通信的质量会大打折扣。这一问题困扰了不少移动用户,5G的使命就是彻底颠覆这一历史。

 

Cadence成员Chris Rowen认为,“5G信号更加复杂,基站必须是可控的,而且各个基站整体性也要更好。”

 

令工程师头疼的是,他们不仅需要遵循上述原则,改造旧的通信设施还要比新建设施时的速度更快。

 

不过,不同领域对半导体的需求是截然不同的。“通常情况下,网络设备的寿命一般可以达到10-15年,这期间不会做重大的升级,芯片设计公司愿意投入数十亿美元来设计一颗芯片。”Mitra如此表示。但是对手机而言,芯片几乎是一年更新一次。

 

当然,上述观点并不是一家之言。eSilicon市场副总裁Mike Gianfagna也认为建立这些网络设备以及超级计算机对物联网意义重大。在基础设施竣工之前,我们还要把大量的存储器集成到一块芯片当中,如果采用传统的做法,芯片体积太大。在他看来,2.5D技术能够有效的解决此问题。

 

更强大的传感器和存储器

坦白讲,处理不计其数的传感器和物联网设备产生的数据是一项浩大的工程。“数据中心发生了什么状况?如何处理来自传感器、模拟芯片产生的大规模数据?”

 

Mentor Graphics产品市场经理Jeff Miller认为,集成在物联网系统中的传感器不再只是一颗单纯的传感器,它的功能会更加丰富,不仅需要具备处理数据的的能力,还需要有一个连接网络的通信接口。

 

除此之外,我们还需要集成度更高的存储器。在最新的HBM技术加持下,存储器的集成度可以大大提升,而且带宽也可实现比较理想的值,工程师只需控制成本就够了。

 

统一标准

事实上,我们有两种方法可以管理这些系统当中的数据。第一种方法就是物联网设备运行时后搜集数据,第二种方法是一开始就把所需的数据准备好。

 

在设计阶段,这两种方案都必须遵循一大原则,例如,工程师需要通过各种快速认证、调试以及原型设计工具来处理各种数据,每一步都很关键。但需要注意的是,目前面向物联网应用的芯片还没有统一的标准,所以每个阶段都要额外增加认证步骤。

 

“物联网虽然已成为业界的一个流行词,其应用也是包罗万象,不过专用于这个领域的SoC可以说是一个新事物。”EDA厂商Mentor Graphics市场总监Jean-Marie Brunet如此形容。

 

“在物联网系统中,SoC内的所有硬件模块都有同一个标准,而这些接口却没有所谓的统一起来,这也会影响整个工程师团队的工作效率,而且很有可能最终的产品也并无标准。”

 

举个简单的例子,如果开发某款产品,工程师用的是这家公司独有的操作系统,这就意味着硬件系统内的CPU或者MCU等都无法直接兼容市场上其它的产品。所以工程师必须耗费大量的时间在接口的认证工作上,例如经过各种电路模拟或者仿真。

 

硬件模拟在整个设计过程中看似无足轻重,但如果忽视了这一过程对整个项目造成的影响是巨大的,毫无疑问这些对芯片商来说已经不是问题。目前的挑战在于EDA厂商之间能否达成一致,形成一个统一的标准。

 

总而言之,物联网将给业界带来众多的挑战,没错,这一光荣而又艰巨的任务就交给工程师了。还能说什么呢,向工程师们致敬吧!

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