MEMS傳感器融合助推集中處理快速發(fā)展
[導讀]11月10日消息，據(jù)外媒報道，根據(jù)IHS iSuppli公司的微機電系統(tǒng)(MEMS)與傳感器專題報告顯示，MEMS領(lǐng)域中出現(xiàn)的傳感器融合趨勢，不但正在幫助改善移動與游戲設備中基于運動的精度，而且將為集中處理領(lǐng)域帶來新的重大發(fā)展
11月10日消息，據(jù)外媒報道，根據(jù)IHS iSuppli公司的微機電系統(tǒng)(MEMS)與傳感器專題報告顯示，MEMS領(lǐng)域中出現(xiàn)的傳感器融合趨勢，不但正在幫助改善移動與游戲設備中基于運動的精度，而且將為集中處理領(lǐng)域帶來新的重大發(fā)展，并有望大幅提高其營業(yè)收入。
目前集中處理領(lǐng)域正在進行的開發(fā)，預計將采用當今的9軸傳感器融合，該技術(shù)同時使用3軸加速計、3軸陀螺儀和3軸電子羅盤，以提供更加精確和靈敏的動作探測。明年9軸組合中使用的運動傳感器的銷售額將達到8.5097億美元，比2011年底預計達到的5.5001億美元大增55%，而到2015年有望增長到13.5億美元左右。傳感器融合這種驚人的增長潛力，可能對集中處理的開發(fā)者有利，他們把自己的命運寄托在融合技術(shù)上面。
集中處理的發(fā)展，意味著目前智能手機、平板電腦和游戲機中應用處理器所承擔的重負將卸載到別處。通常應用處理器需要大量能量，在后臺持續(xù)運行各種應用程序。另外，一臺移動或游戲設備需要使用各類傳感器，這些傳感器需要硅片來幫助探測一系列功能，包括動作探測、環(huán)境光、距離、溫度和濕度。其中大量硅片都是重復的，結(jié)果導致應用處理器過載并消耗大量能源，難以達到預期速度或?qū)崿F(xiàn)最大能力。
分攤應用處理器負載的一個方法是，使用微控制器(MCU)。另一個方法，也是可能具有更廣泛影響的方法，將催生一類全新的、專門用于傳感器處理的硬件。
與只是依賴應用處理器運行的軟件算法相比，低功率MCU與手機應用處理器配合使用，可以降低功耗。另外，廠商可以在MCU中增加自己的代碼，賦予其可以幫助產(chǎn)品實現(xiàn)差異化的特點。
采用MCU面臨的主要障礙是成本。作為額外部件，MCU必然會增加手機或任何使用MCU的設備的總體材料成本。
迄今為止，沒有一部手機采用專用MCU承擔傳感器信號處理任務，但有些手機品牌正在與MCU供應商合作開發(fā)相關(guān)的解決方案。IHS公司認為，第一批采用MCU傳感器的手機最早可能在明年初問世。
從制造商方面來看，德州儀器是第一家在其低功耗MCU上執(zhí)行運動傳感器處理任務的廠商。另一家總部在舊金山的廠商Atmel Corp.，也在2011年5月宣布與美國加州桑尼維爾的InvenSense Inc.合作。他們的努力主要針對需要6軸傳感器融合的消費應用，但Atmel也可能開發(fā)面向手機的解決方案，采用簡單的傳感器融合。
其它一些廠商也在致力于面向手機的專用MCU概念。美國德州的飛思卡爾半導體正在推廣“智能傳感器中心”概念，把它的低功耗MCU與加速計組合在同一個封裝之中；意大利-法國合資公司意法半導體，使用一個內(nèi)部生產(chǎn)的MCU來運行其自己的9軸傳感器融合算法，同時為環(huán)境光和距離傳感器提供信號處理。
IHS公司認為，在太平洋彼岸，日本羅姆半導體也在研究如何在傳感器信號處理中使用MCU。羅姆半導體擁有紐約Kionix Inc.。羅姆半導體還為手機提供一系列環(huán)境光與距離傳感器。
專用硬件處理器效果如何；MCU與專用硬件，哪個更好？
在為應用處理器減負的第二種解決方案中，應用處理器供應商考慮使用一種新型專用傳感器處理內(nèi)核，它可以在應用處理器睡眠的時候工作。這種專用內(nèi)核對于需要傳感器全天持續(xù)運行的功能來說將非常有用，比如計步器之類的設備；對于涉及行動監(jiān)測以及情境感知等的任務，也會非常有效。
采用專用內(nèi)核，傳感器融合將極其迅速和有效。例如，計算坐標將需要更少的時鐘周期。這種硬件方式還有其它許多優(yōu)勢，包括功耗明顯下降，這對于移動設備非常重要；可以消除參與傳感器信號處理的重復芯片面積。廠商也不需要開發(fā)特殊的解決方案算法，可以依靠應用處理器中的這個硬件所提供的解決方案。
使用專用傳感器也有其不足之處。尤其是，應用處理器開發(fā)商將需要投入大筆資金。雖然處理器融合會針對具體的傳感器進行優(yōu)化——通常是針對市場領(lǐng)先廠商的處理器優(yōu)化，但對于其它所有供應商的每種傳感器來說，未必能實現(xiàn)同樣的精度和分辨率水平。
芯片廠商高通對于這些潛在挑戰(zhàn)顯然不以為意。據(jù)信高通不久將為傳感器融合推出一款采用專用硬件的新型系統(tǒng)芯片(SoC)，這是一款ARM 7處理器。該產(chǎn)品將完全符合降低應用處理器負擔的產(chǎn)業(yè)趨勢。
然而，IHS公司認為，對于市場來說，這一步邁得有點過早。雖然9軸融合中的加速計和羅盤是成熟技術(shù)，但3軸陀螺儀技術(shù)仍在改進之中。尤其是，新型低漂移陀螺儀預計18個月以后才會推出，屆時可能改善這類產(chǎn)品的性能。因此，目前采用專用傳感器的硬件解決方案，難以借助將在近期上市的新款陀螺儀。
總體來看，目前MCU方式對于減輕應用處理器負擔更為可行。另一方面，在陀螺儀技術(shù)成熟和完全穩(wěn)定之后，可以對專用硬件進行優(yōu)化，以改善功耗和響應速度。
最終，傳感器融合可能對運動傳感器供應鏈帶來額外影響，MCU和處理器供應商都可以在價值鏈中升到更高層次，他們可以購買傳感器元件，或者與代工廠商合作以獲得裸片，再把它們與自己的集成電路芯片整合在一起。
目前集中處理領(lǐng)域正在進行的開發(fā)，預計將采用當今的9軸傳感器融合，該技術(shù)同時使用3軸加速計、3軸陀螺儀和3軸電子羅盤，以提供更加精確和靈敏的動作探測。明年9軸組合中使用的運動傳感器的銷售額將達到8.5097億美元，比2011年底預計達到的5.5001億美元大增55%，而到2015年有望增長到13.5億美元左右。傳感器融合這種驚人的增長潛力，可能對集中處理的開發(fā)者有利，他們把自己的命運寄托在融合技術(shù)上面。
集中處理的發(fā)展，意味著目前智能手機、平板電腦和游戲機中應用處理器所承擔的重負將卸載到別處。通常應用處理器需要大量能量，在后臺持續(xù)運行各種應用程序。另外，一臺移動或游戲設備需要使用各類傳感器，這些傳感器需要硅片來幫助探測一系列功能，包括動作探測、環(huán)境光、距離、溫度和濕度。其中大量硅片都是重復的，結(jié)果導致應用處理器過載并消耗大量能源，難以達到預期速度或?qū)崿F(xiàn)最大能力。
分攤應用處理器負載的一個方法是，使用微控制器(MCU)。另一個方法，也是可能具有更廣泛影響的方法，將催生一類全新的、專門用于傳感器處理的硬件。
與只是依賴應用處理器運行的軟件算法相比，低功率MCU與手機應用處理器配合使用，可以降低功耗。另外，廠商可以在MCU中增加自己的代碼，賦予其可以幫助產(chǎn)品實現(xiàn)差異化的特點。
采用MCU面臨的主要障礙是成本。作為額外部件，MCU必然會增加手機或任何使用MCU的設備的總體材料成本。
迄今為止，沒有一部手機采用專用MCU承擔傳感器信號處理任務，但有些手機品牌正在與MCU供應商合作開發(fā)相關(guān)的解決方案。IHS公司認為，第一批采用MCU傳感器的手機最早可能在明年初問世。
從制造商方面來看，德州儀器是第一家在其低功耗MCU上執(zhí)行運動傳感器處理任務的廠商。另一家總部在舊金山的廠商Atmel Corp.，也在2011年5月宣布與美國加州桑尼維爾的InvenSense Inc.合作。他們的努力主要針對需要6軸傳感器融合的消費應用，但Atmel也可能開發(fā)面向手機的解決方案，采用簡單的傳感器融合。
其它一些廠商也在致力于面向手機的專用MCU概念。美國德州的飛思卡爾半導體正在推廣“智能傳感器中心”概念，把它的低功耗MCU與加速計組合在同一個封裝之中；意大利-法國合資公司意法半導體，使用一個內(nèi)部生產(chǎn)的MCU來運行其自己的9軸傳感器融合算法，同時為環(huán)境光和距離傳感器提供信號處理。
IHS公司認為，在太平洋彼岸，日本羅姆半導體也在研究如何在傳感器信號處理中使用MCU。羅姆半導體擁有紐約Kionix Inc.。羅姆半導體還為手機提供一系列環(huán)境光與距離傳感器。
專用硬件處理器效果如何；MCU與專用硬件，哪個更好？
在為應用處理器減負的第二種解決方案中，應用處理器供應商考慮使用一種新型專用傳感器處理內(nèi)核，它可以在應用處理器睡眠的時候工作。這種專用內(nèi)核對于需要傳感器全天持續(xù)運行的功能來說將非常有用，比如計步器之類的設備；對于涉及行動監(jiān)測以及情境感知等的任務，也會非常有效。
采用專用內(nèi)核，傳感器融合將極其迅速和有效。例如，計算坐標將需要更少的時鐘周期。這種硬件方式還有其它許多優(yōu)勢，包括功耗明顯下降，這對于移動設備非常重要；可以消除參與傳感器信號處理的重復芯片面積。廠商也不需要開發(fā)特殊的解決方案算法，可以依靠應用處理器中的這個硬件所提供的解決方案。
使用專用傳感器也有其不足之處。尤其是，應用處理器開發(fā)商將需要投入大筆資金。雖然處理器融合會針對具體的傳感器進行優(yōu)化——通常是針對市場領(lǐng)先廠商的處理器優(yōu)化，但對于其它所有供應商的每種傳感器來說，未必能實現(xiàn)同樣的精度和分辨率水平。
芯片廠商高通對于這些潛在挑戰(zhàn)顯然不以為意。據(jù)信高通不久將為傳感器融合推出一款采用專用硬件的新型系統(tǒng)芯片(SoC)，這是一款ARM 7處理器。該產(chǎn)品將完全符合降低應用處理器負擔的產(chǎn)業(yè)趨勢。
然而，IHS公司認為，對于市場來說，這一步邁得有點過早。雖然9軸融合中的加速計和羅盤是成熟技術(shù)，但3軸陀螺儀技術(shù)仍在改進之中。尤其是，新型低漂移陀螺儀預計18個月以后才會推出，屆時可能改善這類產(chǎn)品的性能。因此，目前采用專用傳感器的硬件解決方案，難以借助將在近期上市的新款陀螺儀。
總體來看，目前MCU方式對于減輕應用處理器負擔更為可行。另一方面，在陀螺儀技術(shù)成熟和完全穩(wěn)定之后，可以對專用硬件進行優(yōu)化，以改善功耗和響應速度。
最終，傳感器融合可能對運動傳感器供應鏈帶來額外影響，MCU和處理器供應商都可以在價值鏈中升到更高層次，他們可以購買傳感器元件，或者與代工廠商合作以獲得裸片，再把它們與自己的集成電路芯片整合在一起。
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