就像Pebble手表、Fitbit手環(huán)和谷歌眼鏡一樣，將于本月底正式上市的蘋果手表(AppleWatch)重燃人們對于可穿戴市場的期望。市場預測蘋果手表將熱賣，這將使物聯(lián)網、可穿戴產品的發(fā)展上一個新臺階。

但是物聯(lián)網、可穿戴產品目前還面臨很多困擾。所有的物聯(lián)網、可穿戴產品都面臨一堆相近的問題：由于電池續(xù)航能力限制，設備需要包含哪些功能?這些設備的續(xù)航能力如此之短，必然要對其功能進行取舍，那么由于功耗限制而不得不去掉一些功能以后，產品究竟是否還實用?由于待機和工作模式產生的漏電流所導致的散熱如何處理?散熱問題在可穿戴設備上尤其突出。最后究竟花多少成本(從財力和技術兩方面)才能使上述問題得到解決。

通常情況下，如果產品有重大問題，在上市之前就要把問題解決掉。但是可穿戴產品市場卻有些特殊，可穿戴產品常常在上市的時候還在解問題，甚至上市以后才把問題解掉。面對物聯(lián)網和競爭激烈的可穿戴市場高成長的誘惑，很多公司急于把產品在最短的時間推向市場，不管產品是否存在嚴重問題。它們也只能期望問題可以在現(xiàn)場或者下一版產品中解決掉。

可穿戴產品并不簡單

要將可穿戴產品帶出困境當然不簡單，涉及到技術、工藝、經濟和市場的方方面面。除非上述問題解決掉，可穿戴產品要么調整市場預期，要么限制產品的功能，要么需要對產品現(xiàn)在的架構進行重大改進，否則只有死路一條。

功耗是可穿戴產品痛點中的痛點，蘋果公司在這方面投入了巨大的人力物力，最近也不斷在延攬電池領域的人才，但是蘋果手表的續(xù)航能力也不足一天，而且這還是限制使用的情況下得到的數(shù)據(jù)。如果重度使用，則只有幾個小時。

那么為何可穿戴產品功耗問題如此突出呢?是什么原因造成了可穿戴產品功耗難以滿足實際使用需求呢?

第一個原因是無線通信功能所產生的功耗，無線通信功能是任何移動物聯(lián)網設備的基礎。

“不管是手表還是其他可穿戴產品，我們會有越來越多的產品采用無線的方式連接通信，而射頻部分消耗了大量的電量。”Synopsys高級產品市場經理MikeTompson說，“可穿戴產品需要有射頻電路、天線和顯示屏來實現(xiàn)通信及提供用戶交互接口，把所有這些東西放在一個系統(tǒng)里，又要使功耗在可接受范圍內，不是一件容易事。”

無線通信是可穿戴產品的基本功能之一，但是無線通信功能也大大增加了可穿戴產品的功耗。

MikeTompson認為對于多功能的智能手表，在與外界正常通信的情況下，目前的電池續(xù)航時間上限是25至30小時。根據(jù)可穿戴設備與外界通信的頻率和持續(xù)時間、天線效率、無線信號強度、收發(fā)數(shù)據(jù)量，電池續(xù)航時間可以進一步優(yōu)化，當然可穿戴產品的應用場景如果優(yōu)化地不夠好，續(xù)航時間可能只有12個小時，在執(zhí)行一些重度計算任務時，續(xù)航時間可能只有幾個小時。

“不管數(shù)據(jù)怎么收集，這些數(shù)據(jù)大多要通過某種射頻技術發(fā)送到外面去，這就意味著你的設備必須至少有一組射頻電路在工作，”MentorGraphics負責新風險投資項目的副總裁SergeLeef說，“如果再考慮產品與用戶的交互，則需要一個顯示屏，這又增加了產品的功耗。”

漏電流是可穿戴產品功耗過大的另一個元兇，也是所有移動設備所面臨的難題之一。

隨著產品尺寸的不斷減小，可穿戴產品在漏電流方面遇到的挑戰(zhàn)在不斷增大。漏電流以熱的形式散發(fā)出去，隨著半導體工藝制程向前不斷演進，漏電流問題越來越嚴重，減少漏電流的方法也越來越少。

現(xiàn)在物聯(lián)網產品的主流工藝節(jié)點是65/55/40nm，越先進的制程，待機模式的漏電流越高。業(yè)界正在花大力氣想辦法來降低漏電流，在物聯(lián)網主流工藝節(jié)點基礎上開發(fā)的低功耗工藝(LP processes)，以及最先進的工藝節(jié)點例如28nm的FD-SOI工藝和finFET工藝，都把降低漏電流作為一個重要的考慮，廠商在選擇工藝時需要從性能和功耗方面進行權衡。28nm的FD-SOI性能不如16/14nm的finFET高，但是由于不需要制作鰭式晶體管(finFET)，而且掩膜不需要兩次曝光技術(double patterning)，所以成本更低。使用16/14nm工藝的器件速度更快，不過設計難度增加，電流密度也變高了。相比舊工藝(例如180nm，90nm。譯者注)，使用65/55/45nm工藝開發(fā)的產品單價更低，但是漏電流更大，所以需要使用更復雜的電源管理技術才能降低待機功耗。

工藝越先進，漏電流越難處理

“工藝不斷向前，”恩智浦控制器國際產品市場經理Gordon Cooper說，“運行功耗更低了，但是漏電流增加。用戶在制程進化過程中得到的好處并沒用預期的那么多。”

傳感器融合是降低系統(tǒng)功耗的方法之一。使用低功耗的傳感器，采用ARM小-大(big.LITTLE)結構多核處理器將任務分類處理，收發(fā)郵件和網絡瀏覽等比較簡單的任務由小核來處理，而視頻處理等重度計算任務則交給大核來處理。“舉例來說，在運行模式(active power mode)，一個核會運行在100MHz而另外一個核會運行在50MHz，任務可以在不同核之間切換。”Cooper說。

SiliconLabs物聯(lián)網無線產品市場總監(jiān)GregFyke則表示，對于高端設備來說，異核結構(heterogeneous core)會非常有效率，但是他也注意到，一些低端產品通常只用一個單核微控制器來完成所有的任務。“這種架構選擇并未不是總能得到重視，但是它們(選擇不同架構對于功耗)的作用正在開始體現(xiàn)。”GregFyke說。

功耗方面遇到麻煩的第三個原因是電池技術。

相對于電源管理技術進步帶來的電源效率提升，電池技術的進展非常緩慢。不過現(xiàn)在全球很多大學都在研究電池技術，希望能夠降低電池生產成本、采用能量收集(energy harvesting)技術來提高充電效率等。這些技術會給新能源汽車和很多移動設備帶來巨變，但是對可穿戴設備的影響很小，因為可穿戴電池尺寸和重量都太小了。

殺手級應用與折中

可穿戴產品在軟件上面同樣面臨問題，現(xiàn)在沒有一款設備具備真正的殺手級應用，不具有被消費者認為必須要擁有的功能。

“可穿戴產品的關鍵是低功耗，所以過去多年業(yè)界在低功耗設計上的積累對于可穿戴產品也是有借鑒意義的，”Mentor的Leef說，“但是，現(xiàn)在如果需要加上明亮的彩色顯示屏，那么會在電池續(xù)航方面遇到挑戰(zhàn)。安裝在病人身體里的心臟起搏器/除顫器(pacemaker/defibrillator)，使用一顆電池就能夠工作12到15年，所以設計生產低功耗系統(tǒng)并不是什么新鮮事。當然心臟起搏器/除顫器沒有射頻電路，也沒有顯示屏?？纱┐鳟a品引人注目的一點是它可以實時刷新傳感器讀回來的數(shù)據(jù)。(為降低功耗)處理器需采用低級別活動(low-level processor activity)來讀取數(shù)據(jù)。”

可穿戴產品還在等待殺手級應用

從另外一個角度來看，可穿戴產品面臨非常大的成本壓力，因為大多數(shù)可穿戴產品是賣到消費電子市場的，比如中國。得益于中央政府的強力支持，中國領先歐洲和美國一兩年就開始接受物聯(lián)網、可穿戴產品。

可穿戴市場上市時間快固然重要，但是僅上市快還不能保證能成功。要獲得成功，廠商需要在幾個方面取得很好的平衡，廠商要在壓縮設計開發(fā)流程(包括封裝、平臺技術和標準IP的選擇)的成本與在較短的上市時間窗口完成開發(fā)工作之間取得平衡，還需要做足夠多的定制化工作以體現(xiàn)差異性，并深度優(yōu)化電源管理以使產品有實用價值?，F(xiàn)在廠商在開發(fā)一款新的可穿戴設備時，需要考慮的問題是：“根據(jù)這些功能規(guī)格，電池續(xù)航能力多長?”

可穿戴產品要做得好，折中是一門大學問

“可穿戴設備最重要的就是電源管理，”燦芯半導體總裁兼CEO職春星說，“如果可穿戴設備每周充一次，(續(xù)航能力，譯者注)就不是問題。如果某設備使用的頻率非常低，那么該設備電池續(xù)航能力設計成三個月也不難。但是現(xiàn)在可穿戴產品還沒有殺手級應用。”

如何破局?

站在產品幕后的IP供應商也希望最終能夠幫助系統(tǒng)廠商找到真正的殺手級應用，健康應用或是最有可能的方向之一，使用生物傳感器采集人體數(shù)據(jù)，部分數(shù)據(jù)在可穿戴設備本身處理，其余數(shù)據(jù)傳送到其他設備或者云端處理。三星去年開始在數(shù)字健康(digitalhealth)上面投入了大量資源，即將上市的蘋果手表也聚焦于健康應用。

健康應用方面能出現(xiàn)拯救可穿戴產品的殺手級應用嗎?

可穿戴產品形式多樣，一款產品采用的硬件和軟件組裝起來可能各不相同，但是IP模塊和存儲器卻往往是通用的。越來越多的廠商希望采用硬核IP(hardIP)，這種硬IP集成了音視頻和動作傳感器，是一個完整的子系統(tǒng)。

“我們已經在增加我們硬核IP的種類以提供客戶更多的選擇，”Cadence負責IP業(yè)務的高級副總裁MartinLund說。

ARM也提供一系列的微控制器以供可穿戴設備或者對功耗要求不高的應用場合使用。

“ARM在降低功耗方面的成就無可挑剔，ARM的軟件開發(fā)環(huán)境非常好，很多工程師知道使用ARM來進行設計和開發(fā)軟件。”Mentor的Leef說，“如果我有一家做可穿戴設備的初創(chuàng)型公司，而且資金充裕，那么我一定選擇ARM方案。但是一些資金緊張的初創(chuàng)型公司則可能只能選擇更成熟的處理器芯片，比如8051，雖然8051在功耗表現(xiàn)上不夠好，但是一般情況下還是夠用的。可穿戴產品面臨的功耗問題實際上是因為它有部分功能始終工作，此外通信、傳感器和顯示等也降低了可穿戴設備的續(xù)航時間。心臟起搏器上的電池可以用12年，但是并不表示它可以工作12年，工作狀態(tài)下，心臟起搏器的電池只能工作一天。”