作為被寄予厚望的新興產(chǎn)業(yè)，智慧硬體涵蓋了可穿戴設(shè)備、智慧家庭、安全監(jiān)控與醫(yī)療健康等在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)各大重點(diǎn)領(lǐng)域。得益于3D列印以及集資平臺(tái)、巨量資料云端平臺(tái)的興起，智慧硬體從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)到生產(chǎn)制造、銷售與服務(wù)都與傳統(tǒng)的硬體制造業(yè)產(chǎn)生了涇渭分明的區(qū)隔。

如果說2013年還處于智慧硬體概念剛剛興起階段，那么2014年上游供應(yīng)鏈廠商已紛紛覺醒，將智慧硬體領(lǐng)域看成智慧型手機(jī)后下一個(gè)即將爆發(fā)的巨大市場(chǎng)。創(chuàng)新工場(chǎng)(InnovationWorks)創(chuàng)辦人、董事長(zhǎng)兼執(zhí)行長(zhǎng)李開復(fù)日前就表示，未來5年，包括PC、手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備，以及連網(wǎng)的電視、汽車、智慧家庭等加起來的智慧設(shè)備將達(dá)到400億臺(tái)，這個(gè)數(shù)目將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越目前的60億臺(tái)行動(dòng)設(shè)備。

種種跡象顯示，2015年將成為智慧硬體的爆發(fā)之年，而創(chuàng)投業(yè)者也開始對(duì)智慧硬體的上游供應(yīng)鏈表現(xiàn)出濃厚的興趣。春江水暖鴨先知，作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的半導(dǎo)體公司對(duì)此最敏感也最先行動(dòng)起來，紛紛調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，推出了相關(guān)產(chǎn)品，其中不乏過去專注于嵌入式領(lǐng)域的晶片廠商。而更上游的晶片代工廠商也針對(duì)該領(lǐng)域推出具有針對(duì)性的制程和技術(shù)。

各大半導(dǎo)體廠商紛紛布局

在過去的一年來，幾乎每一家公司都宣稱進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，開辟智慧硬體業(yè)務(wù)。據(jù)瞭解，高通(Qualcomm)已針對(duì)全球超過20個(gè)國家推出了15款物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括眼鏡、寶寶監(jiān)視器與智慧手表等。臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科技也計(jì)劃在2015年舉辦針對(duì)智慧家庭和穿戴設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈大會(huì)。

2010年，英特爾(Intel)成立了線上業(yè)務(wù)部，希望藉由網(wǎng)際網(wǎng)路的形式建構(gòu)一種快速、便捷的智慧硬體支援服務(wù)平臺(tái)，針對(duì)從智慧硬體計(jì)劃研究到量產(chǎn)的各階段提供相關(guān)技術(shù)支援與服務(wù)。在2013年，英特爾還推出了Edison運(yùn)算平臺(tái)，致力于協(xié)助開發(fā)商克服技術(shù)難關(guān)。在2015年的CES上，英特爾發(fā)布了英特爾Curie模組，這是一款瞄準(zhǔn)可穿戴式解決方案且尺寸僅鈕扣大小的硬體產(chǎn)品，擁有包括低功耗藍(lán)牙、電池充電電路與感測(cè)器等技術(shù)，適用于各種不同類型的裝置，產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在下半年上市。

Marvell也早在幾年前開始布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，不但成為蘋果HomeKit合作夥伴，其高性價(jià)比EZ-Connect IoT平臺(tái)和無線控制器更在全球無數(shù)的智慧硬體和連網(wǎng)裝置中得到應(yīng)用，包括業(yè)界領(lǐng)先的智慧家庭、可穿戴裝置開發(fā)商也已經(jīng)或即將推出基于Marvell平臺(tái)方案的創(chuàng)新產(chǎn)品。

Marvell技術(shù)方案支援總監(jiān)孟樹表示，Marvell在2014年成立了物聯(lián)網(wǎng)部門，涵蓋機(jī)上盒、電視、智慧家庭等產(chǎn)品線。“智慧家庭是我們發(fā)展的重點(diǎn)。Marvell已經(jīng)進(jìn)行了全線的布局。整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)部門從網(wǎng)路設(shè)備到網(wǎng)路核心元件都展開布局。在無線連接方面，基于WI-FI、藍(lán)牙、Zigbee等三個(gè)方向都有自己的產(chǎn)品線，在技術(shù)方面更齊全，從微控制器(MCU)到無線都有，能提供非常全面的解決方案。”

孟樹表示，盡管未展開大肆宣傳，但其實(shí)Marvell已經(jīng)悄悄布局完成，目前在智慧家庭領(lǐng)域，Marvell的市場(chǎng)占有率非常高。“智慧硬體方案在京東、小米的智慧裝置中得到了廣泛的使用。一些家電廠商也與我們積極合作，近期將陸續(xù)會(huì)有一些產(chǎn)品推出。”他同時(shí)特別提到在智慧照明領(lǐng)域，Marvell已經(jīng)與歐司朗(Osram)、GE、貝爾金(Belkin)等廠商達(dá)成合作，出貨已經(jīng)達(dá)到了幾百萬。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域提供半導(dǎo)體平臺(tái)服務(wù)，瞄準(zhǔn)以"軟體平臺(tái)為服務(wù)"(SiPaaS)的芯原微電子(VeriSilicon)為客戶提供客制化的智慧硬體平臺(tái)、相關(guān)的IP授權(quán)以及ASIC客制與量產(chǎn)服務(wù)。芯原微電子銷售副總裁王銳表示，芯原目前已針對(duì)該領(lǐng)域累積了豐富的MCU客制及周邊類比、混合訊號(hào)IP平臺(tái)、藍(lán)牙/Wi-Fi/EDGE/LTE連線性IP平臺(tái)、低功耗SoC設(shè)計(jì)與量產(chǎn)以及SiP設(shè)計(jì)、模擬與量產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，為客戶提供完整的一站式設(shè)計(jì)與量產(chǎn)服務(wù)。

除了自行研發(fā)外，不少半導(dǎo)體廠商還透過收購的方式加強(qiáng)布局。2015年1月30日，芯科實(shí)驗(yàn)室(Sillicon Labs)收購短距離無線網(wǎng)路連結(jié)解決方案和物聯(lián)網(wǎng)軟體供應(yīng)商BluegigaTechnologies，這項(xiàng)策略性的收購大幅擴(kuò)展了Silicon Labs在物聯(lián)網(wǎng)中無線網(wǎng)路硬體和軟體的解決方案。

去年3月，Sillicon Labs還收購了加州TouchstoneSemiconductor全系列產(chǎn)品與 IP，透過收購強(qiáng)化了Silicon Labs在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上的嵌入式產(chǎn)品陣容，包括節(jié)能MCU、無線產(chǎn)品和感測(cè)器。Silicon Labs亞太區(qū)資深現(xiàn)場(chǎng)市場(chǎng)經(jīng)理陳雄基表示，目前公司重點(diǎn)布局智慧家庭和穿戴領(lǐng)域，并且已經(jīng)和不少知名企業(yè)攜手合作了。“Google之前收購的Nest內(nèi)部溫控器就采用我們的Zigbee晶片。”

愛特梅爾(Atmel)微控制器業(yè)務(wù)資深產(chǎn)品行銷經(jīng)理Andreas Eieland表示，Atmel為物聯(lián)網(wǎng)打造的產(chǎn)品線包括BLE、Wi-Fi和802.15.4解決方案及AtmelSMART系列低功耗、高性能、基于ARM架構(gòu)的MCU產(chǎn)品。產(chǎn)品廣泛適用于人機(jī)互動(dòng)介面的高階產(chǎn)品SAM Q5系列，以及具有內(nèi)建電容器式觸控感應(yīng)、協(xié)議堆疊支援與加密功能的精巧SAM D系列產(chǎn)品。除了無線和MCU之外，Atmel還提供一系列硬體加密產(chǎn)品。“隨著互連互通的日益普及，不僅是安全問題，隱私問題的重要性也與日俱增。使用Atmel系列產(chǎn)品，用戶不僅可以得到互連體驗(yàn)，還能夠在低功耗性能以及安全性方面得到更好的保障。”

對(duì)于低功耗性能，Atmel最近發(fā)布了SAM L21系列的AtmelSMART，基于Cortex-M0+供電MCU。SAM L21系列最高可提供256kB快閃記憶體和32kB靜態(tài)隨機(jī)記憶體，啟動(dòng)模式僅耗能35uA/MHz， 而在休眠模式(關(guān)閉模式)大約耗能900nA。大容量快閃記憶體和靜態(tài)隨機(jī)記憶體以及超低耗電性能，將成為以電池驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行大型(甚至多個(gè))無線網(wǎng)路堆疊的應(yīng)用不可或缺的功能。

產(chǎn)品定義方式改變

由于智慧硬體領(lǐng)域追求的并非更高性能，而是更低的功耗與成本，特別是針對(duì)可穿戴領(lǐng)域，更小的尺寸也非常重要。臺(tái)積電(TSMC)中國區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球表示，高度整合的制程可以進(jìn)一步降低成本和尺寸。“我們現(xiàn)在做的事就是把功耗降下來，整合度做好，功能做強(qiáng)。”他表示，針對(duì)智慧硬體市場(chǎng)，超低功耗、特殊制程整合、先進(jìn)封裝三點(diǎn)缺一不可，臺(tái)積電目前的智慧硬體產(chǎn)品涵蓋RF、嵌入式、快閃記憶體、邏輯與感測(cè)器等領(lǐng)域，主要集中在28、44、55nm制程。

聯(lián)華電子(UMC)副總經(jīng)理王國雍表示，智慧硬體的產(chǎn)品定義方式也發(fā)生了變化，“有趣的是，我們第一次看到IC供應(yīng)商在這個(gè)領(lǐng)域比較旁徨。”他表示，目前定義IC規(guī)格只有能夠提供巨量資料的系統(tǒng)服務(wù)商才比較清楚，這對(duì)IC設(shè)計(jì)公司提出了更大的挑戰(zhàn)。

羅鎮(zhèn)球?qū)Υ吮硎?，未?~10年，整個(gè)半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合會(huì)越來越多。代工廠不僅要和IC設(shè)計(jì)公司或IDM溝通，還要跟系統(tǒng)廠以及甚至更下游的客戶進(jìn)行直接交流。Andreas Eieland也對(duì)此表示，為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)/智慧硬體產(chǎn)品快速發(fā)展的需求，Atmel正廣泛與具備MEMS感測(cè)器和云端連接解決方案等互補(bǔ)型技術(shù)的企業(yè)展開合作，以確保概念和上市產(chǎn)品之間彌合鴻溝。

中芯國際(SMIC)市場(chǎng)部資深副總裁許天燊指出，過去針對(duì)手機(jī)領(lǐng)域，中國IC設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)訂單(Design in)較少，原因是應(yīng)用處理器(AP)和基頻晶片都掌握在幾家大型企業(yè)手中，原因在于這個(gè)領(lǐng)域需要追求先進(jìn)制程的投入，如14nm與16nm。他認(rèn)為，如今，智慧硬體帶來可以"彎道超車"的機(jī)會(huì)，就在于中國IC設(shè)計(jì)公司可以在成熟制程上下更多功夫，這點(diǎn)與國際大廠是站在同一起跑線上的。“智慧硬體的技術(shù)并不是新的，智慧型手機(jī)的各種技術(shù)和制程都可以拿來用。”

瓶頸與挑戰(zhàn)：硬體設(shè)計(jì)與商業(yè)模式

盡管智慧硬體主要采用成熟制程，但是半導(dǎo)體廠商仍將面臨巨大挑戰(zhàn)。王國雍認(rèn)為，目前包括指紋辨識(shí)、RF IC與電源管理晶片(PMIC)等都需要8寸產(chǎn)線，加上整個(gè)手機(jī)產(chǎn)業(yè)從3G轉(zhuǎn)向4G，預(yù)計(jì)8寸廠產(chǎn)能不足的問題會(huì)越來越嚴(yán)重。“這是一個(gè)結(jié)構(gòu)性的問題，我們從2013年開始發(fā)現(xiàn)這個(gè)趨勢(shì)，越往下看發(fā)現(xiàn)情況越嚴(yán)重。”

為了因應(yīng)產(chǎn)能不足的挑戰(zhàn)，聯(lián)電已經(jīng)開始擴(kuò)充8寸廠產(chǎn)能，中芯國際位于深圳的8寸晶圓廠日前也正式投產(chǎn)，這是中國華南地區(qū)第一條投產(chǎn)的8寸產(chǎn)線，預(yù)計(jì)將在2015年年底達(dá)到至少2萬片/月產(chǎn)能，最終達(dá)到5萬片/月產(chǎn)能規(guī)模。

除了面臨產(chǎn)能不足的挑戰(zhàn)，智慧硬體的設(shè)計(jì)也比過去更加復(fù)雜。英特爾中國區(qū)線上業(yè)務(wù)部總經(jīng)理王稚聰表示：“以往廠商只需要考慮獨(dú)立硬體系統(tǒng)的輸入輸出以及和環(huán)境與人之間的互動(dòng)即可，而今任何一款硬體的首要考慮是一個(gè)獨(dú)立設(shè)備如何和人與環(huán)境互動(dòng)共存。此外還要思考和網(wǎng)際網(wǎng)路/云端是否能形成一個(gè)共同的商業(yè)模式。一切都得從整體去考慮在環(huán)境與場(chǎng)景中的情況。”他認(rèn)為，由于消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品外觀具有很強(qiáng)烈的情感色彩，因此傳統(tǒng)的硬體設(shè)計(jì)工程師必須攜手專精于產(chǎn)品功能與外觀設(shè)計(jì)的公司，才能呈現(xiàn)真正有魅力的產(chǎn)品。

從技術(shù)角度來看，目前智慧硬體的感測(cè)器也較專門且單純。王稚聰表示：“例如醫(yī)療領(lǐng)域的感測(cè)器，在人體沒有任何創(chuàng)傷的情況下，體表測(cè)量的訊號(hào)非常微弱，感測(cè)器必須具有特別精密的插分電路，在電路層中濾除雜訊，然后再轉(zhuǎn)成數(shù)位訊號(hào)進(jìn)行后期處理，但這種感測(cè)器的成本也比較高。以前這種類型的感測(cè)器主要提供給醫(yī)院的儀器設(shè)備使用，但這種應(yīng)用無法實(shí)現(xiàn)大量市場(chǎng)，比不上普通的消費(fèi)性電子產(chǎn)品。”

此外，目前智慧硬體還缺乏產(chǎn)業(yè)鏈的合作以及靈活的商業(yè)模式。Andreas Eieland表示，目前智慧硬體最大的挑戰(zhàn)在于如何輕松地開發(fā)復(fù)雜系統(tǒng)，將創(chuàng)意快速轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品。這也是為何許多智慧硬體投入市場(chǎng)還不到1年時(shí)間就已經(jīng)過時(shí)的原因。Andreas Eieland認(rèn)為，面對(duì)未來越來越靈活的硬體創(chuàng)新與業(yè)務(wù)模式，還有待全產(chǎn)業(yè)鏈共同去研究，推出真正有價(jià)值且有具體應(yīng)用場(chǎng)合的產(chǎn)品。

智慧硬體發(fā)展方向：更佳感知與互連

展望未來，智慧硬體的產(chǎn)品型態(tài)與技術(shù)將呈現(xiàn)何種變化?王銳表示，智慧硬體將越來越傾向于表現(xiàn)"感知與互連"的特色。硬體中將整合更多樣的感測(cè)與定位(包括室內(nèi)定位和室外定位)，透過無線連接，擷取智慧型手機(jī)或網(wǎng)際網(wǎng)路云端伺服器的強(qiáng)大軟體處理性能，為使用者提供更豐富的體驗(yàn)和更便捷的服務(wù)。而智慧硬體的形態(tài)，也將呈現(xiàn)多樣化和分散化的局面。

王稚聰則表示，2015年的智慧硬體產(chǎn)品發(fā)展將呈現(xiàn)四大趨勢(shì)：首先，產(chǎn)品更貼近生活實(shí)際需求，更加簡(jiǎn)單且易用;第二：軟硬結(jié)合更加徹底，體驗(yàn)更完整。越來越多的網(wǎng)際網(wǎng)路廠商可能進(jìn)軍智慧硬體領(lǐng)域，打造體驗(yàn)更豐富的"軟硬結(jié)合"產(chǎn)品;第三，人工智慧導(dǎo)入硬體實(shí)現(xiàn)真正的硬體智慧化;最后，硬體介面標(biāo)準(zhǔn)可能邁向統(tǒng)一，智慧硬體將成為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。

Andreas Eieland也表示，從2014年的發(fā)展來看，藍(lán)牙低功耗(BLE)技術(shù)逐漸發(fā)酵，最大的變化在于業(yè)界對(duì)無線連接的標(biāo)準(zhǔn)以及不同平臺(tái)間互通性的關(guān)注度不斷提高。例如，Atmel在今年1月的CES展上推出SMART系列產(chǎn)品的藍(lán)牙低功耗收發(fā)器，以因應(yīng)BLE 4.1日益成長(zhǎng)的需求。“智慧硬體要真正取得成功，今后的任務(wù)就在于解決智慧建筑物、產(chǎn)品規(guī)模與用電領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。Atmel計(jì)劃透過針對(duì)Wi-Fi、藍(lán)牙和802.15.4的AtmelSMART系列MCU、RF收發(fā)機(jī)以及具備靈活性、可擴(kuò)展性和相容性的單晶片來因應(yīng)這一挑戰(zhàn)。”

他認(rèn)為，持續(xù)的產(chǎn)品整合、縮減尺寸和物料清單以及降低功耗是智慧硬體致勝的關(guān)鍵。擴(kuò)大無線連線能力，以取代目前的有線自動(dòng)化連接將是未來的一大發(fā)展趨勢(shì)。“如同Atmel所展開的行動(dòng)—確保所有產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的使用壽命，對(duì)于在擁有較長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期和認(rèn)證以及高達(dá)10年或以上使用壽命的市場(chǎng)中取得成功至關(guān)重要。”

孟樹認(rèn)為，智慧硬體最重要的是云端和人的互動(dòng)，未來半導(dǎo)體廠商需要盡可能的協(xié)助客戶簡(jiǎn)化這三個(gè)要素之間的互動(dòng)。“在互連互通上，我們希望透過完整的開發(fā)平臺(tái)提供通用的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)完美的云、人、端之間的互連與互動(dòng)。”他重點(diǎn)介紹了該公司EZ-Connect IoT平臺(tái)中的無線控制器晶片解決方案，即控制器+Wi-Fi+藍(lán)牙+ZigBee的整合型技術(shù)，幾乎涵蓋了所有目前智慧家庭、可穿戴領(lǐng)域市場(chǎng)的主流無線通訊方法，為開發(fā)者提供更大的想像空間。

他認(rèn)為，在智慧家庭領(lǐng)域，Wi-FI會(huì)是焦點(diǎn)，但并非無所不能。Wi-Fi雖然可以支援高頻寬的應(yīng)用，但相對(duì)的成本會(huì)比較高，功耗也比較高。相對(duì)于Wi-Fi而言，ZigBee較為標(biāo)準(zhǔn)化，雖然不同廠商之間的建置方案可能有所差異，但在Profile的定義上仍較完善。所以它更容易在一些特定領(lǐng)域，如智慧照明、LED照明方面開啟更多應(yīng)用，而且預(yù)計(jì)在未來1-2年看到爆發(fā)性的成長(zhǎng)。“相較于Wi-Fi與藍(lán)牙，ZigBee還有一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)，即支援網(wǎng)格(mesh)，組網(wǎng)能力更強(qiáng)，可支援多臺(tái)設(shè)備或資訊接取節(jié)點(diǎn)，更適合未來家庭應(yīng)用。”

智慧硬體的利基市場(chǎng)

由于智慧硬體涉及的范圍廣泛，產(chǎn)業(yè)細(xì)分和分散化較嚴(yán)重。對(duì)于半導(dǎo)體廠商來說，想要更有針對(duì)性地開發(fā)產(chǎn)品，就必須更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)可能會(huì)爆發(fā)的應(yīng)用市場(chǎng)。王稚聰更看好互補(bǔ)型的工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)，如工業(yè)、醫(yī)療、健康與教育等。例如針對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域，他認(rèn)為目前的硬體和軟體技術(shù)并不是問題所在，未來必須改善的是整體醫(yī)療服務(wù)體系的軟環(huán)境。

Andreas Eieland則看好智慧照明、改善空調(diào)條件以及加強(qiáng)建筑物控制等。他同時(shí)認(rèn)為，越來越多的小型企業(yè)將尋求與市場(chǎng)中大型廠商的相容性，從而進(jìn)入相關(guān)市場(chǎng)以及整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，包括飛利浦(Philips)的Friends of Hue、蘋果()的MFi認(rèn)證、Google的Thread聯(lián)盟、英特爾主導(dǎo)的開放互連聯(lián)盟(OIC)、ARM針對(duì)IoT的mBed等。在此之前，小米(Mi)、三星(Samsung)和蘋果已經(jīng)從諾基亞(Nokia)、摩托羅拉(Motorola)、愛立信(Ericsson)、BlackBerry和Sony等手中陸續(xù)奪走了整個(gè)智慧型手機(jī)市場(chǎng)。其中，小米以及中國的網(wǎng)際網(wǎng)路公司正透過資本和聯(lián)盟的方式大舉進(jìn)入智慧硬體領(lǐng)域。

Andreas Eieland表示，“歷史將會(huì)重演，在硬體市場(chǎng)中取得成功的新一代企業(yè)將再次取代目前的大型企業(yè)，或者至少彌補(bǔ)其市場(chǎng)中的部份空白。”