芯科科技的物联网野望：万物互联

文︱郭紫文

图︱Silicon Labs

为了满足产业智能化需求,越来越多的传感器被运用到生产制造中。在这种趋势下,如何更好地控制这些设备,实现设备之间的实时通信与管理?毫无疑问,物联网为万亿传感器时代提供了最优解。

芯科科技(Silicon Labs)亚太及日本地区业务副总裁王禄铭表示,自2018年以来,亚太地区物联网市场显著增长,并逐步覆盖多行业应用。从Frost & Sullivan调研报告来看,2020年,亚太地区物联网市场规模为969．2亿美元,预计到2026年将达到4367．7亿美元,年复合增长率为28．52%。鉴于物联网市场的蓬勃发展,王禄铭指出,在出售了其基础设施和汽车业务之后,Silicon Labs将更加专注于安全、智能无线连接领域。

同时,Silicon Labs也更加注重在物联网市场的投入,侧重智能家居设备无线芯片的研发。根据该公司2020年财报显示,得益于MCU和无线连接芯片需求增长,其业务营收接近60%的份额来源于物联网。

图:Silicon Labs业务营收(图源:Silicon Labs 2020年报)

在中国智能家居设备市场季度跟踪报告中,IDC预测,2021年中国智能家居设备市场出货量将达到2．5亿台,同比增长21．1%。值得一提的是,在智能家居设备中,Wi-Fi连接占据了大部分比重,而Zigbee等低功耗网状网络占比也在快速增长。这也是Silicon Labs的优势所在。

Silicon Labs的物联网无线连接方案涵盖了Zigbee、Sub-GHz、蓝牙、Z-Wave、Thread和Wi-Fi等通信技术。在Silicon Labs“2021 Works With”交流会上,Silicon Labs持续为物联网通信添砖加瓦,发布了超低功耗和远距离片上系统(SoC)xG23,一体化软件开发工具包(Unify SDK),以及安全服务订制解决方案。

打造远距离低功耗无线传输

在物联网通信技术中,Sub-GHz(载波频率在1GHz以下)通常被认为是远距离和低功耗通信的理想选择。当今市场上,Wi-Fi、Bluetooth和Zigbee技术中均广泛使用2．4GHz协议。然而,无线电波在穿越墙体和障碍物时,信号呈逐渐衰减的趋势,且频率越高衰减越快。这也是Sub-GHz相对于2．4GHz的优势所在,该频段具有更强的抗干扰能力,能够跨越更远距离进行通信交互。因此,在消费电子、汽车、工业和医疗等领域,Sub-GHz更有优势。

从最新推出的Sub-GHz片上系统(SoC)便可以看出,Silicon Labs在推动物联网发展上下足了功夫。据Silicon Labs总裁Matt Johnson介绍,xG23(FG23和ZG23)SoC是基于Series 2 平台研发的,相当于对Series 2平台的扩展。该系列SoC能够支持多种调制方案(FSK、GFSK、OQPSK DSSS、MSK、GMSK和OOK)和先进无线技术,其中包括Amazon Sidewalk、mioty、无线M-Bus、Z-Wave和专有物联网网络。

随着无线连接技术对于远距离、高度集成的需求不断增长,物联网应用场景不断扩展,如何保障无线互联通信的安全高效,成为产业上下游研究的重点方向。Sub-GHz xG23 SoC解决方案是Silicon Labs给出的答案,将无线通信距离延长至1英里以上,同时发射和接收功率大幅降低,射频特性大幅提升。

图:xG23 SoC(图源:Silicon Labs)

这两款SoC在面对的细分领域上又有所区别。在Amazon Sidewalk、工业物联网(IIoT)、智慧城市、建筑和家居自动化等市场,通常要求终端节点能够电池供电(这两款SoC纽扣电池寿命均可达10年以上),并具备远距离无线通信能力,FG23在这些领域上更胜一筹。在前者的基础之上,ZG23增加了Secure Vault(安全保险库)功能,加强了Z-Wave无线特性,主要面向智能家居、酒店和多住户单元(MDU)等市场。

跨平台协议转化,构建物联网生态

一体化软件开发工具包(Unify SDK)是Silicon Labs在“2021 Works With”发布的第二款产品,提供了跨物联网生态系统的连接。现阶段,物联网发展迅速,市面上各种产品层出不穷,它们所搭载的系统、支持的通信协议也千差万别。这样的差异化对于使用者来说是相当复杂和困难的。

图:Unify SDK(图源:Silicon Labs)

我们知道,在简化制造商开发,提高消费者兼容性方面,CSA连接标准联盟已经推出了新的应用层协议:Matter的开发主要针对的是智能家居领域,以实现即插即用型消费物联网设备为目标。以Thread、Weave、HomeKit、Alexa、Zigbee为基础,Matter已经成为全屋智能未来发展的主要趋势。

对于Silicon Labs来说,智能家居作为其主要业务方向,对于Matter标准的支持至关重要。Unify SDK被定义为“一次设计、全部支持”,为企业提供支持Matter标准的软件开发工具,帮助网关产品实现对Matter的兼容,极大地节省了时间和成本。

全球物联网协议超过600多种,Unify SDK支持Z-Wave和Zigbee协议相互转化,对于Bluetooth、Thread、OpenSync和Matter的支持也已经在开发阶段。该工具包对推动物联网跨生态系统的建设意义重大,简化了物联网无线网络的互操作性。

对于开发人员来说,实现物联网安全、高效、无缝连接才是最终目的。Matt Johnson表示,既要推动家居和工业物联网产品创新,又要确保其免受不断演变的安全威胁,这将是一项艰巨的挑战。Silicon Labs的安全服务订制解决方案提供了可信任的安全协议栈无线更新,支持物联网实现Zero Trust安全架构,帮助物联网企业降低软硬件和无线访问漏洞带来的风险。

图:安全服务订制解决方案(图源:Silicon Labs)

聚焦物联网领域

正如前面所说,Silicon Labs已经出售了其基础设施和汽车业务,将公司战略聚焦于物联网领域。从上述发布的诸多产品中,也可以看出,Silicon Labs对物联网产业的高度重视。据王禄铭介绍,Silicon Labs已经在全球设立了11个办事处,负责技术支持和业务营销,未来也将会更加注重在亚太地区,尤其是中国市场的探索。

近年来,云计算、大数据、人工智能、5G等一系列新兴技术涌入市场,在这些技术不断融合创新的过程中,物联网以一种前所未有的速度延伸和扩展,成为智能化、数字化发展的驱动力。在产业链上下游不断协同发展中,“万物互联”的蓝图已经有了初步的真实轮廓。Matt Johnson也指出,Silicon Labs未来将会持续聚焦物联网,凭借在该领域深耕多年的技术积累,全力抓住市场机遇,构建完整的物联网生态体系。