物聯(lián)網(wǎng)未來圖譜引領(lǐng)傳感器、MCU和連接技術(shù)發(fā)展

5G正在加快部署，加之LoRa與NB-IoT等低功耗廣域網(wǎng)鋪開應(yīng)用，全球物聯(lián)網(wǎng)連接量激增，從智能汽車、智能家居到企業(yè)資產(chǎn)管理設(shè)備再到工業(yè)設(shè)備，廣泛的連接推動信息科技由移動互聯(lián)邁向萬物互聯(lián)。根據(jù)調(diào)研機構(gòu)IDC最新報告顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模達到300億，以及到2024年全球物聯(lián)網(wǎng)的連接量將接近650億。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在2020年疫情防控中的全力出擊、智慧生活中的大放異彩、成為新基建中的核心要素，在給大眾帶來希望和活力的同時，正在將之前從未連接過的“物”連接起來，將給人們新的數(shù)據(jù)認知，進而轉(zhuǎn)變成前所未有的變革。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技發(fā)展已來到一個新周期的起點，從人與人的連接到物與物的連接、從物質(zhì)生產(chǎn)要素到數(shù)據(jù)要素、從現(xiàn)實世界到數(shù)字孿生，數(shù)字世界已全面到來，物聯(lián)網(wǎng)革命蓄勢待發(fā)。

根據(jù)Strategy Analytics 最新報告稱，2020年5G 僅占IoT連接比例的不到1%，但到 2030 年將上升到全部連接的40%。5G正在加快部署，加之LoRa與NB-IoT等低功耗廣域網(wǎng)鋪開應(yīng)用，全球物聯(lián)網(wǎng)連接量激增，從智能汽車、智能家居到企業(yè)資產(chǎn)管理設(shè)備再到工業(yè)設(shè)備，廣泛的連接推動信息科技由移動互聯(lián)邁向萬物互聯(lián)。根據(jù)調(diào)研機構(gòu)IDC最新報告顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模達到300億，以及到2024年全球物聯(lián)網(wǎng)的連接量將接近650億。在2020世界物聯(lián)網(wǎng)大會上，組委會主席、科技部原秘書長石定寰在做主題報告時對目前全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值估值15萬億美元，其年平均增長率接近23%，他預(yù)計2021年以后這一增速有望達到30%，到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將達到30萬億美元的體量。

與此同時，得益于人工智能的促進，以及全球數(shù)字化、智能化創(chuàng)新的驅(qū)動，各界面向物聯(lián)網(wǎng)的支出穩(wěn)健增長。值得一提的是，我國是全球物聯(lián)網(wǎng)支出最大市場，來自IDC最新報告預(yù)測，到2024年我國物聯(lián)網(wǎng)市場支出將達到約3000億美元，未來5年的復(fù)合增長率將達到13%，這個支出超越美國成為全球第一大物聯(lián)網(wǎng)市場。

物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用落地，給物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)注入源源不斷的活力蓬勃生長。早在2018年我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模就突破萬億大關(guān)，我國作為全球最具創(chuàng)新新活力以及體量最大的市場，各界對物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)需求強勁，儼然已成為全球重要的物聯(lián)網(wǎng)市場。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用已廣泛深入各行各業(yè)和人們的生活，不僅在考驗傳統(tǒng)系統(tǒng)的承受能力，還將決定不同行業(yè)大大小小公司的命運。我們期待一個更加清晰透明的物聯(lián)網(wǎng)未來藍圖，以下整理的物聯(lián)技術(shù)構(gòu)成將為讀者提供一個智能和連接無處不在的物聯(lián)生活科技圖譜。

傳感器

物聯(lián)網(wǎng)走入人們生活的步伐，一點都離不開小小的傳感器。如今，不管是智能最前沿——智能制造、智慧城市、智慧醫(yī)療等，還是智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析，再龐大的智能系統(tǒng)，都要從傳感器的感測開始。傳感器由傳感元件、信號調(diào)理電路、控制器（或處理器）組成，具有數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、分析甚至決策功能。在電子和電氣設(shè)備中，傳感器用來獲取外界原始的物理信號，包括聲音、圖像、溫度、濕度、壓力和光信號等，并將這些物理信號轉(zhuǎn)換為電信號，典型形式是電壓和電流。傳感器的發(fā)展已經(jīng)進入提高精度、降低功耗和體積、實現(xiàn)較易組網(wǎng)從而擴大傳感器應(yīng)用范圍的階段。傳統(tǒng)的物理和化學(xué)傳感器只是獲取外界信號，并不具備計算和處理能力。隨著制造工藝技術(shù)、尺寸和成本需求的提高，基于微機電系統(tǒng)（MEMS）工藝的傳感器越來越流行。

如今，傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢主要集中在：集成化、小型化和低功耗。在集成化方面，除了橫向多傳感器的集成，還有越來越多的傳感器企業(yè)開始做縱向集成：實現(xiàn)完整系統(tǒng)的構(gòu)建，甚至可能擴展到用軟件進行更完整的數(shù)據(jù)處理，乃至云和AI技術(shù)。

MCU

MCU（微控制器單元）是物聯(lián)網(wǎng)的核心，如果沒有MCU的發(fā)展未必會有物聯(lián)網(wǎng)今天的成功。在各種任務(wù)中，MCU往往是各種互連設(shè)備的中央處理元件。如今，大量微控制器已進入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的三個領(lǐng)域——智能家居和城市、智慧工業(yè)、智能萬物，每一種應(yīng)用都有處理和安全需求。現(xiàn)今的MCU都是系統(tǒng)級芯片（SoC），在單個芯片上集成了多種功能模塊和接口，包括存儲器、I/O端口、時鐘、A/D轉(zhuǎn)換、PWM等，以及SPI、I2C、ISP等數(shù)據(jù)傳輸接口。按照位數(shù)來劃分，MCU可分為4位、8位、16位、32位和64位，現(xiàn)在32位MCU已經(jīng)成為主流，在過去由8/16位MCU主導(dǎo)的應(yīng)用和市場中，32位MCU已經(jīng)基本完成替代。

在物聯(lián)網(wǎng)推動下，各種電池供電設(shè)備的巨大需求使業(yè)界對微控制器和其他系統(tǒng)級器件的能源效率要求不斷提高。所以降低功耗成為一個無法避開的技術(shù)話題，眾多廠商已開始在低功耗MCU的賽道上競逐，開發(fā)人員也不斷在功耗和性能之間進行權(quán)衡。

連接和通信技術(shù)

如果將“鐵公基”包含的公路、鐵路、軌道交通看做是站點之間網(wǎng)絡(luò)的話，那5G、藍牙、Wi-Fi、LPWAN等就是連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，互相傳輸數(shù)據(jù)的通道。全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2010-2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場高速增長，復(fù)合增長率達19%。2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量高達126億個。據(jù)GSMA預(yù)測，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（包括蜂窩及非蜂窩）聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將達到約246億個。通信技術(shù)中的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、長期演進機器類型連接（LTE-M 和 LTE-MTC）以及增強型機器類型通信（eMTC）是目前流行的技術(shù)。這些技術(shù)的優(yōu)勢在于，它們利用現(xiàn)有用于語音和高帶寬通信的蜂窩發(fā)射塔。不過，只需要不定期報告和控制的設(shè)備并不需要高帶寬，而且由于許多設(shè)備都采用電池驅(qū)動，因此需要這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持更低的功耗和更低的帶寬標(biāo)準(zhǔn)。其他未利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)且必須重建基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)包括Sigfox、LoRa/LoRaWAN等。

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