MEMS傳感器融合將推動(dòng)集中處理快速發(fā)展

據(jù)IHS iSuppli公司的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)與傳感器專題報(bào)告，MEMS領(lǐng)域中出現(xiàn)的傳感器融合趨勢(shì)，不但正在幫助改善移動(dòng)與游戲設(shè)備中基于運(yùn)動(dòng)的精度，而且將為集中處理領(lǐng)域帶來(lái)新的重大發(fā)展，并有望大幅提高其營(yíng)業(yè)收入。

目前集中處理領(lǐng)域正在進(jìn)行的開發(fā)，預(yù)計(jì)將采用當(dāng)今的9軸傳感器融合，該技術(shù)同時(shí)使用3軸加速計(jì)、3軸陀螺儀和3軸電子羅盤，以提供更加精確和靈敏的動(dòng)作探測(cè)。明年9軸組合中使用的運(yùn)動(dòng)傳感器的銷售額將達(dá)到8.5097億美元，比2011年底預(yù)計(jì)達(dá)到的5.5001億美元大增55%，而到2015年有望增長(zhǎng)到13.5億美元左右，如圖1所示。傳感器融合這種驚人的增長(zhǎng)潛力，可能對(duì)集中處理的開發(fā)者有利，他們把自己的命運(yùn)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(jī)、平板電腦和游戲機(jī)中應(yīng)用處理器所承擔(dān)的重負(fù)將卸載到別處。通常應(yīng)用處理器需要大量能量，在后臺(tái)持續(xù)運(yùn)行各種應(yīng)用程序。另外，一臺(tái)移動(dòng)或游戲設(shè)備需要使用各類傳感器，這些傳感器需要硅片來(lái)幫助探測(cè)一系列功能，包括動(dòng)作探測(cè)、環(huán)境光、距離、溫度和濕度。其中大量硅片都是重復(fù)的，結(jié)果導(dǎo)致應(yīng)用處理器過(guò)載并消耗大量能源，難以達(dá)到預(yù)期速度或?qū)崿F(xiàn)最大能力。

分?jǐn)倯?yīng)用處理器負(fù)載的一個(gè)方法是，使用微控制器(MCU)。另一個(gè)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。

MCU

與只是依賴應(yīng)用處理器運(yùn)行的軟件算法相比，低功率MCU與手機(jī)應(yīng)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(shí)現(xiàn)差異化的特點(diǎn)。

采用MCU面臨的主要障礙是成本。作為額外部件，MCU必然會(huì)增加手機(jī)或任何使用MCU的設(shè)備的總體材料成本。

迄今為止，沒(méi)有一部手機(jī)采用專用MCU承擔(dān)傳感器信號(hào)處理任務(wù)，但有些手機(jī)品牌正在與MCU供應(yīng)商合作開發(fā)相關(guān)的解決方案。IHS公司認(rèn)為，第一批采用MCU傳感器的手機(jī)最早可能在明年初問(wèn)世。

從制造商方面來(lái)看，德州儀器是第一家在其低功耗MCU上執(zhí)行運(yùn)動(dòng)傳感器處理任務(wù)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(guó)加州桑尼維爾的InvenSense Inc.合作。他們的努力主要針對(duì)需要6軸傳感器融合的消費(fèi)應(yīng)用，但Atmel也可能開發(fā)面向手機(jī)的解決方案，采用簡(jiǎn)單的傳感器融合。

其它一些廠商也在致力于面向手機(jī)的專用MCU概念。美國(guó)德州的飛思卡爾半導(dǎo)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(jì)組合在同一個(gè)封裝之中；意大利-法國(guó)合資公司意法半導(dǎo)體，使用一個(gè)內(nèi)部生產(chǎn)的MCU來(lái)運(yùn)行其自己的9軸傳感器融合算法，同時(shí)為環(huán)境光和距離傳感器提供信號(hào)處理。

IHS公司認(rèn)為，在太平洋彼岸，日本羅姆半導(dǎo)體也在研究如何在傳感器信號(hào)處理中使用MCU。羅姆半導(dǎo)體擁有紐約Kionix Inc.。羅姆半導(dǎo)體還為手機(jī)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(gè)更好？

在為應(yīng)用處理器減負(fù)的第二種解決方案中，應(yīng)用處理器供應(yīng)商考慮使用一種新型專用傳感器處理內(nèi)核，它可以在應(yīng)用處理器睡眠的時(shí)候工作。這種專用內(nèi)核對(duì)于需要傳感器全天持續(xù)運(yùn)行的功能來(lái)說(shuō)將非常有用，比如計(jì)步器之類的設(shè)備；對(duì)于涉及行動(dòng)監(jiān)測(cè)以及情境感知等的任務(wù)，也會(huì)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(jì)算坐標(biāo)將需要更少的時(shí)鐘周期。這種硬件方式還有其它許多優(yōu)勢(shì)，包括功耗明顯下降，這對(duì)于移動(dòng)設(shè)備非常重要；可以消除參與傳感器信號(hào)處理的重復(fù)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(yīng)用處理器中的這個(gè)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(yīng)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(huì)針對(duì)具體的傳感器進(jìn)行優(yōu)化——通常是針對(duì)市場(chǎng)領(lǐng)先廠商的處理器優(yōu)化，但對(duì)于其它所有供應(yīng)商的每種傳感器來(lái)說(shuō)，未必能實(shí)現(xiàn)同樣的精度和分辨率水平。

芯片廠商高通對(duì)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A(yù)RM 7處理器。該產(chǎn)品將完全符合降低應(yīng)用處理器負(fù)擔(dān)的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。

然而，IHS公司認(rèn)為，對(duì)于市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這一步邁得有點(diǎn)過(guò)早。雖然9軸融合中的加速計(jì)和羅盤是成熟技術(shù)，但3軸陀螺儀技術(shù)仍在改進(jìn)之中。尤其是，新型低漂移陀螺儀預(yù)計(jì)18個(gè)月以后才會(huì)推出，屆時(shí)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(lái)看，目前MCU方式對(duì)于減輕應(yīng)用處理器負(fù)擔(dān)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(duì)專用硬件進(jìn)行優(yōu)化，以改善功耗和響應(yīng)速度。

最終，傳感器融合可能對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器供應(yīng)鏈帶來(lái)額外影響，MCU和處理器供應(yīng)商都可以在價(jià)值鏈中升到更高層次，他們可以購(gòu)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。