IC芯片设计,到底该如何演进及变革

物联网（IoT）是将日常生活万事万物都可无线链接上网络的一个统称，但在整体物联网领域中所包含的终端技术非常多且复杂，因此并没有单一的芯片或装置技术能够含括整个物联网领域的需求，显示这是一个集众多技术、服务以及市场在一身的庞大科技领域。所有这些均连结至互联网，未来随着物联网定义的持续演进，物联网架构设计也将持续见到演进及变革。

智能家居等物联网终端应用领域，成为一庞大资料搜集区块。法新社据Semi Engineering网站报导，物联网领域与移动装置领域或其他科技应用领域不同的是，移动装置等领域更适合于单一特定应用并重复使用之，物联网领域则有更多的一般目的版本，在部分情况下将会进行具体的设计，并试图针对其他市场领域再度运用。由于物联网领域更加广泛、规模也持续在增加，因此未来将可见到针对特殊应用的更多特殊设计问世。

为了描述出一个完整的物联网体系，将需要建构一个三层的架构，其一包含服务器与云端零组件、其二为介于物联网边缘装置（edge device）与云端之间的网关零组件，其三则是作为真实世界与网络之间链接的物联网边缘装置，此即各类终端物联网产品，如智能家居产品线等。

虽然上述过程看似有其逻辑性，不过在物联网边缘装置方面，许多情况下却是由效能较差的传感器来搜集数据，再传送这些资料至云端供进行分析处理，有时候甚至传送速度太慢以至于无法将全数数据上传云端，这便形成了为物联网设计芯片或传感器时变得非常困扰的情况。

一方面这些物联网边缘装置成本不能太高，但在部分物联网市场又需要这些装置不仅具可靠性又必须安全，且还必须符合大量标准规范，如在汽车领域还必须符合诸如ISO 26262等多项标准、在工业物联网（IIoT）领域符合OMAC及OPC等工业标准等，这些都为物联网装置在正式问世前增加许多成本及时间。

特别是在移动电子领域，这些物联网系统设计上还需要非常省电及延长电池续航力，这就需要复杂的电源管理技术，如此也将进一步提高成本及复杂性，更不用提这些装置需要具备足够的效能完成任务。

为了在降低成本且维持效能情况下开发适合物联网边缘装置搭载的芯片及传感器等零组件，运用摩尔定律（Moore’s Law）将微处理器持续微缩，如将物联网芯片从现行55纳米及40纳米技术水准，提升至40纳米及28纳米水平，将有助于降低成本。

若要提升安全性，芯片设计也必须改进至采用32位；另如将多个传感器封装至单一丛集以创造规模经济，也是一个能够降低成本的方式。毕竟这些边缘装置必须针对各日常生活应用领域客制化设计与打造，存有各式复杂的设计要求，甚至有时存在着高量产需求，因此压低成本将有其帮助。

随着边缘装置搜集到更多数据，网关会无法负荷将如此大量数据都传送至云端、再由云端进行分析处理的任务，这也因此对中阶运算平台形成需求性，这类平台适合介于云端与边缘装置之间，可成为智能或简单的网关、或是作为边缘服务器等。

此外，让边缘装置导入人工智能（AI）芯片直接就近处理大量数据、无需再上传数据至云端，也是解决此一问题的办法之一，前提是要开发出具足够处理分析能力的AI芯片。云端接收到的边缘装置搜集数据往往不一致且庞大，这类资料可能在AI上作为模式识别的一部分，或只能进行不适合于量子化学软件Gaussian分布的像差筛选。

为解决此问题，芯片制造商与系统业者开始为逻辑与传输量设计全新的架构，在同样情况下将部分处理过程转移至网络中，或甚至导入各类型内存。

上述三层架构装置将以连网形式作业，安全问题也成为愈来愈重要的课题、必须加以防范，因而需要在架构层级就予以解决，若装置由更多分散零组件打造，安全防护问题将变得更困难，因此若能将所有零组件功能整合至单一芯片，将有助减少遭网络攻击风险。