可穿戴设备面临新挑战

迪克·特雷西(Dick Tracy)的手表通信器引发了公众对可穿戴电子产品的兴趣。在1946年的连环漫画中，这个想法是如此引人注目，以至于它激发了数百种基于手腕的设备的发布，从对讲机到计算器，到GPS跟踪器，心跳和运动监测器。然而，尽管在此后的69年里，公众对这种技术非常着迷，但没有一种技术能长久存在。

这并不意味着任何人都放弃了这个概念。事实上，更多的设备正在路上。但它们背后的对话正在发生变化。关于单一杀手级应用程序是否真的存在的秘密辩论仍在继续。领先的候选是与医疗保健相关的应用程序——例如，能够跟踪酶的变化或心脏病发作前的心跳变化——以及移动支付和安全。尽管如此，目前的想法是，在这个市场上的成功将建立在应用程序的组合上，可能需要一个后端业务基础设施来补贴终端设备的成本。

不过，要实现这一目标，需要进行一些重大的技术变革。每天晚上，甚至每隔几个晚上，都要解开一个笨重的大设备，并插入电缆，这不会产生广泛的吸引力。重要的是，智能手表正在成为第一款主要考虑功率的大众移动设备，而不仅仅是性能和面积等因素之一。

但延长充电间隔时间和改善外形并不是那么简单或直接的。它需要自下而上地重新思考芯片架构，以及将使用什么样的处理器和内存技术，各种组件如何连接，通信是在芯片上还是芯片外，以及离芯片多远，以及如何编写和利用软件，以及用于保护数据的安全方案。这些因素中的每一个都可能对权力产生重大影响，它们合在一起可以创造或毁灭一个市场。

它还需要自上而下地重新思考哪些功能是关键的，它们需要多久访问一次，访问速度有多快，以及哪些功能可以完全关闭或忽略。能够识别悬而未决的运行状况问题是至关重要的。当你在超市里找牛奶的时候，指引你到乳制品区却不是，而且比起稳定地监测你的重要功能，为你指明方向可能需要更多的精力。

博通总裁兼首席执行官斯科特•麦格雷戈表示:“可穿戴设备市场需要全系统的思维。“它包括从基础设施方面的电力，到让设备使用合适尺寸的电池。它是整个系统设计，从进程几何到只有某些部分在任何时候“打开”，再到理解延迟和I/O。这也与期望有关，随着我们的发展，期望可能会受到限制。但当我们有足够的功能时，这个市场就会起飞。就像滚滚而来的巨浪，不会停止。未来几年将出现拐点。”

整个行业都在为这一高峰做准备，从知名设备公司到芯片制造商，再到基础设施提供商、风险投资公司，以及一长串争夺市场份额的小公司。好消息是，有这么多不同的公司正在向这个市场靠拢，这意味着有足够的风险来建设基础设施、技术和制定必要的标准，以确保至少取得一些成功。坏消息是，对于应该如何做到这一点，目前还没有明确的方向。

“物联网市场是一个重要的市场机会，”Mark Bohr，高级研究员和流程架构与集成总监说英特尔他指出，可穿戴设备将是一个非常可行的子集。“这一切都是为了超低功耗、超低泄漏，而且可能不像人们说的那样关乎成本。一些旧的技术节点仍然可以扩展，但即使你不缩小功能，你也需要调整这些流程。”

建筑的第一
充分降低功耗的起点是架构。当前设备表现不佳的原因之一——至少与智能手机或平板电脑相比——是早期进入者基于现有的组件和方法将产品推向市场。

“我们倾向于考虑系统架构，然后是大门和实现级别，以及与之相关的所有技术，”微软营销副总裁马克·米利根(Mark Milligan)说Calypto．“特别是可穿戴市场，必须包括上述所有方面。你需要同时为从系统架构到微架构再到门的所有事情制定一个计划。我们已经看到了一些非常新颖的电路架构被创造出来，还有系统分区，你需要保持低功率和选择知识产权比如一个比你通常使用的低功耗处理器。电力是第一位的，所有的技术都在使用。”

Milligan称这是使用最少数量的组件的“获得正确和击中正确”的终极挑战。“权力是第一位的。但紧随其后的是拥有一组正确的功能，在这一点上，没有人知道那是什么。可穿戴设备并没有所谓的“芯片组”。我们仍然需要决定什么是我们需要的，什么是我们可以没有的。”

然而，挑战不仅仅在于单个的技术组件。它还涉及到这些部件是如何组合在一起的，也许更重要的是，为什么它们首先被使用——以权力为出发点。这可能比权衡性能或成本要复杂得多，因为它涉及到从数据应该存储在哪里和如何存储到如何首先将数据存储到那里的所有事情。

公司副总裁兼杰出发明家史蒂文·吴说:“你真的不想在任何事情上偏离芯片。Rambus．“蓝牙低能耗技术将解决从芯片上移动数据的一些问题，但更大的问题是，它很难维持可以运行一个月或一年的电池容量。”

讨论中还包括工艺技术和包装。虽然目前的想法是许多物联网设备将使用旧的处理技术，但可穿戴设备——尤其是人们戴在手腕上的设备——可能是个例外。在某些情况下，这可能意味着转移到使用最新节能技术的最先进的流程节点。但许多接受采访的工程师表示，这也可能是堆叠芯片的驱动力，更宽的信号通道和更短的距离可以大幅提高能源效率，并在不确定的市场中为未来的变化提供灵活性。

新技术，新方法
对于大多数设计团队来说，这是一个非常不同的关注点。自从微处理器问世以来，甚至在那之前，真正的重点一直是速度。功率一直与提高速度的能力和成本有关，对许多设备来说，这仍然是首要考虑的问题。相比其他型号的手机，在耗电量相同的情况下，能更快地搜索互联网和下载数据的智能手机被认为是更好的设备。但在可穿戴设备市场，情况并非如此。传感器可能能够随着时间的推移收集数据，但更有吸引力的解决方案可能是在相同或更长的时间内使用更少的能量导入和分析数据。

“关键是信号链的总功率，”at公司音频/语音IP产品线组总监Larry Przywara说节奏．“我们非常重视处理器、降低功耗和核心。使用20nm工艺技术，处理器的功率可以小于17微瓦。但这只是一个方面。对于像麦克风这样的部件，处理器只占总能量的10%或更少。”

不过，关于如何在整个设备上节省电力，目前还没有明确的答案。虽然所有人都认为这是一个系统层面的问题，但当前这轮可穿戴设备市场仍处于试验阶段。对于连接事物或最佳电源管理策略是什么，没有明确的方向。此外，供应链是如此分散，以至于对许多公司来说，他们唯一的影响力点是在区块层面。

公司产品工程和支持副总裁Aveek Sarkar说:“你必须关注每一个部分。有限元分析软件．“当然，逻辑需要被尽可能地擦洗。你有这些用例场景。但有了可穿戴设备，就更容易确定所有已知的操作模式，并看到你在哪里浪费电力。所以即使功率要求更严格，也更容易解决。操作场景的数量并不广泛。可穿戴设备几乎就像手上的智能手机，但你不需要运行那么多应用程序。你很可能会更多地利用智能手机作为I/O接口。”

但当涉及到用例时，市场也不是静止的。内存是这个领域需要关注的一个大问题，最近在这个领域引起人们特别关注的是电阻随机存取存储器．

“嵌入式RRAM是一种非易失性技术，存储比特的功耗相对较低，”Rambus的Woo说。“在RRAM中，比特单元上有两个终端，它们基本上在终端之间形成灯丝。当施加电压时，端子之间的电阻下降。”

这使得它几乎是可穿戴设备的理想选择，因为它不受DRAM的刷新和爆发模式的影响。“我们对RRAM抱有很大的希望，因为它的大小是SRAM的八分之一，耗电更少，是大缓存的理想选择，”ibm解决方案组的组主管Jamil Kawa说Synopsys对此．“到目前为止，问题一直是制造过程的可变性，这使得它使用起来很混乱，但有报道称，公司正在缩小这种可变性。它也适用于医疗和生物医学领域，因为低频响应时间是可以接受的。虽然速度不及SRAM，但还不错，而且与cmos兼容。”

软件策略
另一个需要提高效率的大旋钮是软件。众所周知，即使在最高效的设计中，编写糟糕的软件也会浪费能源。很少有人关注绕过内置在硬件中的电源管理功能的设计，因为这样做会增加成本。

这种情况正在开始改变，尤其是在可穿戴设备市场，电力是人们最关心的问题。因此，计算策略是围绕软件构建的，软件是设计的重要组成部分——这是多年来一直在讨论但很少实现的事情。在某些情况下，这涉及到异构多核设计，以及基于能量的更细粒度使用模型。

“我们看到越来越多的多核、多操作系统和进程间通信，”Nucleus产品线高级产品经理Andrew Caples说导师图形．“至少你想关闭街区。但是您也希望在可能的时候关闭处理器。多年来，硅的低功耗特性很难利用。您可以为LP状态编写代码。打开和关闭它似乎是微不足道的，但你也可以调整时钟，这样你就有了高、中、低频。你可以让设备离线，然后再把它们带回来。但您不能仅仅通过叠加代码来实现这一切。如果你不以这种心态开始，你会得到一个非常不同的结果，你会得到代码膨胀。在可穿戴设备中，电源管理框架是一个引人注目的特性。 In fact, it’s one of the more critical features.”

接下来是第二部分:为快速变化的市场设计，避开电池，以及可以帮助支付更昂贵设计的商业模式。