拉拢开发者　芯片商力拓穿戴设备市场

    穿戴式装置类型与应用功能将更趋多元。有鉴于开发者社群将成为穿戴式装置创新和普及的重要推手，晶片商除持续精进元件规格与性能外，亦积极推出更低成本的开发平台，期协助开发者打造出更多样且高附加价值的穿戴式商品。

    穿戴式装置市场将更形壮大。由于穿戴式装置市场与一般消费性电子不同，须结合半导体技术以外领域如织品、时尚等外型、使用者介面(UI)设计专业，更突显出未来开发者(Maker)社群将扮演拱大穿戴式装置市场规模的重要角色。也因此，晶片商如英特尔(Intel)及联发科，皆不约而同发表协助全球开发者社群，更快创造小型且价格合宜的穿戴式装置开发平台及开发计划(图1)，藉此加速扩大整体市场规模。 

图2　英特尔新装置事业群资深总监Tom Foldesi表示，消费者使用的穿戴式装置不仅要有实用的功能，还应具备漂亮的外观。

    英特尔新装置事业群资深总监Tom Foldesi表示，目前穿戴式装置业者所面对的主要挑战，包括须为该应用领域提供独特/专属的运算技术、须提供可改善生活的特色、穿戴式装置本身可展现个人特色与时尚、可与云端技术相连，最后，须创造新的生活经验。 

拉拢开发者社群　晶片商拱大穿戴市场

    Foldesi进一步指出，穿戴式装置的开发过程不若以往行动装置单纯，反之，半导体厂商为确保使用者体验臻于完善，须与时尚设计、运动健身装置以及品牌业者合作，而英特尔将可以提供包括矽智财(IP)授权、元件或开发板及参考设计等资源，让上述开发夥伴能藉此将创新的点子化为真实产品。 

    据了解，英特尔针对穿戴式装置市场已推出英特尔Edison开发板，内建低功耗22奈米(nm)制程双核Quark处理器，并整合无线区域网路(Wi-Fi)和蓝牙(Bluetooth)等功能区块；不仅如此，英特尔更发起名为「MAKE IT WEARABLE」的穿戴式装置点子发想竞赛，邀请全球开发者利用Edison开发板共同提出创新设计，首奖获奖者将可获得500,000美元奖金。 

    无独有偶，联发科同样于日前发表LinkIt开发平台，藉此推广穿戴式装置市场的应用发展。LinkIt平台以联发科Aster系统单晶片(SoC)为核心，该颗晶片是目前穿戴式市场体积最小的SoC，专为穿戴式及物联网应用而设计。 

    联发科技新事业发展部总经理徐敬全表示，联发科将透过几大方向推动穿戴式装置市场的成长，首先是提供软硬体结合的应用平台(Application Platform)，不过与智慧型手机时代不同的是，该公司将由提供Turnkey方案转换为给予Semi-turnkey方案，让客户能拥有更多的客制化空间；紧接着，联发科将持续提供高整合的系统单晶片，并确保与长程演进计划(LTE)、Wi-Fi、蓝牙(Bluetooth)、全球导航定位系统(GPS)等技术方案互通无虞。最后，该公司将提出更为完善的开发者社群平台--亦即LinkIt平台。 

    值得一提的是，联发科除提供开发平台外，亦发表「MediaTek Labs」开发者社群计划。该公司指出，MediaTek Labs将成为联发科为开发人员提供服务的枢纽，包括软体开发套件(SDK)、硬体开发套件(HDK)、技术文件，同时提供给装置制造商与应用开发社群的技术服务与业务支援。

    徐敬全强调，由联发科主办的穿戴式暨物联网装置竞赛已全面开跑，该公司广邀各界好手集思广益设计穿戴式装置，得奖者的作品将有机会受邀至联发科于2015年消费性电子展(CES)展区展出，并进一步评估商用化可能。 

    不仅是英特尔和联发科，飞思卡尔(Freescale)亦正透过参考设计平台协助开发社群实现更多样的穿戴式应用。 

扩大穿戴式市场布局　Freescale成立开发社群

    为了降低穿戴式装置之开发门槛、加速产品上市时程，飞思卡尔夥同Kynetics、Revolution Robotics、Circuitco等超过十五家厂商，共同成立穿戴式装置开发社群，并推出市面上首个针对穿戴式装置打造的开源(Open Source)平台--WaRP。 

图3　飞思卡尔微控制器事业部暨业务发展经理Sujata Neidig认为，WaRP平台将能降低穿戴式装置开发门槛，并加快产品上市时程。

    飞思卡尔微控制器事业部暨业务发展经理Sujata Neidig(图3)表示，综合多家市调机构的研究报告结果即可窥知，穿戴式装置市场潜力备受看好，据估计，2013?2017年间，穿戴式装置市场产值的年复合成长率(CAGR)将超过50%，市场规模在2017年更可望达到五百亿美元。如此惊人的成长潜力，自然吸引众多知名半导体大厂争相投入；不过更值得关注的是，为数众多的新创公司更将成为穿戴式装置不断创新的重要推手。 

    Neidig进一步指出，除提供如微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、微机电系统(MEMS)感测器等关键元件给开发厂商之外，为加速整体穿戴式市场发展、降低开发门槛，以让众多中、小型新创公司也能顺利进行穿戴式装置的开发工作，飞思卡尔秉持着开源宗旨，与超过十五家厂商共同建立穿戴式装置开发社群，并推出一款穿戴式装置参考平台--WaRP(Wearable Reference Platform)。 

    事实上，市面上早已出现多款类似于WaRP的硬体开发板，如Raspberry Pi、Arduino、Beagle Bone Black、Newton等。不过，Neidig强调，WaRP拥有的延展性及开放性，是其他硬体开发装置无法媲美的，更重要的是，WaRP是市面上首个针对穿戴式装置推出的开发平台。 

    Neidig指出，以Raspberry Pi为例，其开发社群封闭，开发者仅能选用特定晶片商的解决方案；Arduino则是应用范畴过于广泛，无法真正符合穿戴式装置的需求；由北京君正推出的Newton平台，其最大问题即在于该装置的中央处理器(CPU)矽智财(IP)系采用MIPS核心，而MIPS核心相较于WaRP所采用的安谋国际(ARM)架构，其生态圈相对较小，开发环境较为封闭，因此无论是在软、硬体的支援上Newton皆难以获得如WaRP般广泛的支援。 

    据了解，为了强化WaRP的开放性，WaRP的设计方式系采用模组化架构(Modular Architecture)，由一个十二层印刷电路板(PCB)组合而成之主板(Main Board)，搭配一个由两层PCB组合成的可拆卸式子板(Daughter Card)参考设计。 

    此外，Neidig表示，为了符合穿戴式装置需求，WaRP处理器设计方式则采用MPU搭配MCU的混合式架构；亦即，WaRP主板采用的MPU是Cortex-A9核心的i.MX 6SoloLite，其功耗是同级产品中最低，而其子板搭载一颗Cortex-M0+核心的MCU--KL16，可做为感测器中枢(Sensor Hub)，更有助进一步降低功耗。 

    目前，WaRP可支援的应用包含运动追踪、智慧型手表、心电图(ECG)监控、智慧型眼镜、扩增实境头戴式显示器、穿戴式医疗产品等。值得注意的是，日前Google已针对智慧型手表应用发布专属的作业系统--Android Wear，未来WaRP亦可望全面支援此作业系统。 

    Neidig进一步解释，由于WaRP诉求的是开放平台，为了符合其开源特性，目前该装置支援的是Android、Linux等开放式的作业系统；而Android Wear目前仍属于封闭式的生态环境，无论是软体开发套件、程式码都尚未全面开放授权，且仅锁定智慧型手表应用，因此WaRP目前尚无法支援；不过一旦Android Wear成为一开源作业系统，WaRP势必会将其纳入支援体系。 

    据了解，WaRP平台的最终版本正在紧锣密鼓调整中，预计于今年7月开始接受预购，并于8月初时正式出货。 

    除飞思卡尔之外，意法半导体(ST)亦将祭出完整的产品组合与参考设计，分食穿戴式装置市场杯羹。 

挟完整产品组合　ST穿戴式市场火力全开 

    瞄准物联网(IoT)应用中最具成长潜力的穿戴式装置，意法半导体已积极强化微机电系统感测器、32位元微控制器、通讯、电源管理、记忆体等穿戴式装置不可或缺的关键元件，同时也将祭出高整合度的参考设计，期以更完整丰富的产品组合，满足各类型产品制造商的设计需求。 

图4　意法半导体执行副总裁暨大中华与南亚区总裁Francois Guibert指出，该公司将挟更完整的产品线，积极扩大穿戴式装置市占。

    意法半导体执行副总裁暨大中华与南亚区总裁Francois Guibert(图4)表示，穿戴式装置的应用将有更多想像空间，如健身、运动、医疗等，且除当作行动装置的配件之外，亦将会发展为提供特定功能的独立型穿戴式装置，预期此两种类型的穿戴式装置将会在市场中并存。 

    也因此，穿戴式装置的主处理器并不会仅有32位元微控制器，系统单晶片亦将是原始设备制造商(OEM)或原始设计制造商(ODM)采购主处理器的另一种选项。 

    瞄准穿戴式装置市场商机，高通(Qualcomm)、联发科等处理器大厂已竞相发布SoC、开发平台及参考设计，积极抢市。Guibert指出，不仅是处理器大厂，该公司亦戮力提供汇集更多离散和被动式元件的高整合度方案，以助力穿戴式装置开发商缩小产品体积，赢得更大量的订单；然值得关注的是，除整合度之外，功耗及价格亦将会是ODM与OEM选购主处理器的重要评估指标。 

    另外，相较于处理器大厂，意法半导体拥有穿戴式装置系统开发商所需的所有关键元件产品线，如32位元微控制器、双介面电子抹除式可复写唯读记忆体(EEPROM)、MEMS感测器、蓝牙低功耗、近距离无线通讯(NFC)、运算放大器、类比开关等主处理器、记忆体、感测器、通讯及电源管理元件。 

    Guibert强调，该公司具备穿戴式装置开发业者所需的数位和类比关键元件，相比之下，处理器大厂仅能侧重在数位元件的进化。而无论是处理器大厂的SoC，抑或32位元微控制器，意法半导体旗下的类比和数位元件均将能与之配搭，提供穿戴式装置客户群更具弹性的开发方案。 

    此外，为协助制造商缩短产品开发时程，意法半导体亦将会针对穿戴式装置市场推出参考设计，准备积极插旗市场版图。 

瞄准穿戴式应用　客制化处理器趋势萌芽 

    显而易见，参考设计平台已是半导体厂拓展穿戴式市场的重要利器，然而，目前市面上穿戴式装置内建的处理器功耗表现仍不理想，仅能透过系统架构设计将处理器运作功耗降至最低；因此为了因应穿戴式装置对低功耗的严苛要求，市场上对客制化穿戴式处理器的需求正逐渐发酵。

图5　安谋国际处理器部门行销计划总监Ian Smythe(右)表示，因应穿戴式装置对低功耗的严苛要求，市场上对客制化穿戴式处理器的需求正逐渐发酵。左为安谋国际行动装置解决方案总监James Bruce。

    安谋国际处理器部门行销计划总监Ian Smythe(图5)表示，与智慧型手机、平板电脑不同，穿戴式装置囊括多种外型(Form Factor)及应用情境，从入门级装置到高阶产品，各种创新应用服务及终端产品层出不穷，其市场规模正急速扩大。 

    Smythe进一步指出，为了让穿戴式装置更加符合使用者的应用需求，许多晶片商正加紧开发相关解决方案，期能加速扩大整体穿戴式装置市场的生态系统；而现有穿戴式装置内建的处理器，多系承袭智慧型手机、平板电脑等行动装置的固有解决方案，不过这些晶片对于穿戴式装置应用而言，无论是功耗及尺寸等方面不免难以尽如人意，因此一波针对穿戴式装置而开发的客制化处理器风潮正在悄然酝酿成形。 

    以印度新创公司Ineda为例，该公司即已开发出专为穿戴式装置所用的低功耗处理器(Wearable Processing Unit, WPU)--Dhanush WPU。据悉，Dhanush WPU将分成四个等级，以符合低阶到高阶穿戴式装置的需求，该产品预计于今年下半年投入量产。此外，该公司已于日前获得三星(Samsung)、高通旗下创投公司投资，显见三星、高通等半导体大厂亦对其未来发展予以肯定。 

    不过，安谋国际行动装置解决方案总监James Bruce表示，为穿戴式装置所设计的客制化处理器风潮，目前仍属萌芽阶段，需约一年时间方能看到更多相关解决方案正式面市；而除了初期投入研发成本之外，还要再加上产品导入设计、验证及上市时程，以及考量到其他晶片、零组件对客制化处理器是否已有相应支援，因此他预期，需约两年时间，穿戴式装置处理器的发展及应用生态才会更加成熟。 

    此外，Bruce认为，除了硬体开发要不断精进，符合穿戴式装置的需求外，包括作业系统、开发工具、软体支援、通讯机制等都须跟上穿戴式装置演进的脚步，也就是整体基础生态系统的建立必须更加完善。有鉴于此，安谋国际近来积极厚实mbed开发平台资源，拉拢多家半导体业者加入此平台，以求能助力开发商快速整合所有软硬体资源，加速穿戴式装置等物联网应用产品上市时程。 

    不仅主处理器规格转变将有利穿戴式市场更趋成熟，许多创新技术和元件如心电感测晶片的问世，亦可望为穿戴式应用注入新的活水。 

心电感测技术加持　穿戴式应用延伸触角

    随着健康与健身类型的穿戴式装置市场升温，能感知生物生理讯号的心电感测应用也日益受到瞩目，若与演算法搭配得宜更有相得益彰之效，可让穿戴式装置实现如监测心脏年龄、压力指数、生物识别等前瞻应用。

图6　神念科技专业领域应用与积体电路产品工程经理林鸿松(右)表示，心电资讯能进一步换算成压力指数、交感/副交感神经运作现况、心脏年龄推估、生物识别等应用，可望扩增健康与健身类型的穿戴式装置应用范畴。左为神念科技事业开发经理杨士菁。

    神念科技事业开发经理杨士菁(图6左)表示，感测器可延伸穿戴式装置应用触角，并能符合装置情境感知(Context Awareness)的需求，让穿戴式产品更加智慧化；不过，通常广为所用的感测器类型，多是加速度计(Accelerometer)、陀螺仪(Gyroscope)、磁力计、光感测器、温/湿/压感测器等感知外在环境的感测元件，而感知人体内在生理讯号的生物感测器(Biosensor)，其应用潜能则尚未被大举开发。 

    杨士菁进一步指出，感测生理讯号的生物感测器，多应用于大型医疗装置，不过随着穿戴式装置当前的当红炸子鸡--也就是健康与健身类型装置，其市场规模不断扩大，因此生物感测器于穿戴式装置的应用潜能亦日益受到瞩目；虽然生物感测装置开发门槛较高，但若应用得宜，即能将健康与健身类型穿戴式装置的应用潜能发挥至极大值。 

    有鉴于此，包括神念科技以及众多研究机构，近年来皆积极投入脑波讯号感测、心电图感测等技术开发。杨士菁分析，脑波讯号约莫只有50Hz，而心电图讯号则约为脑波讯号的一百倍，在穿戴式装置的应用前景较为明朗，因此神念科技在开发心电感测晶片之初即是锁定穿戴式装置应用，而非大型医疗装置，盼能掀起健康与健身类型穿戴式装置的新一波革命。 

    神念科技专业领域应用与积体电路产品工程经理林鸿松(图6右)强调，除了硬体开发之外，心电感测应用的关键在于演算法，若演算法够强大，即能将感测到的心电资讯，换算成压力指数、交感/副交感神经运作现况、心脏年龄推估、生物识别等应用，进一步扩增健康与健身类型的穿戴式装置应用范畴。 

    此外，林鸿松指出，开发穿戴式装置专用的元件，其重点在于尺寸及整合度；而许多心电感测晶片仅含有类比前端(Analog Front-End, AFE)部分，专业度有余整合度却不足，因此神念科技选择以系统单晶片模式开发产品，除了AFE之外，亦整合了以神念科技自有矽智财(IP)核心开发的微控制器，负责整体系统配置、运作管理、内外通讯、专有演算法计算等应用，能够以最少的时间及技术成本，快速整合成为系统上市，且该晶片尺寸仅有3毫米(mm)×3毫米×0.6毫米，是目前全球尺寸最小的心电感测晶片。 

    此外，神念科技心电感测方案还配有数位讯号处理(DSP)模组，来加速对系统管理单元监控下的各种数位滤波的计算，它可以过滤电源供应产生的50Hz以及60Hz频率，并内建稳定的滤波器，能采集从微伏特(μV)到毫伏特(mV)的生物讯号。 

    随着半导体元件的规格与性能不断演进，晶片商针对穿戴式装置发布的开发平台，将兼顾效能和成本竞争力，更有利于OEM与ODM加快量产出价格更亲民的穿戴装置，激励市场接受度大增。