Synaptics在IoT市場勝出的策略

??我們對智能互聯(lián)設(shè)備的期望越來越高，這給系統(tǒng)供應(yīng)商及其芯片供應(yīng)商帶來了巨大的技術(shù)壓力。

我們希望那些小東西變得越來越智能。從藍(lán)牙耳機(jī)到超高清電視，從廚房電器到叉車，我們希望我們的設(shè)備不僅能工作，且能理解周圍環(huán)境，做出正確的決定，并與其他設(shè)備協(xié)同。

傳感、處理和互聯(lián)方面的壓力正在深刻地改變小系統(tǒng)的架構(gòu)。這種變化反過來也改變了系統(tǒng)供應(yīng)商的角色，以及芯片和IP供應(yīng)商的商業(yè)模式。本文將舉例說明這些變化，這些例子來自最近的一個(gè)芯片供應(yīng)商Synaptics的技術(shù)展示會。

三個(gè)平臺??

我們討論的那些小型設(shè)備以前都有一個(gè)電源開關(guān)，可能還有一些機(jī)械和電氣部件。然后微控制器芯片時(shí)代到來了，用一個(gè)MCU、幾個(gè)傳感器和執(zhí)行器以及一堆固件取代了那些簡單的機(jī)械和電氣部件。選擇組件、編寫代碼和集成系統(tǒng)的職責(zé)仍然由系統(tǒng)開發(fā)商負(fù)責(zé)。

但在現(xiàn)今的感知/計(jì)算/互聯(lián)世界中，這三個(gè)領(lǐng)域的各自分別都已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的專業(yè)領(lǐng)域。Synaptics稱之為技術(shù)平臺。雖然這三個(gè)領(lǐng)域是分開的（很少有工程師能夠同時(shí)掌握其中的兩個(gè)），一旦傳感器、處理和互聯(lián)設(shè)計(jì)在你的烤面包機(jī)或電視上結(jié)合在一起，三者之間就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，而且并不總是可預(yù)測。這使得系統(tǒng)集成成為一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，需要在每個(gè)平臺都有深厚的專業(yè)知識。這是一個(gè)大坑，除了最好的系統(tǒng)開發(fā)商之外，誰都不想深陷其中。

這些平臺不僅在技術(shù)上很復(fù)雜，而且基于幾年或幾十年的前期開發(fā)，而且每個(gè)平臺都被分割成幾個(gè)不同的部分，每個(gè)部分反過來又成為一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。

傳感??

諷刺的是，系統(tǒng)越智能，傳感器卻變得越“笨”。在系統(tǒng)中只有很少或根本沒有計(jì)算能力的情況下，工程師們投入了巨大的精力和費(fèi)用，使傳感器在空間、功率和預(yù)算允許的范圍內(nèi)盡可能精確。但隨著處理能力的增強(qiáng)，算法可以彌補(bǔ)傳感器中已知的缺陷，比如溫度傳感器中的非線性或廉價(jià)塑料鏡頭的失真。

傳感器可以更簡單、更便宜，因?yàn)樗鼈儾恍枰_，只要一致就可以了。軟件，有時(shí)是模擬信號處理，可以從簡單的傳感器獲取原始數(shù)據(jù)，并推理出關(guān)于外部世界的準(zhǔn)確信息。例如，一個(gè)微小的Synaptics傳感器處理器可以從簡單的熱、電容、電感和磁傳感器獲取輸入，并通過它們讓耳機(jī)檢測手指手勢，并判斷耳機(jī)是在用戶的耳朵里，還是在盒子里，還是在兩者之間。

更強(qiáng)大的處理能力可以讓廉價(jià)鏡頭的相機(jī)接管其他更復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。例如，給低功耗視覺處理器供電的攝像頭可以檢測視場中物體的存在和位置。例如，允許電視聲條將音頻引導(dǎo)到聽眾實(shí)際所在的位置，或者允許零售顯示器在購物者接近時(shí)被激活，同時(shí)忽略推著推車的進(jìn)貨人員。

更強(qiáng)大的視覺處理和機(jī)器學(xué)習(xí)加速功能可以讓顯示器預(yù)測購物者的體型、年齡、性別和風(fēng)格，并定制出顯示內(nèi)容。

這些例子展示了將基本傳感器與不同級別的信號處理和計(jì)算相結(jié)合，以探測外部世界的重要信息。它們都是特定于某種應(yīng)用的。隨著它們使用更多的處理能力，顯示出傳感器和計(jì)算平臺之間日益增長的相互依賴性。

計(jì)算??

小型設(shè)備的處理始于小型、簡單的MCU，只能執(zhí)行簡單的控制功能。但是，由于傳感和互聯(lián)平臺的需求不斷增長，以及用戶對更復(fù)雜的系統(tǒng)行為的期望，這個(gè)平臺已經(jīng)擴(kuò)展和細(xì)化，包括許多完全不同的計(jì)算架構(gòu)。

MCU仍然存在，從上面提到的Synaptics FlexSense芯片中微小的、幾乎零功耗的設(shè)計(jì)，到大型邊緣計(jì)算SoC中強(qiáng)大的Arm核。大部分嵌入式軟件仍然運(yùn)行在這樣或那樣的MCU上。

與此同時(shí)，傳感器信號處理和無線連接的需求不斷增長，也推動了小型系統(tǒng)對更多數(shù)字信號處理內(nèi)核的需求。越來越多的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用也促進(jìn)了這一增長。機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)不為人知的事實(shí)是，大多數(shù)ML模型的準(zhǔn)確性取決于在它們成為ML模型的輸入之前對現(xiàn)實(shí)世界信號的大量過濾和調(diào)節(jié)水平。這項(xiàng)工作通常在DSP內(nèi)核中完成。

機(jī)器學(xué)習(xí)還對計(jì)算平臺產(chǎn)生了另一種影響。理論上，經(jīng)過訓(xùn)練和優(yōu)化的模型可以作為普通軟件在普通MCU上實(shí)現(xiàn)。但在實(shí)踐中，要想擁有一個(gè)足夠復(fù)雜的模型，以足夠高的速度對真實(shí)世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的推斷，通常需要一個(gè)推理加速器內(nèi)核。這些內(nèi)核所使用的架構(gòu)與MCU或DSP截然不同，通常要么是專用處理器和內(nèi)存塊的陣列，要么是此類處理器的pipeline。

Synaptics在其SoC產(chǎn)品線中使用了兩種不同的加速器內(nèi)核。一種針對低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，另一種針對性能進(jìn)行了優(yōu)化。

最后，在小型系統(tǒng)上的顯示需求，特別是AR流行后，也將需要GPU內(nèi)核。這產(chǎn)生了另一種具有自編程工具的獨(dú)特架構(gòu)。

互聯(lián)?

我們期待智能的東西互聯(lián)的。無論這意味著耳機(jī)和智能手機(jī)之間的藍(lán)牙連接，電燈開關(guān)連接到家庭自動化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，還是電視連接到互聯(lián)網(wǎng)，我們都期待互聯(lián)。

但還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)方式。藍(lán)牙在物理和協(xié)議層面上不同于其他短距無線鏈路，后者大多是網(wǎng)絡(luò)而不是點(diǎn)對點(diǎn)連接。所有這些都不同于WiFi，其各個(gè)等級各不相同。所有這些又都與5G不同，5G正在努力成為IoT的粘合劑。而GPS接收器（獲取精確的時(shí)間和位置數(shù)據(jù)所必需的）則不同于上述所有設(shè)備。

雖然所有這些接口都具有相同的基本功能（協(xié)議處理、編碼/解碼、控制和物理傳輸/接收），但很少有兩個(gè)接口可以共享一個(gè)通用MCU內(nèi)核之外的硬件來運(yùn)行協(xié)議軟件。然而，我們希望我們的設(shè)備可以隨機(jī)地連接到任何可用的連接，就像我們的智能手機(jī)一樣。這使得互聯(lián)在硬件和軟件層面上成為另一個(gè)復(fù)雜的多技術(shù)平臺。

收購策略???

三種技術(shù)平臺融合為一個(gè)系統(tǒng)，類似于簡單的功能機(jī)演變?yōu)楝F(xiàn)今的智能手機(jī)。在這種情況下，各智能手機(jī)廠商在巨額預(yù)算和巨大市場預(yù)期的推動下，開始進(jìn)行系統(tǒng)集成，將各個(gè)組件組合在一起，將芯片IP合并到應(yīng)用處理器SoC中，并創(chuàng)建固件。

但是大多數(shù)小型系統(tǒng)供應(yīng)商既沒有足夠的規(guī)模，也沒有足夠的市場預(yù)期來證明如此巨大的設(shè)計(jì)工作是合理的。他們可以定義獨(dú)特、創(chuàng)新的產(chǎn)品，但他們都缺乏Apple或Samsung可以部署的所有三個(gè)平臺的深厚專業(yè)知識。他們更愿意成為系統(tǒng)整合過程中的合作伙伴，或者被動的觀察者。

原則上，這為在所有三個(gè)平臺上都擁有深厚專業(yè)知識的芯片供應(yīng)商創(chuàng)造了差異化優(yōu)勢。但如何在一個(gè)相對較小的fabless IC供應(yīng)商中創(chuàng)建這樣的環(huán)境？在2008年后的時(shí)代，雇傭有創(chuàng)意的工程師的成本很高，但獲得資本相對容易，因此答案就成為了收購。收購那些已經(jīng)擁有相關(guān)解決方案的小公司。如果操作得當(dāng)，可以通過最少數(shù)量的收購、許可和聯(lián)合開發(fā)交易來培養(yǎng)滿足許多客戶需求的能力。這與僅僅通過獲取現(xiàn)金流來實(shí)現(xiàn)增長有很大不同。

智能設(shè)備中技術(shù)的融合給系統(tǒng)開發(fā)者及其芯片供應(yīng)商帶來了很大的壓力。一個(gè)結(jié)果就是出現(xiàn)了一種新型的fabless芯片公司，通過收購芯片IP供應(yīng)商，并圍繞共同的集成戰(zhàn)略和代工目標(biāo)進(jìn)行整合，來增強(qiáng)其專業(yè)知識。其結(jié)果可能是以前很少見到的fabless芯片公司結(jié)構(gòu)的增長，以及最好的芯片IP供應(yīng)商被席卷到這些fabless公司。這兩種結(jié)果都將改變該行業(yè)的結(jié)構(gòu)。

Synaptics的近10年收購舉動