万物智联~视频物联网时代的五大硬件元素：感知、计算、执行、连接和安全

近两年半导体芯片行业的火爆，让人不禁想去探寻其中的秘密——究竟是什么在背后推动整个行业的增长？在日前举行的英飞凌（Infineon）【“英”领物联】线上媒体沟通会上，英飞凌科技大中华区安全互联系统事业部市场与业务合作总监南铮认为主要有四大领域，分别是：

• 能源增效，包括可再生能源发电，以及高效地能源传输、分配、储存和使用等等。
• 移动出行，主要是指汽车，包括新能源汽车以及车周边的基础设施。
• 数字世界的安全，从智能卡到嵌入各个设备中的安全芯片，再到最近大热的元宇宙，对于未来在虚拟数字环境中的社交和生活而言，身份识别、数据安全是最基础也是最核心的部分。
• 物联网和大数据，物联网不止是智能家居，还包括智能楼宇、智能工厂、汽车的智能等等。

具体到物联网的定义，南铮认为物联网设备由五大硬件元素组成，包括“感知、计算、执行、连接和安全”。这五大硬件元素对于打造功能全面的物联网设备而言至关重要。英飞凌致力于以创新的半导体科技连接现实与数字世界，在感知、计算、执行、连接、安全领域，拥有完整的布局，能够提供软硬结合的一站式、端到端物联网系统级解决方案，助力客户高效地创建智能、安全且节能地物联网设备。

2020年4月，英飞凌正式完成了对赛普拉斯（Cypress）的收购，这使得公司的产品版图变得更加完整。在这次媒体会中，4位英飞凌专家重点介绍了公司在感知、计算、执行、连接、安全这5个方面的具体解决方案以及优势。

感知

作为物联网的起点，传感器无处不在，是数据收集的重要来源。当前传感器领域也面临着诸多挑战，包括亟需具备高可靠性、高精度的解决方案，来满足汽车、工业、消费电子等不同应用场景的需求。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级市场总监廖明颂表示，凭借自身对系统的深刻理解，英飞凌希望为客户提供广泛的即用型解决方案，加快产品上市时间。他从传感的角度，阐述了英飞凌是如何看待物联网应用的发展，又是怎样把传感器带到大家的应用环境里面的。

传感器诞生的初衷，是希望从模仿人的五官出发，让我们的生活更简便。英飞凌可以提供模拟人类五官功能的各种传感器。例如：高精度的毫米波雷达、3D TOF摄像头，就类似于人的眼睛；超高信噪比的麦克风，就相当于耳朵；英飞凌体积超小的二氧化碳传感器，则相当于人的耳朵；精准的压力传感器，则像人类的皮肤一样具备感知功能; 另外雷达技术也具有同样的功能，并可以做到手势控制。然而这些传感器并不能独立运作，需要通过不同的软件算法、代码，用MCU作控制，从而获得数据。

据介绍，上面提到的麦克风、二氧化碳检测器、3D ToF、压力传感器、毫米波雷达等，英飞凌都有成熟的产品，并以此为基础打造了从简单的报警系统（麦克风+气压传感器），到入口计数器和存在检测（毫米波雷达），再到现在很火的空气质量检测、环境控制（二氧化碳检测模块）在内的全面解决方案。

但随着应用功能多样化，单一传感器已不能满足市场需求，这就需要将传感器做融合。打个比方，雷达可以做人员的追踪和检测，也可以做呼吸、心跳、手势识别，英飞凌的硅麦克风可以做远程的声控，压力传感器可以做到空气流量的监控和水位的监控等等，将不同的传感器融合到一起设计出具有先进功能的产品，这也是英飞凌的优势。

具体到应用，以智能家居为例，廖明颂解释说：采用英飞凌的传感方案，可以精确检测到电视机前是否有人，进一步决定关闭和开启电视，从而节约能源。再比如说空调，一方面用雷达追踪人，另外也可以将二氧化碳传感器加入，用来检测室内环境，决定是否需要改变送风的角度或是否需要打开新风系统...这些功能都可以通过智慧的融合，带给用户更好的感受。 

廖明颂着重介绍了一下医疗方面的用例。现在国家特别提倡智慧健康养老行业，采用英飞凌的雷达传感器，不需要镜头，也不需要在手上戴侦测器，就可以观测到老年人的呼吸、心跳、睡姿，以及其它的生命特征，从而给一些专业的医疗建议。目前这一方案经过多年验证已经产品化，国内外已经有产品落地。

2021年3月在美国发布的某品牌智能音箱中就带有这样的睡眠追踪功能，它里面搭载的毫米波雷达可以感知到消费者的微动作，来判断其睡眠质量；同时带有麦克风，可以侦测到是否有咳嗽或打鼾；温度和光传感器则将睡眠质量与环境相关联。通过对收集到的数据进行计算，可以得出一个衡量睡眠质量的数值给用户参考，并给出建议。据悉这款音箱里用到的毫米波雷达就是英飞凌的产品。

病毒大流行期间，空气质量的监测也是非常重要的。人们需要精准度高、小型化的仪器来同时提供室内外的空气质量数据，以便同步调控空气净化器、空调、通风系统。廖明颂介绍了英飞凌一款体型最小的、基于光声光谱（PAS）原理的二氧化碳传感器，它的封装里包含传感器和MCU，相当于一个小型系统，客户拿到就可以应用，加快产品上市时间。

据介绍，PAS技术是新方向，比现在市场上现有的典型产品尺寸缩小了4倍，重量减轻了3倍，能够节省75%以上的空间，同时里面自带补偿算法。

执行

传感器收集到的数据经过分析处理后是需要执行的，比如启动洗衣机，就需要驱动电机的功率器件。当前，英飞凌的功率分立器件从传统的硅材料，发展到了现在的第三代半导体材料（碳化硅、氮化镓）。

氮化镓和碳化硅在不同的功率、开关速度上各有所长，能够提升产品功率密度，带来更紧凑的设计，对整体环境效益的提升和降低碳排放也有相当重要的帮助。

英飞凌同时拥有硅产品和基于第三代半导体材料的功率器件，在应用领域存在重叠部分，对此廖明颂表示，“目前来看，重叠的部分要根据最终客户的应用范畴来决定选用什么方案，从而实现更好的经济效益，英飞凌能给客户提供到更多的选择。”新一代的产品有它的优势，但是在可预见的将来基本上硅基半导体还是会占据大部分市场。

计算

计算是物联网的大脑。通常说的计算，在广义物联网中指的就是MCU和微处理器（MPU）。它们负责收集、协调、处理、分析和传输数据，使物联网设备实现智能化。

不过当前数据的处理和计算正在发生迁移。大数据处理正在从以云计算为中心的集中式处理时代跨越到以万物互联为核心的边缘计算时代。当数据计算走向边缘，此时只有少量的数据被发送到云端，不仅可以大幅降低网络带宽和云存储带来的成本，而且可以更好地保护隐私，这点上远远优于传统的集中式数据存储服务。

以上发展趋势在促进边缘计算的同时也带来了几大挑战，特别是在稳定的无线连接、多样的场景感知、安全的数据传输和实时的计算控制等方面。未来的边缘计算需要在这几大领域都做到卓越。而作为开发人员，他们更希望将物联网涉及的各个环节集成到一个平台上处理关键问题，从而降低开发的复杂性。

英飞凌科技大中华区安全互联系统事业部市场经理彭涛表示，英飞凌MCU在物联网应用中的核心优势，可以主要从三方面进行概括：连接、计算和创建。在物联网应用中，一站式的完整解决方案可以加速产品上市时间、降低产品开发成本，因此，英飞凌始终致力于提供完整的一站式解决方案。例如在典型的智能手表解决方案中，英飞凌提供了微控制器、无线连接、存储和人机接口产品，同时提供安全、设备保护、传感和无线充电产品，组合所有这些产品和软件，通过一站式完整解决方案提供给用户。

智能家居是物联网的重要应用，据介绍，英飞凌的智能家居方案可谓是全屋智能，可提供多设备、多场景、多功能的解决方案，涵盖语音前端、家庭安防与门禁、家庭自动化、智能家电、家庭机器人，以及智能照明等各种应用。最新的智能家居Matter协议也解决了传统智能家居场景中智能设备互联互通的痛点问题，彭涛表示，“英飞凌将提供支持Matter协议的MCU和无线蓝牙产品，同时也提供支持Matter协议的整体解决方案。”

英飞凌的MCU应用领域涵盖消费类和工业领域两大物联网赛道，在整合了赛普拉斯的MCU产品之后，形成了更加广泛的产品阵容。其中，PSoC4、PSoC6和下一代的MCU是应用于消费类市场和物联网的主力产品。据悉，英飞凌正在开发集成了更多内核、拥有更低功耗和更高性能的下一代MCU，从而增强边缘计算的机器学习和人工智能功能。

具体来说，PSoC6是专为物联网设计的MCU。该系列产品具有双核架构、以及低功耗和高性能等特性。面向物联网边缘端的应用，其Cortex M4的内核可以处理传感信息提取、计算、数据传输、无线连接和图形显示等功能；Cortex M0+内核可以做到输入输出、控制电容触摸、蓝牙低功耗控制，安全和其它通讯控制功能等等。对物联网边缘计算应用来说，PsoC6是功能集中和成本优化的MCU。

英飞凌的下一代MCU产品系列已经在开发中，将会集成更多的内核，达到更低功耗、更高性能的行业需求，同时还具备增强边缘计算的机器学习和人工智能功能，集成NPU功能的Ethos-U55内核能够对神经元网络计算进行硬件加速。此外，集成的数字图形处理器，可以提供更先进的图形显示；集成的Cortex M33内核则增强了安全功能；同时也增强了数字外设，特别是能够实现语音、音频、机器视觉和单芯片无线连接等功能。彭涛介绍到，除了MCU产品，英飞凌同时也开发了ModusToolbox等软件平台，提供全栈式软件解决方案。