可穿戴设备芯片：行走在功能与功耗之间

    经过多年的发展，各种各样的智能可穿戴设备已经趋于普及，或依旧保持增长态势，应用场景也在不断拓展。与此同时，随着可穿戴设备向功能集成化、交互多样化、形态轻便化方向发展，对相应芯片的需求也越来越多。对于智能可穿戴设备的市场发展而言，芯片的重要性不言而喻。
    可穿戴设备增量发展趋势明显
    智能可穿戴设备是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，包括手表、手环、眼镜，甚至是服饰等类别。可即便技术已经发展了几十年，也还是有很多智能可穿戴产品由于造价成本高、技术复杂等因素仅停留在概念阶段。在技术方面，可穿戴设备产业涉及传感技术、显示技术、芯片技术、操作系统、无线通信技术、数据计算处理技术等领域。
    如今，可穿戴设备正向功能集成化、交互多样化、形态轻便化方向发展。记者了解到，在目前各类可穿戴设备中，智能手表正向“大健康”概念倾斜，不断增加体征指标检测的种类和精度；智能耳机在持续改进通信互联能力、提升声场沉浸效果的同时，也开始加入体征监测等功能；智能眼镜生态虽尚未形成，但显示图像渲染、内容呈现方式、交互感知手段、网络通信方式等关键技术环节也正处于持续攻关状态。
    “消费电子产品更新换代快、市场空间大，是过去几十年驱动相关元器件技术和产能进步的重要推手。可穿戴设备作为当前最受关注的电子产品领域之一，增量发展趋势明显，芯片产业也将在这一趋势带动下不断创新升级，开拓新的市场空间。”赛迪智库集成电路研究所基础电子研究室副主任马蓓蓓向《中国电子报》记者表示。
    具体到芯片领域，马蓓蓓指出，可穿戴设备在对神经网络计算、蓝牙通信等功能提出更高要求的同时，也对功耗、重量有着极为苛刻的限制。集成度更高、功能更强大的SoC芯片成为当前可穿戴设备芯片领域的关注重点。
    “可穿戴设备的主要应用需求不外乎追求低成本、高性能、低功耗、低噪音、延长使用周期等。”CINNO Research半导体事业部总经理Elvis Hsu向记者说道。因此，如何设计一款芯片能够具备低功耗、包含高压和低压电路、具有SoC或SiP高集成，且具备高性价比，正成为各厂商的竞争重点。
    平衡性能与功耗是关键
    事实上，可穿戴式设备几乎深入到每个人的生活当中，并且比智能手机这样的大众电子设备更加个性化。除可记录消费者的日常生活数据外，可穿戴式设备还被用于医疗保健等其他与人类健康息息相关的环节上。未来，可穿戴式设备将随着人类社会的进步而不断发展下去。
    对于广泛应用在可穿戴式设备中的芯片而言，在还未被“新物种”取代之前，其成长空间无可限量。CINNO Research数据显示，2021年，可穿戴式设备用芯片的出货量超过5亿套，未来5年的复合成长率将超过20%。
    随着可穿戴设备的使用普及以及健身追踪、手表、眼镜、医疗保健、游戏耳机、智能装备等终端应用市场不断扩大，对于MCU、传感器、闪存、图像处理器等的性能要求将越来越高。
    Elvis Hsu分析指出，可穿戴设备芯片设计的难点与挑战在于，可以在超低功耗下允许用户长时间佩戴，能与云端连接不间断，且精确记录数据，并支持完整的操作和图形界面，以满足大众市场的需求，真正成为人类生活中的一部分。
    此外，由于需要考虑用户对便携性的需求，可穿戴设备对于产品的轻量、无感体验和续航能力都有着极高要求。马蓓蓓向记者进一步指出，可穿戴设备芯片当前面临的主要难点和挑战就是性能与功耗间的平衡问题，既要不断提升计算和通信集成能力，又要在几百毫安的电池容量限制下实现十几甚至数十小时的续航能力，需要在设计架构、制造工艺、软件配套算法等多个方面加以改进。
    芯谋研究高级分析师安长广向记者表示，目前，智能手环、智能手表、可穿戴耳机等领域的市场已经逐渐饱和，或许可能会有部分消费者选择将手环升级成手表，但这部分市场容量相对较小。未来医疗有望成为提升市场的关键领域，但该领域也存在认证难、周期长、供应链不完善等问题。“要加强上下游的协同，包括芯片、显示屏、操作系统等产业链环节，建设产业生态，尤其鼓励在医疗领域加快生态建设。”安长广说。
    智能可穿戴设备已具有相当完整的产业链，包括上游的硬件和软件系统，其中技术含量最高的就是芯片开发技术。在Elvis Hsu看来，未来，可穿戴设备企业应该向自研芯片方向努力。一方面自研芯片可以摆脱对芯片厂的依赖；另一方面，又能结合企业自有的软硬件系统，把性能发挥到极致，并降低成本，提升竞争力。
    “可穿戴设备芯片性能与功耗的平衡需要计算芯片、通信芯片、电源管理芯片以及系统和软件算法的综合解决方案，同时还涉及人体感知、医疗健康等跨行业领域。这需要相关企业开展更为深入的研发合作，共同推动产业进步。”马蓓蓓说道。