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利用MEMS传感器解决家电应用“痛点”

时间:2019-04-19 作者:廖均 阅读:
家电应用中的痛点可以通过MEMS传感器来解决。比如,当冰箱出现异味时,气味传感器可以感知冰箱内部的气味的变化量并反馈给主控,主控根据气味传感器的反馈数据,定期控制除味模块,实现智能化控制。

众所周知,智能传感器技术是发展工业互联网、物联网、车联网和工业大数据的关键,是人工智能产业的核心,也是未来智能时代的基础,它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

正如移动互联网市场博兴推动了半导体产业大发展一样,传感器行业也极大地受益于物联网市场的扩张。

最新研究报告显示,全球物联网传感器市场预计将在2018年至2023年间保持33.6%的年复合增长率,整个市场收入规模将从52.8亿美元猛增至224.8亿美元。

业内预测,随着物联网产业发展,未来10年,物联网传感器市场规模将增逾300%。北美地区目前依然是物联网传感器最大市场。不过,凭借在工业生产、城市建设及消费级终端里的物联网推广应用,亚太地区传感器市场被认为将在2018年至2023年间保持最高年复合增长率。

伴随着国内信息化飞速发展,国家也将传感器技术列为重点突破的领域。中国传感器与物联网产业联盟主办的2019全球传感器产业高峰论坛于4月10日下午在深圳举行,与会嘉宾针对智能传感器的产业生态、先进的传感器技术及其市场应用等分享了他们的观点。

可穿戴设备退热,因传感器不到位

市场上智能手机数量庞大,大约有15~20亿部,每部手机使用十几颗传感器,可以说智能手机目前是传感器最大的一个市场。“手机在感知技术方面不断创新,人机交互、3D识别技术也不断进步。与之相比,可穿戴设备较七、八年前却有一些降温,这是因为传感器的发展没有到位。”国家智能传感器创新中心副总裁朱佳骐在2019全球传感器产业高峰论坛的演讲中这样说。

“MCU、蓝牙技术已经相对成熟,如果手表或可穿戴设备可以对血糖或血压进行实时监控,一定会引起用户的感兴趣。但是现在没有哪个厂商能做到这一点,导致热度下降。”

“智能音箱去年全球出货量超过一个亿,每一个音箱都包含多种传感器,其中有6颗声学传感器,再配合一些处理算法,就成了爆款,” 朱佳骐强调,“消费是推动传感器发展的一个重要力量。”

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自动驾驶就是各种传感器的集成,配合强大的人工智能算法和算力得以实现。朱佳骐认为,中国的汽车制造商没有传统汽车的核心技术,因为制造发动机的传统工艺需要长时间积累。而能源汽车提供了一个新的平台,很多传感器可以直接集成在上面,如毫米波雷达、激光雷达,包括红外超声等传感器,这是一个很好的机遇。

朱佳骐提到了MEMS传感器在中国的地域特征:目前长三角是传感器研发中心,50%的传感器相关企业落户在长三角,珠三角是应用中心,渤海湾包括西部地区则拥有较强的科研力量。

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朱佳骐最后说,中国传感器产业还面临下面一些问题:
1. 传感器产业规模小,自主创新困难。大部分传感器企业刚起步,现在国内还没有一家能够进入大品牌或旗舰级别的供应链。
2. 市场跨度太,各类繁多。
3. 产业化效率低,配套不足。
4. 资本不积极,缺乏长期战略投资。2014年大基金成立之前资本不积极,现在因为国家的推动,有很大改善。

传感器的本质是“计算+智能”

“传感器离不开两样技术:一种是通用计算技术,另一种是智能。” Wave Computing中国区总经理熊大鹏在“从云端到边缘的深度学习平台”的主题演讲中这样说。

熊大鹏认为,当前主流的AI芯片分为三个技术流派:

第一类是CPU、GPU和FPGA。这一流派具有一定的通用性,但效率相对较低,实际能效易遇到瓶颈。

第二类是专用芯片ASIC,这种方案的优势在于对特定应用能显著提高能效比,缺点是通用性不足。

第三类是软件可动态重构计算(或者说“软件定义硬件”)。这类技术通过软件实时动态地控制成千上万个异步的处理器来构成具有特定功能的、并行处理的、数据驱动的计算流水线,最充分使用芯片的算力,最大程度减少数据存储、传输和交换,实现较好的效率、通用性和可扩展性。

Wave Computing提出的“数据流架构”便属于第三类。

“目前应用较多的传统CPU+GPU架构有非常好的生态,但在应用上有一定的局限性,GPU只有20%~30%的使用率,”熊大鹏说,“Wave数据流架构的DPU则可达到80%甚至更高的使用率。”

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“Wave Computing将MIPS通用计算技术跟深度学习特有的数据流驱动技术融合在一起,在既包括软件又包括硬件的同一个平台上支持通用计算跟深度学习加速的计算。” 熊大鹏指出。

值得一提的是,Wave Computing于去年6月收购MIPS公司,去年12月宣布开放MIPS架构(ISA),为所有参与者免费提供最新的32位和64位MIPS架构,且不产生架构授权费和版权费,同时也为所有MIPS架构的使用者提供其在全球范围内几百项现有专利的保护。MIPS的开源鼓励了更多的公司基于MIPS进行开发,产业出现更多基于MIPS架构的IP以及更多基于 CPU、SOC、模组/模块的应用。


熊大鹏以“我们的愿景是AI for all。一个平台,能做大事,也能做小事,能做通用计算,也能做人工智能相关处理。” 结束了演讲。

MEMS传感器解决家电应用的“痛点”

用于数据采集和处理的微机电系统(MEMS)是一个从3D陀螺仪、加速度计、磁力计和振荡器,到用于热、压力、湿度以及其它传感元件的庞大传感器品类。

最早的MEMS传感器是压阻式压力和应变传感器,主要用于航空航天和工业应用,但是多年来市场规模相对较小。如今的MEMS传感器令人眼花缭乱,从纳米级的原子力显微镜针尖到具有数百万个可移动镜的数字光投影仪芯片。MEMS可用于喷墨打印机喷嘴、医疗诊断的微流体系统,以及移动设备中的麦克风、加速度计、陀螺仪,振荡器和电子FBAR滤波器。MEMS温度、湿度传感器可用于环境条件的检测,MEMS加速度计可用来监测工业设备的振动和旋转速度。

广州奥松电子专注MEMS环境传感器的研发与制造,产品包括温湿度传感器”、“气体传感器”、“流量传感器”、“绝对湿度传感器”等。由于跟家电行业合作密切,在2019全球传感器产业高峰论坛上,CTO郑晓银跟大家分享了他提出的MEMS传感器促使家电实现的六化:即预知化、感知化、傻瓜化、智能化、节能化、人性化。

在家电应用中通常有一些痛点。比如,冰箱的异味一直是困扰大家的问题,郑晓银举例说,通过气味传感器感知冰箱内部的一些气味的变化量,反馈给主控,可以实时监控冰箱内部的特殊的气味变化量。主控根据气味传感器的反馈数据,然后定期控制除味模块,当除到一定量级时,能自动停止,实现智能化控制。

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如今全球MEMS器件的市场规模每年已超过200亿美元,还有许多产品尚未上市,包括MEMS扬声器、GHz范围内的可调谐电子滤波器、可变天线调谐器、MEMS开关、用于空气微粒的MEMS传感器、相机中基于MEMS的自动聚焦和变焦执行器,以及用于自动驾驶车辆的LiDAR扫描仪以及能量收集芯片对于物联网。

“我们的愿景是专注于MEMS传感器芯片的设计与研发,成为世界传感器领域的领航者,”郑晓银最后说。

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廖均
电子技术设计(EDN China)产业分析师
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