Matter是一种应用层规范，源于2019年底发布的Project CHIP，是为智能家居市场引入互操作性的最新尝试，目标是让用户购买两台Matter认证设备时这两台设备能相互联通配合。实现这一目标后，消费者便能放心地购买不同生产厂商的智能家居设备，而厂家则无需为每个大型甚至小型市场客户单独的增加所需功能 。
简单来说，买家无需确定Nest恒温器是否与Apple HomeKit兼容，或者Amazon Echo设备是否可以控制第三方智能门锁，只需在设备上寻找Matter批准印签，即可确保互操作性。对于智能家居产品制造商而言，可以通过统一标准来构建产品，从而简化开发过程。同时，Matter规范是基于IP的标准，也为开发人员提供了通用且已构建的沟通交流基础。
“智能家居行业在其背后达成了前所未有的重大共识”，这是Matter的最大亮点。（Aspencore在6月29日的“2022国际AIoT生态发展大会”上特设了智能家居专场分论坛，供行业交流最新进展，免费报名）
在亚马逊、苹果和谷歌发起Project CHIP项目后，其他10个Zigbee联盟董事会成员随即加入：宜家、Legrand、恩智浦半导体、Resideo、三星SmartThings、Schneider Electric、Signify(前飞利浦照明)、Silicon Labs、Somfy和南京物联。Zigbee联盟内部还成立了新的工作组，目的是开发新的智能家居应用层规范。
自2020初开始，一些主要厂商为该项目投入了专门的人员和资源，以加速规范的市场发布。截止2021年10月，规范的范畴已经确定，参与规范开发的公司数量急剧增长至超过210家。根据ABI Research预测，Matter规范预计将在2022年秋季得到批准并发布，兼容Matter的智能家居设备和电器将于2022年第四季度首次大规模上市。
图1：Matter规范开发进展
ABI Research研究总监Jonathan Collins对Matter规范的前景给予了高度评价，认为在其他尝试都陷入困境时，Matter之所以能够突围而出，表现出成功的潜能，其原因可以总结为四点：市场的支持和驱动力、技术方法、清晰和有限的初始范畴、以及未来发展和扩张的潜力。
智能家居的发展瓶颈
在过去的几十年里，智能家居技术已经从一个小众市场发展成为一个更主流的市场。但制约智能家居系统发展的根本原因也很明显，那就是市场碎片化。ABI Research的调研报告指出，由于一些智能家居企业利用和推动了这种碎片化，以便保护和简化对他们自身方案的控制，或是保持其对智能家居开发投资的控制，这就分裂了市场，限制了对参与其中的合作伙伴和市场的吸引力。
图2显示了一台及以上智能家居设备在全球家庭中的渗透率，数据看起来还不错。但一个被“隐藏”起来的问题是，能够监控和管理一系列设备和应用的多功能的、完整的智能家居系统的渗透率要低得多。即使设备在同一个系统中工作，功能仍然受限。
图2：智能家居住宅渗透率(图源：ABI Research)
以下三点被ABI Research认为是制约设备更好地集成到系统中的关键因素：
• 平台特定的集成：OEM厂商一直需要将大量资源投入到专门而且零散的工作中，去集成每个生态系统的智能家居平台。因此，一个针对Amazon Alexa开发的设备需要额外的开发和测试过程，才能与Google Home等系统进行集成。随着系统的扩展和维护，这会使产品在生命周期内的成本倍增。
• 连接复杂性：OEM厂商要考虑的不仅是适合产品功能需求的无线连接方法，还有目标生态系统。智能家居存在多种不同短距离无线协议的竞争，包括私有协议、Z-Wave、Zigbee和蓝牙等。
• 安全性：智能家居设备的卖点是它们的连接和功能，而不是运行安全性。对于如何安全地管理设备，如何在整个智能家居系统中扩展其安全性，目前还没有具体的标准。事实证明，消费者对设备安全漏洞和系统隐私的担忧阻碍了智能家居市场的发展。
如前文所述，Matter的重点在应用层，在系统集成和控制的关键点——也就是智能家居管理平台——提出标准。但在初始规范中，Matter仅限于照明供电、门禁控制、电视、安全和安保、百叶窗/窗帘、接入点/网桥、HVAC控制、控制器(在各种设备和接口中)八大类设备中。
之所以在第一版规范中选择这些设备类型，原因是这些设备具有最大的市场需求和广泛的普及率，以及设备能够集成到初始系统中的潜力，例如带智能锁的门禁控制、车库门控制以及安全传感器、触控板和报警器等。但摄像头和智能门铃的视频没有被纳入其中，是明显的疏漏，相关方面有计划在之后的版本或Matter迭代规范中添加包括视频、台面厨电、保健与健康、环境测量等应用。
图3显示了智能家居市场的庞大规模，列出了十年来在全球各地的家庭中安装和使用的新互连设备数。预计从2022年至2030年，将有超过200亿部无线互联智能家居设备在全球出售，其中很大一部分设备类型将满足Matter规范。在未来几年内，这些产品中的绝大部分，还有其他的产品，诸如消费型机器人和智能电器，也将会支持Matter规范。
图3：智能家居硬件出货量(2021-2030) 图源：ABI Research
多协议无线SoC芯片受宠
智能家居无线连接是智能家居应用和Matter规范的核心。要符合Matter规范，OEM厂商必须重新思考产品的设计、制造和生命周期管理。好在领先的芯片供应商正在通过集成802.15.4协议提供新的多协议支持，特别是除了Wi-Fi和蓝牙之外的Thread功能，以单芯片支持三种以上无线协议的实力支持和推动智能家居市场的Matter转型。
以恩智浦IW612为例，它支持Wi-Fi 6、Bluetooth 5.2和802.15.4协议(Thread和Zigbee)，开发该产品的目的是支持和简化Matter在智能家居OEM厂商中的采用。这是一个典型的单芯片三协议产品，而不是把多个芯片包在一起。此类器件的推出，将为智能家居设备开发人员提供更好的控制，简化他们的产品开发。
Silicon Labs最新推出的BG24和MG24系列2.4GHz无线SoC也顺应了这一趋势。两款全新系列产品拥有业界率先集成的AI/ML加速器，支持Matter、Zigbee、OpenThread、低功耗蓝牙、蓝牙网状网络、专有和多协议操作、高级别的行业安全认证、超低功耗以及Silicon Labs产品组合中最大的内存和闪存容量。
今年1月，英飞凌宣布推出全新AIROC CYW30739 BLE和802.15.4片上系统，以帮助企业快速将高性能、低功耗的Matter产品推向市场。BLE和802.15.4协议组合互为补充，通过无缝的互操作性带来智能家居产品性能的提升，同时还可支持Matter网络中各个设备间的端到端加密通信。
国内方面，BL606P是博流智能边缘计算上的第一颗芯片，单天线集成了Wi-Fi、BT、BLE5 .0、Zigbee、Thread等多模协议的芯片，也支持Matter规范，与BL602/BL702基于同一套RISC-V开发环境和工具，方便进行IoT连接和AI边缘产品品类的切换与组合，可以组成智慧家居的AIoT芯片平台。
乐鑫科技ESP32-C2集成2.4GHz Wi-Fi和支持长距离的BLE 5.0，272KB SRAM能够支持物联网设备使用BLE配网，进而连接到云平台。未来，客户也将能够在基于ESP32-C2设计的产品中启用Matter支持。
作为泰凌微电子最新一代的旗舰产品，TLSR9系列在单芯片上也支持多种物联网标准和行业联盟规范，包括传统蓝牙(BR/EDR)、低功耗蓝牙(LE)、长距离蓝牙(Long Range)、多天线室内定位(AoA/AoD)和蓝牙Mesh(BLE Mesh)、Zigbee 3.0、苹果HomeKit、Thread、Matter和2.4GHz专有协议。
图4：按协议划分的智能家居设备出货量 图源：ABI Research
图4显示了各种智能家居设备对Matter支持的协议的需求规模。虽然Matter利用并扩大了Wi-Fi和蓝牙的吸引力，但它也推动了Thread在各种设备上的应用和需求，从低功耗、低成本的传感器，到担负边界路由器功能的语音控制前端设备。在2021年，只有少量OEM厂商支持Thread技术，而到2030年，嵌入Thread协议的设备的出货量将达到6.74亿，需求的年复合增长率(CAGR)达到将近50%。
由此可见，未来一年半内，新一代多协议无线SoC芯片将会大量面市并成为市场宠儿，智能家居产品的OEM厂商可采用单个供应源，缩小芯片尺寸，减少需采购和管理的元器件数量，从而降低智能家居产品设计、生产、管理的复杂性和成本。
OEM厂商的下一步
可以预见的是，对于已经参与智能家居市场的OEM厂商而言，Matter将会减少技术限制，让他们可以通过单个版本的互连产品，找到进入智能家居的机会。对于现有的厂商和新进入者，Matter将会极大地简化每种产品的技术选择，以及这些设备和电器的生命周期管理。
图5：Matter兼容智能家居设备出货量 图源：ABI Research
但ABI Research在报告中也提醒说，虽然Matter可实现统一的控制，但它不太可能扩展到设备的具体而复杂的控制。因此，很多大型OEM厂商，特别是已经树立了消费品牌的厂商，很可能继续提供他们自己的应用。此外，尽管Matter为家居中的通信和设备提供高安全性，但是，它并没有涉及到云连接的领域，所以有些OEM厂商仍将继续使用他们自己的云连接，以确保设备和云之间的安全性。
另一个值得关注的趋势，是随着对产品差异化需求的增加，在设备内部嵌入更强大的智慧功能将为OEM厂商创造更多的价值——无论是识别家庭人员进行个性化处理，还是根据天气对家庭环境进行调节。总之，在Matter赋能OEM市场的驱动下，人工智能一定会在智能家居设备中得到进一步深入应用。
基于此，OEM厂商将更多地期待他们的合作伙伴和供应商，不仅要提供集成的连接、处理、安全硬件和软件，还要提供服务和基础设施，以简化设备的创造和管理。如果芯片供应商能够在他们的连接、处理、安全服务中支持新的Matter规范，并且能提供开发环境和管理的简易性，满足各种智能家居的需求，那么他们将从Matter应用中受益最多。
例如，MCU供应商通常拥有定制工具和自己的集成开发环境，但随着更多功能的增加，传统用于编译或调试的资源将变得更加有限。那些能够涵盖不同客户的智能家居设计，拥有最丰富产品组合和一致的开发环境的芯片供应商，将会在竞争中获得更多优势。
当然，由于Matter减少了进入市场的障碍，必然会加剧智能家居设备市场的竞争，因为随着新来者进入市场，OEM厂商不得不针对新客户的绑定、产品功能、价格和盈利模式做出重新应对。
本文最初发布在EDN姐妹刊《国际电子商情》，未经授权禁止转载。
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