当前有关物联网的话题备受市场青睐。根据预测，到2020年左右世界上将有超过1000亿台设备实现联网。值得关注的是，这些设备中超过一半将对功耗问题 十分敏感。因此，具有低功耗、高性能的，尤其是集成了无线通信功能的MCU解决方案将会受到重视。它在简化设计之余，可以让更多下游设计人员将联网设备推 向市场。

物联网关注平均功耗

随 着人与物、物与物连接的增多，未来将是千亿连接的时代，加之国际标准组织对技术标准制定工作的积极推动，低功耗M2M业务的市场前景十分广阔。对 此，Silicon Labs 32位微控制器产品营销经理Oivind Loe在接受采访时表示：“能效是应用在物联网中组件的一项至关重要的特性。一些物联网应用，如智能抄表和智能信用卡，甚至可能会有超低功耗的要求；为了 适合各种不同的应用，MCU必须拥有精心设计的能量模式，支持MCU去实现电流消耗与响应时间和功能之间的平衡。”

Microchip公司家电解决方案部IoT营销经理Xavier Bignalet也指出：“现今，连接应用功耗小是必要条件，甚至在有些应用中，电池使用寿命可持续20多年。”

但 值得注意的是，物联网应用对芯片的低功耗需求并不全是越低越好，不同场景下又有着独特的需求。瑞萨电子通用解决方案中心综合营销部副部长王均峰在接受采访 时指出：“如果具体到物联网应用，往往很难明确区分待机功耗和运行功耗。因为在物联网设备中，设备大多数情况下是处于待机和工作之间，或者说是高频率地在 这两者间转换，所以平均功耗就变得重要起来。”

针对这种情况，很多半导体企业在面向物联网开发低功耗MCU芯片方面投入了很大力度。“瑞 萨16位的L78系列和32位Rx系列等都有低功耗特色。瑞萨很多产品采用自有内核，在优化功耗的时候拥有更大空间。此外，瑞萨拥有自有的芯片外设产品， 加上拥有自己的生产工厂，在内核、外设和工艺三个方面共同作用，可以实现产品的低功耗。”王均峰说。

Oivind Loe也表示：“MCU精心设计的能量模式，能实现电流消耗与响应时间和功能之间的平衡。这种优化的权衡方法使MCU能够为许多应用提供电流消耗、性能、尺寸和成本的正确组合。”

改进设计架构是重要降耗途径

具 体来看，MCU的功耗水平包括静态功耗、运行功耗两部分。考虑实际的应用，静态功耗是芯片在睡眠或非运作状态下的功耗，而动态功耗即MCU运行时所消耗的 功率。的系统功耗性能则是计算平均功耗。它们的功耗水平都与制造工艺有很大关系，采用何种工艺，决定了产品静态功耗和运行功耗的优劣。

此 外，一些厂商已从整个架构上进行改进，实现物联网环境下的低功耗。恩智浦半导体大中华区MICR微控制器产品市场总监金宇杰表示：“恩智浦在MCU中引入 独特的异步结构，在一个MCU中分别集成ARM Cortex A7和Cortex M4内核，可以用M4内核维持平时的运作，特别是在待机状态下的运作，保持较低功耗。”

瑞萨采取的另外一条途径，也较好地解决了这个问 题。“针对这个需求特点，瑞萨在MCU中引入Snooze模式，可以做到MCU内核待机，外设工作。即采用Snooze模式时，外设将判断外界指令到来， 是否需要内核工作，只有确认这个需求后才会真正唤醒内核，从而使系统的工作效率大幅提升。”王均峰说。

减少外设功耗，也是降低整体芯片功耗的一个有效途径。根据金宇杰的介绍，恩智浦的产品可以通过API软件，在MCU、MPU完成任务时，把一些不用的接口关掉，从而节省功耗。

Microchip 也在外设方面挖掘潜能。“Microchip的部分8位单片机具有独立于内核的外设，能很好地实现低功耗要求，仅需很少或无需CPU干预，进一步减少了功 耗需求。此外，如LCD、运放、RTCC、触摸传感、USB、DMA和加密引擎等低功耗外设使MCU的性能提升到了新的水平，尽可能降低系统级功 耗。”Xavier Bignalet说。

应对碎片化的挑战

物联网的特点就是碎片化，如何使MCU芯片适应物联网的 应用，也是一个挑战。“物联网不仅仅是单一的市场，而是包含了所有垂直市场的领域。因此，对于物联网设备来说并没有一个通用的规范：可穿戴式设备对功耗有 严格的要求；而重工业设备则不苛求低功耗。可目前的状况是，芯片厂商为了平衡成本大多采用通用MCU来尝试涵盖大部分应用。”Xavier Bignalet指出。

不过，这种状况正在有所改善。“随着半导体工艺的演进以及物联网应用市场的发展，将来也许会有厂商针对物联网市场 开发出专用的芯片，现有MCU中常用的模拟外设等功能也许会被拿掉，从而专注于算法和连接，在更先进的半导体工艺下实现更低的功耗及成本。简单来说，就是 以控制为主要功能的MCU和以智能化分析/连接为主要功能的物联网芯片也许会分家但又同时共存。”ARM中国嵌入式应用市场经理耿立锋表示。

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