儘管物聯網這個話題仍然是全球科技產業的主流話題之一，但這幾年來，大致上可以確定的是，物聯網終端系統的設計，大致上離不開：處理控制、連線與感測等三大功能。在處理控制方面，已經有英特爾、高通與眾多MCU（微控制器）等半導體業者們所把持。連線方面，只要具備連線技術能力的晶片業者，亦可位在此列，而感測器方面，目前則是處於百花齊放的階段。

感測器大體上可以分為幾種類別，一種是屬於動作感測，另一種則是環境感測，前者透過MEMS（微機電系統）、影像鏡頭、雷射與音頻等，透過不同的物理變化量，來測知人體的動作狀況，環境感測所用的技術，則較為多元，像是UV（紫外線）、氣壓（壓力）、溫溼度、氣體變化、液體成分等，這些同樣也有可能會利用光學或是不同的感測器，來取得這些環境資訊。即便是時下最流行的智慧型手機，也會採用一些環境感測元件，來因應一些特殊應用，像是壓力感測器就可被用來偵測使用者目前所在的高度為何，進一步實現室內導航的應用。但歸納來看，智慧型手機所用的感測元件，大多還是以人機介面或是動作感測有較為直接的關係。

這邊我們所談的環境感測，將會把車用感測與人機介面等範圍加以摒除，僅就UV（紫外線）、氣壓（壓力）、溫溼度、氣體變化等，做概括的討論。

圖1 : 如何透過環境感測來了解環境氣體濃度的變化，進一步作出反應，已經成了氣候專家們所在乎的課題。（Source：https://upload.wikimedia.org）

環境感測仍待起飛

談到環境感測的發展，ST大中華暨南亞區技術行銷與應用工程經理蘇振隆以自身的角度觀察，我們所熟知的人體的生理訊號感測，應用在保健醫療領域，已經具備了明顯的雛型。而嚴格來說，人體訊號感測與環境感測還是有相當大的不同，今年才是環境感測起步的一年，到了2020年才會逐漸進入成熟期?，F階段來看，環境感測元件業者能切入的應用環境，仍然會停留在智慧家庭，但在諸多惡劣或是工業環境，就解決方案上，還是有許多不足的地方，這方面還是需要時間來加以發展。

而蘇振隆也不諱言，即便是ST在環境感測器的產品線上也不見得可以滿足多種環境的需求，目前ST已經有壓力感測、溼度與UV等感測器方案，但是ST並沒有氣體感測器，所以就會採取合作方式，共同提供整合方案給客戶。

蘇振隆坦言，客戶對於環境感測方案的要求，與一般半導體方案相同，價格、功耗與體積等，都要盡可能向下壓低，所以ST也會朝向這個方向努力。但除此之外，感測器的防塵、防潑水、可靠度或是環境產生變異的元件耐受度等，也都是能否被客戶青睞的重要因素。

不管環境感測市場是否已經成熟，不難理解的是，不採取合作策略，晶片業者的解決方案很難被客戶發現，就更別說要成為這個市場一員了。

圖2 : 就環境感測而言，克服惡劣環境將是必然的發展方向。（攝影：姚嘉洋）

至於感測器元件的整合上，ST的確已經採取了行動，但作法可以分成：單一裸晶與系統級封裝兩種作法，前者像是動作感測元件，ST已經可以作到三軸加速度計與三軸陀螺儀整合在單一裸晶上。所以，像是壓力感測器與MEMS麥克風，都是以薄膜震動為基礎的MEMS技術，整合成單一裸晶就有相當高的可能性，只是現階段ST還沒有這樣的產品線面世。而系統級封裝則可以用多裸晶整合在同一封裝內的技術，但這方面仍有些許技術上的難度需要克服。

從生態系統出發 FPGA補足訊號處理不足之處

但是，由於環境感測市場正處於萌芽期的階段，造就了諸多元件供應商的出現，這對於負責的資料彙整的感測器集線器（Sensor Hub）來說，也形成了全新的挑戰。

Lattice（萊迪思半導體）亞太區資深事業發展經理陳英仁不諱言，市場最為火熱的話題莫過於物聯網，但也因為這個話題過於浮濫，反倒看不出這個市場真正的價值與發展情勢。陳英仁認為，物聯網必須從服務模式與附加價值著手，從消費者的取向來解決問題那才有意義。所以回過頭來看環境感測，也是同樣的道理，Lattice會從系統與服務業者，甚至是從整個生態系統切入，思考Lattice能切入的地方有哪些，就現階段而言，Lattice能夠扮演的，就是感測器到應用處理器之間的橋梁，因應整體系統還有哪些不足的地方，由Lattice的FPGA（可編程邏輯陣列）產品線來補強。

至於MCU與FPGA之間的競合關係，陳英仁談到，兩者的競合關係到未來都會存在著，他舉例談到，臺北捷運與U-bike兩者就是一種互補關係，同理MCU與FPGA也是。長遠來看，有些裝置所搭載的感測器數量將會愈來愈多，光憑既有的MCU可能就沒有辦法負責這麼多的感測器，此時若有個FPGA，就能補MCU在I/O或是相容性上的不足。

圖3 : 就諸多應用的系統設計來說，MCU與FPGA可以扮演互補角色。所以某程度上來說，雙方的合作應是大於競爭。（攝影：姚嘉洋）

但陳英仁也指出，MCU在資料處理上，就偏重小量資料的處理，在影像領域還是要藉由FPGA來進行加速或是預處理會較為適當。

陳英仁以安全監控為例，儘管這個市場的價格競爭十分激烈，但從鏡頭擷取到的影像，如何即時地處理，就並非MCU的能力所能及。過去的安全監控市場應用，最多就是進行即時追蹤，但若要再增加一些附加價值的功能或是雙鏡頭的影像即時整合，FPGA就能扮演這類的角色，亦或是成為影像即時傳輸的橋梁。

陳英仁認為，在感測器元件方面，其市場可說是相當成熟，關鍵在於後端的處理上，如何能更加地智慧化？這時候，資料的「預處理」或是附加價值的功能設計，就看FPGA與應用處理器之間的工作分配與協調。畢竟，近年來的應用處理器的效能也開始強化到可以處理感測器訊號，如高通自前年開始，便開始倡導自家的驍龍處理器已經具備感測器集線器的功能，可以一次性處理九軸動作感測器的訊號。

當然，這包含了與演算法業者之間的合作，所以Lattice會從生態系統的角度來切入，從服務端、系統、演算法、應用處理器與感測器等業者，用合作的方式來因應環境感測市場的多元需求。蘇振隆也表示，ST的感測器的除了能與自家的MCU作到完美搭配外，也能與其他的處理器或是MCU晶片進行系統的整合搭配。

圖4 : 應用處理器業者高通的801處理器由於具備優異的運算效能，對於感測器訊號的處理，也能一次性的處理。（攝影：姚嘉洋）

值得一提的是，陳英仁認為，感測器市場其實是相對成熟的市場，但若沒有後端訊號處理元件的支援，系統要如何進行判斷，所以在系統中扮演大腦的角色就十分重要。像是無人機應用，它必須同時具備多種不同的感測器元件在上面，即便現在的感測器技術發展仍然不到成熟的階段，但長期而言，由於這些技術都會同時發展的情況下，在未來幾年內，將可以看到整體市場會蓬勃發展。

結論

不論是感測器或是負責後端處理的晶片業者，都可以看得出來環境感測應用若要加速發展，保持合作的態度仍然不可免。從物聯網的發展正在如火如荼的現況來看，環境感測的發展可望被物聯網帶動，進而衍生新一波的市場商機。

**刊頭圖片（Source：computationalculture.net）