MCU透過材料、架構技術改善省電效果

運用MCU搭配MEMS微機電感測器設計，已成目前相關智能穿戴產品熱門設計方案。STMicroelectronics

MCU具備架構精簡、功耗低優勢，不僅家電、自動控制、智慧手機等智能應用都優先選用MCU建構系統，MCU用於穿戴應用、智慧醫療與物聯網應用，在功耗控制與配套進階電源系統要求更高…

穿戴式設備與物聯網應用熱門，但這類產品若要能讓用戶接受與樂於使用，除了功能與設計需要完備外，在產品的運行功耗、電池使用性能要求要比一般智慧行動裝置更高，而建構物聯網、穿戴應用的MCU關鍵零組件，不僅肩負數據運算工作，同時也要整合儲存、微機電感測器等不同功能晶片，因此高整合功能模組設置的電源管理機制與方案，就成為新款MCU產品的重點競爭項目。

智能穿戴、物聯網首重設備功耗表現

智能穿戴應用市場正持續增溫，如智慧手錶、智能手環、智慧衣物或配件等應用，無不要求電池續航力至少能達到連續2天的使用，而手錶產品在換用更省電的電子墨水顯示屏幕後，甚至可以達到連續使用2~3週的長續航力，甚至還有智慧手錶業者嘗試推出可撓式的電池錶帶模組，構思從擴增電池容量的角度擴增整體產品的運行服務時間，終端裝置的電池性能表現自然成為最佳賣點，也是相關電子產品能否具備亮眼規格的重要關鍵數據。

對此，半導體廠紛紛推出新穎的節能設計方案因應，像是對整合微機電多元感測元件的MCU產品，透過Sensor Hub中樞架構統一管理感測器的啟用耗能狀態，部分感測器在不使用狀況下可進行局部電源開啟與關閉，達到進階節能目的；另外，業者也推出低功耗DSP IP，對整合MCU元件多了更多節能優化選項。

智慧手機停滯 智能穿戴接替成長需求

而MCU的市場熱度近來呈現明顯增溫，主因在於智慧手機的市場趨近飽和，高階/中階智慧手機新機推出週期太短，市場需求呈現飽和與發展停滯，同時產品毛利率趨於下滑，反而MCU架構為主的穿戴應用產品出貨持續成長、產品毛利率表現較高，終端市場以小米手環、Fitbit智能手環出貨為大宗，其次是幾家資訊產品業者推出的智能穿戴設備，而Apple Watch雖然單價較高，但其高整合度的穿戴運算架構，也值得持續關注，而綜觀穿戴式產品的MCU應用趨勢，受限產品特性使然，仍會以少量、多樣的型態持續增長。

而MCU整合方式往往也會因為終端產品的市場定位不同，而有功能上或是項目上的差異，以智慧手環產品為例，主要是針對個人運動管理、生理資訊監控應用為主，搭配少許接近醫療概念的生理資訊整合管理用途，因為是鎖定個人健康監控用途，也讓這些產品需要的整合項目也相對明確，例如，低功耗微處理器進行通用運算、搭配如速度感測器進行計數、搭配陀螺儀或低功耗GPS進行定位資訊記錄。

智慧穿戴產品定位明確 避開紅海低利競爭市場

至於更新穎的心律監控或進階配戴者生理感測用途，目前多數方案仍採模組化整合的方式組構相關應用，尤其在整合進階生理感測的終端產品單價較高、市場仍處於初期推廣階段，關鍵元件的使用量有限，後續相關解決方案的開發進展仍值得持續觀察。因為穿戴式產品必須在裝置設定明確產品定位，區隔出特殊應用市場，做出適應用戶體驗、使用場景最佳化的終端產品，少量多樣高創意性的商品即成為穿戴產品的重要特色，也能避開產品規格趨於一致的高競爭市場，小型新創公司也能藉由創意開拓藍海應用市場。

在產品設計架構方面，穿戴產品導入低功耗、甚至是超低功耗MCU整合元件，是必要設計選項，穿戴應用在發展初期由於技術限制加上可裝載電池空間有限，導致智慧手環、手錶等產品的電池效能表現差強人意，產品的電池續航能力大多落在2~3天就必須連接電腦傳輸或是充電，大大影響產品的實用價值，也是受限MCU運算能力與能處理的工作有限，智能穿戴產品也無可避免必須與智慧手機協同運作，這部分就必須仰賴如Bluetooth低功耗射頻技術處理設備間的數據傳輸需求，這些架構都免不了造成電池性能的額外負荷。

多元MCU方案解決產品差異設計要求

智慧穿戴設備目前尚屬於行動裝置的配角應用定位，較進階的整合資訊運算仍由智慧裝置協助呈現，這類使用情境能否有到位的用戶體驗，就必須看低功耗無線傳輸的應用能否順暢發揮連結功能。

而隨著多樣化的穿戴式裝置在終端應用越來越普及，與相關物聯網應用市場逐步成熟，以MCU基礎架構整合的智能終端、穿戴應用、物聯設備等都會面臨同樣的技術整合挑戰，例如，如何整合跨應用的作業系統，如物聯網設備、智能穿戴、智慧手錶/手環使用的作業系統繁雜，怎樣進行串聯整合就是門大學問，包括如TIZEN、RTOS、Android Wear與Apple針對智慧手錶設計的精簡系統等多種平台、作業系統如何彼此串連達到資訊相容，是未來MCU相關應用產品無法避免的技術挑戰。

MCU終端設技 跨產品、作業系統整合難度高

除了跨系統、跨平台、跨裝置的相容與整合問題外，其實穿戴應用、IoT設備通常需要對應恆時啟用(Always On)使用需求，對於IoT設備或許可以就終端設置點就地取用電源而不需顧慮電源問題，但穿戴裝置、智慧手錶/手環就無法迴避電源使用問題，此也刺激市場發展高能量密度、小型化的電池組件，或是材料或製法改良的新型薄膜電池零組件，透過效能更好、更新穎的蓄能技術，突破穿戴應用的高效電能來源技術瓶頸。

在特殊電池方面，如由於新款穿戴應用需可撓、彈性材質為多，符合長期穿戴、活動不受限的材料要求，如Samsung、LG、Apple紛紛投入可撓電池設計配合驅動低功耗MCU，提升整體終端產品的電池效能，此外，在穿戴應用使用的舊式零組件，如顯示屏、主/被動元件、功能模組等，也必須因應裝置輕薄、省電要求換用迎合設計要求的新設計元器件。

因為新款電池技術成本高、改善效益有限，根本功耗改善之道仍須從MCU整合架構或是製程優化著手，例如導入更高整合度的3D IC製程、或換用線寬更窄的高階製程，搭配內置電源控制模組改善MCU整體元件的功耗優化表現，對於MCU整合微機電或環境感測器模組的設計，也透過針對Sensor Hub更進階的電源管理機制，改善整體MCU功能模塊的運行功耗表現。