物联网 (IoT) 的特色是多元化，不同设备 (甚至是同一个设备) 常须使用不同的无线通信标准，与隶属不同网域的成员沟通，电信系统也是其中一个不可或缺的通道；素以＂万物联网＂(Internet of Everything, IoE) 为愿景的高通 (Qualcomm)，当然不会错过移动电信网络这块大饼。去年 8 月本刊制作《5G 鸣枪起跑，谁最早受益？》特辑时曾提出一个观点：随着数字汇流、多网融合的浪头推进，原本在电信、互联网各雄霸一方的高通与英特尔 (Intel) 两家芯片大厂，终将面临近身对垒、短兵相接时刻；果不其然，今年高通已正式挥军＂踩线＂泛电脑地盘。
高通全球产品营销副总裁 Don McGuire 直言网络已成生活必需品，对 Z 世代的年轻族群而言更犹如呼吸般自然。他幽默地提起一段亲身经历：全家乘车出游时，11 岁的女儿开心带着小笔电随行，想在途中观看串流电影。不过，当 McGuire 告知车上没有连网环境，除非事先将影片下载至笔电、否则无法观看时，小女孩不解地问：＂为什么？我的手机就不会这样！＂给了 McGuire 很大的启示。他援引全球电信商的市调资料指出，预估至 2022 年，电信移动上网的数据流量将成长十倍，届时电信网速将提升三倍、但成本会持续下降。
照片人物：高通全球产品营销副总裁 Don McGuire
Snapdragon 内建 LTE 调制解调器，结亲微软进军＂移动电脑＂
McGuire 进一步指出，未来四年将有超过 11 亿的因特网新进人口加入，以东南亚、印度、拉丁美洲等新兴市场为大宗，而智能型手机是他们最主要的连网工具；上述种种迹象皆促使高通兴起开发新型变种＂移动电脑＂(Mobile PC)、将微软 (Microsoft) Windows 10 放在骁龙 (Snapdragon) 架构上执行的念头，冀藉此为用户带来新的娱乐体验。高通从市场反馈的信息发现：电池续航力不足、过度仰赖 WiFi 的联机效果不佳、公共场域 WiFi 恐有安全疑虑、开／关机时间太长，是消费大众最在意的痛点。
McGuire 进一步指出，未来四年将有超过 11 亿的因特网新进人口加入，以东南亚、印度、拉丁美洲等新兴市场为大宗，而智能型手机是他们最主要的连网工具；上述种种迹象皆促使高通兴起开发新型变种＂移动电脑＂(Mobile PC)、将微软 (Microsoft) Windows 10 放在骁龙 (Snapdragon) 架构上执行的念头，冀藉此为用户带来新的娱乐体验。高通从市场反馈的信息发现：电池续航力不足、过度仰赖 WiFi 的联机效果不佳、公共场域 WiFi 恐有安全疑虑、开／关机时间太长，是消费大众最在意的痛点。
McGuire 认为，后 PC 时代，电脑除了计算快、易使用和可移动外，还应像手机一样随时、随地不断线 (always- on)——＂立刻唤醒、待机状态可随时连网是智能型手机的最大特色，而我们将这个强项扩展至移动电脑＂；与微软 Windows 10 的缔结秦晋，便是在此背景下诞生。过去十年，高通在 3G、4G 通信市场战果丰硕，业界不少处理器产品皆有与高通的通信芯片搭配；此次高通将 X16 LTE 调制解调器 (Modem) 与自家处理器整合成 Snapdragon 835 SoC 并＂捞过界＂直攻移动电脑腹地，别具指针意义，已有华硕、联想和惠普等三家 OEM 厂商参与首发。
图1：10 nm FinFET 工艺的 Snapdragon 835 (左) 与市面上 14nm 工艺芯片 (右) 以及 1 美分硬币的尺寸对比
资料来源：笔者摄影
McGuire 概括 Snapdragon 835 特点如下：1.采用 10 nm FinFET 工艺，芯片体积小于 1 美分硬币，方便做轻巧机身设计，未来将继续朝 7nm 工艺迈进；2.为主板多腾出 30% 空间，可容纳更大电量的电池并提高散热效率；3.拥有 ARM-based 低功耗优势，电池续航力逾 20 小时；4.拥有 30 亿个以上的晶体管，效能媲美入门级笔电；5.内建 LTE 调制解调器，最高能提供 1 Gbps 的连接速度，持续连网速度亦维持在 100～150 Mbps，是美国家庭网络平均下行速率 40 Mbps 的 3～4 倍；6.所搭载的 Windows 10 是消费大众熟悉的操作系统。
不断线！挑战＂Wintel＂架构
＂Snapdragon 835 非常省电，却能将 Windows 10 触控、手写、生物辨识功能及 APP 商店完整呈现，而微软语音助理 Cortana 不断精进、在待机／唤醒之间可将电池续航力提升 4～5 倍＂，McGuire 说明。微软首席团队计划经理 Pete Bernard 补充，目前全球已有逾 5 亿人在使用 Windows 10；为兑现＂不断线＂承诺，微软与＂载波侦听多路存取＂(Carrier Sense Multiple Access, CSMA) 电信组织合作，可将用户联机数据重新编程植入电路板，再经由空中传输 (OTA) 核实用户身份，提供将联机 SIM 卡放在移动电脑预留插槽之外的另一个选择。
＂Snapdragon 835 非常省电，却能将 Windows 10 触控、手写、生物辨识功能及 APP 商店完整呈现，而微软语音助理 Cortana 不断精进、在待机／唤醒之间可将电池续航力提升 4～5 倍＂，McGuire 说明。微软首席团队计划经理 Pete Bernard 补充，目前全球已有逾 5 亿人在使用 Windows 10；为兑现＂不断线＂承诺，微软与＂载波侦听多路存取＂(Carrier Sense Multiple Access, CSMA) 电信组织合作，可将用户联机数据重新编程植入电路板，再经由空中传输 (OTA) 核实用户身份，提供将联机 SIM 卡放在移动电脑预留插槽之外的另一个选择。
照片人物：微软首席团队计划经理 Pete Bernard
欲取道电信网络上网，只要在 Windows 10 输入手机号码就能链接手机费率，不必将 SIM 卡在手机与移动电脑之间交替插拔，省去不少麻烦；何况，SIM 卡尺寸还有大小之分，未必一体适用。谈到联机质量，McGuire 强调，＂持续连网的速度对于观看 4K 串流影片、在线游戏或工作生产力十分重要；当然，这还得依靠电信营运商提供健全网络环境＂。全球现有 183 个 LTE-A 商用网络，其中约 86% 是 Cat. 6 以上规格；继澳洲电信商 Telstra 运作 Gigabit 等级的 LTE 网络后，今年预估将有 10 个国家、15 个电信商相继投入建置，将创造更好的体验。
他并透露，第二代 Gigabit 等级的 Snapdragon X20 与另一款 5G 调制解调器芯片组 Snapdragon X50，将在 2018 年亮相。X20 支援 LTE Cat. 18、可实现高达 1.2 Gbps 的下行速率；后者将新增 LTE 广播、超高清语音 (EVS编码) 及＂双卡双 VoLTE＂(DSDV) 功能——即两张 4G 卡都可实现高清语音。虽然回顾过往，非＂Wintel＂体系鲜少有大成就；然而时移势易，随着移动网络的成熟，轻量级＂移动电脑＂或许真能获得市场青睐；若＂Snapdragon + Windows 10＂组合有望打破根深蒂固的＂Wintel＂架构，应该会有更多家族产品问市，甚至外溢至整个 ARM 生态系。
图2：采用 Snapdragon 835 的电路板 (右) 面积比同类型少了 30% 的面积
资料来源：笔者摄影
WiFi 居中帐，Bluetooth 与 802.15.4 左右护法
除了移动芯片业务为人熟知外，事实上，高通也是 IoT 生态系的重要推手；特别一提的是，当其他芯片商尚在为集成基于 IEEE 802.15.4 的不同协议而雀跃，高通已抢在今年初率先成功＂跨域整合＂2.4 GHz / 5 GHz 双频 Wi-Fi 802.11n、低功耗蓝牙 (BLE) / Bluetooth 5 和 ZigBee / Thread 网状网络 (Mesh)，推出可应用在控制中枢的 ARM- based 三模系统单芯片 (SoC)——QCA4020，以及客户端集成 BLE / Bluetooth 5 和 802.15.4 的双模 SoC——QCA4024；此两款芯片正在向选定的 OEM 厂送样，预计 2017 下半年商用量产。
除了移动芯片业务为人熟知外，事实上，高通也是 IoT 生态系的重要推手；特别一提的是，当其他芯片商尚在为集成基于 IEEE 802.15.4 的不同协议而雀跃，高通已抢在今年初率先成功＂跨域整合＂2.4 GHz / 5 GHz 双频 Wi-Fi 802.11n、低功耗蓝牙 (BLE) / Bluetooth 5 和 ZigBee / Thread 网状网络 (Mesh)，推出可应用在控制中枢的 ARM- based 三模系统单芯片 (SoC)——QCA4020，以及客户端集成 BLE / Bluetooth 5 和 802.15.4 的双模 SoC——QCA4024；此两款芯片正在向选定的 OEM 厂送样，预计 2017 下半年商用量产。
家用控制及自动化产品经理 Saurav Gupta 表示，迄今坊间有超过 150 万个 IoT 设备都是使用高通产品。他指出，以往一个家庭顶多只有 4～5 个连网设备，目前已来到 10～15 个左右、未来十年内预估会上升至 40～50个，而这些产品可能在不同时间采购、来自不同品牌或厂商、使用不同生态系统；若能解决破碎化困境，就能得到市场青睐；＂破碎化现象来自于不同层面，首先是技术本身，单是无线局域网络通信就有各式 WiFi 标准、同样是 802.15.4 又有 ZigBee / Thread 多种协议，但它们可能同时出现在同一个家庭中＂，Gupta 如实叙述。
图3：高通 QCA402x SoC 区块图
资料来源：Qualcomm 官网
其次是生态体系与云端服务的破碎化。如何无缝串连 Apple HomeKit、Google 等开发平台与最终云端，为制造商带来极大挑战，也是高通自动化控制部门的核心工作。高通认为，没有单一生态系能在 IoT 世界独大，故祭出＂以同一个平台支持不同生态体系＂的产品策略：QCA4020 / QCA4024 采用 ARM 双核心 CPU——Cortex- M4 负责处理用户开发的应用程序，Cortex- M0 负责无线通信联机，并承袭 Snapdragon 安全开机、信任执行环境、加密储存、密钥封装及无线通信协议防护等硬件安全机制。
Hub 将被整合或变身为「网状网络平台」，自动辨识、连结标靶网域
Gupta 表示，任何 IoT 设备都需借道路由器 (Router) 或专用集线器 (Hub) 才能连网，现今市面上的 IoT 专用集线器售价约 90～100 美元；有鉴于北美习惯以语音作为搜寻或控制的输入接口，高通积极与第三方合作伙伴发展声控网络，主张＂Mesh WiFi- SON＂概念——集线器功能未来将被整合到具有 IP 分享及防火墙功能的路由器、家电产品，或演进成为语音助理或家用机器人以控管不同网域设备，构筑＂网状网络平台＂(Mesh Network Platform)，可事先排除干扰并自动辨识须链接的设备。
Gupta 表示，任何 IoT 设备都需借道路由器 (Router) 或专用集线器 (Hub) 才能连网，现今市面上的 IoT 专用集线器售价约 90～100 美元；有鉴于北美习惯以语音作为搜寻或控制的输入接口，高通积极与第三方合作伙伴发展声控网络，主张＂Mesh WiFi- SON＂概念——集线器功能未来将被整合到具有 IP 分享及防火墙功能的路由器、家电产品，或演进成为语音助理或家用机器人以控管不同网域设备，构筑＂网状网络平台＂(Mesh Network Platform)，可事先排除干扰并自动辨识须链接的设备。
图4：采用高通 QCA4020/ QCA4024 SoC，可以声控取代触控，开／关灯光、调节照明亮度和色调
资料来源：笔者摄于 COMPUTEX 2017 高通展场
QCA4020 / QCA4024 已预先整合各种云端服务支持和软件开发工具包 (SDK)，包括：Apple、Google 和新兴的 AWS IoT、Microsoft Azure，以及台湾重视的开放互连基金会 (OCF) 标准，亦可提供参考设计。受惠于完善的软件堆栈，采用 QCA4020 开发的网关 (Gateway)，让消费者只要透过语音指令即可新增连网设备并联机，不需到访入口网站进行繁复的联机设定。可惜，在日前 COMPUTEX 的现场展示中，与 Alexa 的互动似乎不如预期中顺利；高通表示，问题应出在外连云端的这段线路或指令匹配，是系统商可勠力优化之处。
语音控制或输入分为两部分：系统启动指令辨识仅需在内网完成、不须连结外部云端，功耗甚低，但后续动作指令可能由产品激活、也可能须连到公有云；若发声者与接收指令的设备距离较远，须用到 6～8 个麦克风。为简化 IoT 产品开发工作，高通与第三方合作提供麦克风等硬件设计及软件算法参考，包括麦克风的扩充、语音识别及控制的边缘计算 (Edge Computing)，让语音更加清晰可辨，降低传到云端的失误。考虑到部分灯具有独门通信协议的情况，高通亦与欧司朗 (OSRAM) 等照明大厂合作，经应用程序编程接口 (API) 解决固件层次的技术问题。
图5：高通相当看好 IoT 在智慧家庭的应用
资料来源：高通官网
展望 IoT 未来
高通宣示，芯片、软件、平台参考设计与生态系是他们在 IoT 产业挺立的四大支柱，若开发者需发展额外软件或独有生态系，高通亦乐于提供相关资源。此外，Gupta 提及深度学习 (Deep Learning) 也是智能家庭应用的好工具。例如，微波炉会根据放入的食材自动设定烹调方式；冰箱能辨识里面储藏的食物存量，在特定时间点自动订购；判定电网负载状况，在离峰用电时段启动洗衣机。
高通宣示，芯片、软件、平台参考设计与生态系是他们在 IoT 产业挺立的四大支柱，若开发者需发展额外软件或独有生态系，高通亦乐于提供相关资源。此外，Gupta 提及深度学习 (Deep Learning) 也是智能家庭应用的好工具。例如，微波炉会根据放入的食材自动设定烹调方式；冰箱能辨识里面储藏的食物存量，在特定时间点自动订购；判定电网负载状况，在离峰用电时段启动洗衣机。
另在工业物联网 (IIoT) 蓝图中，为避免停工损失，藉由传感器收集机器健康状态的＂预防性维修＂正日受重视。最后高通预言，虚拟现实 (VR) 将成为下一代个人计算设备平台，头戴设备的体积会微型化如太阳眼镜一般，且不须与手机或 PC 相连就能独立运作。
