可穿戴、物联网是当前为热门的两个词语。不管是半导体芯片公司如国际大厂英特尔、高通、博通，国内厂商北京君正、炬芯等；来自手机、平板等领域的诸多方案公司；终端厂商如三星、LG、华为等；互联网厂商如腾讯、360等……纷纷围绕这两大领域布局自己的生态系统。典型的以腾讯为例，在2015全球移动互联网大会(GMIC)上，腾讯发布的“TOS+”智能硬件开放平台和TencentOS系统，围绕其丰富的应用资源包括互联技术、语音服务、服务器等内容，整合从芯片、硬件到应用开发等产业链上资源，构建自己完善的生态系统。
在物联网时代，各类技术已然富足，产业发展的主动力来自用户和应用，之后基于用户和应用需求进行技术整合。那么，作为底层技术的芯片企业，如何转型迎合这一趋势。我们从近Intel IDF 2015、高通合作伙伴峰会等，都可以看出以往高高在上的处理器厂商，开始跟更多产品应用企业、周边配套公司、软件厂商等合作，从而构建生态圈。
针对智能手表和智能眼镜的处理器，高计算和低功耗如何两全
来自调研机构的数据显示，2014年全球可穿戴式设备的出货量达到4,950万，预计2020年出货量将突破2亿部。经过这几年的发展，可穿戴设备已经拥有了比较明显的产品形态，其中以智能手表、智能眼镜两类产品为主。智能手表，经过谷歌Android Wear以及围绕Android Wear各个品牌厂商出的智能手表，还有近期Apple Watch的发布，智能手表已经成功被消费者接受；智能眼镜，谷歌三年前就推出Google Glass，但是一直在研发、工程阶段，更多的是爱好者、发烧友用户在使用，也有不少行业用户。
以智能手表为主要代表的穿戴式设备的主控处理器主要集中在功能简单、功耗较低的MCU和在手机平板中大量使用的AP处理器两大类。具体可分为两大阵营：一是现在市面上很多山寨白牌产品采用的MTK的手表手机方案，几乎都是从MTK功能机(Feature Phone)的方案裁剪下来，属于MCU方案，这类平台对大量的计算性能要求较低但对功耗的要求较高，只能完成现在手表上的基本功能，不具备太大的扩展性。二是要求高性能、计算密集、需要跑Android或者其他操作系统的可穿戴式产品，采用的AP处理器方案，如早期的Moto 360用的是TI OMAP3630处理器，三星Gear Live以及华硕(Asus)、华为、LG等的智能手表采用的是高通APQ8026(手机用四核A7处理器)；另外还有本土处理器芯片厂商北京君正的处理器方案，国内批智能手表如果壳一代/果壳圆表、土曼一代/二代等很多都是采用其JZ4775方案。
现在可穿戴AP处理器方案(也称之为MPU)主要都是从以前智能手机高端应用处理器优化而来，在封装尺寸、计算能力以及周边外设的集成等多方面都做了定制化优化，提高了集成度并降低了功耗。但如若想要拥有更好的扩展性，实现一个平台开发包括应用开发、应用商城(Market)上下载应用程序等，还是需要专门针对可穿戴应用开发的处理器方案。就目前看来，市场上只有北京君正专门针对可穿戴应用开发推出了专用处理器芯片和平台——M200处理器芯片和Newton2平台，不仅能够提供强有力的硬件支撑能力，还是整个平台型的服务，包括从硬件参考设计到软件参考设计、以及上层丰富应用资源等。
据介绍，M200是北京君正专门针对智能手表和智能眼镜等市场设计的一款高端定制芯片，基于其自主研发的MIPS XBurst内核设计(内置高性能、低功耗双核)，采用40nm制程工艺，运行功耗低，全速运行功耗只有150mW，待机功耗为200uA。同时该产品还支持3D图形加速、720P视频压缩以及语音唤醒功能等，BGA封装尺寸只有7.7mm*8.9mm*0.76mm。Newton 2平台则基于M200设计，同时集成了WiFi/BlueTooth4.1 + eMCP + MEMS传感器 + Display + 电源管理IC + 多个扩展接口等各器件(支持Android 4.4/5.x系统)，拥有极强的扩展能力，能够支撑开发并运行丰富的应用，板子整体面积比一块钱硬币的还要小。如今，北京君正成为腾讯TOS+战略合作伙伴，从侧面进一步很好地凸显了其强大的硬件平台优势——高性能、低功耗。
“功耗的优化是IC设计里面一门很精细的工艺，需要软硬件结合一起做优化，涉及到芯片设计、操作系统层、软件架构层等，需要针对各种场景对运行功耗和待机功耗等做优化，平衡计算各种场景下CPU的运算能力，更好调度每个单元的工作，从而将功耗降到低。”北京君正集成电路股份有限公司副总经理冼永辉说道。从实测的数据来看，基于北京君正平台开发的整机产品的功耗只有竞争对手的二分之一以下；芯片层方面，在同样的性能和集成度下，功耗只有竞争对手的三分之一到二分之一；光CPU内核的话，则只有竞争对手的三分之一到四分之一。“我们之所以能够拥有很好的高性能、低功耗优势，一方面是MIPS架构本身就有利于低功耗的设计，另一方面在具体的实现上，在这些精细的IC设计能力方面，我们拥有十几年的核心技术积累。”他介绍说。
图1：基于M200开发的穿戴式应用平台Newton2，板子整体面积比一块硬币还要小。
物联网不仅仅是无线联网，更多内容和服务会提升对处理器的要求
当前的物联网芯片更多的是MCU加上互联技术做的一个模组，如小米、庆科推出的物联网模块都是这个概念。国内近两年比较热的智能硬件，包括各种孵化器里面创客做的智能硬件，很多都是采用主频为几十兆到一两百兆的ARM Cortex-M系列(M0-M7)MCU处理器，集成512K以下的内存，以及WiFi/蓝牙/ZigBee通讯模块，运行的是RTOS操作系统，或者就只运行简单的应用程序。这种简单MCU+通讯模块的方案实现功能于以无线连接为核心智能点的硬件产品，如智能灯、智能插座等。
除了简单的网络连接，物联网智能化还会涉及更多的内容和服务，例如智能视频监控中的视频分析、智能洗衣机的数据模型算法，这些会对本地计算、存储和数据处理能力提出新的要求，同时会产生新的差异化的物联网方案的应用。
“尽管当前对于物联网，我们也还在探索阶段。但产品设计需要进行提前布局。”北京君正的冼永辉说道。面向物联网应用，北京君正基于其M150处理器开发了Halley平台，包含Wi-Fi IEEE 802.11b/g/n+蓝牙4.1模块等(支持开源Linux 3.10系统)，支持LCD、audio、SD card、USB、UART、I2C、SPI、ADC、PWM、GPIO等外部扩展。M150是在JZ4775的基础上做了封装的改进，集成了一颗128M的LPDDR，现在被用于智能家居、智能家电、WiFi音箱等，以及一些传统的行业市场领域。“另外，今年我们还将会推出专门针对物联网应用开发的X1000系列处理器产品，支持语音唤醒(voice trigger)和识别功能，能够运行Linux操作系统。该平台提供的是包括芯片、参考设计、系统层(SDK)等在内的一整套技术方案，同时还将为客户解决云端服务的问题。”冼永辉透露说。
图2：北京君正物联网应用平台Halley集成了M150处理器+博通43438 WiFi/蓝牙芯片等。
从优秀的处理器技术出发，构建差异化生态系统
如今产业链上各家公司都围绕各自的技术优势在布局生态系统。半导体芯片厂商以北京君正为代表，透过其高性能、低功耗的处理器技术向外延伸，面向可穿戴、物联网提供一整套完整的解决方案，不仅包括上述所说的硬件设计方案，还包括软件生态、好的应用开发环境。
深圳君正时代集成电路有限公司副总经理刘将指出：硬件碎片化、服务缺失、可扩展性差、盈利点单一是当前智能硬件市场发展的瓶颈，需要整个产业链来共同完善和呵护，君正是早进入并耕耘该领域少有的芯片原厂，处于解决方案提供方的源头，在应对这些挑战过程中选择了承担和开放的态度。首先，在硬件和基础系统方面依靠多年的积累和迭代保证产品的稳定性和一致性。其次，在基础服务方面联合各大服务提供商一起做开放的服务平台（包括互联服务、语音服务、传感器服务、定位服务、云存储、云控制等服务），从解决方案的层面把这些服务集成到系统，以统一的API的形式为应用开发者和厂商做好前期的准备工作，应用开发者只需实现自己创意的点子和想法。第三，在差异化定制方面，开放足够的资源，让每一个做产品的公司、做应用的公司能有属于自己特色的产品和应用。后，在这样的一个生态链里面力争让每一个参与方都能够各有所获，皆是受益方，从而形成一个可持续发展的良性生态。
器件选型方面，君正整合包括心率、手势、姿态、计步、UV、气压等功能的传感器资源，显示屏支持非常全面，市面上可共享到的各类型（包括E-ink、TFT、半反半透、AMOLED等），各种接口，各个分辨率（240*240、320*320、360*360、400*400等），各种形状（圆形、方形）都已经有验证；服务接入方面目前也已经和腾讯、科大讯飞、机智云、阿里云等实现对接。……
图3：北京君正在积极整合多方面资源，和产业链一起完善智能手表生态系统
就北京君正、腾讯等等不同类型的公司当前对各自生态系统的布局来看，它们均是围绕充分发挥自己的技术优势和在产业链中的地位优势，整合上下游资源的策略来展开的。不过在这个布局中，务必时刻明确自己擅长的东西，评估自身实力，切记随波逐流。期待国内半导体芯片厂商给我们大家带来惊喜！
