過去數年間，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網絡（LPWAN）連接技術作為物聯網通信圈的“網紅”，取得了堪稱“奇跡”的發展成果。
之所以能夠實現如此快的增速，一個核心原因是LPWAN技術滿足了分布廣泛的數十億物聯網終端和傳感器對電池供電的嚴苛要求。城市里的垃圾桶，大樓里的煙霧報警器，地下深處的水表等設備日常并不需要發送大量數據，傳統的3G/4G技術對這些用例來說完全是“殺雞用了宰牛刀”。
然而，即使LPWAN技術已經把支持的終端功耗做到非常之低了——甚至實現了一塊水表10年不用更換電池，但對于那些更廣泛的物聯網應用場景，這依然不夠看。舉個最簡單的例子，我們有可能給所有的快遞包裹和服裝都安裝NB-IoT模組么？答案顯然是不可能。
在這種背景下，更加廉價且無需電池的無源物聯網技術應運而生，成為物聯網連接數從百億邁向千億級的關鍵。
面向如此廣闊的市場，許多初創企業投身其中，開始研發基于Wi-Fi、藍牙，甚至5G的無源物聯網技術，整個產業正處于“百家爭鳴”的興起階段，而Atmosic（謀思科技）正是典型代表之一。
Atmosic創立于2016年，是一家致力于設計全球最低功耗BLE解決方案的創新型無晶圓廠半導體公司。近日，物聯網智庫有幸專訪了Atmosic首席執行官 David Su和Atmosic副總裁 Srinivas Pattamatta，和他們一起聊了聊公司的創業歷程以及未來的發展規劃。
業界最低功耗的藍牙方案
在創立Atmosic之前，David Su博士曾在創銳訊通訊（Atheros）的早期工程團隊中擔任模擬/射頻工程副總裁，在2011年高通收購創銳訊通訊之后，擔任高通工程副總裁。他擁有超過30年的工程專業經驗和豐富的無線技術知識，和一群與其共事20多年的工程人員重新組建了一支夢幻團隊，團隊的射頻設計過去已將數十億設備成功推向市場。
憑借豐富的行業經驗和敏銳的市場嗅覺，David Su博士在2016年感受到了無源物聯網技術潛藏的巨大機遇。
“那個時期，隨著越來越多智能互聯設備出現，傳統的接線供電方案已經不再適用，市場對設備的電池壽命也提出了更高的要求，因此我們希望及時找到一系列新的技術和路徑來減少和消除設備對電池的依賴性，甚至實現永久續航和無電池物聯網的發展。”
當然，實現超低功耗的技術路線有很多種，Atmosic卻對藍牙情有獨鐘。
我們知道，藍牙技術最早由愛立信公司在1995年提出，主要應用于藍牙音頻領域，隨后1998年藍牙技術聯盟（SIG）成立，負責制定和維護藍牙技術標準。至今藍牙技術標準從1.1到5.1版本，共經歷了10次升級，而自2010年藍牙4.0標準發布之后，藍牙由經典藍牙邁向低功耗藍牙時代，而低功耗模塊的引入，也將藍牙的功耗降低了90%以上，使更多終端尤其是移動終端設備的聯網化成為可能。
到了藍牙5.0時代，藍牙傳輸速度和傳輸距離的短板被進一步攻克，功耗進一步降低。資料顯示，藍牙5.0相對于4.2版本，傳輸速度是其2倍，有效傳輸距離是其4倍，且功耗再次降低，工作電流達到毫安乃至微安級別，待機電流降至毫安乃至納安級別。
這些特性正是Atmosic青睞藍牙技術的基礎，David Su博士直言：“我們之所以一開始選擇藍牙的解決方案，就是看重了藍牙的超低功耗，只有這樣，它才能為我們無源解決方案的設計奠定良好的基礎。在現有藍牙低功耗技術的基礎上，我們又通過我們的技術和解決方案將其功耗降低至原來的1/3-1/5。如果選擇其他技術路徑，由于技術本身的功耗較高以及其它限制，可能會對我們目前獲取外界能量的方式構成一定的挑戰?！?/p>
根據藍牙技術聯盟在今年4月發布的《2021年藍牙市場最新資訊》，盡管過去一年中藍牙市場的增長速度有所減緩，但預計至2025年，藍牙設備的年出貨量將從2020年的40億臺增長至60億余臺。這也預示著Atmosic的超低功耗藍牙解決方案具有廣闊的市場空間。
如何實現無需電池的物聯網設備？
創建無源物聯網解決方案需要克服許多技術難點，但無論企業通過什么樣的方式實現無需電池的目標，其中一個最基本的要求就是“通過任何來源所獲得的能量必須要超過設備運行本身所需的功耗”。
憑借在射頻設計中獨特的見解和專長，Atmosic成功研發了三種創新技術？——超低功耗射頻、射頻喚醒和受控能量收集，以實現最低功耗，并徹底降低物聯網應用對電池的依賴。
為了便于理解，在專訪過程中，Srinivas Pattamatta為筆者對這三種技術進行了通俗易懂的解釋。
首先是超低功耗射頻。我們知道，一個芯片系統其實由很多不同的模塊組成，就如同我們日常通勤中的交通網絡，模塊和模塊之間的距離也有長有短，它們之間的信號傳輸速率不一樣，功耗也不相同。而Atmosic所做的，正是針對長距和短距的信號模塊之間的傳輸做出不同的優化，使得不同模塊之間電流的傳導以及信號的傳導耗能降到最低。
接著來看射頻喚醒技術。拿我們的人體舉例，大家基本上在晚上都會進入深度睡眠，但是這并不意味著你身體的所有功能都徹底進入睡眠狀態了，總會有部分大腦的單元是處在清醒狀態的，而一旦其受到刺激或者是收到信號，就會喚醒整個人體。與之類似，Atmosic的解決方案是讓設備處于待機狀態的時候進入睡眠模式，以超低功耗的狀態來運行。但是，一旦聽到了特定的信號或關鍵詞，那么整個設備就會被自然地喚醒。
如果說前兩項技術是站在降低能量消耗的角度，那么第三項技術則致力于增加能量的獲取。
受控能量收集技術意味著Atmosic可從日常照明、太陽能、熱能和射頻等各種來源獲取驅動設備所需的能量。所獲能量并不需要多高，只需供給設備在超低功耗環境下運行即可。光能是其中很重要的一種能量，今年4月，Atmosic發布最新ATM3系列物聯網參考設計，搭載光伏能量收集技術，助力物聯網設備制造商實現永久續航。
據悉，集成了這些創新技術的Atmosic M3無電池藍牙5.0系統單芯片獲得了2020年國際消費電子展（CES）嵌入式技術類最佳創新獎，Atmosic并被《電子工程專輯》評為2020年百強半導體初創公司。
無源物聯網技術如何顛覆行業？
基于藍牙的無源物聯網技術能為行業帶來的價值顯而易見。
一方面，面向消費品市場，在遠程遙控、家居自動化等應用場景中，消費者往往把換電池當成一項麻煩又繁瑣的事項來看待，畢竟沒有人想在正需要切換播放的時候發現遙控器用不了而四處翻找電池。而無源物聯網技術能夠使得遙控器之類的產品在全生命周期內無需更換電池。這不但方便了消費者，也減少了電池帶來的污染，更重要的是會對產品設計帶來顛覆性影響。因為可以使用尺寸更小、更薄的電池，省出了更多的空間，這讓消費品本身的設計被賦予了更多可能。
就在前不久，Atmosic宣布正在與面向家庭娛樂和智能家居設備的無線通用控制解決方案全球領導者Universal Electronics Inc.（UEI）合作，聯合開發一系列能夠從室內環境光源中收集能量的超低功耗遙控器和智能家居產品。
去年，Atmosic還與一家叫TraceSafe的公司在全球范圍內針對新冠開發了一系列解決方案。簡單來講，TraceSafe設計了一種手環，用戶把這個手環戴在身上，不管是進入運動場還是游艇等密閉環境，整個手環都可以自動地實時進行追蹤，并且對接觸進行預警。
除此之外，醫療機械市場也特別值得關注，血糖檢測儀是其中增長特別迅速的一個品類。得益于無源物聯網解決方案，消費者可以把一個指甲蓋大小的塑料設備貼在身上即可，使用日常簡單而方便。
另一方面，面向工業市場，工業用戶的痛點又和消費市場不太相同。在工業應用場景之下，如果你想搭載一套追蹤設備或管理系統，就需要經常換電池，這意味著成本的增加，而換一塊電池在美國大約需要付出20美金甚至更高的成本，這就導致設備的總體擁有成本非常高。
另外，很多工廠設備都是非常關鍵的設備，管理者希望其能夠永遠在線，換句話說它的魯棒性和可靠性必須非常高，因為這些設備一旦宕機，大量關鍵的溫度或者壓力的數據就無法采集，甚至可能會對整個工廠的運行帶來影響。而無源物聯網解決方案能夠讓這些挑戰迎刃而解。
總結來講，Atmosic可以解決四個方面的痛點。其一是消除經常換電池的麻煩，提高產品的使用體驗；其二是進一步降低總體解決方案的擁有成本和使用成本；其三是讓產品設計的復雜性大幅下降，同時也為設計本身提供更高的可能性；最后則是針對特定的關鍵應用場景提高電池的可靠性。
結語
當前，中國正在持續推進綠色經濟發展戰略，力爭在本世紀中葉實現“碳中和”的重要目標。Atmosic正在融入到中國的高質量發展當中，放眼未來，Atmosic希望秉持“扎根中國，服務中國”的戰略，通過提供創新的技術和解決方案，減少物聯網設備對電池的依賴，支持中國綠色經濟的發展。
Atmosic將持續為中國消費者帶來更多超低功耗無線技術解決方案，這些解決方案也將應用在越來越多的物聯網設備中，如遙控器、鍵盤、可穿戴設備、耳機、信標、傳感器、家庭自動化和醫療器械等等。
此外，除藍牙5技術外，Atmosic還將繼續為中國市場開發更多基于其他無線技術的產品和解決方案。同時，Atmosic將繼續擴大中國地區ODM和OEM合作伙伴陣容及整個生態系統，以更好地支持本地客戶。
