據IoT Analytics最新報告，2021 年全球物聯網連接數量增長了 8%，達到 122 億個活動端點。2022 年全球聯網物聯網設備數量增長 18%，達到 144 億個端點。物聯網的市場前景廣闊，但當前的物聯網設計方案復雜度和安全要求也越來越高，絕不是5年前、10年前的物聯網方案所能比擬。當前物聯網市場需求如何？如何打造智能和安全的物聯網連接方案？帶著這些問題，我們有幸采訪到了Microchip Technology Inc.全球市場主管Mike Ballard，他針對這些話題進行了深入的分享。

圖：IoT Analytics 2022年春季IoT市場報告

物聯網新階段：5G助力IoT垂直應用領域發展

據Mike Ballard介紹，物聯網不再是10年前的新興市場；它現在擁有許多大型、持續的市場，包括家庭自動化和消費類設備。然而，隨著這些市場的變化和發展，它們需要更先進的互聯系統，這就推動了新型產品和新興產品進入市場。由于各種外部因素（例如缺乏可用的勞動力、在醫療領域接受遠程醫療應用以及工業機器人、電動汽車和智慧農業等自主設備的進步）的推動，市場比以往任何時候都更快地采用物聯網技術。

圖：Microchip全球市場主管Mike Ballard

我們知道作為物聯網的應用，最為關鍵的基礎技術就是連接。5G 可實現更快、更穩定和更安全的連接，從而推動從自動駕駛汽車到可再生能源智能電網，再到工廠車間支持 AI 的機器人等一切事物的發展。隨著5G基礎設施的全面落地，5G在IoT垂直應用上將發揮巨大的作用。當前在發達國家和地區，對于5G的需求更多是為了提升移動通信帶寬，而在像印度、越南等國，在今明兩年將會大規模地進行5G基礎設施的鋪設，為的是借助5G低延時的連接特性，在垂直領域實現萬物互聯。

圖：5G的普及將大大推動IoT的市場擴展

為了優化性能，5G 獨特的架構和軟件定義網絡允許運營商將帶寬專用于具有共同需求的特定用例。換句話說，可以創建多個虛擬網絡，通過公共網絡基礎設施提供為特定服務或客戶群定制的能力和功能。這使得為提供自動駕駛和簡單跟蹤解決方案的客戶提供服務和滿足 SLA 變得更加容易和最具成本效益。虛擬網絡（5G 切片）是為特定的物聯網用例量身定制的。

除了速度之外，5G 的另一個優勢是延遲顯著降低。5G 網絡的延遲為 1-10 毫秒，而 4G 為 50 毫秒。將其置于現實世界中，人眼看到的圖像被大腦處理需要 10 毫秒。所以，5G可以比人腦還快！低延遲對于自動駕駛汽車、AI 輔助智能醫療設備和制造機器人等應用至關重要，在這些應用中，毫秒級可以真正消除災難。

5G正在釋放一個龐大的物聯網生態系統，其中網絡可以為數十億連接的設備提供服務，并在速度、延遲和成本之間進行適當的權衡。

圖：Microchip的5G蜂窩物聯網評估套件

碎片化端側和與云服務結合：端云一體的物聯網設計

隨著連接節點的數量和種類增多，物聯網設計變得更為復雜，要實現安全可靠的端、云一體的IoT方案，這給工程師帶來了不小的挑戰。據Mike Ballard分享，由于物聯網兼具嵌入式領域和IT領域的特性，因此，創建穩健的物聯網設計可能會變得相當復雜。在實現新型物聯網設計時，有幾項挑戰必須面對。一是在物聯網設計所需的互聯性和安全性方面，大多數嵌入式工程師沒有IT領域的經驗。二是對于嵌入式工程師而言，設置和保護云服務器或云服務所需的專業知識也并不簡單。

而Microchip在嵌入式和IT這兩個領域的互聯方面，擁有經驗豐富的物聯網合作伙伴可以為客戶提供專業知識。 Microchip一直是這些領域的領導者，通過成熟的開發工具、參考設計以及與Microsoft Azure和Amazon AWS的合作伙伴關系，幫助客戶應對這些挑戰。

圖：Microchip和AWS合作提供端云一體IoT方案

IoT的碎片化應用，使其并不能形成一個簡單的統一的端云一體方案。不同的端側硬件和不同的云服務組合，才能構建出合適的方案。為了能夠創建智能、連接和安全的設計，Microchip擴大了與亞馬遜云服務 (AWS) 的合作，以支持從節點到云端的云連接嵌入式系統。Microchip提供了多種不同的產品來支持AWS，使工程師能夠靈活地選擇最能滿足其系統需求的部件和平臺；在云服務方面，Microchip支持 Amazon Greengrass、FreeRTOS 和 AWS 物聯網 (IoT)；在開發鏈方面，Microchip提供快速開發安全的云連接系統所需的所有組件、工具、軟件和支持，從而降低工程師的設計風險和時間成本。

圖：支持AWS的Microchip硬件開發平臺

除了AWS外，Microchip還和微軟Azure云服務展開合作，為工程師提供從芯片到開發工具甚至示例代碼的一切，因此即使開發者沒有專業知識，也可以快速進入IoT市場。雖然連接到云會帶來固有的安全風險，但Microchip的解決方案包含Azure認證的安全功能，從而實現客戶的品牌、知識產權、收入和客戶等信息的保護。

圖：經過Azure認證的Microchip開發板

構建連接的基石：安全IoT設計

提到連接，安全是基礎。而且隨著當前IoT設計的復雜化，安全應該在設計之初就考慮進去，實現硬件的安全，而不是在設計完成之后再去考慮是遠遠不夠的。

Mike Ballard表示，保護客戶的專有設計、信息、軟件和訪問安全是所有物聯網開發人員的首要關注點。安全不是單一的形式，而是一種端到端的原則，必須在整個物聯網設計中不斷完善。從確保軟件不被破壞的安全引導技術到確保OEM知識產權不被竊取的IP保護，到防止數據落入不法分子之手的安全通信，再到安全訪問控制，Microchip提供了當今業界最豐富的安全解決方案，這在所有物聯網設計中都至關重要。

圖：構建完整的安全系統

連接對于每個 IoT 應用都至關重要，同時連接也必然會帶來潛在風險。無論是傳輸敏感的醫療數據，還是在工業應用中驗證新節點，所有連接都會使網絡面臨潛在的安全漏洞。 如果沒有適當的安全和身份驗證系統，客戶可能會在不知不覺中暴露在黑客或勒索軟件攻擊之下。

Microchip提供了完全的安全硬件產品組合，包括安全 IC 、以安全為中心的微控制器 (MCU)和微處理器 (MPU) 、具有集成HSM的安全dsPIC33 DSC、以及安全的FPGA和SoC FPGA。在完備安全產品組合的基礎上提供了一系列完整的功能，其中包括：安全安全啟動，使用硬件信任根來確保應用程序在啟動時的軟件完整性；安全驗證，為實體提供唯一且可驗證的身份；安全通訊，支持傳輸通過身份驗證和加密的網絡數據；安全編程/調試，控制對系統物理接口的訪問；資產保護，防止未經授權訪問密鑰、證書和IP等關鍵數據；設備生命周期管理，管理安全密鑰并監控網絡資產免受威脅。

值得一提的是Microchip的CryptoAuthentication系列，可以提供基于硬件的安全存儲，有效地防止未經授權的用戶看到密鑰。這種小型、功耗極低的安全元件可與任何MCU)或MPU配合使用，物聯網 (IoT) 節點提供靈活的安去解決方案。ATECC608B 就是還系列的一款特色產品，具有先進的橢圓曲線加密（ECC）功能。Microchip ATECC608B 集成了 ECDH（橢圓曲線 Diffie Hellman）安全協議，這是一種超安全方法，可為物聯網（IoT）市場中的加密/解密提供密鑰協議，以及 ECDSA（橢圓曲線數字簽名算法）簽名驗證。與所有 Microchip CryptoAuthentication 產品類似，新型 ATECC608A 采用基于硬件的超安全加密密鑰存儲和加密對策，可消除與軟件弱點相關的潛在后門。

圖：Microchip CryptoAuthentication 系列特色產品

結語

物聯網雖然十年前就已經出現，但經久不衰。隨著當前5G基礎設施的發展，未來AI和ML將會在邊緣端發揮更大的作用。物聯網的設計也不再是傳統的技術和芯片所能夠支持的，安全和連接的要求也在逐步提高。但同時我們也看到，像Microchip這樣的芯片廠商，已經不單單是一個芯片的提供商，而是提供了完整端云一體的設計方案，大大簡化了客戶的開發時間。作為新時代的物聯網應用開發者，則可以將更多的精力放在自己關注和擅長的不同應用特色上，構建差異化定制化的特性。物聯網的下一個爆發時代，或許已經到來。