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鋼鐵人和阿笠博士沒跟你說的核心秘密

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本篇文章由 ARM 贊助,泛科學策畫執行。

《二○○一太空漫遊》作者克拉克曾說過:「任何足夠先進的科技,都與魔法無異。」那柯南的追蹤眼鏡和鋼鐵人全身貴桑桑的整套穿戴式裝置的魔法又在哪裡呢?答案藏在這些穿戴式裝置的晶片裡。雖然說阿笠博士和鋼鐵人的財力可能有些差距,但是他們應該都用了 ARM 架構的省電高效能晶片(沒辦法,ARM 架構晶片在穿戴式裝置的市佔率接近百分之百)。

默默耕耘市場25年,研發晶片架構的 ARM 公司可謂一路引領智慧型行動裝置市場的興起。有別於傳統 PC 時代追求高效率運算的晶片設計, ARM 追求的是 The Right Size for the Right Task,讓行動裝置中的晶片體積夠小、能省電、效率夠高。行動裝置時代晶片設計概念需要靈活多工的游擊隊,而不是靠複雜沉重的龐大軍隊。

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source:IMDB

到了穿戴式裝置時代,就更眼花撩亂,從戴在手上的智慧型手錶、掛在臉上的眼鏡、穿在腳上的運動鞋、環在小狗脖子上的項圈,掛在牙套上的食物監測器,都可以是有智慧的穿戴式裝置。因此,ARM 對穿戴式裝置的構想是 One Size Doesn’t Fit All,針對不同裝置所需性能,開發出節能、效率、體積等不同特性的晶片。就像特種部隊要潛水就要配備潛水衣,要跳傘就要有降落傘,要街頭游擊就要有短槍枝。

可以將穿戴式裝置大約分成四類,來看它們需要配備怎樣的晶片吧!

1.嵌入式穿戴式裝置–偷偷藏在燕尾服裡

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source:IMBD

成龍在《燕尾服》裡身穿一套可以設定不同模式的萬能燕尾服,裡面鐵定有嵌入式穿戴裝置(deeply embedded wearable。現今的嵌入式穿戴裝置,還不能讓衣服的主人後空翻耍帥,但可以貼身監測人體數據。像是由以色列新創公司 LiveBEAM 所研發的感測運動帽,在帽子前額放上感測器,能偵測人體脈搏,跑步的時候只要戴帽子就可以得到心跳的數據,帽子裡的電池也可以取出,方便清洗。

這種嵌入式裝置體積很小,電池也要能支撐夠久,畢竟你不會想要常常幫衣服充電。所對應的 ARM 架構晶片就會做的很小,而且省電。 ARM 架構晶片現在已經可以做到比高爾夫球上的一個小凹洞還小。

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source:freescale

2.可攜式裝置–隨身、方便、好攜帶

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注意到捲髮弟弟左手上的智慧腕帶了嗎?source:IMDB

侏羅紀世界裡可以優先排隊又能駕駛水晶遊園車的VIP智慧腕帶,就算是可攜式裝置portable device的代表囉!穿戴在身上隨時與各種機器互動,隨時收集資料,處理及顯示資料則在手機端運作。這裡需要的晶片仍以節能為主要目的,不需要太高效率的運算。現實生活中的小米手環就算是可攜式裝置的一種。

3.互補型裝置–手機的延伸

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source:Pebble官網

最早商業化成功的互補型裝置(companion device)首推 Pebble,讓你不用接個電話或者是看個時間就要把手機從口袋裡掏出來。互補型裝置連結智慧型手機以處理繁複的資訊,本身要處理、顯示一定的資訊量,像是看時間、地圖、閱讀簡訊。如果是要寫email,就還是回到手機端輸入吧!

互補型裝置比可攜式裝置多了螢幕以及基礎運算功能,像是 Android wear 、Apple watch 等產品,這就需要更高效能的晶片囉!另外,像 Apple 在其 Apple Watch上放入NFC 技術讓使用者可以直接以手錶付款,裝置與晶片的安全性跟身份驗證就變得相當重要。

4.獨立運算裝置

獨立運算裝置(stand-alone computing device)是具有優秀運算能力、可以獨立使用的穿戴式裝置,可能是手錶或者是眼鏡,且不需要依靠與智慧型手機做連結。柯南的眼鏡就算是這種高級厲害的裝置喔!獨立運算裝置需要更高效能的晶片,否則不能即時顯示嫌犯位置,柯南的眼鏡就達不到追蹤效果了。

多元的穿戴式裝置,你今天想穿哪一件?

當全身上下都可以掛上穿戴式裝置,你會優先想要使用哪些功能呢?可以照相的眼鏡?可以通話的耳環?可以看地圖的手錶?這些科幻情節許多已經在現實生活中發生,靠的是感測器、連接器(wifi/藍牙/3G)、顯示器、系統單晶片 (Systems on Chip, SoC)等技術的改良。ARM 所專精的就是支撐整個穿戴式系統單晶片的核心架構設計,因為不同類型的裝置依目的性與使用者習慣的不同,需要不同的晶片支援不同的功能和特性,如效率、省電,或是計算能力、傳輸能力。例如只要處理小量資料的感測裝置,就會搭載成本低也比較不耗電的晶片;但若是要計算大量資料的晶片,就得要支援如 Linux 這樣的操作系統能在上面運行。

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ARM CORTEX-M系列處理器,欲看大圖請點選連結。source:ARM

穿戴式裝置與手機的結合會出現更多可能。未來會有更多照片、影音內容在手機上運作,智慧型手機勢必將越來越聰明,成為掌握數位生活的遙控器。尤其是在像印度、東南亞等新興市場,隨著行動裝置快速普及,人們跳過桌機和便宜筆電,直接進階使用智慧型手機,手機因此成為很多人第一個、也是唯一的數位連網工具。而智慧型手機的玩法也已經不限於低頭滑手機了。結合不同的應用,有更多有趣的可能性。

像是下圖為手機與 VR 虛擬實境結合的穿戴式裝置,可以看 720 度全景圖片還可以玩 Temple Run!手機就直接裝在鏡框上,所以利用手機裡的陀螺儀就可以偵測你頭部轉動的方向了。試玩後發現,虛擬實境的 Temple Run 玩起來果真比較刺激!

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手機與 VR 虛擬實境結合的穿戴式裝置。source:作者提供

鋼鐵人可說是穿戴式設備發展到極致的情況,很多人都會好奇東尼史塔克究竟是如何在一副裝甲上,整合那麼多不同的功能?ARM 行動市場全球行銷總監 James Bruce 笑著表示:「當然就是要用很多 ARM 的晶片囉!整個鋼鐵人最困難的部分是要整合所有感測器蒐集到的資訊,讓電腦計算然後在螢幕上呈現有意義的資訊,他的頭盔則用到虛擬實境的技術,需要搭載不同功能的晶片。」

就算你不是鋼鐵人,也會在每天的日常生活裡遇到 ARM 架構晶片,說不定你正用著採用ARM 架構晶片的裝置閱讀這篇文章呢! 又或者,透過廣泛運用ARM架構晶片,我們將一步步實現科幻電影裡的奇妙情節!

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