现状：我国已形成基本齐全的物联网产业体系，部分领域已形成一定市场规模，网络通信相关技术和产业支持能力与国外差距相对较小，传感器、RFID等感知端制造产业、高端软件和集成服务与国外差距相对较大。仪器仪表、嵌入式系统、软件与集成服务等产业虽已有较大规模，但真正与物联网相关的设备和服务尚在起步。
我国已形成了较完整的敏感元件与传感器产业，产业规模稳步增长。我国形成了RFID低频和高频的完整产业链以及以京、沪、粤为主的空间布局，2009年市场规模达到85亿元并成为全球第3大市场。我国仪器仪表产业连续多年实现20%以上的增长，2009年产值超过5000亿元，企业数量为5000多个，小型企业数量占比达到90%。
在物联网网络通信服务业领域，我国物联网M2M网络服务保持高速增长势头，目前M2M终端数已超过1000万，年均增长率超过80%，应用领域覆盖公共安全、城市管理、能源环保、交通运输、公共事业、农业服务、医疗卫生、教育文化、旅游等多个领域，未来几年仍将保持快速发展，预计“十二五”期间将突破亿级。三大电信企业在资源配置方面积极筹备，加紧建设M2M管理平台并推出终端通信协议标准，以推进M2M业务发展。国内通信模块厂商发展较为成熟，正依托现有优势向物联网领域扩展。国内M2M终端传感器及芯片厂商规模相对较小，处于起步阶段。尽管我国在物联网相关通信服务领域取得了不错的进展，但应在M2M通信网络技术、认知无线电和环境感知技术、传感器与通信集成终端、RFID与通信集成终端、物联网网关等方面提升服务能力和服务水平。
在物联网应用基础设施服务业领域，虽然不是所有云计算产业都可纳入物联网产业范畴，但云计算是物联网应用基础设施服务业中的重要组成部分，物联网的大规模应用也将大大推动云计算服务发展。国内云计算商业服务尚在起步，SaaS已形成一定规模，而真正具有云计算意义的IaaS和PaaS商业服务还未开展。目前，我国在云计算服务的基础设施（IDC中心）建设、云计算软硬件产业支持和超大规模云计算服务的核心技术方面与发达国家存在差距。云安全方面，我国企业具有一定的特点和优势。随着物联网应用的规模推进、互联网快速发展和国家信息化进程的不断深入，我国云计算服务将形成巨大的市场需求空间，“十二五”期间将呈现快速发展态势。
在物联网相关信息处理与数据服务业领域，信息处理与数据分析的关键技术主要是数据库与商业智能。我国数据库产业非常薄弱，知名企业只有三四家，只占国内市场10%左右的份额。商业智能（BI）领域我国虽然技术相对落后，但已形成了一定规模，国内现有BI厂商有近500家，但高端市场仍由国际厂商垄断。整体而言，我国拥有自主知识产权的数据库产品、BI产品和掌握关键技术的软件企业少，产业链不完整，缺乏产品线完整、软硬结合、竞争力强的国际企业。
随着5G的到来，物联网又一次成为热门话题。人们在物联网的信息轰炸中，或多或少的了解了“物联网是什么”。在这里面，芯片的话题，尤为瞩目，更加上中美贸易战的背景和华为被制裁的现状。人们对发展国产芯片的渴望，希望国产芯片强大的愿望，最为强烈。那么，在物联网领域，国产芯片行不行？又跟无线通信模组有什么关系？什么是无线通信模组？
无线通信模组（下面简称模组），也可以叫无线通信模块，简单的来说就是芯片+软件的合体。它是物联网中的通信基础，是不同的物联网终端设备接入物联网的入口，为终端提供网络信息传输能力。
模组的价值何在？
模组的价值主要有两个方面：
集成芯片，整合不同的网络制式（2G/3G/4G/5G/NB）, 满足不同的应用场景，提供稳定的硬件通信，简化应用厂商的工作；
定制烧录系统。可以根据应用厂商的需求，定制系统，比如：linux、android、rtms等等，提供软件开发的基础系统。
应用厂商，不需要直接面对芯片和软件，只需要知道，需要接入什么网络，在哪种系统上开发应用，然后直接购买现成的模组或者定制模组。这也是大部分应用厂商真正的使用方式。
模组的现状？
目前模组领域，基本上是一片红海。发展到现在，已经是很成熟的一个产业了。也出现了不少大的公司，国内厂商也很争气，占领了比较大的市场份额，比如：simcom、移远等等。而且，模组中使用的芯片以国内芯片为主，海思、展讯等等，都是应用规模比较大的芯片。
总之，模组是上游芯片，下游应用之间的一座桥梁。在物联网中的话语权还是比较重要的，应用厂商不会直面芯片，而是直接使用模组。所以，在物联网领域，不用担心国产芯片的发展，它一直很强也很好。
当前，5G、AI等技术和汽车产业的融合已成为新趋势，汽车智能化的迅猛势头也正为智能网联汽车赛道按下加速键。而作为决胜汽车产业“下半场”的关键，全球智能网联汽车行业市场规模也在持续扩大。根据华经产业研究院数据显示，预计到2025年全球智能网联汽车销量将突破7850万辆。智能网联汽车的迅猛发展叠加经济复苏，正在驱使汽车产业迎接新一轮变革。
4月12日，由移远通信举办的“万物智联·共数未来2023物联网生态大会”顺利举行，其中下午场特设智能网联汽车分论坛，荟聚一线从业人员，吸引了众多参与者。此次分论坛讨论的话题涵盖移远全栈式产品赋能智能网联汽车发展、智能网联标准化进程、车载车联技术发展、GNSS、车载5G天线等主题，以专业技术解析前沿创新应用以及前瞻趋势，与行业众咖共探数智云联的无限可能。
移远产品矩阵丰富，5G车规级产品迭出
图源：移远通信
汽车产业从电动化的“上半场”竞局，转入智能化的“下半场”。未来，汽车不再定位为单独的一个产品，而是成为连接网络生态或者系统当中的一个节点，类似于一个移动终端，可触及更多的服务和应用场景能力。
可以说，智能网联汽车正在发展成为未来的第三空间，而此变化对于整个产业链来说，包括整车厂、软硬件企业、零部件供应商，以及相关服务技术企业等，都是一个竞争激烈的全新“战场”。
厉兵秣马，抢滩赛道。作为较早入局物联网行业的头部参与者之一，移远通信进展斐然。如移远通信COO张栋在大会开幕式上所述，移远通信以物联网模组产品为核心，过去几年同步开启了AIoT解决方案、车载解决方案、天线、云服务、认证测试等外延业务。现在的移远通信，更是从单纯的蜂窝模组供应商正式升级为“物联网整体解决方案供应商”，可一站式满足全球行业客户的智能化升级需求。
移远通信COO张栋；图源： 移远通信
在车载领域，据移远通信汽车前装事业部总经理王敏介绍，移远通信已经实现包括4G/5G蜂窝通信技术、车路协同的V2X技术、智能座舱技术、短距离车载Wi-Fi/蓝牙/UWB技术、定位技术、满足各类通信的天线技术和整体软件解决方案等七大车载产品技术生态。迄今，凭借上述全队列的产品架构，移远已经交付全球40多家汽车制造商以及60多家的Tier 1供应商。
其中，伴随智能座舱领域的复杂性和集成度越来越高，总体上电子电气架构（EEA）已从原来的分布式逐步过渡到简单轻量化、可扩展性较强的架构，并朝着中央集中式架构方向前进。在此过程中，移远通信无论是产品供给能力、一站式服务能力以及完善的产品队列等层面，都在不断提高，以全面满足市场所需。
具体来看，其车载产品线除了涵盖多款C-V2X模组及LTE/LTE-A模组，在5G技术上更是频频发力，在率先推出R15、R16产品后，根据硬件配置划分了多种产品形态，比如主机厂商可自由选择内置V2X、双卡双通、不同算力等功能的产品。未来，移远也将会逐渐推出更多采用5G的智能模组方案，用于满足车载对智能化、高算力的急迫需求。
值得一提的是，今年以来移远陆续推出了四大类符合3GPP R16标准的车规级5G产品：AG59xH系列、AG59xE系列、AG581A、AG580A系列，涵盖了不同的平台、配置、硬件方案，满足全球车厂的多样化需求。其中，AG59xH系列基于高通SA525M平台，AG59xE系列基于高通SA522M平台，两者内置芯片皆符合AEC-Q100标准。相较于第一代5G车载模组，AG59x在5G传输速率、低时延、高可靠性、C-V2X PC5直连通信能力、位置定位服务、高算力以及安全性等方面皆有较大提升与完善。
在短距离通信的车规级模组方面，移远通信目前的产品规划涵盖Wi-Fi 5、Wi-Fi 6、代表最新技术成果的Wi-Fi7，以及蓝牙和UWB模组等。
C-V2X赋能智能网联，正值爆发前夜
基于3G/4G/5G等蜂窝网通信技术的演进，无线通信技术与汽车电子技术整合的趋势提速，V2X也被认为是未来智能交通运输系统的关键。
根据信通院2022年底统计，2022年已售车辆中已经预装将近二十万辆具备V2X通信能力的汽车产品。伴随V2X的稳步推进，以及标准完善，高通高级产品总监艾和志更是在会上直言，V2X正处于爆发的前夜，预计时间就在近几年。
而在V2X技术的持续演进过程中，由于C-V2X拥有更清晰的演进路线和对车辆高速度的支持，发展前景优势明显，因而也被看作是一种极具清晰5G演化路径的V2X技术。
不仅如此，在智能网联发展周期快速迭代中，C-V2X已经成为受全球广泛认可的一项支持高级别ADAS和自动驾驶的核心技术，并且在车路协同发展中将发挥不可取代的作用。尤其是依托大带宽、低时延的5G赋能，更让新一代车用无线通信网络5G+V2X成为智能化上车焦点。
为抢滩市场，移远已经针对车载应用开发了丰富的C-V2X产品线并实现量产落地，涵盖C-V2X模组AG18、AG15，C-V2X AP模组AG215S，LTE-A + C-V2X模组AG52xR系列，以及5G + C-V2X模组AG55xQ系列等。
图源：移远通信
需注意的是，移远通信汽车前装事业部副总经理王友在会上坦言，迄今落地商用的大部分V2X产品还是LTE-V2X，不管是R14还是R15，采用的的技术仍是广播技术。体现在应用场景上，目前的应用进程还是基本上处于第一阶段和第二阶段，第三阶段的应用则会在单播和组播基础上导入车辆的协同控制以及对弱势交通参与者的保护支持。
而根据3GPP发布的LTE演进路线规划，在未来，LTE-V2X（R14/15版）会过渡到NR-V2X（R16+版）。
另关于业界对后续趋势是LTE与V2X共存，还是C-V2X跟DSRC（专用短程通信技术）共存的讨论，王友表示，移远在产品化和合作方面已积累了丰富的实践经验，公司已经总结了近九个使用场景，不管趋势如何，合作客户都将不受影响，且能够快速量产。
网络安全和功能安全以及高精度定位 为智能驾驶保驾护航
伴随汽车智能化的推进，安全问题越发至关重要，王友在会上也强调，在C-V2X的技术能力之外，安全也是重点，包括功能安全和信息网络安全。“安全话题在全球尤其在交通领域变得越来越重要，这也是为什么移远在安全上会重点投入的一个原因。”
图源：移远通信
目前，在信息安全上，移远已经通过了ISO27001产品信息安全管理体系认证，和ISO/SAE 21434汽车网络安全管理体系认证等；功能安全上，移远则完成了ISO26262（专门用作提升汽车电子电气产品功能安全的国际标准）的认证测试，具备为客户提供安全保障的能力。并且，自R14、R15开始，移远就已经在探索VRU弱势交通参与者的保护。
其中，作为车载领域软实力的体现，智能驾驶的功能安全需求愈发迫切。移远通信GNSS产品总监曾广莲指出，随着自动驾驶从L2往L3、甚至L4及以上跃进，安全的承担者就由人变成了汽车系统、电子电气，这对功能安全提出了必需的要求。而高精GNSS定位导航技术便是各类自动驾驶的安全前提。
进一步来看，移远在GNSS功能安全上为智能驾驶提供了什么样的方案？曾广莲给出的答案是GNSS模组LG69T。
据悉，LG69T是移远以领先行业的速度推出的车规级双频高精度卫星及惯性导航融合定位模组。该模组在符合AEC-Q100标准要求的基本条件下，可同时接收并追踪多个GNSS星座以及QZSS的双频信号，在数秒内达到厘米级定位精度。
此外，LG69T还内置算法融合IMU（惯性测量单元），结合车辆提供的信息，通过惯性导航算法就可以实现弱信号或者无信号条件下持续定位。目前，LG69T已应用在多款主流车型中。
图源：移远通信
值得一提的是，随着技术的发展，特别是自动驾驶的发展，行业对汽车GNSS也提出了新的要求。
意法半导体中国区产品市场总监郑义在会上指出，车载GNSS应用目前有三大方面的技术挑战，一是高精度定位要求越来越高，二是多模式的融合趋势对GNSS芯片本身处理融合的算法和能力提出了更高要求，三是需要有效保障终端驾驶安全性和可靠性。而这些问题的解决都需要产业链上下游的协力合作。
汽车天线形态迎接质变，玩家洗牌
5G、V2X、GNSS高精度以及UWB（超宽带连接）等新技术的到来，也给整个汽车天线形态带来质的改变，设计开发的逻辑也已经产生变化。移远通信天线产品总监林规感叹，特别是5G前沿技术的加入，天线行业将发生剧烈的变化，主要玩家或也面临“洗牌”局面，比如曾经由天线厂主导的整个汽车天线的开发与设计，未来会逐渐转移至汽车厂、芯片厂、模组厂等力量中。
然对于行业“变局”，移远却是有备而来，且正蓄势待发。林规表示，基于天线小型化、智能化、一定程度的集成化技术趋势，移远天线产品布局的完善性和前瞻性足以满足绝大多数客户的常规需求，针对具体车型移远还可以进行定制化开发，确保终端性能达到最优。
此外，T-Box跟天线合在一起，是未来比较好的形态，也是一个非常大的趋势。“这样可以尽可能降低天线路径上的性能损耗，同时省掉很多连接线，大幅度降低汽车天线的成本，而且性能还能得到提升。”林规提到。为此，移远开发了5G C-V2X天线补偿系统，利用损耗补偿达到两个V2X天线对等的状态。
而针对未来越来越多的全景天窗等使用场景，移远在会上首度公开了最新开发的透明天线，该天线置于车玻璃上而不影响美观，同时性能优于传统天线。
另外，面向新一代汽车数字钥匙等场景，今年2月，移远通信还推出了第一款车规级且带内置天线的UWB模组AU30Q，精准赋能智能汽车门禁应用，例如无钥匙进入、车内乘客检测、人员接近检测、非接触后备箱开启、电动汽车无线充电以及汽车换电等场景。
行业极度内卷，移远唯快不破
以上提及的移动通信单元（4G/5G）、C-V2X、GNSS高精度定位模组等，都是T-Box（车联网控制单元）的主要组成部分之一。T-Box作为车联网过程中非常重要的一环，担负着监测和控制车身状态的重要使命。
4G时代，T-Box助力汽车产业打开了接入蜂窝网络的快速通道；而进入5G时代，汽车智能化趋势驱动，传统的T-Box产品形态也快速向智能化转型，从单纯的通信功能，到给车厂带来更多服务价值。
移远通信汽车前装事业部总经理王敏在会上特别指出，T-Box未来的演进类似于集中化的EEA架构，集中度会越来越高，同时也能达到降本增效的目的。
图源：移远通信
当前，汽车行业“内卷”程度至极，淘汰赛加速，对降本要求迫切，而无论是在技术迭代、研发速度，还是上车量产、竞争淘汰等方面，整体逃不开一个“快”字。对此，小鹏汽车嵌入式平台总经理余鹏在分论坛特别环节——圆桌讨论上指出，“现在这个时代，‘快’依然是车企的核心优势，但是这个过程中我们还是要控制好节奏，找到快的方法。”
依托全栈式产品线布局，王敏则表现得信心十足。他直言，移远不怕快，反而喜欢这种快，快向来是移远的风格。不管是产品开发、客户需求，还是技术产品的迭代、降本，移远都是在快速变化过程中不断提升自己，这也是移远的一个能力、一个强项。
面对当前智能网联汽车产业的发展现状，中国信息通信研究院葛雨明博士也在会上提出了两点建议。一方面，未来发展需要加强跨行业协同，推动跨域基础设施的互联互通；另一方面要构建完备、协同统一的标准，更好地做应用场景开发。
总体上，智能网联汽车整车架构以及商业模式的不断演进，使未来的核心竞争将围绕“智能”展开。随着智能化的不断提升，域控、中央计算平台进一步普及，软硬件复杂性迎来革命性变化。与此同时，未来的多生态合作也将成为必然。
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8月5日，中国移动公布2021年至2022年5G通用模组产品集中采购中标侯选人。据悉，本次招标总采购量为32万片，为目前国内运营商规模最大的5G产品集采项目，有助于推动5G普及、5G终端及应用的多元化。在该项目激烈的竞争中，移远获得最大份额，芯片平台层面，高通骁龙X55芯片平台与展锐唐古拉V510芯片平台凭借亮眼的成绩脱颖而出，将成为此次招标项目的最大获益者。占据半壁江山，骁龙X55领先能力再获认可
在本次招标采购项目中，高通占据了大约一半的集采份额，备受业界瞩目。其实，这与当前高通骁龙X55芯片平台在5G模组市场的强势表现有关。据了解，目前市场主流5G模组基本都选用高通骁龙X55芯片平台，高通凭借成熟和高质量的芯片平台，支持模组厂商合作伙伴纷纷中标。
在技术领先性、产品稳定性和应用成熟度方面，骁龙X55再次获得市场任何。采用7纳米工艺制程，骁龙X55支持5G到2G多模和包括毫米波频段和6GHz以下的主要频段，还支持SA和NSA部署，能够凭借极大灵活性助力全球众多厂商面向全球市场快速打造5G终端，加速5G普及。
5G物联网发展的强劲势头让5G物联网终端的商业化落地成为必然。在5G物联网繁荣生态的驱动下，骁龙X55为国内最早实现商业化落地的5G物联网终端提供支持，加速5G规模化扩展。具体来讲，高通以领先的骁龙X55 5G调制解调器及射频系统赋能中国首批5G物联网终端和应用，终端覆盖5G超高清直播背包、机器人、工业网关、CPE等多个品类，应用于新闻直播、疫情防控、远程教育、工业巡检等十多个场景，创造了积极的 社会 效应和经济效益，也因此获得了世界互联网大会领先 科技 成果。
现阶段，物联网产业生态系统仍在加速建设和发展，国内外市场正在孕育更加广阔的机遇。在此背景下，持续推动5G物联网产品路线图的演进就显得尤为关键。
在骁龙X55已经受到市场认可的基础上，高通于2021年继续推出了骁龙X65。根据今年5月的信息，骁龙X65支持全新特性，引入中国5G毫米波部署预计所需的特性，同时扩展了在5G能效方面的领先优势。综观物联网领域，高通今年推出的骁龙X65主要面向可应用于广泛物联网领域的5G模组。有关数据显示，骁龙X65是全球首个支持10Gbps 5G和首个符合3GPP Release 16规范的调制解调器及天线解决方案，可通过媲美光纤的无线性能，支持目前市场上最快的5G传输速度。此外，通过对可用频谱的充分利用，骁龙X65能够实现极致的网络灵活性、容量和覆盖。
高通公司与中国合作伙伴进行了长期紧密的协作。仅仅在骁龙X65发布两周后，移远通信、广和通、芯讯通等多家中国模组厂商就推出了搭载骁龙X65的5G模组，在工业互联网、高清视频、远程医疗、无人驾驶、远程教育等广泛物联网细分领域快速落地，为垂直行业带来更极致的5G连接支持。
目前，已有近1000款采用高通解决方案的5G终端已经发布或正在开发中，包括智能手机、平板电脑、PC、数据卡、家庭CPE和扩展现实（XR）眼镜。面对5G万物互联的广阔前景，高通还与产业链合作伙伴共同推出了“5G物联网创新计划”、5G联合创新中心等一系列合作项目，致力于携手产业链把握5G机遇。
中国物联网产业发展前景：物联网将继续保持高速增长
1、发展前景：市场规模不断扩大，产业物联网占比逐渐上升
物联网是中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。中国以加快转变经济发展方式为主线，更加注重经济质量和人民生活水平的提高，采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级传统产业，提升传统产业的发展质量和效益，提高社会管理、公共服务和家居生活智能化水平。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。综合多方面的情况分析，前瞻认为未来6年中国物联网的发展将保持高速增长，到2027年市场规模超过7万亿元。
根据信通院于2020年12月发布的《2020中国物联网白皮书》，2019年中国物联网连接数中产业物联网和消费者市场各占一半，预计到2025年，物联网连接数的大部分增长来自于产业市场，产业物联网的连接数将占到总体的61%。由此来看，未来产业物联网的市场发展潜力大于消费物联网。
2、发展趋势：重点城市带动周边城市发展，分工协作格局将进一步显现
国内物联网产业已初步形成环渤海、长三角、珠三角，以及中西部地区等四大区域集聚发展的总体产业空间格局。其中，长三角地区产业规模位列四大区域的首位。未来中国物联网产业空间演变将呈现出三大趋势：
中国工业互联网产业发展前景及趋势预测
1、工业互联网发展趋势：步入快速发展阶段
工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，
通过人、机、物的全面联网，促进制造资源泛在连接、d性供给与高效配置。工业互联网正在推动制造业创新模式、生产方式、组织形式和商业范式的深刻变革。在实体经济、数字经济、软件产业共同发展的新体系中，工业互联网成为我国制造业在中国制造2025目标下、工业40时代的新的发展思路。
工信部、财政部等部委最近密集出台了《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023年)》《工业互联网+安全生产”行动计划(2021-2023年)》《工业互联网专项工作组2020年工作计划)》等多项旨在推进工业互联网发展的产业支持政策。业内普遍认为，随着产业支持政策的不断落地，工业互联网应用将进一步普及，产业发展也将进入快速发展期。在政策引导和市场推动的情况下，工业互联网行业仍然是一片蓝海。
我国工业互联网布局不断完善，且我国工业互联网基础设施布局各方面成果初现，但仍有很大进步空间。
2、工业互联网前景预测：工业互联网将随着物联网技术的进步而快速发展
考虑到工业互联网的跨界性质，很多产业可能将会从中受益，尤其是中小软件企业、互联网企业包括大数据、云计算等企业、智能制造企业等。作为物联网中的重要组成部分，工业互联网发展将会随着物联网技术的进步而得到快速发展，芯片、传感器、通信模组网络等行业的技术进步将会带动工业企业的新一轮效率提升，帮助电力、航空、医疗、铁路、能源等行业提高生产率。前瞻根据近年来的相关政策以及年复合增速测算出2027年中国工业互联网核心产业经济规模将达到243万亿元左右，渗透产业经济规模将达539万亿元，合计为782万亿元。这将为智能机器人、新型工业软件等软硬件领域带来发展机遇。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国物联网行业细分市场需求与投资机会分析报告》、《中国工业互联网产业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。
随着物联网的逐渐铺开，人们已经在生活中看到了越来越多的物联网模块：智能水表，共享单车，等等。目前的物联网仍然主要由运营商推动，物联网模块需要使用标准蜂窝协议与基站通讯。由于基站需要覆盖尽可能大的面积，因此物联网模块需要能做到在距离基站很远时仍能通讯，这就对于物联网模块的射频发射功率有了很高的要求;从另一个角度来说，物联网模块在做无线通讯时仍然需要消耗高达30mA的电流，这使得目前的物联网模组仍然需要配合较高容量的电池(如五号电池)才能工作，这也导致了物联网模组的尺寸很难做小。
为了能进一步普及物联网，必须克服这个功耗以及尺寸的限制。例如，如果未来要把物联网做到植入人体内，则不可能再搭配五号电池，而必须使用更小的电池甚至使用能量获取系统从环境中获取能量彻底摆脱电池的限制。为了实现这个目标，从通讯协议上说，可以使用更低功耗的自组网技术，类似BLE;而从电路实现上，则必须使用创新电路来降低功耗。
能量获取技术
根据之前的讨论，目前电池的尺寸和成本都已经成为了限制IoT设备近一步进入潜在市场的瓶颈。那么，有没有可能使用从环境中获得能量来支持物联网节点工作呢这种从环境中获取能量来支持物联网节点工作的模块叫做“能量获取”(energy harvesting)，目前能量获取电路芯片的研究已经成为了研究领域的热门方向。
目前最成熟的能量获取系统可以说是太阳能电池。传统太阳能电池能提供较好的能量获取效率，但是付出的代价是难以集成到CMOS芯片上。最近，不少研究机构都在使用新型CMOS太阳能电池，从而可以和物联网节点的其他模块集成到同一块芯片上，大大增加了集成度并减小模组尺寸。当然，集成在CMOS芯片上的太阳能电池需要付出低能量输出的代价，目前常见的CMOS片上太阳能电池在室内灯光下能提供nW等级的功率输出，而在强光下能提供uW级别的功率输出，这就对物联网模组的整体功耗优化提出了很高的要求。另一方面，也可以将能量获取与小尺寸微型电池配合使用，当光照较好时使用太阳能电池而在光照较弱时使用备用电池，从而提升整体物联网模组的电池寿命。
除了太阳能电池外，另一个广为人知的环境能量就是WiFi信号。今年ISSCC上，来自俄勒冈州立大学的研究组发表了从环境中的WiFi信号获取能量的芯片。先来点背景知识：WiFi的最大发射功率是30dBm(即1W)，在简单的环境里(即没有遮挡等)信号功率随着与发射设备的距离平方衰减，在距离3m左右的距离信号功率就衰减到了1uW(-30dBm)左右，而如果有物体遮挡则会导致功率更小。俄勒冈州立大学发表的论文中，芯片配合直径为15cm的天线可以在非常低的无线信号功率(-33dBm即500nW)下也能工作给电池充电，能量获取效率在5-10%左右(即在距离发射源3m的情况下输出功率在50nW左右)。因此，WiFi信号也可以用来给物联网模组提供能量，但是其输出功率在现实的距离上也不大，同样也需要节点模组对于功耗做深度优化。
另外，机械能也可以作为物联网节点的能量获取来源。压电效应可以把机械能转换为电能，从而使用压电材料(例如压电MEMS)就能为物联网节点充电。使用压电材料做能量源的典型应用包括各种智能城市和工业应用，例如当有车压过减速带的时候，减速带下的物联网传感器上的压电材料可以利用车辆压力的机械能给传感器充电并唤醒传感器，从而实现车辆数量统计等。这样，机械压力即可以作为需要测量的信号，其本身又可以作为能量源，所以在没有信号的时候就无需浪费能量了!压电材料的输出功率随着机械能的大小不同会有很大的区别，一般在nW-mW的数量级范围。
唤醒式无线系统
传统的IoT无线收发系统使用的往往是周期性通讯或主动事件驱动通讯的方案。周期性通讯指的是IoT节点定期打开与中心节点通讯，并在其他时间休眠;事件驱动通讯则是指IoT节点仅仅在传感器监测到特定事件时才与中心节点通讯，而其它时候都休眠。
在这两种模式中，都需要IoT节点主动与中心节点建立连接并通讯。然而，这个建立连接的过程是非常消耗能量的。因此，唤醒式无线系统的概念就应运而生。
什么是唤醒式无线系统就是该该系统在大多数时候都是休眠的，仅仅当主节点发射特定信号时才会唤醒无线系统。换句话说，连接的建立这个耗费能量的过程并不由IoT节点来完成，而是由中心节点通过发送唤醒信号来完成。
当建立连接的事件由中心节点来驱动时，一切都变得简单。首先，中心节点可以发射一段射频信号，而IoT节点可以通过能量获取(energy harvesting)电路从该射频信号中获取能量为内部电容充电。当IoT节点的电容充电完毕后，无线连接系统就可以使用电容里的能量来发射射频信号与中心节点通讯。这样一来，就可以做到无电池 *** 作。想象一下，如果不是使用唤醒式无线系统，而是使用IoT主动连接的话，无电池就会变得困难，因为无法保证IoT节点在需要通讯的时候在节点内有足够的能量。反之，现在使用唤醒式系统，中心节点在需要IoT节点工作时首先为其充电唤醒，就能保证每次IoT节点都有足够能量通讯。
那么，这样的唤醒式无线系统功耗有多低呢在2016年的ISSCC上，来自初创公司PsiKick发表的支持BLE网络的唤醒式接收机在做无线通讯时仅需要400 nW的功耗，而到了2017年ISSCC，加州大学圣地亚哥分校发表的唤醒式接收机更是把功耗做到了45 nW，比起传统需要毫瓦级的IoT芯片小了4-6个数量级!
来自UCSD的45 nW超低功耗唤醒式接收机
反射调制系统
唤醒式接收机主要解决了无线链路中如何低功耗接收信号的问题，但是在如果使用传统的发射机，则还是需要主动发射射频信号。发射机也是非常费电的，发射信号时所需的功耗常常要达到毫瓦数量级。那么，有没有可能在发射机处也做一些创新，降低功耗呢
确实已经有人另辟蹊径，想到了不发射射频信号也能把IoT节点传感器的信息传输出去的办法，就是由华盛顿大学研究人员提出的使用发射调制。反射调制有点像在航海和野外探险中的日光信号镜，日光信号镜通过不同角度的反射太阳光来传递信息。在这里，信号的载体是太阳光，但是太阳光能量并非传递信号的人发射的，而是作为第三方的太阳提供的。类似的，华盛顿大学研究人员提出的办法也是这样：中心节点发射射频信号，IoT节点则传感器的输出来改变(调制)天线的发射系数，这样中心节点通过检测反射信号就可以接收IoT节点的信号。在整个过程中IoT节点并没有发射射频信号，而是反射中心节点发出的射频信号，这样就实现了超低功耗。
华盛顿大学的Shyam Gollakota教授率领的研究组在反射调制实现的超低功耗IoT领域目前已经完成了三个相关项目。去年，他们完成了passive WiFi和interscatter项目。Passive WiFi用于长距离反射通信，使用WiFi路由器发射功率相对较高的射频信号，而IoT节点则调制天线反射系数来传递信息。多个IoT节点可以共存，并使用类似CDMA扩频的方式来同时发射信息。interscatter则用于短距离数据传输，使用移动设备发射功率较低的射频信号，而IoT节点则调制该射频信号的反射来实现信息传输的目的。Passive WiFi和interscatter芯片的功耗都在10-20微瓦附近，比起动辄毫瓦级别的传统IoT无线芯片小了几个数量级，同时也为物联网节点进入人体内等应用场景铺平了道路。
Passive WiFi(上)与Interscatter(下)使用反射调制，分别针对长距离与短距离应用。
Passive WiFi和Interscatter还需要使用电信号因此需要供电，而Gollakota教授最近发表的Printed WiFi则是更进一步，完全不需要供电了!
在物联网的应用中，许多需要检测的物理量其实不是电信号，例如速度，液体流量等等。这些物理量虽然不是电物理量，但是由于目前主流的信号处理和传输都是使用电子系统，因此传统的做法还是使用传感器电子芯片把这些物理量转化为电信号，之后再用无线连接传输出去。其实，这一步转化过程并非必要，而且会引入额外的能量消耗。Printed WiFi的创新之处就是使用机械系统去调制天线的反射系数，从而通过反射调制把这些物理量传输出去。这样，在IoT节点就完全避免了电子系统，从而真正实现无电池工作!
目前，这些机械系统使用3D打印的方式制作，这也是该项目取名Printed WiFi的原因。
上图是Printed WiFi的一个例子，即转速传感器。d簧、齿轮等机械器件在上方测速仪旋转时会周期性地闭合/打开最下方天线(slot antenna)中的开关，从而周期性地(周期即旋转速度)改变最下方天线的反射特性，这样中心节点只要通过反射射频信号就能读出旋转速度。最下方的图是该传感器在不同转速时的反射信号在时间域的变化情况，可见通过反射信号可以把转速信息提取出来。
超低功耗传感器
物联网节点最基本的目标就是提供传感功能，因此超低功耗传感器也是必不可少。目前，温度、光照传感器在经过深度优化后已经可以实现nW-uW数量级的功耗，而在智能音响中得到广泛应用的声音传感器则往往要消耗mW数量级甚至更高的功耗，因此成为了下一步突破研发的重点。
在声音传感器领域，最近的突破来自于压电MEMS。传统的声音传感器(即麦克风)必须把整个系统(包括后端ADC和DSP)一直处于活动待机状态，以避免错过任何有用的声音信号，因此平均功耗在接近mW这样的数量级。然而，在不少环境下，这样的系统其实造成了能量的浪费，因为大多数时候环境里可能并没有声音，造成了ADC、DSP等模组能量的浪费。而使用压电MEMS可以避免这样的问题：当没有声音信号时，压电MEMS系统处于休眠状态，仅仅前端压电MEMS麦克风在待命，而后端的ADC、DSP都处于休眠状态，整体功耗在uW数量级。而一旦有用声音信号出现并被压电MEMS检测到，则压电MEMS麦克风可以输出唤醒信号将后面的ADC和DSP唤醒，从而不错过有用信号。因此，整体声音传感器的平均功耗可以在常规的应用场景下可以控制在uW数量级，从而使声音传感器可以进入更多应用场景。
超低功耗MCU
物联网节点里的最后一个关键模组是MCU。MCU作为控制整个物联网节点的核心模组，其功耗也往往不可忽视。如何减小MCU的功耗MCU功耗一般分为静态漏电和动态功耗两部分。在静态漏电部分，为了减小漏电，可以做的是减小电源电压，以及使用低漏电的标准单元设计。在动态功耗部分，我们可以减小电源电压或者降低时钟频率来降低功耗。由此可见，降低电源电压可以同时降低静态漏电和动态功耗，因此能将电源电压降低的亚阈值电路设计就成了超低功耗MCU设计的必由之路。举例来说，将电源电压由12V降低到05V可以将动态功耗降低接近6倍，而静态漏电更是指数级下降。当然，亚阈值电路设计会涉及一些设计流程方面的挑战，例如如何确定亚阈值门电路的延迟，建立/保持时间等都需要仔细仿真和优化。在学术界，弗吉尼亚大学的研究组发布了动态功耗低至500nW的传感器SoC，其中除了MCU之外还包括了计算加速和无线基带。在已经商业化的技术方面，初创公司Ambiq的Apollo系列MCU可以实现35uA/MHz的超低功耗，其设计使用了Ambiq拥有多年积累的SPOT亚阈值设计技术。在未来，我们可望可以看到功耗低至nW数量级的MCU，从而为使用能量获取技术的物联网节点铺平道路。
结语
随着物联网的发展，目前第一代广域物联网已经快速铺开走进了千家万户。然而，广域物联网节点由于必须满足覆盖需求，因此射频功耗很难做小，从而限制了应用场景(例如人体内传感器等无法使用大容量电池的场景)。局域物联网将会成为物联网发展的下一步，本文介绍的能量获取技术配合超低功耗无线通信、MCU和传感器可望让物联网节点突破传统的限制，在尺寸和电池寿命方面都得到革命性的突破，从而为物联网进入可植入式传感器等新应用铺平道路。
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