2019年的十大突破性消費性技術

作者 : Brian Dipert,EDN專欄作者

筆者總結了2019年的十大突破性消費者技術,包括(排名不分先後):設備自主、Wi-Fi增強、5G蜂巢行動網路、AMD的CPU復興、7nm半導體製程、語音介面、個人健康監測、主流通用GPU、大容量、低成本SSD,以及串流媒體內容。

筆者總結了2019年的十大突破性消費者技術,包括(排名不分先後):設備自主、Wi-Fi增強、5G蜂巢行動網路、AMD的CPU復興、7nm半導體製程、語音介面、個人健康監測、主流通用GPU、大容量、低成本SSD,以及串流媒體內容,以下將一一介紹。

設備自主

在2019年,關於自動駕駛車的文章已經有很多,諸如「Tesla’s recently enabled “Smart Summon” feature」和「pending “early access” full self-driving capabilities」,這些功能在圖1所示的特斯拉Model 3中已經實現。正如筆者在之前的一篇文章中所提到的,部分自主駕駛協助工具近來越來越普遍,而且至少在短期內對駕駛、乘客和行人安全等方面會有很大的影響。再看看小型車之外的其他類型車輛,比如自動貨運卡車,則聲稱解決了人類駕駛短缺的問題,同時還減少了人類駕駛可能出現的失誤(儘管沒有任何機械問題)。如果再拓展視野,會看到許多其他類型的自主設備也已經廣泛應用,例如電腦視覺增強型無人機和掃地機器人。

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圖1 特斯拉Model 3實現了「智慧召喚」等功能。

Wi-Fi增強

無線網路技術方面,今年有兩項創新成為主流,它們不同程度相容區域網路(LAN)用戶端,因此會對其產生短期影響。首先是網狀網路(Mesh networking),這是幾年前Eero、Google(第一代Google Wi-Fi系統及OnHub網狀網路改造)和Luma等公司推出的一項針對消費者的定制產品,當時屬於小眾市場。現在,我能想到的幾乎所有網路公司都在其產品組合中至少配置有一個網狀網路。它們基於成熟的協議,具有很高的用戶端相容性,可以讓使用者和使用者的設備在家中漫遊時不會斷開路由器連接,也無需切換SSID。

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圖2 TP-Link AX1500路由器售價低於70美元。

另一項創新技術是Wi-Fi 6,即802.11ax。經過數年的開發,去年10月Wi-Fi聯盟正式發佈了該技術,並隨即發佈了一系列晶片組、軟體和基於這些晶片組和軟體的終端設備。引用維基百科的描述,「為了提高頻譜利用率,新技術版本引入了更好的功率控制方法以避免相鄰網路之間的干擾,如正交頻分多址(OFDMA)、更高階的1,024QAM,並在上行方向添加了下行MIMO和MU-MIMO鏈路以進一步提高傳輸量,同時採用目標喚醒時間(Target Wake Time)和WPA3等改善功耗和安全協議的可靠性。」它向後相容802.11ac和前代協議,當然,在這些案例中沒有任何增強。至少已有一家路由器製造商TP-Link推出了其Wi-Fi 6路由器產品,如圖2所示的TP-Link AX1500 路由器,其價格低於70美元。然而,至少到目前為止,Google並不願意跟上TP-Link的腳步,Google官方表示,由於成本原因,其最新的第二代Nest Wi-Fi系統(圖3)沒有計劃支援Wi-Fi 6。

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圖3 Google第二代Nest Wi-Fi系統不支援Wi-Fi 6。

5G蜂巢行動網路

經過多年炒作,5G蜂巢無線技術終於實踐(嚴格來講,目前也只是針對行動設備。Verizon早在去年就已經開始提供有限的固網服務,但直到2019年才有了大幅發展)。摩托羅拉(Motorola)利用5G Mod配件,可為幾年前推出的機型(Moto Z2 Force Edition、Moto Z3和Moto Z4)提供5G網路(圖4)。這種方法延長了手機的市場壽命,不失為一種聰明的方法。摩托羅拉的原生5G手機也正在開發中,但其競爭對手華為和三星(Samsung)則已經在銷售多種支援5G的機型。許多測評顯示,與LTE手機相比,這些5G手機不僅體積龐大、笨重,並且容易過熱,甚至會導致傳輸速率退回到4G。但是,5G最大的問題還是在於什麼時候才能覆蓋全球範圍,以及最終的覆蓋範圍,當然,還有在某個位置內是否能提供始終如一的可靠性(這部分取決於所使用的頻段)。不過,至少5G時代已經來臨。

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圖4 摩托羅拉利用5G Mod配件為幾年前推出的機型提供5G網路。

AMD的CPU復興

自2006年收購ATI Technologies以來,AMD一直是GPU的領先供應商。但近幾年,AMD在CPU的性能和功耗方面明顯落後於長期以來的宿敵英特爾(Intel),只能以降低競爭產品的價格來保持少量的市場份額。然而這種狀況在2019年發生了顛覆性轉變。實際上,AMD在三年前就預先宣佈了其Zen微架構(microarchitecture),並於次年開始發售相關產品。電腦OEM花了一些時間來熟悉Zen與x86的相容性及其他特性,並逐步將基於Zen的系統設計推向市場。在AMD大展抱負的同時,英特爾持續產品短缺,AMD這次利用自己的優勢,對微體系結構及其製造製程不斷進行反覆運算。

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圖5 32核心AMD Ryzen Threadripper 3970X目標為HEDT市場。

例如最近推出的32核心AMD Ryzen Threadripper 3970X,其建議零售價為1,999美元,目標市場為高階桌上型電腦(HEDT)市場,目前英特爾還沒有產品可與之匹敵。針對工作站的英特爾Xeon W-3175X少了4個核心,成本卻增加了50%(售價2,999美元)。由於要依靠產能有限的代工供應源,AMD將全部精力集中在利潤較好的幾個市場領域:HEDT、工作站和伺服器,至少目前如此。

在主流桌上型電腦市場,由於英特爾有多座晶圓工廠,加上其長期在各種行動運算形式產品的功耗方面所做的努力,因此仍然佔據一定的優勢。英特爾表示,即將進行的架構改革和遲到的製程尺寸的縮小一定會使它重回領導地位。但是,AMD的爆發從本質上來說並非只與AMD相關,這其實是在慶祝CPU市場又重新開始了真正的競爭,這是一次復興,它最終將使所有人受益,就連英特爾也不例外,因為在這種情形下它不得不加強產品的開發。

7nm半導體製程

筆者在之前的文章也提到,架構創新並不是AMD CPU能夠再次與英特爾產品同台競爭的唯一原因。AMD先進的微影技術同樣至關重要。在過去幾年中,AMD及其代工合作夥伴已迅速從14nm製程節點過渡到7nm製程節點,從而實現了更高性價比的電晶體預算、更快的電晶體開關速率和更低的電晶體功耗。而英特爾則一直停留在其14nm節點上(雖然英特爾聲稱這一製程等同於其他廠商的10nm製程),並被迫僅能根據架構調整各代產品線。

AMD並不是唯一利用台積電7nm代工製造其領先產品的半導體供應商。圖6顯示蘋果(Apple)iPhone 11使用的自產(基於Arm)A13 SoC,以及其中的電晶體數,這張
圖片包含的意義遠非一個數字所能描述。實際上,A13並不是蘋果製造的第一個7nm應用處理器,A12才是。但A12仍然不是首款基於7nm的產品(儘管它是在終端產品中使用的首款商用7nm處理器),華為子公司海思麒麟(Kirin)980才是。

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圖6 蘋果iPhone 11使用了自產的A13 SoC,其中包含85億個電晶體。

語音介面

亞馬遜(Amazon)的Echo智慧語音助手(圖7)及其競爭產品,包括蘋果的HomePod、Facebook的Portal和Google的Nest Home,已經得到媒體的廣泛報導,也已經被消費者廣泛使用。但也有很多內建了語音介面功能的產品鮮少被報導卻影響深遠,比如蘋果的MacOS(Siri)、Google的Android、微軟的Windows 10(Cortana)、亞馬遜的購物App,以及相容多種行動作業系統的Google搜尋App(筆者親戚家的Comcast Xfinity系統遙控器甚至嵌入了麥克風,用於語音搜尋和導航)。筆者自己再也不使用智慧型手機或平板電腦的彈出虛擬鍵盤來搜尋或輸入簡訊了,當語音輸入的準確度足夠高了,使用時如果偶爾有錯只需修改一下就可以了,這點麻煩是可以接受的,畢竟語音輸入很方便。隨著使用者回饋不斷被演算法的反覆運算人工智慧(AI)訓練程式理解學習,準確性終有一天會達到100%。

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圖7 亞馬遜的Echo智慧音箱。

個人健康監測

消費者過去只能依靠醫院的年度體檢來瞭解自己的健康狀況,隨著可穿戴設備的蓬勃發展和迅速普及,他們的健康狀況越來越多地由自己進行分析。比如圖8中的Apple Watch 5可以測量心電圖(EKG);圖9中的Fitbit Inspire HR雖然成本較低,但仍然能夠測量步數、心率和睡眠狀況等。而且,人們也越來越樂於共用其個人設備所收集的資料,因為這樣對大家都有好處(當然還是要注意保護隱私)。感興趣的讀者可以參閱蘋果與史丹佛大學(Stanford University)合作發佈的Apple’s Heart Study研究結果,以及之後宣佈的三項新研究。

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圖8 Apple Watch 5可以測量心電圖。

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圖9 Fitbit Inspire HR雖然價格較低但仍能測量步數、心率和睡眠狀況。

主流通用GPU

早在2005年末,筆者就曾寫過一篇專題文章「Instigating a Platform Tug of War: Graphics Vendors Hunger for CPU Suppliers’ Turf」,另外還有其他幾篇文章,描述了通用繪圖處理單元(general-purpose graphics processing unit,GPGPU)技術的發展。從那時起,Nvidia就一直宣導在平行處理加速演算法中應用這種技術,否則演算法就會在系統CPU上串列執行且速度更慢。但是,當時成功實現這些概念的例子還很少,只有例如蘋果的Core Image API,以及Adobe程式套件中的一些靜止影像和視訊影像處理功能。

反觀15年後的今天,GPGPU發展已相當成熟。例如,在筆者的文章發表兩年之後,Nvidia推出了CUDA開發平台和相關API,超級電腦和其他科學運算社區,以及其他組織都十分踴躍地採用了這個平台。而且隨著各種深度學習技術的出現,GPGPU迅速取代了傳統的演算法開發方法。Nvidia首先發現可採用GPU作為深度學習模型訓練加速平台,並沿用至今。現在,它們還越來越多地用於加速後續的深度學習推理程式。例如,圖10所示的Jetson Nano開發套件,價格不到99美元,它所採用的SoC整合了128核心Maxwell-generation GPU,以及主頻為1.43GHz的4核心Arm Cortex-A57 CPU。

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圖10 Jetson Nano開發套件採用的SoC整合了128核心 Maxwell-generation GPU和4核心Arm Cortex-A57 CPU。

高性能、低成本SSD

早在1990年代初期,筆者曾是英特爾開發團隊的成員,參與設計、申請專利,推出了世界上第一個採用快閃記憶體的硬碟驅動器,即熟知的固態硬碟(SSD)。這款產品是潮流的開創者,它採用雙晶片32Mb(是的,沒錯,是4MB)NOR快閃記憶體,由於塞入2.5英吋HDD中的晶片數量可以很少,你可以想像得到這個硬碟有多小、有多昂貴!我敢肯定,當時的很多媒體和分析人員、系統工程師、半導體競爭對手還有其他人一定在嘲笑我們試圖擊敗旋轉磁性硬碟的愚蠢行為。

我得說,時間證明我們的方向是正確的。圖11所示的1TB 2.5英吋SSD現在經常在廣告中出現,價格大約為90美元;而ADATA去掉快閃記憶體陣列前面DRAM緩衝區的低階產品變體則更加便宜。相較於HDD,SSD本身更加堅固、功耗更低並具有更高的隨機存取速度,目前已非常普及,尤其是在行動運算形式產品中應用廣泛。單位成本的急劇下降(隨之帶來的容量增長)部分得益於先進的微影技術帶來的製程微縮趨勢,這種趨勢也使邏輯元件受益,而矽效率更高的NAND快閃記憶體也隨之崛起。而且,透過在每個單元中實現多位元資訊儲存(我也是第一代英特爾StrataFlash two-bit-per-cell產品團隊的成員),SSD進一步加速,最新一代四級單元(QLC)晶片,每個電晶體能夠儲存4位元資訊。接下來,3D NAND出現了,它在同一平面內垂直堆疊了多個儲存電晶體,而原來相同面積只能放置一個。

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圖11 1TB 2.5英吋SSD價格大約為90美元。

訂閱內容

不久之前,音樂產業還在公開譴責線上串流媒體和其他訂閱服務將他們逼入了絕境。然而世界變化如此之快,一份最新的報告顯示,串流媒體已經佔該產業收入的80%。當然,這些收入中有多少付給了藝術家和詞曲作者則是另外一回事。

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圖12 串流媒體已佔音樂產業收入的80%。

線上視訊也是如此。感恩節期間,筆者回到家鄉,震驚於電影院數量之少、出入影院的人數之少。感恩節晚上,我們觀看了一場小丑表演,總共大約有10位觀眾,我們是其中三位。那家電影院甚至沒有讓員工費事檢查門票和確認購買(我們的票是利用Fandango購買的),早知這樣我們不用付錢就可以溜進去了。這家電影院的設計看起來和多年前沒什麼不同,電影院擁有者或許已決定不做進一步投資,而是盡可能地賺取利潤,能多久就多久。相反,其他電影院則有目的的做了一些升級,例如拆除了幾排座位,換上少量的毛絨座椅,並為這些位置提供食物和飲料,還更新了放映室的音響系統等等。與此同時,之前還曾指責Netflix及其他暴發戶的迪士尼和其他一些內容工作室,現在也不遺餘力加入了他們的線上客戶之爭。

(參考原文: 10 consumer technology breakthroughs from 2019,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2020年2月號雜誌

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