變革是電子領(lǐng)域永恒的主題，今年初在拉斯維加斯舉行的國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上，電子工程專(zhuān)輯美國(guó)的編輯們發(fā)現(xiàn)消費(fèi)電子領(lǐng)域正發(fā)生翻天覆地的變化。我們相信下面列出的十大技術(shù)將改變今年的消費(fèi)電子市場(chǎng)。
GPU計(jì)算
在圖形處理單元上完成的通用計(jì)算或“GPU計(jì)算”領(lǐng)域中，傳統(tǒng)由系統(tǒng)CPU或應(yīng)用處理器完成的某些計(jì)算現(xiàn)在可以卸載到GPU完成。在圖形渲染管線中增加可編程管線、調(diào)度程序和高精度浮點(diǎn)功能可以實(shí)現(xiàn)GPU計(jì)算技術(shù)，但直到現(xiàn)在由于缺少系統(tǒng)級(jí)和軟件級(jí)支持而阻礙了它的發(fā)展。隨著API和并行功能編程語(yǔ)言(如CUDA、DirectX計(jì)算、OpenCL、OpenGL Shading語(yǔ)言和Renderscript計(jì)算)的推出，這種情況就將得到改變。
將程序的內(nèi)部并行環(huán)路從CPU卸載到GPU可以提高性能和節(jié)省功耗。由于GPU能夠降低功耗、改善顯示器的視覺(jué)效果、改善游戲和用戶界面的響應(yīng)性能，因此實(shí)際上比CPU還要重要。
在GPU已有的圖形渲染任務(wù)中增加GPU計(jì)算是將CPU精簡(jiǎn)成只是一個(gè)管理型處理器或主處理器的另外一個(gè)步驟。已經(jīng)在GPU上計(jì)算的應(yīng)用包括移動(dòng)物體的物理過(guò)程，作為渲染之前場(chǎng)景計(jì)算的一部分；能夠受益于GPU計(jì)算的應(yīng)用，包括數(shù)學(xué)函數(shù)、2D和3D場(chǎng)解算器、仿真器、加密、篩選和排列以及一些數(shù)據(jù)庫(kù)功能。
上述趨勢(shì)的支持者包括以圖形芯片和CUDA并行編程平臺(tái)著稱(chēng)的英偉達(dá)(Nvidia)公司；提供API定義(如OpenCL和OpenGL)的Khronos行業(yè)組織；提供Mali系列GPU的ARM公司，包括在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了GPU計(jì)算的版本(T604和T658)；提供PowerVR系列GPU內(nèi)核的Imagination Technologies公司。
無(wú)處不在的Android
谷歌Android將成就下個(gè)十年，就像微軟的Windows在20世紀(jì)90年代出盡風(fēng)頭一樣。Android將成為電子市場(chǎng)中涌現(xiàn)出的無(wú)數(shù)有趣和多樣化設(shè)備的軟件支撐平臺(tái)。
幾十年來(lái)，電子行業(yè)一直在尋找免費(fèi)、開(kāi)源的通用軟件基礎(chǔ)，但經(jīng)常徒勞無(wú)功。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了針對(duì)計(jì)算機(jī)采用統(tǒng)一Unix的探索。最近，研究目標(biāo)變成了單一版本的移動(dòng)與嵌入式Linux，希望能給從主流智能手機(jī)、平板電腦和聯(lián)網(wǎng)電視到工廠車(chē)間所用系統(tǒng)的所有設(shè)備提供動(dòng)力。
谷歌的Android系統(tǒng)比以往任何東西都更接近實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想。由于ARM處理器的處理能力不斷增強(qiáng)，Android還將成為筆記本電腦和PC機(jī)的操作系統(tǒng)。
在智能手機(jī)領(lǐng)域，Android出貨量已經(jīng)超越蘋(píng)果的iOS和其它替代性操作系統(tǒng)。來(lái)自手機(jī)制造商的廣泛支持是在所有系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間使用的最好保證。谷歌最近正在將平板電腦和智能手機(jī)的功能合并到被稱(chēng)為“冰淇淋三明治”的Android4.0中，從而使代碼庫(kù)具有了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)--至少目前是這樣。
不過(guò)，Android相對(duì)來(lái)說(shuō)仍然不成熟。直到2011年，谷歌才發(fā)誓在平臺(tái)上支持USB。目前已有大量工具可以用來(lái)完善Android，使之擔(dān)當(dāng)不同的角色。Mentor Graphics很早就這樣做了。最近風(fēng)河也推出了用于嵌入式系統(tǒng)的工具和Android變種軟件。
Win8支持ARM架構(gòu)
Windows 8在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了觸摸屏，能夠支持鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或觸控筆輸入，是微軟第一款同時(shí)支持ARM和X86處理器的操作系統(tǒng)。
Windows 8采用了基于Metro的界面。Metro是微軟開(kāi)發(fā)的基于排版的一種設(shè)計(jì)語(yǔ)言，最早是為Windows Phone 7開(kāi)發(fā)的。這種用戶界面由一組更新圖標(biāo)(提供從電子郵件到社交網(wǎng)絡(luò)、從日歷到聯(lián)系人等應(yīng)用)組成，要求屏幕分辨率為1024x768或更高。
Metro的外觀感覺(jué)也被應(yīng)用于IE 10，后者是一款隨微軟的新操作系統(tǒng)發(fā)布的HTML5瀏覽器。然而，對(duì)于那些偏愛(ài)更加傳統(tǒng)的Windows感覺(jué)的用戶，可以通過(guò)修改Windows注冊(cè)表關(guān)閉Metro用戶界面
Win8具有許多特色功能，如基于照片的最新認(rèn)證；支持USB 3.0；內(nèi)置Windows應(yīng)用商店；支持多個(gè)監(jiān)視器，能夠顯示不同的背景圖像和定制的任務(wù)條，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PC體驗(yàn)。Win8操作系統(tǒng)包括一個(gè)封裝好的、基于Silverlight的應(yīng)用模型，名為AppX，還包括開(kāi)放打包約定。該模型可以在Windows To Go格式的USB連接驅(qū)動(dòng)器上直接運(yùn)行，目標(biāo)是企業(yè)應(yīng)用。
為了進(jìn)一步支持云計(jì)算，微軟還可以利用Windows Live ID支持在不同計(jì)算機(jī)上支持本地PC體驗(yàn)。這種技術(shù)可以保存用戶帳號(hào)設(shè)置，無(wú)論用戶在哪里登錄都可以再次應(yīng)用這些設(shè)置。
Win8操作系統(tǒng)的混合啟動(dòng)(Hybrid Boot)功能可以實(shí)現(xiàn)更快的啟動(dòng)和關(guān)機(jī)功能，雖然這個(gè)功能并不意味著運(yùn)行ARM版本W(wǎng)in8的設(shè)備可以運(yùn)行其它操作系統(tǒng)，如安卓。
英特爾、英偉達(dá)、高通和TI等公司都表示他們將提供運(yùn)行Windows 8的設(shè)備，但至今為止在ARM處理器上演示W(wǎng)in8操作系統(tǒng)一直受到微軟的嚴(yán)格控制。
運(yùn)動(dòng)處理
運(yùn)動(dòng)處理器在MEMS傳感器的幫助下不僅能探知設(shè)備的方位，而且能確定設(shè)備在三維空間中的前進(jìn)方向和絕對(duì)位置。將來(lái)自加速度計(jì)、陀螺儀、羅盤(pán)和高度計(jì)(大氣壓力傳感器)的數(shù)據(jù)流整合在一起，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任何對(duì)象的跟蹤。手勢(shì)能夠控制硬件(從游戲機(jī)到汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng))或通知軟件(從安全協(xié)議到基于位置的服務(wù)(IBS))。
MEMS慣性傳感器曾經(jīng)是陀螺萬(wàn)向支架等保持太空船和艦艇運(yùn)行軌跡的設(shè)備中的關(guān)鍵器件，如今已經(jīng)具有足夠小的體積、足夠便宜的價(jià)格和足夠低的功耗，因而被廣泛應(yīng)用于體積小巧的移動(dòng)設(shè)備中。
幾乎一夜之間，MEMS慣性傳感器就成為了從跌落檢測(cè)(例如在硬盤(pán)撞擊地面之前將硬盤(pán)鎖住)到手勢(shì)識(shí)別(例如只是將iPhone 4S靠近耳朵邊就能激活Siri)等各類(lèi)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置。智能電視機(jī)開(kāi)始采用帶有MEMS的遙控器，能夠利用從Hillcrest Labs和Movea獲得的運(yùn)動(dòng)處理算法許可，更加精確地控制屏幕上的光標(biāo)。
2012年，移動(dòng)設(shè)備制造商將開(kāi)始集成完整的慣性導(dǎo)航單元(INU)，其中包含預(yù)校準(zhǔn)的加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。Invensense公司已經(jīng)發(fā)布了采用單個(gè)4平方毫米封裝的INU，幾乎可以為所有移動(dòng)設(shè)備提供LBS(基于位置的服務(wù))、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和資產(chǎn)跟蹤等服務(wù)支持。
非觸摸人機(jī)界面
非觸摸人機(jī)界面的首次商用是在基于PrimeSense公司平臺(tái)的XobKinect上實(shí)現(xiàn)的，其紅外發(fā)射器和檢測(cè)器可以識(shí)別人在半空中做出的手勢(shì)。2012年將會(huì)出現(xiàn)許多基于相機(jī)的其它非觸摸人機(jī)界面，包括去年微軟從Canesta公司收購(gòu)的解決方案。
微軟準(zhǔn)備推出一系列基于紅外線的人類(lèi)手勢(shì)界面，用于基于Canesta紅外芯片的移動(dòng)設(shè)備。這種技術(shù)使用像素級(jí)時(shí)差測(cè)距方法，來(lái)推斷距場(chǎng)景中任意物體的距離，與光線無(wú)關(guān)，也不受其它物體阻擋或與背景物體混合的影響。
TI公司最近發(fā)布了一種替代性的非觸摸界面解決方案，該方案使用了LightCrafter數(shù)字光線處理器(DLP)。先使用結(jié)構(gòu)化光線照明技術(shù)將光線條投射到用戶的手上，然后用傳統(tǒng)的圖像芯片測(cè)量光線條中的失真結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)能夠推斷手的3D形狀的算法。
FlashScan3D公司(德州理查森市)已經(jīng)在一種技術(shù)中使用了TI的LightCrafter，這種技術(shù)無(wú)需觸摸就能實(shí)現(xiàn)指紋的讀取。該公司承諾今年還將推出更多的應(yīng)用。
TI公司還在與Neonode Technologies AB(瑞典斯德哥爾摩)公司合作，后者提供紅外光學(xué)檢測(cè)器，并將這種檢測(cè)器嵌入Barnes & Noble、Kobo和索尼公司電子書(shū)閱讀器觸摸屏周?chē)目騼?nèi)。與NextWindow公司(加州普萊森頓)為惠普TouchSmart PC機(jī)設(shè)計(jì)的更大版本類(lèi)似，Neonode的移動(dòng)設(shè)備版本用戶無(wú)需將手指按壓顯示器就能操作設(shè)備，從而有利于減少指紋。
愛(ài)說(shuō)話的智能代理
Siri是一款執(zhí)行語(yǔ)音命令的基于云的智能代理，能夠以自然對(duì)話的方式直接回答問(wèn)題，因此不再需要使用搜索引擎。Siri是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目機(jī)構(gòu)計(jì)劃的產(chǎn)物，最開(kāi)始作為會(huì)學(xué)習(xí)和組織的認(rèn)知助理(CALO)。在斯坦福研究院開(kāi)展的CALO工作人員于2007年獨(dú)立出來(lái)成立了一家商業(yè)公司，后于2010年被蘋(píng)果收購(gòu)，并于2011年在iPhone 4S實(shí)現(xiàn)Siri。
Siri的基于云的自然語(yǔ)言理解(NLU)功能整合了來(lái)自Nuance Communications公司的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、用于蘋(píng)果應(yīng)用程序的語(yǔ)音命令功能以及來(lái)自WolframAlpha公司的詢問(wèn)處理技術(shù)。用戶可以發(fā)出話音命令進(jìn)行撥號(hào)、發(fā)送短消息、布置日歷事項(xiàng)、設(shè)置提醒、獲取方向、發(fā)送電子郵件、查詢天氣報(bào)告、獲得最新股票價(jià)格、設(shè)置叫醒鬧鐘、瀏覽地址簿、記筆記或選擇音樂(lè)播放。
話音咨詢使用WolframAlpha知識(shí)庫(kù)來(lái)回答問(wèn)題。當(dāng)使用WolframAlpha不能提供滿意答案時(shí)，Siri可以將問(wèn)題轉(zhuǎn)發(fā)給用戶選擇的搜索引擎(與谷歌話音相似)。
其他公司也已做好自然語(yǔ)言理解(NLU)黃金發(fā)展期的準(zhǔn)備。IBM公司今年有望修改從開(kāi)放高級(jí)問(wèn)題回答組織(OAQA)獲得的Watson問(wèn)題回答人工智能技術(shù)來(lái)回答醫(yī)生的提問(wèn)。
新型硅材料--石墨烯
碳納米管和平面石墨烯板正在帶來(lái)一場(chǎng)電子革命，最終將替代電子設(shè)備中的大部分金屬和硅，并逐漸實(shí)現(xiàn)更快、更輕和更低功耗的產(chǎn)品。
今天，這種新材料僅僅用于迫切需要的地方，例如替代平板顯示器中日益稀有和昂貴的銦－錫氧化物。噴墨打印機(jī)可以沉積納米管墨水形成顯示器甚至太陽(yáng)能電池用的透明電極陣列圖案。因?yàn)樘茧娐房梢栽诘蜏貤l件下印刷，所以像OLED等要求柔性基板的應(yīng)用都開(kāi)始轉(zhuǎn)用基于碳的墨水，其電子遷移率要比目前使用的有機(jī)材料高10倍。
碳的熱屬性也是可調(diào)的，正在這種屬性促進(jìn)了納米管帶的發(fā)展，這種管帶將于2012開(kāi)始替代傳統(tǒng)的焊盤(pán)。沉積在平板上的石墨烯最終將替代金屬互連、半導(dǎo)體和絕緣氧化物。IBM最近展示了一款使用石墨烯的2GHz晶體管，TI最近則展示了在完整晶圓上生長(zhǎng)石墨烯的進(jìn)度。
最近在Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)表明，石墨烯可以將超級(jí)電容的能量密度提升至與可充電電池相同的規(guī)格，但壽命可以比電池長(zhǎng)出25年。研究人員還在研究石墨烯的彈道電子傳送性能，希望利用量子、光學(xué)和磁性效應(yīng)分別實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信和更高密度的存儲(chǔ)電路。
嵌入式視覺(jué)
嵌入式視覺(jué)將嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)合并在一起。業(yè)界正在試圖通過(guò)數(shù)字處理和智能算法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺(jué)，并用來(lái)翻譯圖像或視頻中的意思。功能強(qiáng)大、成本低和能效高的處理器是這種技術(shù)的關(guān)鍵助推器。
微軟的Xbox Kinect免提游戲控制器使用嵌入式視覺(jué)跟蹤玩家的運(yùn)動(dòng)。今后幾年中針對(duì)大量應(yīng)用開(kāi)發(fā)的嵌入式視覺(jué)解決方案有望得到快速發(fā)展。例如，嵌入式視覺(jué)聯(lián)盟(EVA)創(chuàng)始人Jeff Bier認(rèn)為，基于嵌入式視覺(jué)的車(chē)載安全系統(tǒng)將顯著減少汽車(chē)事故的數(shù)量。
去年，Berkeley Design Technology(BDTI)公司領(lǐng)導(dǎo)的一群公司組織EVA指導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)了實(shí)用的嵌入式視覺(jué)平臺(tái)，包括芯片、照相機(jī)、算法、工具和編程語(yǔ)言的選擇。在20多家EVA成員間有多家研究設(shè)備平臺(tái)和設(shè)計(jì)工具的半導(dǎo)體公司，包括AMD、ADI、CEVA、飛思卡爾半導(dǎo)體、Intel、美信、英偉達(dá)、TI和賽靈思。
EVA成員將力圖解決仍然阻礙這種技術(shù)發(fā)展的難題，使其成為手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)中的一個(gè)通用特性。在針對(duì)多學(xué)科領(lǐng)域的任務(wù)列表中，開(kāi)發(fā)工作涉及照明、光學(xué)、圖像傳感器、處理器、復(fù)雜算法和軟件代碼。
家庭保健中心
家庭保健中心用于集中來(lái)自病人家庭中各種傳感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流。單個(gè)無(wú)線路由器可以將云資源連接到環(huán)境傳感器(針對(duì)溫度、濕度和空氣質(zhì)量)、醫(yī)療傳感器(如血壓監(jiān)視器、血糖儀、體重計(jì)和脈搏血氧計(jì)中的傳感器)以及可以調(diào)用個(gè)人緊急響應(yīng)系統(tǒng)(PERS)的可佩戴傳感器。許多家庭現(xiàn)在都通過(guò)Wi-Fi路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，但家庭保健中心不能有死角，因此要求更加安全的無(wú)線連接層。
家庭保健中心已經(jīng)由具有前瞻性的醫(yī)療服務(wù)提供商上市經(jīng)銷(xiāo)，如Independa公司。該公司在CES數(shù)字保健高峰會(huì)上展示了自己的系統(tǒng)。Independa公司的Artemis軟件通過(guò)由Boston Life Labs制造的Hbox無(wú)線中心監(jiān)視醫(yī)療與安全設(shè)備以及家庭環(huán)境傳感器。Hbox將收集到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的形式送到Independa的云服務(wù)器，供記錄和醫(yī)療分析。
飛思卡爾公司有一款針對(duì)家庭保健中心的參考設(shè)計(jì)，它將Wi-Fi、以太網(wǎng)、USB、藍(lán)牙和ZigBee集成進(jìn)路由器，并通過(guò)路由器同時(shí)與云資源(如微軟的HealthVault)和病人的平板電腦進(jìn)行通信。這款參考設(shè)計(jì)包括了亞GHz的無(wú)線電設(shè)備，可以用來(lái)激活PERS。
基于位置的服務(wù)
移動(dòng)設(shè)備可以通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)基于位置的服務(wù)(LBS)。據(jù)市場(chǎng)觀察公司Pyramid預(yù)測(cè)，2015年移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的LBS收入有望從2010年的28億美元增加到103億美元。
在LBS底層，定位技術(shù)供應(yīng)商提供用于判斷用戶位置的硬件或軟件解決方案。輔助GPS(A-GPS)用于改善衛(wèi)星定位系統(tǒng)的啟動(dòng)性能或首次維修間隔時(shí)間，并能通過(guò)擴(kuò)展與具有GPS功能的蜂窩電話一起使用。A-GPS通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)收集和存儲(chǔ)有關(guān)衛(wèi)星位置的信息，并在GPS信號(hào)不可用時(shí)使用蜂窩鐵塔提供的信號(hào)計(jì)算位置。
在CES上，A-GPS芯片供應(yīng)商CSR展示了其SiRFstarV和SiRFusion平臺(tái)是如何實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航的。這個(gè)平臺(tái)芯片支持GPS、伽利略、GLONASS和Compass衛(wèi)星，能將多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)和傳感器輸入“融合在一起”，因而能連續(xù)提供精確的位置數(shù)據(jù)。SiRFatlasV ARM 11/DSP雙內(nèi)核架構(gòu)無(wú)縫集成了CSR的音頻和連接平臺(tái)。
博通(Broadcom)公司通過(guò)收購(gòu)Global Locate公司也成為了A-GPS解決方案的提供商。其BCM4750 GPS接收器將基帶部分和低噪聲無(wú)線前端集成在一起，設(shè)計(jì)用于連接個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備中的主處理器。博通公司表示，由于BCM4750是一款基于主機(jī)的GPS IC，因此能夠以最小的PCB面積提供最高的定位性能。
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