智能手表/智能手环产品市场与技术趋势

　　据IDC分析预估，2018年穿戴式产品市场规模将出现暴增，不仅未来4年内穿戴式装置市场呈现蓬勃发展，预估全球产品出货量也会随之暴增，光是2014至2018年市场即会有5倍成长，其中智能手环、智能手表不仅相关MEMS、显示器、SoC技术相继到位，配合新颖的使用型态，将成为这波穿戴运算热潮的当红产品。

　　随著嵌入式运算技术一日千里，穿戴式产品的样态与设计集成也变得更加多元。根据国际市调机构IDC(International Data Corporation)针对穿戴式装置市场分析，预估2014年全球市场穿戴式设备出货将达到1,920万套，2018年预估可以达到11,190万套，推估全球穿戴式产品应用市场成长达近5倍，尤其是智能手表、智能手环…等新颖穿戴配件，更是在这波市场热潮下的当红炸子鸡。

　　穿戴装置使用情境与一般行动设备不同，使用者需针对不同场合选择配戴，市场预期可创造较智能型手机、平板计算机更具爆发力的市场成长潜能。

　　近来虽然传出Nike裁撤数码运动部门(Digital Sport)硬件团队部分人力(即主力开发智能型手环FuelBand产品的部分人力)，原本预计在2014年第三季将改版的新款智能型手环FuelBand也传告吹消息，对最近热到过头的穿戴式产品市场浇了一盆冷水;但Nike事后澄清只是正常人力调整而非部门裁撤，也将会继续投入人力持续深耕智能手环与相关智能运动商品。即使如此，众多业者仍对穿戴式产品市场寄予厚望，积极投入资源开发相关商品。

　　Google推Android Wear平台 抢进穿戴式市场

　　投入穿戴式产品市场的参与业者相当多，有硬件厂商、软件厂商也有网络服务商，其中以Google近来推出Android Wear平台，正式进军穿戴式市场的动作最令市场震撼!

　　以往Google对于穿戴式产品开发商并未积极介入，只将原本面向智能型手机、平板计算机等设备开发的Android嵌入式系统，瘦身转为嵌入式产品集成应用。但近日为了积极抢进日渐火热的穿戴式装置市场，推出首款专为穿戴式应用需求量身打造的Android Wear操作系统，期待透过复制Android嵌入式系统在智能型手机、平板计算机的领域成功模式，抢下穿戴式装置平台市场嵌入式系统的领导地位。

　　检视Google专为穿戴式装置设计的Android Wear操作系统，除提供穿戴设备运行环境外，同时一并发表相关软件开发套件(Software Development Kit;SDK)。同时，也为了使更多穿戴式装置导入Android Wear嵌入式操作系统，Google亦着手与主要的芯片开发商、硬件制造商加深合作，这也是Google在Google Glass计画之后，首度在物联网(Internet of Things;IoT)与穿戴式装置市场的技术导入计画。

　　实际上Android Wear OS可以说是专门针对穿戴式装置硬件资源环境优化的Android操作系统修改版本，因为穿戴式装置可使用的运算资源、储存资源较低，对于整体设备的低功耗要求较高，原先针对智能型手机嵌入式应用为主的Android必须透过瘦身或功能裁减，达到更符合穿戴式设备应用目的。

　　而Android Wear OS操作系统，也可以让硬件开发、穿戴式运算系统集成，节省手动优化Android系统的开发成本，同时运用Google释出的Android Wear OS开发资源与后续版本维护与升级，让产品推出之后的维护成本大幅降低。

　　虽然Android Wear OS看起来专为穿戴式产品应用而生，但实际上Android Wear OS目前释出的系统版本，仅能提供给智能手表产品使用;系统功能更简单、低阶的智能手环并不是Android Wear OS主要支持的应用平台。在智能手表的应用环境上，Android Wear OS另集成智能手机新版本主打的Google实时信息(Google Now)，以语音操控人机接口与Google智能查找，提供智能手表更好的使用体验。

　　Android Wear OS获大厂青睐 新款穿戴式产品将陆续推出

　　Android Wear OS操作系统释出后，Google也对外宣布目前硬件与网通业者的导入现况。在硬件厂商方面，Android Wear OS操作系统目前已获得LG、华硕、HTC、Motorola、Fossil、Samsung计画采用，并开发智能手表产品。在芯片厂商方面，已有Broadcom、Imagination、Intel、联发科技、Qualcomm等预计在相关芯片解决方案中，与最新的Android Wear OS嵌入式系统进行产品集成。据Google透漏，LG、Motorola已计画在最新的穿戴式产品中搭载Android Wear OS。

　　为了提供更便捷与易于快速建构的穿戴式设备开发环境，Google在Android Wear OS提供的SDK中，包含供开发者为现有Android应用程序加入讯息通知(Notification)的功能，不仅包含一套模拟环境，可以在开发人员尚无参考设备验证软件功能时，可以先透过软件模拟环境所提供的方形与圆形画面验证开发的成果;但目前开发套件仅适用通知功能与语音转译功能。

　　虽然Android Wear OS目前释出的开发环境、系统内容功能尚未完备，Google已预计在2014年内陆续将其软件开发套件陆续补齐，包含个人化使用者接口、手机/穿戴式设备资料交换与指令发送、穿戴式设备感应数据采集、Android穿戴式设备显示与语音指令人机接口等。

　　可以说目前最先释出的Android Wear OS试用版虽然还有不少功能待补，但至少已经协助穿戴式设备厂商将穿戴专用系统优化，并已提供现有Android OS应用程序和Android Wear OS设备基本互动与沟通，比起业者自行开发通讯机制可以省下不少开发时间。

　　穿戴式产品商机大 嵌入式系统应用方案多元

　　Google释出Android Wear OS穿戴式设备专用系统，不只炒热穿戴式设备市场，相关穿戴式设备商机也同步加温，除了Google持续扩大投入Google GLASS智能眼镜专案，其余象是Samsung推出Galaxy Gear智能手表产品、Sony SmartWatch亦积极推出第二代产品，这些一线穿戴式设备产品，也将陆续在新版Android Wear OS释出后进行设备嵌入式系统修改。未来穿戴式产品集成与功能开发，预料可以在Android Wear OS发挥加速与简化开发的效益。

　　但在穿戴式设备硬件的嵌入式系统选择中，Android Wear OS并非唯一方案。如目前多数智能手表会采用精简过的Linux、或是Android嵌入式系统，目前也有专注智能型手机嵌入式系统的Firefox OS及Samsung的Tizen系统积极抢攻嵌入式设备应用市场，Google想让穿戴式设备如同智能型手机般大量使用Android Wear OS系统方案，可能还要花上不少力气推广。

　　呼应穿戴式产品通讯需求 低功耗蓝牙应用需求暴增

　　除了适用于穿戴式应用的嵌入式系统发展生态系日趋完善外，在新一代强调低功耗的硬件技术方面，也针对穿戴应用提供更多穿戴产品需要的长电池续航力支持。例如，在较耗能的无线传输技术方面，穿戴式产品大多选择低功耗蓝牙无线传输技术(Bluetooth Low Energy;BLE)进行搭配集成，尤其是消费者对于穿戴式设备不仅要求体积要小、耗电量要低，甚至售价也要更低廉，在无线网通相关技术中，兼具这几项特质的蓝牙BLE技术方案，即展现更好的应用价值。

　　市场评估，穿戴式装置与对应的配件周边将会在2015年呈现爆发成长，基本上可以归纳几个成长重点。一方面是iOS、Android等嵌入式系统生态系已在系统核心相继支持蓝牙BLE技术方案;而在商用计算机、笔记本电脑使用相当普遍的Windows系统平台，系统也支持蓝牙BLE低功耗短距离无线传输技术方案，搭配穿戴式设备可令装置端与行动装置/PC/Notebook进行深度集成，利用无线网通技术实践更多有趣的集成应用服务，也能进一步增强消费者添购穿戴式行动装置的购买意愿。

　　尤其是穿戴式产品设计配件化、饰品化的潮流设计，对终端消费者而言，在不同使用场合、时间就会产生不同的穿戴设备使用情境。例如，上健身房或是进行慢跑、游泳等活动时，就会选择配戴防水、防汗功能更强的运动型穿戴装置，甚至会需要更精准的独立型GPS定位功能集成，或搭配心跳带或进阶运动感测元件使用;而若消费者只是一般办公、娱乐活动，就会选择装饰性较强的穿戴式装置，搭配活动场合使用。

　　换句话说，穿戴式设备较不如智能型手机、平板计算机或是笔记本电脑，单一用户只要购买单项装置就能满足使用需求。对穿戴式装置的应用情境而言，单一使用者可能需要数个不同应用取向的穿戴式设备，甚至搭配更多专用配件进行使用，不仅有利于发展多样化的穿戴式装置，连同搭配的配件、增强功能周边，市场需求将会呈现爆炸性的成长。

　　抢食穿戴市场 MCU/MEMS竞推低功耗、高集成解决方案

　　同时，检视穿戴式产品设计需求，终端产品的体积与重量都有一定程度的设计要求，毕竟穿戴设备本身需要配戴在使用者身上，若过重、过大也将导致消费者配戴不适感增加，影响产品使用体验。

　　穿戴式产品受限体积、重量外，先前也提过对产品的整体功耗表现要求更高，因此也带动搭配穿戴式产品设计集成的微处理器(Microprocessor Unit;MPU)、微控制器(Micro Control Unit;MCU)、微机电元件(Micro Electro Mechanical Systems;MEMS)等关键元件厂商，竞相推出更低功耗、高集成度的新一代解决方案，抢食穿戴式电子应用市场。

　　对开发穿戴式产品的业者而言，选择应用解决方案会优先考量解决方案的低功耗表现，再决定是否采用，同时搭配体积、性能等综合考量决定导入的解决方案项目。

　　多数如智能手环、运动辅助穿戴设备，都会优先选择低功耗表现优异的微控制器作为穿戴装置的处理核心，避免处理核心过度耗电影响整体设备的电池续航力。对微控制器来说，解决方案大多以优化系统架构的睡眠模式耗电表现，因为穿戴装置有超过九成的配戴时间是处于未操作状态，设备仅进行配带环境感测、记录，多数的电子回路几乎处于闲置状态，而睡眠状态的功耗表现也成为对应穿戴式设备开发需求选择的重要指标。

　　微控制器厂商为将芯片的系统待机操作电流压低，优化整体芯片的睡眠状态功耗表现，而原有单一模式的睡眠状态，也会对应满足穿戴式设备的集成需求加入更多种睡眠模式切换，利用多样化的睡眠模式(Sleep Mode)设计导入，使微控制器可以在精确掌控耗能的前提下，进阶设定在不同应用模式的效能与状态表现，进一步降低装置整体功耗。

　　一般来说，能应用于穿戴式设备的微控制器，芯片的运行电流需能压低至200微安培(μA)以下;深度睡眠模式下的待机电流表现也需要具备低于1微安培(μA)以下水平;另芯片也需要针对不同穿戴应用需求，搭配不同的睡眠模式加以满足。

　　搭配多阶睡眠模式支持 持续优化解决方案功耗

　　但除积极优化芯片解决方案的待机功耗表现外，实际上对产品开发者而言，在重视节能表现外也会关注解决方案的系统唤醒时间，这方面的应用表现反而是要求须在更短时间内恢复芯片正常运行为佳。

　　举例来说，一般微控制器在强调低功耗设计方面，多数会使用更精密的多层睡眠模式，达到更缜密的功耗优化要求，同时也需要针对不同睡眠模式进行优化系统唤醒恢复的反应时间，避免唤醒时间过久影响用户的设备使用体验，因为若芯片需耗较长时间唤醒，也会相对影响穿戴设备的实用性。一般来说睡眠模式唤醒至正常运行效能，微控制器的唤醒时间至少需在5~10毫秒(ms)内完成。

　　但微控制器业者进行解决方案功耗优化其实并不简单，因为微控制器能否有效率地在正常运行与睡眠模式快速切换、同时满足低功耗耗能表现，其实会牵涉到不少设计项目。例如睡眠模式下微控制器会与周边元件或功能模块进行资料传输的切换与缓存，而微控制器与周边电子电路也会因周边接口传输速度差异影响了不同模式切换的处理时间。

　　也就是说，当周边资料传输效能提高、相对微处理器在处理睡眠模式与唤醒速度表现也就越快，但周边接口包含I2C(Inter-Integrated Circuit)、串行传输周边(Serial Peripheral Interface;SPI)、I/O接口等复杂条件，必须在周边都能同时提升速度下，才能让微控制器的不同模式切换达到集成设计要求。

　　关键元件持续微缩 元件尺寸更适穿戴设备应用

　　除微控制器的功耗优化外，穿戴式设备多数用途为搭配传感器搜集环境数据应用，对于MEMS传感器的应用方案，也必须因应穿戴式设计进行微型化、高集成度设计优化。

　　在2014年CES(Consumer Electronics Show)展中，InvenSense、STMicroelectronics等MEMS业者也相继推出高集成度、微型化解决方案。例如，9轴传感器原有解决方案多数仍在4mm x 4mm尺寸，STMicroelectronics运用MEMS制程优化改善尺寸，在CES展推出尺寸仅3mm x 3.5mm的9轴传感器解决方案，同时还集成加速度计、陀螺仪、磁力计等功能，整体解决方案体积整整缩减了35%。

　　除了体积上的新突破外，MEMS对环境感测应用需球的集成度亦持续提升。例如集成型环境量测单元(Integrated Environmental Unit)即集成压力、湿度、温度传感器。而在多种不同应用目的的MEMS元件中，以陀螺仪元件的耗电量最高，相对于加速度计、磁力计所需的功耗有数十倍的差距。随著穿戴式装置对于感测精度与要求越来越高，以及行动装置集成陀螺仪的需求也提高，陀螺仪的耗电问题将需针对穿戴式产品需求进行优化。

　　陀螺仪的运行功耗要达到穿戴式应用的低功耗要求，必须将陀螺仪的运行电流压低，才能有效提升陀螺仪的应用优势。现有针对低功耗要求设计的陀螺仪，在节电设计的效益，功耗表现已仅需前代产品一半的电能就能驱动，也可为导入装置节约近一半的耗电问题。

　　虽然陀螺仪在优化耗电问题后，与加速度计、磁力计等类型MEMS元件耗电仍有一段差距，但MEMS元件表现已针对穿戴式产品需求大幅优化，搭配与MCU、RF无线传输功能的大幅集成，积极抢食穿戴式产品应用市场。

　　满足穿戴式设备显示应用 曲面、可挠屏幕需求增加

　　除了MCU、MEMS关键元件外，穿戴式产品另一集成关键元件即小型显示器。在Samsung穿戴产品GearFit首度导入曲面LCD显示屏幕后，为穿戴产品应用屏幕掀起更多想象空间。而以往应用于电子书的E-Ink显示屏，也在智能手表产品获得采用，积极扩大穿戴式产品应用市场。

　　比较LCD屏幕与E-Ink屏幕应用，LCD屏幕对比E-Ink在发展穿戴式应用显得较为弱势，因为LCD屏幕需要搭配背光模块、玻璃屏幕、触屏集成，显示屏的复杂度较高，而多层玻璃与背光结构也使得整体显示模块较厚重且不利饶曲，虽有曲面屏幕解决方案因应智能手表、穿戴式智能手镯产品，但实际上在轻薄化、曲面屏幕、可挠曲等特性上均较E-Ink屏幕表现略逊一筹，也进一步扩展E-Ink屏幕的应用市场。

　　在kickstarter募资平台获得成功的pebble智能手表，即为导入E-Ink屏幕的智能手表架构，让E-Ink屏幕仅有更换内容时才会耗能的极低耗电元件特性，使智能手表的整体功耗获得改善，不仅提升智能手表的穿戴应用价值，也让市场重新重视E-Ink屏幕的穿戴应用机会。

　　此外，尚有元太与Sony合作开发采塑料基板的Mobius软性电子纸。现有Mobius软性电子纸解决方案最小尺寸为1.73寸，非常适合应用在智能手表、手环等穿戴式装置的显示需求，Mobius软性电子纸除具备轻薄、不需背光模块特性外，极省电与可在日光下检视内容等特性，更为穿戴式产品的应用情境加分。

　　穿戴嵌入硬件平台 处理器大厂相继加大投入力度

　　穿戴式装置市场目前虽还处于起步阶段，关键的运算核心为求微型化、低功耗要求，大多以MCU元件为主，或是搭配ARM Base的SoC运算解决方案。

　　Freescale Semiconductor即推出WaRP平台(Wearable Reference Platform)，计画以Raspberry Pi、Arduino进入市场抢食穿戴式产品。在WaRP平台上，开发者可以如Raspberry Pi、Arduino开放平台中使用WaRP开放原始码(Open Source)，透过现成的原始码提供给开发者组构产品，加速开发速度。WaRP平台为采用Android嵌入式系统，预计2014年第二季推出市场。

　　也是看准穿戴式产品的庞大商机，Intel在2014年的CES展，也推出采22nm制程为基础的Edison嵌入式运算平台。Edison嵌入式运算平台为使用Intel Quark技术为基础，而近期Intel也可能计画使用x86架构的Atom搭配Edison嵌入式运算平台，增加更多x86架构生态系相关厂商在穿戴式产品应用Edison嵌入式架构平台的诱因。

　　Intel Edison平台可搭配Linux系统进行穿戴式产品开发，而Edison除省电运算核心外，同时也集成丰富的无线连结、I/O接口支持，亦集成了除Linux外可运行于x86架构下的多种系统平台。

　　Edison微型平台架构本身外部构型仅一张SD卡尺寸，即内建完整的Wi-Fi、Bluetooth LE无线连结功能，同时集成LPDDR2与NAND快闪存储器。在CES展中Intel也展示使用Edison平台设计的可监控婴儿生理信息的穿戴式运算婴儿服，与搭配使用的智能奶瓶加温器等产品设计方案，未来的应用发展相当值得期待。

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