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Matter標準持續擴張 智慧家庭升級智動家庭

2024, JEN. 17

新通訊
新聞來源:

在Matter標準底定後,消費性電子產品跨陣營互操作的願景,終於有了全面實現的可能性,也為智慧家庭進一步升級成智動家庭的契機浮現。

讓家中的各種電子設備能夠互聯互通,進而互操作,可說是消費性電子產業過去二十年來一直在追求的終極目標。但由於消費性電子領域存在諸多品牌大廠,而且幾乎每家品牌廠都有打造生態系的強烈企圖心,使得消費性電子產品要從互聯進化到互操作,成為一項非常艱鉅的挑戰。


為實現家庭設備互操作的終極願景,蘋果(Apple)、亞馬遜(Amazon)、Google、樂金(LG)、三星(Samsung)等行動裝置與消費性電子領域的領導品牌,共同發起制訂Matter標準的倡議,希望藉由Matter標準來實現跨生態系設備的互操作。但也由於這是一個非常宏大的目標,初版Matter標準不僅釋出的時程比原先預定的時間要晚了兩年左右,且Matter標準的認證機制、技術要求,也迥異於Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)等典型的網通標準。


由於釋出時程延遲與特殊的認證遊戲規則,過去市場上一直有一派觀點認為,Matter的普及狀況不如預期,甚至有可能又是個雷聲大雨點小的智慧家庭標準。但從許多晶片業者的產品發展路線圖來看,Matter依然是個前景值得期待的應用市場。


多年耕耘終有收穫 Matter市場起飛在望

芯科(Silicon Labs)台灣區總經理寶陸格表示,根據他對台灣市場跟客戶動向的觀察,初版Matter標準自2022年10月發布後,整個2023年基本上都屬於設計導入(Design-in)的階段,因此,產品進入量產的時間點將會落在2024年。


值得注意的是,歐美、中國等地投入Matter應用開發的廠商類型比較分散,除了有照明、感測器這類Endpoint應用的開發商,也有閘道器、家電設備的業者,目前台灣投入Matter產業的客戶族群,很明顯集中在閘道器(Gateway)、路由器(Router)這類網通設備。這也使得台灣的Matter市場呈現出不同於世界其他地區市場的風貌。


不過,雖然現階段投入Matter市場的台灣終端產品製造商,是以網通背景的客戶為主力,但嚴格來說,Matter並不是一個通訊標準,而是一個應用層標準。因此,Matter認證的取得方式,跟典型的網通產品又不盡相同。圖2是網通業者都很熟悉的OSI七層架構圖,在傳輸層以下的底層,Matter使用的是Wi-Fi、BLE以及Thread等既存的連線技術跟通訊協定,網通客戶對這些層面的設計規範跟要求都很熟悉。但Matter真正的重頭戲是在應用層,要取得Matter認證,必須在應用層符合Matter的規範要求。

圖1 Matter相關通訊協定分別運作在不同的OSI階層


也因為Matter是一個應用層的標準,因此Matter能否普及,跟這項標準涵蓋了哪些類型的應用有很大的關係。在Matter 1.0標準中,標準涵蓋的設備跟應用類型只有8類,因此,在這個清單以外的應用或產品,基本上是沒有辦法通過Matter認證的。2023年10月發表的Matter 1.2版,則將9類非影音家電設備納入Matter標準的涵蓋範圍,因此Matter要在家電領域全面普及,必然要等到1.2版標準發表之後。這可能也是Matter看起來發展速度不如預期的原因之一,因為消費者恐怕要等到有更多家電產品支援Matter之後,才會意識到Matter的存在。表1是Matter標準涵蓋範疇的演進狀況。


表1 Matter標準涵蓋範疇


也因為Matter是一個應用標準,而非網路技術標準,所以軟體在Matter應用裡面,扮演著非常重要的角色。作為一家從Matter還在標準草創階段就已經深度參與的晶片商,芯科不只提供晶片,也提供完善的軟體庫、參考程式碼跟開發工具給客戶,讓客戶可以盡快完成軟體開發。像是Matter 1.2裡面新增的洗碗機,芯科就已能提供客戶對應的示例應用程式,客戶還可運用ZCL進階平台(ZAP)配置所有Matter裝置類型所需的必要端點、叢集和屬性。


在開發工具方面,芯科的開發工具包Simplicity Studio已經演進到Simplicity Studio 5,該工具包不僅讓開發者可以很輕鬆地存取芯科提供的軟體資源,並且也整合了整合軟體開發環境(IDE)、設計測試/除錯、網路分析等應用開發所需要的工具。


Matter over Wi-Fi重要性日增

而隨著支援的應用類型增加,Matter over Wi-Fi的重要性也隨之上升。Matter 1.2新增的支援產品類型中,有很多必須透過Wi-Fi連線,並須透過專有的應用程式控制,對這類物聯網應用來說,Wi-Fi 6是比較理想的選擇,其頻寬不只比先前的Wi-Fi更大,網路容量和對各式不同類型應用的支援性也更好。這些應用具有不同的頻寬需求,並且更廣泛採用電池供電的無線物聯網裝置。


因此,針對物聯網應用設計的Wi-Fi 6晶片,必須特別針對電池供電型的裝置進行優化,這些裝置可能不需要高頻寬,但需要很長的電池續航時間。由於Wi-Fi無處不在,且憑藉其最新版本和安全功能,Matter over Wi-Fi的組合可為使用者帶來實際的利益,確保其於各種產品類型和應用間擁有更無縫連接的體驗,同時無論設備供應商為何均能提高產品易用性。


在Matter over Wi-Fi方面,Silicon Labs近期發表了一款專為物聯網優化的Wi-Fi產品SiWx917。其於系統單晶片(SoC)中將最新的Wi-Fi 6協定、低功耗藍牙(Bluetooth LE)網路、Matter,以及可實現最長電池續航時間的超低功耗性能、最佳的安全性和人工智慧/機器學習(AI/ML)加速器整合為一,使開發人員能設計出可支持各個市場、多種應用的Matter產品,進而滿足智慧家庭、商業、智慧城市、工業或聯網保健需求。


人工智慧進駐 智動家庭將是下一步

而隨著人工智慧技術,尤其是當下最熱門的生成式AI開始進入智慧家庭,未來智慧家庭的各種電子設備,勢必會變得更加連動化與自動化,最終發展成智動家庭(Autonomous Home),並回過頭來引領Matter標準的擴展。


以亞馬遜的Alexa為例,現在Alexa已經開始支援生成式AI,讓用戶在家裡用更自然的對話方式,請求語音助理完成任務。而這些服務的硬體載台,則是Echo、Fire TV等智慧音箱或機上盒產品。


Echo一直是全球最受歡迎的智慧音箱產品之一。透過智慧助理,人們只需說幾句話就可以打開燈或播放音樂,如今其也賣出了近10億台。但ChatGPT等新技術的興起,對搭載Alexa語音助理功能的硬體產品來說,構成很大的威脅,因為新的聊天機器人技術對話能力更強,而且能回應更複雜的請求。因此,Alexa必須設法跟上技術演進的腳步,導入生成式AI,並且讓Echo有能力執行更複雜的控制任務。


這並不意味著下一代Echo或FireTV等電子產品,將具備在本地端進行LLM推論的能力。因為LLM對記憶體跟運算效能的需求,遠超過智慧音箱或機上盒這類嵌入式產品能支援的範圍。因此,現階段Alexa仍是一個基於雲端的服務。而且,耕耘Matter領域的相關晶片業者均表示,對LLM的支援,短期內還不會出現在他們的產品發展路線圖中。


Arm物聯網事業部亞太區IoT市場資深經理黃晏祥(圖3)就分析,雖然Arm針對神經網路運算需求,發展出一系列神經網路處理器(NPU)矽智財(IP),在CPU核心部分也推出了對神經網路最佳化,搭載Helium技術的Cortex-M52、M55、M85處理器。但對於以MCU為基礎的嵌入式裝置而言,LLM對運算效能跟記憶體容量的要求還是太高。晶片開發者如果真的要開發支援LLM的SoC,可能要將這類產品定位為應用處理器,而非MCU,而且可能要考慮採用Chiplet或3D晶片堆疊等先進封裝技術。目前Arm已經跟很多晶片客戶在進行這方面的研究跟討論。


事實上,很多扮演Matter閘道器角色,或整合了這類功能的產品,例如電視、Wi-Fi路由器、智慧音箱,裡面均內建了應用處理器。如果廠商真的想把支援LLM列為下一代產品的設計目標,比較合理的實作方式應該是要將LLM放在應用處理器,然後用基於Cortex-M33以上的MCU來執行Matter協定,然後由更低階的Cortex-M0、M4負責網路連線功能,才能用最合理的成本實現其設計目標。


不過,即便短期內我們大概還很難看到消費性電子產品具備在本地端執行LLM推論的能力,LLM仍將引領智慧家庭裝置的設計趨勢,尤其是體現在連動能力的強化方面,而這又會讓市場對Matter的能力有更多的要求。


恩智浦半導體(NXP)物聯網與安全連線邊緣事業部總經理Mario Centeno表示,智動家庭看似遙遠,但其實已經離我們不遠了。在智動家庭的時代,使用者可以透過自然語言對裝置下達複雜的任務指令,讓家庭中的各種設備自行連動,彼此配合,達成使用者交辦的工作。這將大大提高家庭自動化的程度。而隨著這個趨勢繼續發展,未來的智動家庭甚至有可能會透過各種感測手段來偵測場景中的使用者,判斷其意圖,在使用者還沒開口下指令的情況下,就先把事情做好。


從Matter的角度來看,這意味著Matter必須進一步涵蓋更多不同的設備與應用型態,否則全面的連動將無法達成。而且,這種需求是非常強烈的,甚至還跑在Matter標準的進展之前。


Centeno透露,在美國市場,已經有很多電力公司或物業管理公司開始採用Matter作為家庭能源管理系統(HEMS)的互聯協定,讓HEMS自動根據場域的使用狀況、電力公司的電價方案等參數進行設備節能管理。要作到這一點,系統開發者必須設法用Matter把智慧電表跟家中的各種智慧家電串聯起來。但現階段Matter標準還沒有納入智慧電表,所以很多開發者都只能先以Matter標準為基礎,加上自行開發的獨有技術來實現。


負責制定Matter標準的Connectivity Standard Alliance(CSA)也已經看到這項急迫的需求,並預計將在2024年推出的新版本中,正式把能源管理應用列入Matter的支援涵蓋範疇。寶陸格也呼應這個觀點,並指出台灣有不少網通廠承接的歐美設備訂單,都是跟家庭能源管理有關。雖然目前這類應用從Matter的角度來看,還沒有標準化,也無法認證,但等到2024年10月Matter 1.4發表後,Matter對智慧電表應用的規範要求,就會確定下來。


各路人馬持續加碼 Matter大戰升溫可期

在Matter標準涵蓋範圍不斷擴張的情況下,Matter應用市場的規模會不斷擴大,基本上已經成為業界共識。在巨大的商機吸引下,各家晶片業者加碼布局Matter的動作,也只會越來越大。


目前在Matter晶片市場上,除了很早就投入的芯科、恩智浦之外,德州儀器(TI)、意法半導體(ST),以及中國的泰凌微電子,也都有積極動作。台灣的新唐科技也對Matter展現出濃厚的興趣。尤其是擁有龐大MCU產品線的意法,以及有龐大中國內需市場支撐的泰凌微電子,都在卯足全力,希望躋身Matter市場的領導者。據了解,近期剛完成公司內部組織調整的意法,就計畫在2月發表一系列針對Matter開發的新一代產品,並希望藉由新品推出,進一步擴張在Matter市場上的占有率。


整體來說,Matter技術應用普及的時程比預期還慢,是不爭的事實。但從目前市場需求與供應商布局的狀況來看,Matter商機是不會落空的,只是大器晚成了些。早早就展開相關技術研發的晶片商,將在2024年開始收割市場,但與此同時,追逐Matter商機的新進者也將不斷加入市場,讓市場競爭更加白熱化。

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