ASIC能為未來(lái)的智慧城市做些什么？

根據(jù)聯(lián)合國(guó)的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到 2050 年，全球 68% 的人口將居住在城市地區(qū)。為了應(yīng)對(duì)這一增長(zhǎng)，城市正專注于利用技術(shù)來(lái)提高居民的公平性，促進(jìn)更可持續(xù)的生活并鼓勵(lì)更好的資源的使用。

在本文中， ASIC 設(shè)計(jì)和供應(yīng)商Swindon Silicon Systems的銷售總監(jiān) Richard Mount探討了支持智能城市的傳感器驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以及支持它們的專用集成電路 (ASIC)。

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)即專用集成電路，是指應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路。ASIC的特點(diǎn)是面向特定用戶的需求，ASIC在批量生產(chǎn)時(shí)與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)TomTom 交通指數(shù)報(bào)告，土耳其伊斯坦布爾在 2021 年被列為世界第一大擁堵城市，該市司機(jī)平均每年因交通擁堵而損失 142 小時(shí)。隨著人口的增加和空間的有限，像伊斯坦布爾這樣的現(xiàn)代城市需要重新思考如何規(guī)劃和管理城市生活的多個(gè)方面，以便為市民創(chuàng)造更精簡(jiǎn)、更愉快的環(huán)境。

為了解決城市效率低下的問(wèn)題，許多國(guó)家正在通過(guò)利用數(shù)據(jù)來(lái)管理資產(chǎn)、資源和服務(wù)，從而使他們的城市變得“更智能”，最終旨在改善整個(gè)城市的運(yùn)營(yíng)。最重要的是，智慧城市必須由通勤、工作、生活和社交的人了解。收集數(shù)據(jù)對(duì)于了解一個(gè)城市如何最好地滿足其公民的需求至關(guān)重要。

世界正在轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些智慧城市。城市實(shí)時(shí)分析傳感器豐富的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，并用于改善關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的許多方面。智慧城市技術(shù)提供的智能可增強(qiáng)服務(wù)，能夠預(yù)測(cè)用戶需求、減少公共支出并提高可持續(xù)性。

一般來(lái)說(shuō)，智慧城市技術(shù)架構(gòu)可以分為四層。首先是感知層，它使用傳感器來(lái)生成數(shù)據(jù)。然后是網(wǎng)絡(luò)層，它由支持網(wǎng)絡(luò)連接和通信的硬件和軟件資源組成。數(shù)據(jù)層接收和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，最后服務(wù)層以智能和可用的方式解釋這些信息。

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化和進(jìn)步正在推動(dòng)傳感器技術(shù)在城市中的大規(guī)模采用。它允許城市從公民、建筑物和資產(chǎn)中收集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以被處理以監(jiān)控和管理從交通和運(yùn)輸系統(tǒng)到犯罪偵查的一切。人工智能和高速互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)正在與傳感器網(wǎng)絡(luò)集成，以進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)收集。

必須使用各種各樣的傳感器來(lái)收集智慧城市有效運(yùn)行所需的所有信息。例如，智能電表可用于提高公用事業(yè)的效率并降低成本。測(cè)量電壓、電流強(qiáng)度和功率因數(shù)的儀表可以監(jiān)測(cè)用電量，而容積式傳感器則檢測(cè)用水量。

智能電表使消費(fèi)者能夠監(jiān)控自己的使用情況并進(jìn)行個(gè)人級(jí)別的更改，以防止浪費(fèi)并降低成本。公用事業(yè)公司還可以查看消費(fèi)模式并實(shí)施提高效率的計(jì)劃。例如，電力公司通常會(huì)提供激勵(lì)措施來(lái)轉(zhuǎn)移需求以匹配發(fā)電高峰。管道系統(tǒng)中的智能水表網(wǎng)絡(luò)可用于獲得準(zhǔn)確的水平衡，幫助發(fā)現(xiàn)泄漏并管理供不應(yīng)求的資源。

展望未來(lái)，我們可以期待智慧城市采用更多的傳感器驅(qū)動(dòng)技術(shù)。駕駛時(shí)，人類往往會(huì)加速與前面的汽車相遇，從而導(dǎo)致幻覺交通擁堵。通過(guò)與其他汽車保持一致的速度和距離，自動(dòng)駕駛汽車可以提供減少智慧城市擁堵的機(jī)會(huì)。

如果沒(méi)有傳感器，自動(dòng)駕駛汽車將是不可能的 雷達(dá)傳感器發(fā)出無(wú)線電波來(lái)檢測(cè)物體并實(shí)時(shí)測(cè)量它們與鄰近車輛的距離，而光探測(cè)和測(cè)距（激光雷達(dá)）傳感器使用激光來(lái)創(chuàng)建檢測(cè)到的物體的 3D 圖像并繪制周圍環(huán)境地圖.

智能傳感器生成的信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)，但更常見的是模擬值，例如電壓或電流。為了與網(wǎng)絡(luò)層連接并促進(jìn)數(shù)據(jù)分析，這些模擬值必須經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)和數(shù)字化。這可以使用大量現(xiàn)成的集成電路 (IC) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，如果原始設(shè)備制造商 (OEM) 希望在技術(shù)和商業(yè)上從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，ASIC 通常是更好的選擇。

ASIC 是專為客戶應(yīng)用設(shè)計(jì)的定制設(shè)備，其芯片旨在提供完全符合其特定要求的優(yōu)化性能。智慧城市在各種應(yīng)用中使用傳感器，混合信號(hào) ASIC 設(shè)計(jì)允許在對(duì)每個(gè)特定用途都至關(guān)重要的性能上進(jìn)行投資。Swindon 將能夠?qū)⒄麄€(gè)信號(hào)路徑優(yōu)化到最精細(xì)的細(xì)節(jié)，同時(shí)去除不必要的功能以降低成本。

智能傳感器必須緊湊，使用盡可能少的功率并始終保持可靠。在設(shè)計(jì) ASIC 時(shí)，開發(fā)人員將盡可能多的電路集成到單個(gè)封裝中。這減少了組件數(shù)量，從而提高了可靠性、減少了 PCB 空間并降低了功耗。如果要在繁華的城市周圍部署智能傳感器，組裝變得更簡(jiǎn)單，并且電子設(shè)備可以更好地免受環(huán)境因素的影響，例如振動(dòng)必不可少。

在智慧城市中，智能傳感器必須保持運(yùn)行多年。它們可能是十年以上投資周期的一部分，因此制造商希望避免不斷更新和更換電子產(chǎn)品。使用標(biāo)準(zhǔn) IC 組件，過(guò)時(shí)將不可避免地成為一個(gè)問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn) IC 設(shè)備的制造商傾向于在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)升級(jí)產(chǎn)品，如果新部件與現(xiàn)有性能要求不兼容，這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能問(wèn)題。

定制的硅解決方案可確保在傳感器的整個(gè)生命周期內(nèi)供應(yīng) ASIC。ASIC 的設(shè)計(jì)考慮了永不過(guò)時(shí)，ASIC 供應(yīng)商將與制造智能城市技術(shù)的公司密切合作，制定永不過(guò)時(shí)的計(jì)劃。使用諸如將晶片在干燥氮?dú)庵袃?chǔ)存長(zhǎng)達(dá) 30 年的技術(shù)，可以消除昂貴的系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)和重新鑒定的需要。

世界上許多城市已經(jīng)開始了成為智慧城市的旅程。隨著城市人口的增長(zhǎng)，我們可以期待看到越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被采用來(lái)提高公民的生活質(zhì)量。如果沒(méi)有智能傳感器技術(shù)，智慧城市就不可能實(shí)現(xiàn)。選擇 ASIC 設(shè)計(jì)路線的 OEM 可以期待性能和可靠性的改進(jìn)，以及尺寸和功耗的減小，幫助智慧城市盡可能高效地運(yùn)行。

本文作者：ASIC 設(shè)計(jì)和供應(yīng)公司 Swindon Silicon Systems 的銷售總監(jiān) Richard Mount。

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