穿戴式装置透过前所未有的方式来改善我们生活的各层面，包括生产力、健康或是日常生活方式。 它们可追踪并让用户获得自己和周遭环境的信息，这有助于激励或鼓励用户做出更好的选择。 此外，穿戴式装置能实现个人化链接，也就是能将用户的「数字自我」与因特网链接，让用户能够出于乐趣、咨询或医疗诊等目的，与朋友或远处专家分享关于自己的信息。
因此，穿戴式装置市场的成长快速并不令人惊讶。 根据CCS Insight分析师的估计，穿戴式装置的2014年出货量为两千九百万台，2015年出货量为八千五百万台。 目前预计此市场规模在2016年市场将达到一亿两千三百万亿台，2020年将达到四亿一千一百万台（图1）。
然而，尽管初期成长相当惊人，然而整体市场仍相对较小，特别是与十亿支的智能型手机市场相比。 为了真正推动这个快速发展的市场发挥全部潜力，需要令人兴奋的新穿戴式装置。
这些装置将整合更多的传感器，能提供用户更有用的信息，且具有环境感知能力，可确保传递的信息与用户有关连。 它们将创建新的使用案例，例如模糊了消费者和医疗领域之间的界限，帮助人们与医疗专业人员一起管理自己的健康。 这些新的使用案例将突显数据安全和用户隐私前所未有的重要性。
图1 预估未来几年穿戴式装置的所有市场区隔都将快速成长。
数据源：CCS Insigh
穿戴式装置只有在人们穿戴时才有用处，而且使用时间越久越好。 因此，这些下一代设备需能在充电周期间有足够的电池寿命或使用时间，而且外型必须自然，穿戴舒适。
穿戴式装置必然趋势 融入数据整合和情境感知
第一个穿戴式装置是基于三维加速度计的简单计步器。 更复杂的设备随后很快就出现了，整合了压力传感器和陀螺仪。 这些装置可以识别穿戴者参与的活动类型，例如步行、跑步、爬山等，并且能追踪穿戴者的睡眠周期。 与此同时，温度和湿度传感器能让数量的量测更精确，例如穿戴者在运动训练期间所燃烧的卡路里数量。
图2 未来将有越来越多的生物传感器被整合至穿戴式装置。
这种将更多传感器整合入穿戴式装置的趋势将于未来几年加速。 尤其是我们将看到更多的动作和环境传感器整合，以及越来越多人使用生物传感器。 现今的单机式可穿戴医疗监视器及许多消费性设备都已建置生物传感器，以测量心率。 在未来几年，更多样的生物传感器将被整合至消费性装置（图2），例如可测量血氧、压力和葡萄糖水平的光谱传感器，以及用来测定汗水水平和pH值的肤电反应传感器。
图3 SmartBond DA14680为一种「芯片上穿戴式系统」SoC，增加了传感器、电源和一些外部组件，
可用于快速及可靠创建穿戴式运算设备。
整合更多的传感器有许多优点。 最显而易见的是，它提升了设备的功能性，让装置可以测量更多的东西，还能提高数据收集的准确性。 像是对于用来处理加速度计输入的算法来说，使用来自其他传感器的信息来判断正在执行的活动类型，有助于让算法对选择有更多了解，进而使得活动的追踪更为准确。 此外，组合来自多个传感器的数据，让设备能撷取更多对用户有用的信息，例如，心率、加速度计数据和肤电反应等，藉以来评估人所承受的压力水平。
除了上述的动作、环境和生物传感器之外，穿戴式装置也可能会增加麦克风的使用。 但目的不是为穿戴者提供更多信息，而是用来帮助设备去感知现所使用的情境，以决定什么是对穿戴者有用的信息，以及最佳的信息传递方式。 例如，如果装置「听到」喷气引擎的怒吼声，则可推断穿戴者在飞机上及应该监测多长的时间。 然后也可以调整睡眠和运动建议，以协助穿戴者更有效抵抗疲劳、脱水和时差。
新一代使用案例如雨后春笋般崛起
随着穿戴式装置收集更多关于用户和用户周围环境的数据，它们将逐渐成为用户的「数字自我」。 加上与混搭穿戴式装置与情境感知的结合，这为穿戴式装置开启了大量新的使用案例，以及几乎无止境的可能性。 用户很容易就会想象出一个可做为通用接取装置的穿戴式设备，它能打开你的家、办公室和车门的锁，它能登录到工作系统中，不再有会被忘记的钥匙、密码或门禁卡。
在家庭自动化的领域中，智能娱乐系统可以从穿戴者身上的装置侦测谁在家里，并自动选择他们喜欢的电视频道、音乐和音量级别。 穿戴式装备可与房子周围的信标（Beacon）进行通讯并启动存在侦测，进而根据个人喜好调整照明和温度，或是开启和关闭，让用户总是感到舒适并能节约能源。
大数据分析带动 穿戴式装置医疗应用兴
也许最令人兴奋的新使用案例，是穿戴式装置在帮助人们管理健康层面所扮演的角色。 随着生物传感器数量的增加，以及所收集的数据准确性和可靠性提高，我们将看到消费和医疗领域的整合。 健身和日常生活设备将从消费性新潮科技产品变身为可提供医疗级数据的装置。
因此，所有用户藉由装置所收集到的追踪健身或活动水平的信息，可以与医生或自动保健监测系统共享，以早期预警不良的健康状态。 这能让人们早期阶段即寻求治疗或适当的调整生活方式，由于通常不会太剧烈且方便实行，所以成功率可能更高。
对于各家公司正在开发的医疗保健数据共享云端基础设施而言，穿戴设备是当然的伙伴，我们在其中见识到所谓大数据的真正力量。 随着穿戴式装置变得越来越普遍和精密复杂，整理和分析数百万匿名者的健康、健身和生活方式信息成为可能。 除了揭示深层的健康趋势外，这庞大的数据集可以揭示疾病的开端，也就是所谓的「零期医学」（Stage Zero Medicine）。 如此一来，透过早期干预，能将不良的健康对于财务、社交和个人的影响降至最低。
隐私／安全重要性日渐提升
随着穿戴式装置收集越来越多的敏感讯息，用户的数字自我也就越来越成形，因此隐私和数据安全将变得更为重要，特别是在涉及医疗数据的情况下，消费者将需要最高等级的数据保护；而随着消费者对这点更加了解，这将成为影响他们购买决策的关键因素。
在储存和传输中，数据都需要保护。 第一代的无线链接穿戴式装置往往仰赖其所选择的连接技术的既有安全协议，通常是蓝牙低功耗（BLE）。 如果用来追踪人在一天中走了多远时，这可能足够，但如果要让消费者信赖跟医疗信息收集传递有关的穿戴式设备，则需要更强力的措施。 蓝牙4．2提供比早期版本更好的安全性，但是随着出现的蓝牙设备数量越来越庞大，安全算法遭骇的风险总是存在，导致传输不受保护。
因此穿戴式装置制造商必须考虑独立的数据加密措施，例如戴乐格（Dialog）在其穿戴式装置解决方案中采取的措施。 即使蓝牙安全被破解，传输的数据仍然有加密。 如此一来，制造商将能够向消费者提供独立于蓝牙的端至端安全性。 因此其穿戴式装置上的个人信息与银行中的财务记录享有同等级的保护水平。
电池寿命为穿戴式装置主要设计挑战
在整合更多传感器和支持新使用案例方面，穿戴式装置制造商面临一个巨大的挑战，就是必须透过钮扣电池或可充电电池维持受限的功率预算。 IDC和GMI的研究表明，消费者在购买电池供电的可携式产品时，电池寿命是首要的购买驱动因子。
一般来说，现今的穿戴式装置约能提供7至14天的电池寿命／充电时间。 随着设备变得更复杂，消费者将期望至少能维持这个数据，当然最好能延长。 此外，许多穿戴式装置的使用案例仰赖长时间的连续监控，如果须移除设备来充电或更换电池，则会让应用的优点打折，导致对消费者的吸引力降低。 举例而言，如果用户的充电设备必须充电一整晚，用户就不能追踪睡眠模式，如此可能错过心悸的症状，这可能是严重心脏状况的警告讯号。
典型可再充电锂聚合物电池的容量约仅40至100mAh。 要用这样的功率预算为多传感器穿戴式装置供电数天，意味着系统每一部分的功耗都必须降低，包括传感器、系统和通讯硬件、软件。 传感器技术持续进展且功率需求不断下降。 以Dialog为例，该公司透过结合应用和通讯硬件的蓝牙低功耗SoC，例如新型SmartBond DA14680（图3）和DA14681，不断改善整体系统功耗。 拜创新的电源管理和无线技术所赐，其在一般蓝牙活动的耗电仅约1mA。
图4 松散耦合无线充电可支持不须穿脱的穿戴式装置开发。
两大供电方式满足穿戴式长期使用需求
穿戴式装置的最终目标是实现持续监控，这意味着须找到一种不必脱下装置就能充电或是更换电池的方法来为设备供电。 要达到这个目的两个明显选择就是能量采集和无线充电。
就能量采集而言，最可能的方法是太阳光电和采集杂散RF讯号。 震动采集和热电发电也是可能的，但是人体动作的频率和身体周围的有限温差，意味着它们的发展潜能非常有限。 一些制造商已经开始探索能量收集在穿戴式装置中的角色，例如Misfit和施华洛世奇（Swarovski）之间的合作，该公司已经生产了太阳能供电的健身追踪珠宝。 然而，考虑到用户对穿戴式装置的需求不断增加，能量采集不太可能成为永远在线的设备的唯一动力来源。 相反的，能量采集可以做为次级电源，有助于延长原电池的寿命。
做为主要电源，无线充电拥有更大的潜力。 考虑到穿戴式装置要长期穿戴，最有可能的选择是松散耦合无线充电，其中RF讯号将功率传送到延伸区域内的多个独立设备；这就类似Wi－Fi系统将多个设备无线连接至因特网。 Dialog和Energous最近展示了这种系统的首次概念验证，充电半径可达10公尺。
如果无线充电真的成为永远在线穿戴式装置的主要电源，则需要对充电基础设施进行大量投资。 就像是Wi－Fi，充电系统可以安装在家庭和工作场所，而咖啡店、机场、旅馆等地点，可以藉由为客户建置延伸的「充电热点」来与竞争对手进行差异化。
产品外型为新设计考虑
穿戴式装置制造商的另一个挑战，是将所有功能一次压缩放进人们选择穿戴多天的设备中。 不同的人想要的穿戴式装置也不一样。 有些人喜欢清楚表达自己的时尚主张，而其他人可能偏爱比较实在的东西。
目前最常见的可穿戴外型是腕带和智能手表。 Forrester的初步市场调查指出，腕带和智能手表将仍是最受欢迎的形式，28％的人乐于在手腕戴上有趣可靠的传感器设备。 如图5所示，手腕在未来几年内可能仍是穿戴式装置最常出现的部位，但我们将看到大量不同的设备类型出现；所有这些设备都有一个共同点，空间极为有限的外观尺寸。
图5 腕戴设备在2020年仍将是最常见的穿戴式装置，但其他一些精简型设备也将受欢迎
数据源：CCS Insight
要提供这样的小型设备，制造业者将需要更多的整合型硬件解决方案；SoC解决方案，能够在一个封装体中提供所有的应用、系统、安全和个人链接功能。 目前最小的解决方案在单一模块中整合SoC和所有必要的被动组件，尺寸仅约3．5×3．5mm。 为了满足未来的外形要求，这类解决方案需要进一步缩小。
为穿戴式装置制造商提供解决方案的IC公司，可以透过将更多功能整合至IC解决方案中来促进体积的缩减。 例如，Dialog的SmartBond DA1468x系列在单芯片中整合通讯、应用处理、传感器中枢和电源管理功能。 这消除了对外部电池充电器、电量计、DC－DC转换器等需求，进而大幅节省电路板空间。
穿戴式装置前景佳 半导体业者积极布局
舒适、高功能的多传感器穿戴式装置有潜力帮助人们在许多方面改善他们的生活。 但是要真正发挥这种潜力，穿戴式装置制造商需要将他们的设备与消费者有兴趣和有关的服务进行结合。 这类服务的可能性几乎是无穷无尽的，从远程医疗检查、帮助人们做出健康的饮食选择，到家庭自动化及其他更多方面等，正是这些服务鼓励人们购买、使用穿戴式装置，推动这个年轻市场延续其初期令人惊艳的成长，臻至成熟。
为了启用这些设备和服务，穿戴式装置制造商需要藉由硅半导体解决方案来扩展功能，同时符合这些设备所面对的独特尺寸和功耗限制。 以Dialog为例，该公司致力于透过旗下SmartBond系列产品来提供这些解决方案，其创新的产品蓝图旨在满足此产业持续变化的需求。
该公司推出的SmartBond DA14680和DA14681是这个产品蓝图的第一步。 做为穿戴式装置、智能家庭和其他可充电设备的首个单芯片解决方案，这两款产品结合了较佳的效能、高整合度及低功耗。
该两款产品也是唯一一种解决方案，能让设计师创建完整、情境感知的多传感器穿戴式装置，并提供用户好用方便的电池充电，这将有助于推动这个新兴市场发挥全部潜力。
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