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在我們持續發布的“技術前沿”系列專題中，一些德州儀器（TI）的頂尖人才就當今最大的技術趨勢以及如何應對未來的挑戰展開了熱議。 想象一下，有這樣一座城市——交通信號燈可以根據交通負荷智能地調整時間設置；人們駕乘著半自動化車輛自由出行；當夜幕籠罩城市時，城市的燈光可按照通勤需要調節亮度...... 想象一下，有這樣一座城市——生命能夠得到及時的挽救，因為早在撥打緊急呼救前，醫護人員就可以通過生物傳感器讀取人們身體狀況和周圍情況信息，從而安排醫療救治...... 想象一下，有這樣一座城市——人們僅需一組微電網即可內為鄰居生產電能，亦或是使用鄰居提供的電能...... 以前，人們認為許多這樣的場景只會發生在科幻小說中；而現在，由于半導體技術和電子領域的驚人進步，這些已不再遙不可及，甚至已司空見慣。 目前，至少有75％發達國家的人口和超過世界一半的人口居住在密集的城市地區。到2030年，在那些上有摩天大樓、下有復雜隧道網絡的繁華之都，城市人口預計將達到五十億左右。 擁擠不堪的狀況和基礎設施的限制已帶來不容忽視的社會成本，然而這些都是可以避免的。也正是因此，智能城市基礎建設的競爭早就拉開了帷幕，同時也帶來巨大的創新機會。 在今天的引言欄目以及接下來的季刊文章中，我們將討論創新在半導體業務中發揮的重大作用，聚焦TI作為模擬和嵌入式處理技術方面的領先者所扮演的關鍵角色，以便為智能城市的建設奠定堅實的基礎。 適度智能化城市 在對智能城市的技術方面進行詳盡闡述之前，值得指出的是，智能城市的概念與任何其它技術驅動的預測性事物一樣，決不能忽略或排除人的因素以及人的社會經驗。 技術的最終目的是提高生活質量并維護資源和環境，而不是用機器代替人類。 例如，許多想讓網上購物完全自動化的嘗試均以失敗告終，因為很多人依然喜歡偶爾體驗那種漫步在兩旁擺放著琳瑯滿目商品的過道并與銷售人員相互交流的感覺，而不愿僅僅與零售商的無人售貨機打交道。 像北京這樣的城市是許多大型社交網絡公司的中心，擁有一些全中國最繁忙的餐館和酒吧，用于“面對面”的社交活動。 因此，與其描繪一座只有機器人的綠色城市，倒不如專注于可預見的未來發展趨勢和技術。 雖然智能城市的理念涵蓋許多不同的學科，但我們在這篇文章中只強調智能城市受半導體行業進步影響最大的那些方面，尤其是TI在這其中的獨特地位，以便為將來的創新提供無數解決方案和機會。 智能電網 優化電能的產生、分配和消耗是智能電網的最終目標。 為容納越來越密集的人口，許多城市地區興修了高層建筑物和大型公寓樓群，能源的生產、需求及高效利用將至關重要。世界上約75％的能源被城市以大肆揮霍的方式消耗，其中40％被建筑物消耗，效率卻只有40％左右。 通過監督能源使用情況，分配能源的產生和存儲并安裝高能效的智能電器，城市可節約大量的能源成本，并可通過智能化程度更高的方式利用能源資源。 在2005年，美國只有30％的電能流經智能電網的電源轉換器；但是到2030年，將有80％的電能流經電源轉換器。在這一點上，能源管理的發展潛力及其對人類生活和環境的影響都將是巨大的。 太陽能光伏（PV）的使用以每年48％的平均率增長，2012年的使用量已達31GW，基于晶圓的硅芯片占90％的市場份額，薄膜技術占10％的市場份額。 電網存儲應用（如間歇性能源資源的均衡）中效率的提高正推動電池技術飛速進步，將達到100美元/千瓦時（kWh）、整個生命周期可充放電1000次的目標。 此外，作為消費者端和公用事業端智能電網中的數據采集點，帶薄膜電池并具有能量收集功能的超低功耗嵌入式傳感器已加速了創新型節能和負載均衡技術的發展。 智能交通 在2011年，交通事故的社會成本大約是3000億美元；而擁擠帶來的健康成本每年則遠遠超過5000億美元。 交通擁堵、污染和事故方面的挑戰已推動多項支持半自動化車輛以及全自動化車輛的技術進步。 智能車輛以及通過社交網絡實現的拼車最有可能為將來的通勤模式描繪出不同的畫面。智能車輛的快速轉型和演化已加快了車輛電氣化的程度，以至于汽車中半導體含量的增長已超過了半導體行業發展和汽車市場發展總體趨勢的需求。 而今，一輛典型的汽車上有6000多個半導體器件，其中大約42％為模擬處理器，38％為嵌入式處理器，適用范圍從高級駕駛員輔助系統（ADAS）到引擎控制和安全。 具有微混合功能的電動車輛、混合動力車輛以及節能型內燃機車輛需要大量使用電源管理和傳感器集成電路（IC）。 現在，汽車的半自動化功能（如緊急制動、自動泊車、車道偏離警告和許多其它ADAS功能）依賴高速接口、傳感器、嵌入式處理系統和廣泛的信號處理系統。 安全保障 人口較密集的城市環境需要較高級的安全保障基礎設施。 美國主要城市的犯罪率在持續下降，盡管最近的經濟在衰退，犯罪率仍然在2013年創歷史新低，是自1965年以來的最低點，這部分歸因于大量部署安全攝像頭、智能標記和許多其它嵌入式安全系統。 僅在英國就安裝了超過590萬個閉路電視監控系統，這意味著每11個人就擁有大約1個安全攝像頭，而在全球范圍內則部署了數十億個安全標記。 為實現合理的成本，住宅和商業建筑物可通過手機或臺式機進行監控，具體到窗戶、門、空氣中二氧化碳的濃度變化以及任何異常活動跡象的每個細節。 通過在基礎設施和個人層面大量部署經濟實惠的互聯嵌入式傳感器，可在早期對火災多發區、化學威脅的存在以及有毒物質的泄漏進行檢測。 典型的嵌入式傳感器（功耗低于5微瓦，硬幣式電池的壽命為10年）可檢測出0.1度的溫度變化或10ppm CO2氣體的存在并及時報告。 保健與健康 通過提供個性化的預防性護理和提升的治療能力，智能城市有望提高人們的生活質量。 此類需求是巨大的。在未來十年，全球醫療保健支出每年將接近13萬億美元。在美國，醫療保健的消費額占國內生產總值（GDP）的17％。 人的一生中許多嚴重疾病（如肺癌）的患病率目前約為6.5％。據統計，一直以來，要采用藥物療法根除疾病，成功率大約只有11％，這進一步突出了預防性護理的重要性。 從可佩戴式設備到環境傳感系統，部署廣泛互聯的傳感器網絡并完美結合先進的信息和通信技術（ICT），可在未來的城市提供有效的個人護理功能。 預防性護理通過持續監測個人生命體征以及環境、食品和飲料中的健康危害物，將有助于顯著改善人們的身心健康狀況。 半導體和微機電系統（MEMS）技術的進步已使我們能對許多重要生物指標進行前所未有的實時訪問。 做到這一點的方法是，在智能補丁（軟性基板）上嵌入多種生物傳感器，從而可對血壓、呼吸系統分析值、承壓水平、脫水狀況進行無創性監測，還可分析肌電圖（EMG）和心電圖（EKG）信號。 分析數據處理功能可在本地（如今的智能手機足以處理）提取許多來自大型實時數據庫、且在醫學上有重要價值的信息，當發現明顯的健康風險時向個人發出警告，在危及生命的情況發生前通過普及的ICT基礎設施提前報告緊急救援部門。 在治療方面，如實時X光機、帶大規模換能器矩陣的4D超聲成像系統、便攜式MRI儀等高性能半導體器件和電路推動了醫療儀器的進步，這將使專業醫療保健設施的診斷和治療能力更上一層樓。 此外，借助半導體技術的雄厚實力，進行片上基因組分析現在已不再是不可企及的事情，確切來說達成這一目標的日子比以往任何時候離我們都近，這一直是我們實現個性化醫療保健和腫瘤早期檢測的關鍵所在。 無處不在的半導體技術 半導體堪稱高新技術產業的基石，在我們的生活以及智能城市的方方面面發揮著越來越重要的作用。 傳感、通信、智能控制與電源管理、高性能接口和嵌入式處理應用遍及智能城市的諸多領域。 來源：TI公司 |
