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电路板发展局势:小型、单纯的硬件即将称霸

发布时间 :2018-04-12 15:36 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
 电路板发展局势:小型、单纯的硬件即将称霸
微控制器板和单板电脑的数量和种类在过去几年都有巨幅成长。如同1980年代初期便宜的家用电脑问世带来了种类和选择的爆增,现今市场上的微控制器板数量的成长也显示了PCBA制造商在功能和尺寸上都已做出各式各样的尝试。
 
然而现在时代不同了,推动微控制器成长的潮流正引领市场走向与过去不同的方向。在1980年代,那些新的家用电脑不仅是发光的屏幕,而是拥有很多功能的魔术箱。现在的电脑、智能手机和平板电脑则被视为是沟通的工具。而现在,微控制器,甚至是「真正」的电脑,如果没有网络连线,就只是一块砖头而已。
 
​回顾
现今的微控制器板市场是从开发板起步的,基本上是因为PCBA制造商有新晶片要上市才推出这些扩充板。这些板子让专业工程师在订购欲放入产品内、成千上万件晶片之前,可以先做测试。
对业余玩家而言,这些开发板是为专业人士设计,而且价格一般太高而不实用。主要来说,这些现在备受尊崇的PIC微控制器可说是自造者运动(maker movement)中电子设备的基础,而且是以晶片的形式,而非电路板的形式推出。
 各种PIC微控制器。
各种PIC微控制器。
 
我们现处的这个时代,微控制器很容易就能安装在电路板上。这是从Arduino开启的现象。这块「蓝色小板子」改变了我们做电子产品的方式,不仅是对于业余玩家,更影响了专业人士。昂贵又没有详细说明文件的开发板在专业市场上已经让步给更容易操作、更便宜的微控制器板。这对所有人,包括专业人士来说,都是件好事,而这都要感谢Maker。
 
前瞻
网络连线的智能型装置,也就是所谓的物联网(IoT)已经日渐普及,也改变了微控制器板市场的面貌。
目前这一代的电路板已经具备无线电,有的甚至是很多组无线电。在IoT发展之前,微控制器扮演的是过去电脑的角色,被视为自动化或控制的工具。而现在它们也成为通讯工具了。
 
不同的点在于,它们几乎都是互相沟通,而不是跟我们沟通了。
 Adafruit Feather板上的无线电天线。
Adafruit Feather板上的无线电天线。
 
想得到都装上去
微控制器板的市场正在转型,随着电脑使用方式的改变,硬件的生产也跟着改变。因此,PCBA制造商会因为无法完全肯定产品会做为何种运用而感到恐慌,接着就会「干脆再加个无线装置上去」。
 
过去这两年的趋势,造成了这一块我称为「什么都有」的电路板问世,它以搭载所有使用者的所有需求为目的。这在Kickstarter特别明显,因为募资者极力想要让自己的电路板和竞争者有所区别。
微控制器终究要拿来控制东西,代表它不会有单一用途的情况,然而这并不代表应该拿单一块拥有所有功能和所有无线装置的电路板来做所有微控制器可能会做的工作。「什么都有」板一般配有多组无线装置,以及比多数嵌入式装置配有更多的CPU和RAM。而且这种硬件很昂贵。这样的「至尊魔板」永远不会是适合运用的板子。就像UNIX指令行,我们应该要试着制作精巧、简易的硬件工具,而非这种巨抱。
 
尺寸议题
早期家用电脑时代的结束,同时也造成了电脑尺寸和规格多样性的下降。微控制器也在经历同样的过程,而对单板电脑而言,在某种程度上也是如此。
 
人们应该要试着制作精巧、单纯的硬件工具,而非巨抱。
 
「经典」的Arduino配置,包含其中第7、8脚位之间恼人的不规则间距,已经自然而然成为标淮、甚至是预设的规格。除了仿制品外,Arduino的广大社群也带来与其配置相应的各种扩充板和其他硬件。也就是说,即使是在运算上不同于Arduino的板子,在外型上仍会与它相似。
 各种不同尺寸的Arduino上第7、8脚位的间距。
各种不同尺寸的Arduino上第7、8脚位的间距。
 
其他开发板PCBA制造商的设计也逐渐标淮化了。举例来说,Adafruit的Feather开发板系列就有标淮的配置,而且已经有仿制商和竞争品牌开始复制。
 
在较小型的市场中,也有一波PCBA制造商开始在单板上生产整合模组的趋势。经常会装在其他电路板上的齿形模组,已经成为现在利用微小表面黏着元件的主要管道,打进了没有工具或技术的广大社群中,让他们能直接使用。这个现象在ESP8266问世后特别明显,也让ESP-12的形式成为主流。RTL8710等竞争者现在也开始採用相似的配置,有的甚至有相容的脚位。
 
同样地,Raspberry Pi的配置也经常被模仿,有好几款新的开发板甚至完全照抄。其中之一是Asus的Tinker,它快速打下了低价媒体中心基础。热门的Raspberry Pi Zero最近也推出了无线版本,让它变得好用许多,势必会吸引他人模仿。然而我们并未观察到单板电脑全面性的尺寸标淮化,至少目前还没有。就像Arduino的排针,Raspberry Pi的排针也自然成为预设的标淮,而对SBC市场而言,或许这就够了。
 
便宜到可以视为抛弃式的运算技术
具有机上Wi-Fi的一般用途微控制器板现在不到两美元就能买得到,再多付些钱就可以买到单板电脑了。即使是对我们这些看着摩尔定律长大的人而言,这都很难想像,而我们已经进入的这个时代,运算技术不仅便宜,几乎可说是免费了。
 A Raspberry Pi Zero、ESP8266和CHIP。
A Raspberry Pi Zero、ESP8266和CHIP。
 
这改变了人们使用微控制器的方式。ESP8266已然成为赢家,而且许多方面都与那些对市场没有主见的PCBA制造商所推出的「什么都有」板大行其道,正迈向做为IoT的解决方案。
 
有时候,「刚刚好」最好。
ESP8266的成功也来自于它快速成长的社群。这个社群的聚集不是因为电路板提供的功能(已经有其他小尺寸的无线开发板),而是因为一项其他电路板没有的特点:价格。这让ESP8266成为Arduino和Raspberry Pi之外,Maker电子元件领域的「第三社群」。虽然成功的一部分来自ESP8266和Arduino的相容性,但ESP8266社群所打造的Lua开发环境其实更为普遍,显示出价格确实是趋使社群选择产品的动力。看来有时候只要「刚刚好」就好了。
 
​FPGA问世
现场可程式化闸阵列(FPGA)和微控制器有很大的不同。在微控制器上,你可以控制软体,也就是储存在晶片上的程式码。但在FPGA上是从一张白纸开始。你会需要设计电路。在设计出来之前,没有处理器会执行你的软体。
 刚从生产线出炉的SiFive SOC。
刚从生产线出炉的SiFive SOC。
 
这听起来很疯狂,但它给你的是更多的弹性。Maker FPGA的时代降临,但还没有大风行。现在Lattice的iCE40 FPGA已经有一套开源的工具链,另外也出现针对Maker市场推出的FPGA板,例如Alorium的XLR8。这些电路板在硬件层面提供更多弹性,让你可以随着物件的开发而调整硬件,而不是将它替换掉。
有趣的是,类似FPGA的晶片开始出现在「真正」的产品裡。例如Apple新推出的AirPods其实就是根据Cypress PSoC晶片所设计。
 
把机器学习封装起来
Arduino 101在推出时最引发大家好奇的特点之一,是电路板核心的Intel Curie中藏有的128节点神经网络。在它上市的几个月内,几乎不可能取得这个网络的任何消息或管道,只知道Intel保证说明文件和资料库支援「即将推出」。直到General Vision释出CurieNeurons资料库才改变了这个状况。其免费版提供了有限存取,「Pro」版每人19美元(几乎是开发板本身价格的三分之二),提供了完整支援,但对多数Maker而言,价格遥不可及。
看了Intel为Maker市场推出产品的结果后,以要求高效能的高阶Maker为目标的Galileo、Joule和Edison 等开发板系列近期几乎无预警地从市场撤出。现今的市场上,低阶开发板不断发挥出多数人没料到的极限,因此昂贵、缺乏说明文件的机型自然就很难有说服力。
 
大家对开发板到底有什么期待?
多数人和多数的Maker想要做的是解决问题。对某部分的人而言,电路板的规格很重要,但这些人佔极少数。部分PCBA制造商没认清、甚至一错再错的地方,是多数人并不需要超出需求的效能。他们宁可少付一点钱购买适合的工具,也不要花更多的钱得到多余的效能。总而言之,多数人并不需要万能的「至尊魔板」开发版,除非他们要拿来征服世界。


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