近期物联网领域最大的事,莫过于10月初 CSA连接标准联盟宣布Matter 1.0技术规范和认证流程正式发布。智能家居品牌可以对其产品进行相关测试和认证,一旦获得认证,公司就可以开始销售带有Matter 标志的设备。这是智能家居发展史上的里程碑事件,意味着来自物联网生态从芯片到零售,各个环节的联盟成员公司自此拥有了一套完整解决方案,能够为市场提供跨品牌和跨生态互联互通的新一代产品,让消费者体验更好的隐私保护、安全和便捷。
在这之前,安全性和互操作性是智能互联设备的最大挑战,在将新设备带入家庭时,消费者需要新老设备之间互联互通的便捷性和灵活性,也需要相信这些联网设备的安全性,这对于大规模市场采用至关重要。以往的物联网行业,各巨头的互联产品均基于自家生态的封闭平台,直到2019年12月,智能家居开源标准Matter首次由亚马逊、苹果、谷歌、三星 SmartThings 和ZigBee联盟联合发起提出,当时还被称为IP互联家庭项目(Project Connected Home over IP,简称CHIP)。该项目旨在开发、推广一项免除专利费的新连接协议,将 Zigbee、Thread、蓝牙和 Wi-Fi 等不同组件整合到一个总体标准中,以简化智能家居设备商开发成本,提高产品之间兼容性。
2021年5月,Matter取代了原先的CHIP成为该标准的正式名称,ZigBee联盟也更名为连接标准联盟(Connectivity Standards Alliance,简称CSA)。Matter概念的出现,让不同品牌设备之间实现了内置的互操作性,制造商能够扩大生产规模,也使消费者能够在亚马逊、苹果和谷歌等生态系统中进行组合和匹配,让无数智能互联设备在一起无缝协作,体验大大提升。
根据全球技术市场研究公司ABI Research的最新报告,从2022年到2030年,将有超过55亿台符合Matter标准的智能家居设备出货,Matter的重要性不言而喻。
Matter落地带来的实际价值
“在第一批Matter认证设备中,如涂鸦、绿米等智能家居大厂都有用到芯科科技(Silicon Labs)的SoC方案。Silicon Labs是Matter初始会员,也是半导体领域Matter源代码最大贡献者。”日前,Silicon Labs中国区总经理周巍(Anthony Zhou)在接受《电子工程专辑》采访时说到,Matter的出现是物联网行业的一个里程碑,其落地后的实际价值可以从三个角度去看。
Silicon Labs中国区总经理周巍(Anthony Zhou)
首先从最终消费者的角度,有了Matter后对产品的选择面和兼容性会变宽。简化了设置和控制后,不再局限于某一个品牌,或是只能在一个生态中实现互操作;
其次对于开发人员,开发成本会大大降低。因为Matter是基于IP层运行的,所以对于SKU较大的公司,能够大大缩短开发时间,降低开发难度以及运营成本;
最后从商业应用角度,运营成本得到大幅度降低。Matter为终端销售人员提供了识别可协同工作产品的能力,这可以降低购买门槛、实现销售量最大化、降低库存和培训任务量,并使退货率降到最低。
周巍用一张图回顾了Silicon Labs在Matter上的发展路线,蓝色部分是CSA连接标准联盟的milestone,红色部分则是Silicon Labs的milestone。
其中第三个红点,也就是今年下半年Silicon Labs针对Matter做的最新工作——发布Matter Release 4.2 GSDK在GitHub上与行业分享。此外还包括公司最新基于Wi-Fi 6的Matter over Wi-Fi解决方案。“尽管Silicon Labs已经在Mesh网络方面做得不错,但是并不只局限于Matter over Thread,我们的Matter解决方案是一个非常完备的端到端方案,”周巍说到。
从路线图上我们还能看到Matter 1.1认证标准预计将在2023年春季发布,同时Silicon Labs的Release 4.3 GSDK也会与CSA联盟同步在明年上半年发布。据悉除了Zigbee和Z-Wave桥连,Silicon Labs接下来也会考虑到sub-GHz无线连接、Wi-SUN等产品的桥连。
消费者最关心的问题:旧设备怎么办?
作为普通消费者,最关心的可能不是技术发展到了哪一步,而是家中已有的智能家居产品能否借助Matter实现互联互通。
对此周巍表示,Silicon Labs不仅仅支持桥接新的Matter产品,同时我们也支持桥连现有的、已经部署的Zigbee和Z-Wave产品。家中的旧设备即使不原生支持Matter,只要其硬件能力支持,就可以通过桥接和Matter网络转化为互联互通。例如智能音箱可以用Silicon Labs的Unify SDK升级来启用Matter,之后变成可同时运行两种协议和桥接,既保留现有设备和连接,又可以新无线设备的身份加入Matter网络。因为Unify SDK可为Z-Wave、Zigbee提供现有协议转换的功能。
“比如一台OpenThread边界路由器,Silicon Labs的产品从MG12/13系列到MG21/24都可以为Matter协议栈提供主处理器支持。如果设备是采用Linux操作系统的Arm A系列处理器,就可以用作边界路由器,通过它和Matter实现Zigbee等其他协议的桥接,使用相同的802.15.4连接进行转换,同时用Zigbee和Thread接入Matter网络。”周巍说到。
所以总体来说,旧设备接入到Matter网络中有两种方式:一是桥连接,用一颗小小的桥接器来提供转换;第二,如果采用的是Silicon Labs的MG12/13无线SoC或最新的MG21/24,芯片有足够资源去支持Matter,可以用Unify SDK做OTA升级后加入Matter网络。
Silicon Labs为Matter做了哪些事?
Matter 1.0虽然已经落地,但仍在初始阶段中,所以当前主要目标应用还是集中在智能家居领域。从CSA联盟公布的目前已通过Mater 1.0认证或者测试的产品可以看出,大部分还是集中在照明和电器产品类别。但是预计接下来全球范围的Matter产品组合中会有越来越多的新应用,包括电视、接入点和桥连接口等。
Matter的网络拓扑结构
从Matter的网络拓扑结构可以看出,Matter的桥接(Bridge)应用是很重要的方向。现在Matter原生支持Matter over Wi-Fi和Matter over Thread,但利用桥接就可以把原先已部署的Zigbee、Z-Wave设备完全地桥连到整个Matter生态系统中。设备可以使用蓝牙进行调试,Thread设备也可以通过边界路由器连接。
未来,随着Matter 1.0的发布和系统化的推动,Matter的更多应用将不仅仅局限于智能家居,更多的Matter设备会应用到工业领域,尤其是传感器部分。周巍表示,Matter也将结合人工智能和边缘计算等功能,籍由Silicon Labs MG24/BG24等集成人工智能和边缘计算功能SoC推动的新应用。
对于Matter来说,Silicon Labs不只是芯片提供商。据悉,公司已针对Matter设备、边界路由器和桥接应用等需求提供了一站式的资源,包括:
- 硬件:经过验证的SoC 和模块、支持Thread 、蓝牙和Wi-Fi, 并已为Matter 设备提供了强大而可靠的无线基础;
- 软件:为所有Matter 软件提供一站式服务,包括设备、边界路由器和桥接器;
- 工具:先进的开发硬件、参考设计和工具,简化开发并加快上市时间;
- 认证:已部署了50,000 多台Wi-Fi和 802.15.4 终端产品,支持终端产品认证。2022 年中Matter 经过认证。
开发人员可以地利用Silicon Labs的硬件和软件工具,包括一体化软件开发工具包(Unify SDK)、Gecko SDK和Simplicity Studio物联网开发环境,将Matter桥接到其他的IoT开发平台,比如Wi-Fi、Zigbee、Thread和Z-Wave等。
“Unify SDK就像我们的SDK图书馆一样,包含了Zigbee、Z-Wave等协议。要把所有的SDK打包在一起,首先芯片产品必须支持这些底层协议栈,其次要有操作系统才能把他们融合到一起。”周巍说到。
此外,Silicon Labs从去年开始还增加了器件定制制造服务(CPMS),可以为客户量身定制芯片和模组并提供生产服务。据介绍,Silicon Labs推出该服务是因为很多客户对更高安全性的要求,CPMS服务将为客户定制的每颗芯片在出厂时带一个ID,即便Silicon Labs也不知道该ID,只有最终客户才有掌握这个ID的权利。
“哪怕客户在把他的产品交给代工厂生产之后,在觉得有风险时也可以随时随地监测到这颗芯片。其内置的安全措施可以随时随地升级,在面临风险或被攻击时,可随时启用远程升级(OTA)来关断这颗芯片。”周巍说到。
在Matter标准的开发过程中, Silicon Labs贡献的源代码超过整个程序代码总量的17%(数据截止2022年2月16日),在所有的贡献者中排名第三,仅仅次于Apple和Google。在所有半导体厂商中,Silicon Labs也是源代码贡献量最大的。
Silicon Labs 是Matter GitHub第三大贡献者,最主要的贡献是过去近20年中在支持Zigbee协议中取得的市场经验、研发经验和这些应用层的开发工具,包括:
ZCL 解析器 (ZAP 工具)
• 取代应用程序构建器
• 独立的工具,不再与Studio绑定
可移植的Zigbee应用程序框架应用程序框架
• 框架链接
灯光 、 门锁和窗帘控制器示例
• MG12和MG24提供支持
与业内其他芯片厂商的竞合关系
关于Silicon Labs为Matter贡献的代码是否有排他性的问题,周巍称:“我们的代码没有排他性,因为Matter本身就是一个开放平台,我们也会去尊重开放的标准。”
他表示,现在Silicon Labs最重要的工作是和CSA联盟内外的伙伴合作,先把Matter生态做大,因为只有以开放的态度把生态做大,大家才会做的更好。众人拾柴火焰高,现在需要包括设备厂商、芯片厂商、系统厂商和集成商一起把Matter做好做大,不仅在智能家居,而且在工业、商业等更多领域中更广泛地落地生根和开花结果,才是大家乐于见到的。
当然在这个过程中会有竞争,但周巍认为这些竞争是良性的,因为这种竞争的前提是把生态和系统做好。Silicon Labs在这个良性竞争中,也有着独特的优势:
第一,对于大部分芯片厂商,物联网可能只是其一个部门或一条产品线,但是Silicon Labs在去年7月将汽车和基础建设业务出售后,已经”All-in”物联网;
第二,Silicon Labs是业界除了蜂窝式连接产品以外,支持通信协议最齐全的芯片提供商,这些协议能够覆盖所有的应用场景;
第三,Silicon Labs有着完善和稳定的软件系统支持,提供Silicon Labs Simplicity Studio平台来简化开发,Unify SDK来帮助用户将其开发成果应用到多种协议中,以及稳定可靠的各种协议栈;
第四,在美国、欧洲和中国等全球范围内,Silicon Labs和各大生态系统有着良好合作。
Silicon Labs支持Matter的产品组合
目前Silicon Labs的Matter和Thread产品组合,最新的芯片是其第二代(Series 2)多协议无线SoC MG24和MG21,基于40nm工艺。第一代产品MG12和MG13无线SoC此前已获不少用户采用,所以在硬件方面,目前Silicon Labs提供的两个系列芯片均全面支持Matter over Thread应用。
周巍展示了一张Matter over Wi-Fi的产品路线图。据介绍,2022年下半年Silicon Labs已经可提供的方案是利用MG12和MG24作为MCU Host,加上RS9116 Wi-Fi SoC或WF200 Wi-Fi收发器来实现Matter over Wi-Fi。RS9116作为一颗超低功耗Wi-Fi收发器,可支持Wi-Fi 4并与MG24无线SoC组合形成Matter over Wi-Fi 4解决方案。
据悉,在Matter over Thread领域中,目前绝大部分产品是基于MG24开发的,这款SoC也是Silicon Labs的Matter平台核心。
在2022年Works With开发者大会上,Silicon Labs推出了超低功耗SiWx917 Wi-Fi 6及BLE组合SoC。SiWx917的一个优势是目前业界最长覆盖距离的连接能力,能够一直保持超低功耗Wi-Fi连接,利用单颗SoC就可支持Matter over Wi-Fi 6。该方案现已进入Alpha阶段,周巍预计明年年中可大批量量产。在Alpha阶段中,Silicon Labs还会有意选择一些战略客户做合作研发。
当前中国国内厂商对于Matter 1.0的发布反应非常积极,尤其是涂鸦、绿米和利达信等产品线较为齐全厂家。周巍表示:“我们认为Matter不仅仅是一个里程碑,它还会让整个物联网或智能家居、智能工业等应用发生天翻地覆的变化。这个市场会越做越大,这也是Silicon Labs作为一家半导体厂商乐于见到的。”