Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 184

К оглавлению

Опубликовано08 августа 2013

В первых числах августа по англоязычным новостным лентам промелькнуло известие о необычной сделке. За неназванную сумму была приобретена никому не известная Passif Semiconductor Corp. из Кремниевой долины. В самом характере покупки не было ничего, что привлекло бы внимание публики: несмотря на то что покупателем выступила компания Apple, уплаченная сумма, предположительно, не превышала сотни миллионов долларов (сущая мелочь по нынешним временам), да и ярких продуктов — вроде красивого мобильного приложения — у Passif нет, занимается она скучной для обывателя темой проектирования «полупроводников». Поэтому средства массовой информации сделку в общем не заметили.

И напрасно. Потому что, следуя в направлении, указанном Apple, мы окажемся в увлекательной области так называемых низкоэнергетических коммуникаций.

Эволюцию цифровых устройств можно измерять разными шкалами, и одна из них — это шкала энергозатрат при передаче данных. Древние модемы и сотовая связь оказываются среди самых расточительных подвидов: мощность сигнала тут измеряется единицами ватт. Популяризованный в конце 90-х IEEE 802.11, более известный как Wi-Fi, обеспечивает уже на порядок лучший «расход» (доли ватта). Непосредственно с ним граничит Bluetooth, пиковая мощность которого начинается с одной десятой ватта (для стандарта Class 1) и простирается вплоть до одной тысячной (для Class 3). Наконец, NFC обходится ещё меньшим. Проблема, однако, в том, что, несмотря на два десятилетия прогресса, коммуникации всё ещё остаются одной из самых энергозатратных функций для персональной электроники. И расслабиться, взять тайм-аут, не удастся: по мере того как вселенная бытовой электроники закручивается вокруг смартфонов и планшетов (см. вчерашнюю « Как смартфон с фотоаппаратом расправился»), нагрузка на коммуникационную часть растёт, в последние годы — лавинообразно.

Чем дальше, тем больше мы отходим от навязанной персональными компьютерами коммуникационной концепции «человек — человек». Мобильным устройствам вроде смартфонов всё чаще приходится не просто передавать речь или текстовые сообщения, а общаться с другими железками, причём зачастую весьма специфического свойства и функционала. В роли таких «неполноценных помощников» выступают, к примеру, гаджеты самоквантования(электронные браслеты, медальоны и прочее подобное, которые следят за физиологическими показателями человека и передают отправленные данные на смартфон), «умные часы», киберочки, электронные бирки (вроде показанной выше Tile).

А в ближайшем будущем ожидается настоящий взрыв их разнообразия за счёт появления бесчисленного множества локально-контекстных «маячков»: дешёвых, маломощных цифровых передатчиков, которые, будучи установлены в парках, магазинах, на автостоянках, да в любых общественных местах, помогут оказавшемуся поблизости человеку со смартфоном или самому смартфону сориентироваться (с точностью до сантиметров), получить какую-то ценную для данной точки информацию. Так, автомобиль, направляясь по сигналам таких маячков, сможет сам припарковаться, отдыхающие в парке узнают направление к аттракционам, посетитель музея будет сопровождаться автоматическим гидом, покупателю, покидающему магазин, вручат виртуальный купон и т. д. Важно, что связь во всех этих случаях должна вестись посредством чрезвычайно энергоэкономичного протокола, чтобы «маячки» могли работать месяцами без подзарядки, не выключаясь, а смартфон в столь интерактивном пространстве продержался хотя бы день.

Концепцию локально-контекстных устройств сейчас активно прорабатывает Apple (см. location beacons в iOS 7) и в меньшей степени Google (вспомните инициативу Android@Home), но, честно говоря, пионером тут была Nokia. Её стратеги ещё в середине «нулевых» предвидели время, когда мобильник будет нужен не столько для редкой связи человека с человеком, сколько для постоянных межмашинных коммуникаций. Вопрос энергозатрат в такой ситуации станет критически важным. Существующие популярные коммуникационные технологии ответа на него не дают: они либо слишком прожорливы, либо чересчур «близоруки». Пробел восполнила Bluetooth Low Energy, ставшая к настоящему моменту де-факто лидером низкоэнергетических коммуникаций.

Опершись на фундамент Bluetooth, Nokia в 2006 году выдала беспроводную технологию под кодовым именем Wibree. Позже она вошла в официальные спецификации Bluetooth и стала известна как Bluetooth LE или Bluetooth SMART. Несмотря на схожее имя и близкие технические характеристики (те же частоты, те же скорости, похожий метод передачи данных), Wibree предполагает серьёзные аппаратные и программные изменения, вследствие чего совместимость с более ранними версиями Bluetooth односторонняя (старые смартфоны не удастся научить работать с Bluetooth LE-устройством). Но оно того стоит: простое Bluetooth LE-устройство, запитанное одной батарейкой, теоретически может работать месяцами.

Достигается это не столько снижением мощности сигнала (которая в целом осталась той же — тысячные или сотые доли ватта), сколько хитрой оптимизацией коммуникационного протокола. Его, во-первых, упростили, а во-вторых, реализовали намного более быстрый диалог (то, что называют duty cycle: запрос — передача ответного пакета — конец связи). Когда цикл «запрос — ответ» отнимает в десятки раз меньше времени, то и энергопотребление снижается соответственно (в идеале — стократно!). Bluetooth LE уже поддерживается топовыми смартфонами и планшетами (iPhone 4S и 5, Galaxy S III и IV, Lumia, Nexus 7; правда, андроидовские и Windows-устройства требуют обновления операционных систем до последних версий), множеством недокомпьютерных устройств (они иллюстрируют колонку).

Таким образом, с Bluetooth LE Apple знакома не понаслышке. Так для чего ей понадобилась Passif? Дело, вероятно, в том, что Passif — смелый экспериментатор. Основанная парой молодых дипломированных электротехников в 2006 году, компания собрала полтора миллиона венчурных инвестиций и занялась проектированием суперэкономичных коммуникационных чипов «с нуля». Её фишка — оригинальные патентованные полупроводниковые решения, которые позволяют радикально снизить энергопотребление. Помимо прочего, в её портфеле обнаружен патент на коммуникационное устройство, способное поддерживать связь вовсе без батареек, за счёт наведённых в антенне токов — подобно RFID-чипам, но, вероятно, на б о льшие расстояния и со скоростями, пригодными для более сложных задач, нежели простая защита от воров или выдача нескольких килобайт информации.