变革是电子领域永恒的主题，今年初在拉斯维加斯举行的国际消费电子展(CES)上，电子工程专辑美国的编辑们发现消费电子领域正发生翻天覆地的变化。我们相信下面列出的十大技术将改变今年的消费电子市场。

GPU计算

    在图形处理单元上完成的通用计算或“GPU计算”领域中，传统由系统CPU或应用处理器完成的某些计算现在可以卸载到GPU完成。在图形渲染管线中增加可编程管线、调度程序和高精度浮点功能可以实现GPU计算技术，但直到现在由于缺少系统级和软件级支持而阻碍了它的发展。随着API和并行功能编程语言(如CUDA、DirectX计算、OpenCL、OpenGL Shading语言和Renderscript计算)的推出，这种情况就将得到改变。

将程序的内部并行环路从CPU卸载到GPU可以提高性能和节省功耗。由于GPU能够降低功耗、改善显示器的视觉效果、改善游戏和用户界面的响应性能，因此实际上比CPU还要重要。

在GPU已有的图形渲染任务中增加GPU计算是将CPU精简成只是一个管理型处理器或主处理器的另外一个步骤。已经在GPU上计算的应用包括移动物体的物理过程，作为渲染之前场景计算的一部分；能够受益于GPU计算的应用，包括数学函数、2D和3D场解算器、仿真器、加密、筛选和排列以及一些数据库功能。

上述趋势的支持者包括以图形芯片和CUDA并行编程平台著称的英伟达(Nvidia)公司；提供API定义(如OpenCL和OpenGL)的Khronos行业组织；提供Mali系列GPU的ARM公司，包括在架构设计时就考虑了GPU计算的版本(T604和T658)；提供PowerVR系列GPU内核的Imagination Technologies公司。

无处不在的Android

    谷歌Android将成就下个十年，就像微软的Windows在20世纪90年代出尽风头一样。Android将成为电子市场中涌现出的无数有趣和多样化设备的软件支撑平台。

几十年来，电子行业一直在寻找免费、开源的通用软件基础，但经常徒劳无功。20世纪80年代出现了针对计算机采用统一Unix的探索。最近，研究目标变成了单一版本的移动与嵌入式Linux，希望能给从主流智能手机、平板电脑和联网电视到工厂车间所用系统的所有设备提供动力。

谷歌的Android系统比以往任何东西都更接近实现这个梦想。由于ARM处理器的处理能力不断增强，Android还将成为笔记本电脑和PC机的操作系统。

在智能手机领域，Android出货量已经超越苹果的iOS和其它替代性操作系统。来自手机制造商的广泛支持是在所有系统中长时间使用的最好保证。谷歌最近正在将平板电脑和智能手机的功能合并到被称为“冰淇淋三明治”的Android4.0中，从而使代码库具有了更加坚实的基础--至少目前是这样。

不过，Android相对来说仍然不成熟。直到2011年，谷歌才发誓在平台上支持USB。目前已有大量工具可以用来完善Android，使之担当不同的角色。Mentor Graphics很早就这样做了。最近风河也推出了用于嵌入式系统的工具和Android变种软件。

Win8支持ARM架构

   Windows 8在设计时就考虑了触摸屏，能够支持鼠标、键盘或触控笔输入，是微软第一款同时支持ARM和X86处理器的操作系统。

Windows 8采用了基于Metro的界面。Metro是微软开发的基于排版的一种设计语言，最早是为Windows Phone 7开发的。这种用户界面由一组更新图标(提供从电子邮件到社交网络、从日历到联系人等应用)组成，要求屏幕分辨率为1024x768或更高。

Metro的外观感觉也被应用于IE 10，后者是一款随微软的新操作系统发布的HTML5浏览器。然而，对于那些偏爱更加传统的Windows感觉的用户，可以通过修改Windows注册表关闭Metro用户界面

Win8具有许多特色功能，如基于照片的最新认证；支持USB 3.0；内置Windows应用商店；支持多个监视器，能够显示不同的背景图像和定制的任务条，从而实现多台PC体验。Win8操作系统包括一个封装好的、基于Silverlight的应用模型，名为AppX，还包括开放打包约定。该模型可以在Windows To Go格式的USB连接驱动器上直接运行，目标是企业应用。

为了进一步支持云计算，微软还可以利用Windows Live ID支持在不同计算机上支持本地PC体验。这种技术可以保存用户帐号设置，无论用户在哪里登录都可以再次应用这些设置。

Win8操作系统的混合启动(Hybrid Boot)功能可以实现更快的启动和关机功能，虽然这个功能并不意味着运行ARM版本Win8的设备可以运行其它操作系统，如安卓。

英特尔、英伟达、高通和TI等公司都表示他们将提供运行Windows 8的设备，但至今为止在ARM处理器上演示Win8操作系统一直受到微软的严格控制。

 

运动处理

   运动处理器在MEMS传感器的帮助下不仅能探知设备的方位，而且能确定设备在三维空间中的前进方向和绝对位置。将来自加速度计、陀螺仪、罗盘和高度计(大气压力传感器)的数据流整合在一起，就可以实现对任何对象的跟踪。手势能够控制硬件(从游戏机到汽车导航系统)或通知软件(从安全协议到基于位置的服务(IBS))。

MEMS惯性传感器曾经是陀螺万向支架等保持太空船和舰艇运行轨迹的设备中的关键器件，如今已经具有足够小的体积、足够便宜的价格和足够低的功耗，因而被广泛应用于体积小巧的移动设备中。

几乎一夜之间，MEMS惯性传感器就成为了从跌落检测(例如在硬盘撞击地面之前将硬盘锁住)到手势识别(例如只是将iPhone 4S靠近耳朵边就能激活Siri)等各类应用的标准配置。智能电视机开始采用带有MEMS的遥控器，能够利用从Hillcrest Labs和Movea获得的运动处理算法许可，更加精确地控制屏幕上的光标。

2012年，移动设备制造商将开始集成完整的惯性导航单元(INU)，其中包含预校准的加速度计、陀螺仪和磁力计。Invensense公司已经发布了采用单个4平方毫米封装的INU，几乎可以为所有移动设备提供LBS(基于位置的服务)、增强现实和资产跟踪等服务支持。

非触摸人机界面

非触摸人机界面的首次商用是在基于PrimeSense公司平台的XobKinect上实现的，其红外发射器和检测器可以识别人在半空中做出的手势。2012年将会出现许多基于相机的其它非触摸人机界面，包括去年微软从Canesta公司收购的解决方案。

微软准备推出一系列基于红外线的人类手势界面，用于基于Canesta红外芯片的移动设备。这种技术使用像素级时差测距方法，来推断距场景中任意物体的距离，与光线无关，也不受其它物体阻挡或与背景物体混合的影响。

TI公司最近发布了一种替代性的非触摸界面解决方案，该方案使用了LightCrafter数字光线处理器(DLP)。先使用结构化光线照明技术将光线条投射到用户的手上，然后用传统的图像芯片测量光线条中的失真结果，最终实现能够推断手的3D形状的算法。

FlashScan3D公司(德州理查森市)已经在一种技术中使用了TI的LightCrafter，这种技术无需触摸就能实现指纹的读取。该公司承诺今年还将推出更多的应用。

TI公司还在与Neonode Technologies AB(瑞典斯德哥尔摩)公司合作，后者提供红外光学检测器，并将这种检测器嵌入Barnes & Noble、Kobo和索尼公司电子书阅读器触摸屏周围的框内。与NextWindow公司(加州普莱森顿)为惠普TouchSmart PC机设计的更大版本类似，Neonode的移动设备版本用户无需将手指按压显示器就能操作设备，从而有利于减少指纹。

爱说话的智能代理

Siri是一款执行语音命令的基于云的智能代理，能够以自然对话的方式直接回答问题，因此不再需要使用搜索引擎。Siri是美国国防高级研究项目机构计划的产物，最开始作为会学习和组织的认知助理(CALO)。在斯坦福研究院开展的CALO工作人员于2007年独立出来成立了一家商业公司，后于2010年被苹果收购，并于2011年在iPhone 4S实现Siri。

Siri的基于云的自然语言理解(NLU)功能整合了来自Nuance Communications公司的语音识别技术、用于苹果应用程序的语音命令功能以及来自WolframAlpha公司的询问处理技术。用户可以发出话音命令进行拨号、发送短消息、布置日历事项、设置提醒、获取方向、发送电子邮件、查询天气报告、获得最新股票价格、设置叫醒闹钟、浏览地址簿、记笔记或选择音乐播放。

话音咨询使用WolframAlpha知识库来回答问题。当使用WolframAlpha不能提供满意答案时，Siri可以将问题转发给用户选择的搜索引擎(与谷歌话音相似)。

其他公司也已做好自然语言理解(NLU)黄金发展期的准备。IBM公司今年有望修改从开放高级问题回答组织(OAQA)获得的Watson问题回答人工智能技术来回答医生的提问。

新型硅材料--石墨烯

碳纳米管和平面石墨烯板正在带来一场电子革命，最终将替代电子设备中的大部分金属和硅，并逐渐实现更快、更轻和更低功耗的产品。

今天，这种新材料仅仅用于迫切需要的地方，例如替代平板显示器中日益稀有和昂贵的铟－锡氧化物。喷墨打印机可以沉积纳米管墨水形成显示器甚至太阳能电池用的透明电极阵列图案。因为碳电路可以在低温条件下印刷，所以像OLED等要求柔性基板的应用都开始转用基于碳的墨水，其电子迁移率要比目前使用的有机材料高10倍。

碳的热属性也是可调的，正在这种属性促进了纳米管带的发展，这种管带将于2012开始替代传统的焊盘。沉积在平板上的石墨烯最终将替代金属互连、半导体和绝缘氧化物。IBM最近展示了一款使用石墨烯的2GHz晶体管，TI最近则展示了在完整晶圆上生长石墨烯的进度。

最近在Brookhaven国家实验室的实验表明，石墨烯可以将超级电容的能量密度提升至与可充电电池相同的规格，但寿命可以比电池长出25年。研究人员还在研究石墨烯的弹道电子传送性能，希望利用量子、光学和磁性效应分别实现计算、通信和更高密度的存储电路。

嵌入式视觉

嵌入式视觉将嵌入式系统和计算机视觉合并在一起。业界正在试图通过数字处理和智能算法实现计算机视觉，并用来翻译图像或视频中的意思。功能强大、成本低和能效高的处理器是这种技术的关键助推器。

微软的Xbox Kinect免提游戏控制器使用嵌入式视觉跟踪玩家的运动。今后几年中针对大量应用开发的嵌入式视觉解决方案有望得到快速发展。例如，嵌入式视觉联盟(EVA)创始人Jeff Bier认为，基于嵌入式视觉的车载安全系统将显著减少汽车事故的数量。

去年，Berkeley Design Technology(BDTI)公司领导的一群公司组织EVA指导系统开发人员设计了实用的嵌入式视觉平台，包括芯片、照相机、算法、工具和编程语言的选择。在20多家EVA成员间有多家研究设备平台和设计工具的半导体公司，包括AMD、ADI、CEVA、飞思卡尔半导体、Intel、美信、英伟达、TI和赛灵思。

EVA成员将力图解决仍然阻碍这种技术发展的难题，使其成为手势识别系统中的一个通用特性。在针对多学科领域的任务列表中，开发工作涉及照明、光学、图像传感器、处理器、复杂算法和软件代码。

家庭保健中心

家庭保健中心用于集中来自病人家庭中各种传感系统的数据流。单个无线路由器可以将云资源连接到环境传感器(针对温度、湿度和空气质量)、医疗传感器(如血压监视器、血糖仪、体重计和脉搏血氧计中的传感器)以及可以调用个人紧急响应系统(PERS)的可佩戴传感器。许多家庭现在都通过Wi-Fi路由器连接互联网，但家庭保健中心不能有死角，因此要求更加安全的无线连接层。

家庭保健中心已经由具有前瞻性的医疗服务提供商上市经销，如Independa公司。该公司在CES数字保健高峰会上展示了自己的系统。Independa公司的Artemis软件通过由Boston Life Labs制造的Hbox无线中心监视医疗与安全设备以及家庭环境传感器。Hbox将收集到的数据以数据流的形式送到Independa的云服务器，供记录和医疗分析。

飞思卡尔公司有一款针对家庭保健中心的参考设计，它将Wi-Fi、以太网、USB、蓝牙和ZigBee集成进路由器，并通过路由器同时与云资源(如微软的HealthVault)和病人的平板电脑进行通信。这款参考设计包括了亚GHz的无线电设备，可以用来激活PERS。

基于位置的服务

移动设备可以通过移动网络访问基于位置的服务(LBS)。据市场观察公司Pyramid预测，2015年移动运营商的LBS收入有望从2010年的28亿美元增加到103亿美元。

在LBS底层，定位技术供应商提供用于判断用户位置的硬件或软件解决方案。辅助GPS(A-GPS)用于改善卫星定位系统的启动性能或首次维修间隔时间，并能通过扩展与具有GPS功能的蜂窝电话一起使用。A-GPS通过蜂窝网络收集和存储有关卫星位置的信息，并在GPS信号不可用时使用蜂窝铁塔提供的信号计算位置。

在CES上，A-GPS芯片供应商CSR展示了其SiRFstarV和SiRFusion平台是如何实现室内导航的。这个平台芯片支持GPS、伽利略、GLONASS和Compass卫星，能将多个卫星信号和传感器输入“融合在一起”，因而能连续提供精确的位置数据。SiRFatlasV ARM 11/DSP双内核架构无缝集成了CSR的音频和连接平台。

博通(Broadcom)公司通过收购Global Locate公司也成为了A-GPS解决方案的提供商。其BCM4750 GPS接收器将基带部分和低噪声无线前端集成在一起，设计用于连接个人导航设备中的主处理器。博通公司表示，由于BCM4750是一款基于主机的GPS IC，因此能够以最小的PCB面积提供最高的定位性能。