2025.08.15

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引領低功耗物聯網技術的代際革新：Nordic nRF54L與nRF52系列能耗與效能的全面比拚!

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[台灣，2025 年 08 月 15日]

在物聯網（IoT）的蓬勃發展浪潮中，低功耗無線技術已成為核心驅動力。晶片作為設備的大腦，其處理效能與能源效率直接決定了產品的續航力、反應速度與功能上限。長期以來，Nordic Semiconductor 的 nRF52 系列以其優異的平衡性，成為市場上最受歡迎的低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy）解決方案之一。然而，隨著應用場景日益複雜，對高效能和超低功耗的需求與日俱增，Nordic 推出了新一代的 nRF54L 系列，預示著一場技術跨世代間的革新。本文將深入探討並對比 nRF54L 與 nRF52 兩大系列，從處理能力、能源效率到整體設計理念，全面剖析新一代晶片所帶來的革命性進步，並評估其如何重新定義未來低功耗物聯網的設計標準。

1. SoC 規格比較

1. 處理器 (Processor)

· nRF54L：採用 128 MHz Arm Cortex-M33 處理器。

· nRF52：採用 64 MHz Arm Cortex-M4 處理器。

nRF54L 的處理器頻率是 nRF52 的兩倍（128 MHz vs 64 MHz），且採用了更先進的 Arm Cortex-M33 架構。Cortex-M33 支援 TrustZone 技術，並在效能和功耗方面通常優於舊款的 Cortex-M4。

2. 記憶體 (Memory：NVM & RAM)

· nRF54L：

o NVM (非揮發性記憶體)：最高1.5 MB。

o RAM (隨機存取記憶體)：最高256 KB。

· nRF52：

o NVM：最高1 MB。

o RAM：最高256 KB。

nRF54L 在非揮發性記憶體容量上有所提升，從 1 MB 增加到 1.5 MB，這為更複雜的應用程式、韌體、資料儲存或韌體更新（OTA）提供了更大的空間。兩者的 RAM 容量相同，但由於 nRF54L 的處理器更強大，其對 RAM 的管理和利用效率可能會更高。

3. 無線通訊 (Wireless)

· Bluetooth LE version: 兩者皆支援 6.0。

· Bluetooth Channel Sounding：nRF54L 支援，nRF52 不支援。

· TX power (發射功率)：兩者皆可達 8 dBm。

· RX sensitivity (接收靈敏度):

o nRF54L：-96 dBm

o nRF52：下至 -97 dBm (Down to -97 dBm)

nRF54L和nRF52都支援最新的藍牙 6.0 標準，並具有相同的發射功率。然而，nRF54L的一個顯著新功能是Bluetooth Channel Sounding (藍牙通道測距)，這是一項用於精確測量距離的新技術，對於需要高精準度定位的應用（如數位鑰匙、資產追蹤）至關重要。在接收靈敏度方面，nRF52似乎略勝一籌（數值越小越好），但兩者的差距非常小，可以視為在無線性能上表現相近。

4. 協同處理器 (Coprocessor)

· nRF54L：內建 128 MHz RISC-V coprocessor。

· nRF52：無 (N/A)。

這是nRF54L系列的一個重大新特性。它除了主處理器Arm Cortex-M33之外，還內建了一個高效能的RISC-V協同處理器。這個協同處理器可以獨立或協同主處理器處理特定的、計算密集型任務（如加密、感測器資料處理等），從而為主處理器分擔負擔，進一步提升整體效能和能效。

5. 周邊介面與功能 (Peripherals & Features)

· Highlighted digital interfaces (主要數位介面)：

o nRF54L：High-speed SPI/UART。

o nRF52：High-speed SPI, 12 Mbps USB, QSPI。

· Highlighted peripherals (主要周邊)：

o nRF54L：14-bit ADC, Global RTC。

o nRF52：12-bit ADC。

nRF54L類比數位轉換器(ADC)精度上有了提升，從nRF52的12-bit升級到14-bit。這意味著它可以更精確地測量類比訊號，對於高精度感測器應用至關重要。nRF54L也新增了 Global RTC (即時時鐘)，有助於跨系統同步時間。nRF52雖然支援USB和QSPI，但nRF54L的新特性更側重於提升核心計算和感測器數據處理的能力。

6. 安全性 (Security)

· Isolation (隔離)：兩者都支援TrustZone。

· Cryptographic accelerator (密碼加速器)：

o nRF54L：Yes, with side-channel leakage protection (支援，並帶有側通道洩漏保護)。

o nRF52：Yes。

· Tamper detectors (防篡改偵測)：nRF54L支援，nRF52不支援。

nRF54L在安全性方面有顯著強化。雖然兩者都採用TrustZone技術來實現硬體級的隔離安全，但nRF54L的密碼加速器新增了「側通道洩漏保護」，可以有效抵禦更先進的攻擊手段。此外，nRF54L還內建了「防篡改偵測器」，可以偵測物理攻擊並採取應對措施，這對於金融、工業和高階醫療等對安全性有嚴格要求的應用非常關鍵。

7. 通用輸入/輸出 (GPIOs)

· nRF54L：32 個。

· nRF52：48 個。

nRF52在GPIO數量上比nRF54L更多。這表明在需要連接大量外部周邊或擴充多個介面的應用中，nRF52可能會提供更大的靈活性。

2. nRF54L系列第四代2.4 GHz無線電資料傳輸耗能比較

透過以上兩張條形圖表清晰地展示了發射 (Transmit) 和接收 (Receive) 模式下的電流消耗差異。

1. 發射 (Transmit) 模式功耗比較

這張圖比較了在不同發射功率下（0 dBm、+4 dBm、+8 dBm），nRF54L與nRF52的電流消耗。圖表顯示的都是在3.0V電壓下的電流 (mA)。

· 0 dBm發射功率：

o nRF54L的電流消耗比nRF52低 22%。

· +4 dBm發射功率：

o nRF54L的電流消耗比nRF52低38%。

· +8 dBm發射功率：

o nRF54L的電流消耗比nRF52低39%。

nRF54L在發射無線訊號時，其功耗顯著低於nRF52。特別是在較高發射功率(+4 dBm 和 +8 dBm)下，功耗的降低幅度達到了驚人的 38% 至 39%。這表明nRF54L的無線電模組在能源效率上有了巨大的進步，能夠在維持相同或更高訊號強度的同時，大幅延長設備的電池壽命。

2. 接收(Receive)模式功耗比較

這張圖表則比較了在接收無線訊號時，nRF54L與nRF52的電流消耗。

· 接收模式下：

o nRF54L的電流消耗比nRF52低49%。

nRF54L在接收模式下的功耗表現尤為出色，電流消耗幾乎是nRF52 的一半。對於大部分時間處於接收待機狀態的物聯網設備（例如等待指令或數據的感測器），這項優勢至關重要。極低的接收功耗能夠顯著減少設備的靜態功耗，進而大幅延長設備的整體續航時間。圖表充分展示 nRF54L 系列在 無線電通訊功耗方面的巨大優勢。

· 發射功耗低：在發射數據時，nRF54L 能夠節省高達 39% 的電量。

· 接收功耗極低：在接收數據時，功耗降低近一半，這對於大部分處於低功耗待機狀態的設備來說，是決定性的優勢。

3. 運算效能及耗能比較

3.1 差異性分析

1. 處理能力 (Processing Power)

· nRF54L：具備超過 nRF52 兩倍的處理能力。從 CoreMark 分數來看，nRF54L 的分數為 505，而 nRF52 僅為 212。這意味著 nRF54L 在執行相同的計算任務時，能以更高的速度完成，處理更複雜的演算法或更多的資料。

· nRF52：處理能力相對較弱，CoreMark 分數較低，約為 nRF54L 的 42%。

2. 處理效率與能耗 (Processing Efficiency & Power Consumption)

· nRF54L：處理效率是 nRF52 的 三倍以上。

o 從 CoreMark/mA 指標來看，nRF54L 的數值為 208，遠高於 nRF52 的 64。這表示 nRF54L 在消耗單位電流時能完成更多的計算工作，能源利用率極高。

o 從 uA/MHz 指標來看，nRF54L 的數值為 19，遠低於 nRF52 的 52。這表示在相同的時脈頻率下，nRF54L 的功耗更低。

· nRF52：處理效率較低，在執行相同的計算任務時，需要消耗更多的電流。

3. 工作負載執行時間與平均功耗 (Workload Execution Time & Average Power)

· nRF54L：由於其處理能力強、效率高，執行固定的工作負載所需的時間更短。儘管在工作期間可能會有較高的瞬間電流，但因為「活躍時間」縮短，其平均功耗（圖表中的紅色虛線）反而比 nRF52 更低。

· nRF52：執行相同的工作負載需要更長的時間。儘管其瞬間電流可能與 nRF54L 相似，但由於「活躍時間」較長，導致其平均功耗高於 nRF54L。

3.2 優劣比較

特性	nRF54L	nRF52
處理能力	優勢：性能強勁，CoreMark 分數高達 505，適合需要複雜運算和快速處理的應用，如人工智慧或機器學習等邊緣運算。	劣勢：性能較弱，CoreMark 分數為 212，可能無法應對某些高效能需求。
能源效率	優勢：功耗表現卓越，處理效率是 nRF52 的三倍以上。在執行相同任務時能大幅節省電量，特別適合電池供電、需要長續航時間的物聯網設備。	劣勢：能源效率較低，同樣的任務需要消耗更多電量和時間。
平均功耗	優勢：由於「做功」時間短，平均功耗顯著低於 nRF52，是低功耗應用的理想選擇。	劣勢：由於「做功」時間長，平均功耗較高，對電池壽命要求高的應用可能較為不利。
市場定位與技術世代	優勢：作為新一代產品，代表了 Nordic 在技術上的最新突破，提供更先進的架構和性能。	劣勢：作為較舊的產品系列，技術架構相對過時，性能和功耗指標不如新產品。
成熟度與生態系統	劣勢：由於是新產品，可能在初期階段的生態系統、開發工具和社群支援方面不如 nRF52 豐富。	優勢：作為市場上廣泛使用的晶片，其生態系統非常成熟，有大量的開發者、設計案例和技術支援資源。
成本	劣勢：作為新一代、高效能的晶片，其單價通常會比 nRF52 系列更高。	優勢：作為舊產品，生產成本和市場價格通常較低，對於成本敏感的應用具有吸引力。

總結

nRF54L 是 效能與功耗的革命性升級。它在處理能力和能源效率上全面超越 nRF52，特別適合於需要 高效能計算 和 超低功耗 的新一代物聯網 (IoT) 應用，例如穿戴式裝置、智慧感測器、醫療設備等。其優勢在於能以更短的時間完成任務並大幅延長電池壽命。

nRF52 則是一款 成熟且具成本效益的解決方案。儘管在性能和功耗上遜於 nRF54L，但其成熟的生態系統和較低的成本使其在許多對性能要求不那麼極致、但對成本敏感的應用中仍然具有市場競爭力。

簡單來說，如果你的產品追求 領先的效能和極致的續航能力，且預算較充足，nRF54L 是更好的選擇。如果你的產品只需要基本無線通訊功能，且 成本是首要考量，那麼 nRF52 仍然是一個可靠且經濟的選擇。

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