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人是英雄錢是膽 綠能發展還需金融服務牽成

雖然再生能源設備的成本已不再像過去那麼高不可攀,但企業若要建置再生能源容量。資金投入規模仍十分可觀。如何讓金融業者願意共襄盛舉,提供資金挹注,將是台灣再生能源發展過程中,一個很重要的課題。 隨著國際趨勢從節能減碳走向淨零碳排,供應鏈業者對再生能源的需求變得更加迫切。這不僅促使能源產業的綠色轉型腳步加快,許多原本只是能源使用者的廠商,也必須扮演更多元的角色。 然而,即便能源科技在最近幾年突飛猛進,許多新技術或技術應用概念如雨後春筍般出現,對能源使用者而言,投資再生能源還是要面臨一個很實際的問題:錢從哪裡來? 以半導體跟電子製造相關行業為例,不管是晶圓代工、封裝測試、面板製造或終端產品組裝,都是做產品出身的,對於擴產、蓋廠房這類跟本業有關的事情,大家心裡都有個底,但若是要投資風力、太陽能或儲能系統,等於是跨入電力這個全然陌生的領域,不只要學的事情多如牛毛,如何籌措資金,更是一大問題。 綠色金融挹注 再生能源欣欣向榮 靠著推動公民電廠計畫,在台灣再生能源產業闖出一片天的陽光伏特家創辦人馮嘯儒就說,一個再生能源投資案要成功,除了要有解決技術跟工程問題的能力外,更重要的是財務工程的能力。再生能源的建置成本高,回收期又長,如果沒有完善的財務規劃能力,很難走得長遠。 以公民電廠為例來說,這個概念一開始的宗旨,是要把太陽能發電系統的建置成本分散給社會上的廣大投資者,讓更多人能參與太陽能發電建設。但既然是從投資的角度出發,就必然要具有提供投資者獲利回報的能力。如何確保參與公民電廠的投資人能夠獲利,就不只是技術跟工程問題,同時也是財務規劃的問題。 而談到財務工程,銀行的重要性是不言可喻的。永豐銀行總經理莊銘福表示,金融服務是促成產業向前邁進的東風,但東風要吹起來,是需要時間醞釀的。永豐從2013年進入綠色金融這個領域,當時大家都很糾結,因為銀行的傳統授信評估不適合應用在再生能源專案上,銀行若要承作相關融資業務,評估的工具跟項目都要徹底調整。 這八年多來,永豐對再生能源專案融資的評估項目,一直在精進跟完善,例如一個太陽能案場的融資案,銀行要先檢視EPC的過往開發紀錄、專案使用的設備品牌,甚至是案場的防震、防災設計,都要斤斤計較。而且,每一個案場都是獨一無二的,要關注的重點不盡相同。銀行必須在這些細節上投入大量精力,才能做出正確的評估。 而為了掌握這些細節,永豐除了自行摸索,也花了很多時間跟專家學習與再生能源有關的技術細節,才建立起相對完備的再生能源融資授信評估機制,讓綠色金融的業務規模得以起飛。 從2017年起算,銀行對太陽能專案的授信餘額,只占銀行對法人授信餘額的0.28%;到2021年底,預估將達到2.8%;到2025年,則可達到6.8%。這個占比已經是非常高的數字,因為台灣的銀行對包含半導體在內的整個電子產業鏈,授信餘額占比也不到10%。 儲能風險因子有待全面釐清 大規模布建還需醞釀 在銀行的綠色金融服務挹注下,太陽能等再生能源發電量占比將越來越高。那麼,與再生能源相輔相成的儲能系統,是否也能受到綠色金融的嘉惠,進而蓬勃發展呢? 馮嘯儒認為,從陽光伏特家的立場,在公民電廠上軌道之後,發展公民儲能是很自然的結果,公司也在密切觀察,評估推出公民儲能的時機。但現階段儲能系統有一個很現實的問題,就是它的財務模型中還有很多參數不是很明確。唯有儲能技術的商業模式確立、各種風險因子獲得釐清,讓財務模型更清楚之後,才是推出公民儲能的適當時機。 事實上,也因為大型儲能是相對新的應用,在技術還沒有完全成熟的情況下,近年來儲能系統發生火災等安全事故的案例,其實相當頻繁。也因為風險係數高,儲能專案要從金融機構取得啟動資金,或是跟保險公司談到漂亮的保險費率,是相對困難的事情。 UL副總裁暨台灣總經理陳宗弘表示,隨著鋰電池儲能設備在全球快速發展,安全事故接踵而來,取得安全認證成為產品被國際接受的首要門檻。回顧全球發生的大型儲能設備災害,如韓國至今就累積超過30起儲能系統事故,其他如美國、歐洲、澳洲,甚至台灣都發生過儲能事故,因此如何提升儲能安全是各國共同面臨的燃眉之急。 電池是電化學產品,由於其特性,不論有沒有在使用,本身都有能量儲存,除非很長一段時間沒有使用,也因此倘若使用不當,很容易因電壓、電流或是溫度過高而造成起火爆炸的風險。另,即使是設計良好的電池,放在有缺陷的系統或充電器中也會發生故障,所以除了電池本身,也必須從整體系統考量各個關鍵性零件和電池之間運作協調的安全。 藉由安全評估將儲能系統的風險壓到最低,除了可以避免災害外,也跟融資、保險等財務環節息息相關。據保險公司Marsh最新調查指出,儲能系統的防火功能已成為保險公司評估受理的重要條件,具國際級安全認證的儲能系統不僅能彰顯企業資產的安全性,同時也為雙方提供更完善的保障。 對儲能設備製造商而言,取得保險公司高度信任的國際安全機構認證,將創造財務融資的雙贏局面。不但業者本身,採購與使用電池儲能產品的企業用戶,都更有可能獲得銀行、保險業者在資金和融資上的協助。 善用金融服務方可為用電轉型推一把 投入再生能源建置,已經是製造業者滿足ESG要求的必要投資項目。如何為這些投資計畫找到資金來源,將是大多數企業都必須思考的課題。台灣的金融業有很高的意願為這些再生能源投資計畫提供融資,但就如同一般的企業融資,金融業者對專案項目內隱含的種種風險因子,都會用十分謹慎的態度進行評估。 因此,企業在制定相關投資計畫時,千萬不可以用滿足客戶或法規要求即可的心態來進行規劃。做好風險控管,不只是讓自己的綠能資產更安全,同時也可以讓投資計畫更容易籌措資金,早日達成企業用電轉型的目標。
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ESG浪潮引發再生能源荒 新科技讓綠能布建更靈活

ESG浪潮讓再生能源成為搶手資源,但要在地狹人稠的台灣大規模建置再生能源發電容量,是相當艱鉅的挑戰。如何把空間利用到極致,不只考驗科技業者的創意,政府法規的配合也至為關鍵。 在RE100倡議成為風潮之後,企業導入再生能源就已經成為趨勢;淨零碳排與碳稅機制上路,更讓風力、太陽能等再生能源,成為當前最搶手的綠電資源。但與傳統發電方法相比,目前主流的再生能源發電方式,除了要看天吃飯外,需要大量土地布建,也是一大問題。 尤其是對地狹人稠的台灣來說,要找到足夠的土地來安裝再生能源發電設備,滿足企業對綠電的需求,是極大的挑戰。由於綠電供應量不足,目前全台灣領有再生能源憑證的綠電,有高達95%都被台積電買走了。但即便台積電已幾乎買光台灣所有可以買到的綠電,考慮到未來先進製程需消耗更多電力,以及產能擴張的需求,綠電的供給量還是遠遠低於台積電的需求。 台灣綠電供給嚴重不足,是一個客觀事實。要創造更大的綠電供給量,只能從提高土地的複合利用率來著手。這是台灣在發展再生能源時,所面臨的獨特挑戰。也因為如此,政府一直將農電共生、漁電共生等手法,列為主要的政策執行方向。 提高土地複合利用率為主要政策方向 行政院副院長沈榮津日前在Energy Taiwan 2021期間舉辦的太陽光電高峰論壇中指出,能源轉型是政府的重大政策。2050年淨零碳排這個極具挑戰性的宏大目標,更使能源轉型成為必然要執行,而且不能失敗的政策。為了實現2025年離岸風電5.5GW、太陽光電20GW的目標,行政團隊抱持著使命必達態度,一方面持續聆聽產業界的聲音跟回饋,同時也非常積極地幫業界解決問題,以便能順利達成政策目標。 舉例來說,太陽光電業者一直反映土地不足的問題,希望能藉由推動漁電共生、不利耕作農地再生等政策,釋放更多土地來建設太陽能電場。行政團隊聽到了這個呼聲,也認為漁電共生、不利耕作農地的再利用,是要在地狹人稠的台灣推動地面型太陽能電場的關鍵。 因此,行政團隊除了全面盤點所有可能釋出的土地,進行社會環境檢核,一方面尋找其中生態影響最小的適合地點,同時也會積極進行社會溝通,還有跨部會的法令協調,務必將太陽光電的建設阻力降到最低。 根據行政團隊的規劃,目前已經完成建置的太陽光電容量約為7.7GW,接下來的速度會加快,明後兩年將各釋出2.5GW容量,然後2024年與2025年再各釋出3GW,最後達成20GW的政策目標。相對的,土地釋出的速度也會加快。去年政府已經釋出4702公頃,今年至目前已釋出4080公頃,到年底前還會再額外釋出2000公頃魚塭用地。但這樣還是不夠的,接下來政府還會再釋出5000公頃魚塭用地,擴大推動漁電共生。也唯有釋出這些土地,才能讓太陽光電業者完成容量建置目標。 科技創新讓太陽能布建更具靈活性 除了釋放出更多可以布建太陽光電設備的土地外,如何藉由科技創新,讓太陽能模組可以布建在原本不適合布建的位置,也是一種提高太陽能發電量的方法。 友達光電能源事業總部副總經理林恬宇表示,傳統的太陽能模組是獨立設備,如果要在屋頂上架設,必須進行二次施工,其成本是相當高昂的。如果能畢其功於一役,在建築物興建時,就使用本身就具備發電能力的材料,對於降低太陽能模組布建的成本,將帶來莫大幫助。 基於這個思路,友達與建材廠商合作開發出SunSteel光電浪板(圖1上),希望讓企業與家戶都能充分並輕鬆地利用閒置空間,參與太陽能發電。以SunSteel光電浪板為例,業者可一次性地完成光電系統架設,避免過往需先蓋浪板再建光電設備的繁複作法,由於省去傳統工法的金屬支架,整體重量可減輕達25%,不僅提升安裝時效,亦可降低碳足跡。 也因為SunSteel本身就是浪板材料,這款產品不只可以運用在屋頂,也可以當作建築物的外牆材料。當然,因為日照角度的關係,這種布建方式的發電效率會比較低。但如果要盡可能擴大太陽能接收量,這種作法是可以考慮的。 除了太陽能浪板外,友達今年也開發出具備輕量與可撓特性的太陽能模組SunCurva(圖1下)。SunCurva的重量比傳統太陽能模組減少50%,而且可以撓曲,特別適用於車頂、車棚或有弧度的建築屋頂與牆面。林恬宇透露,目前友達正在與電動巴士業者合作,預期在2022年推出使用SunCurva車頂的電動巴士概念車,藉此驗證太陽能車頂究竟能發揮多大效益。 雖然SunCurva車頂的發電量肯定無法用來驅動電動巴士,但用來驅動巴士內外需要用電的子系統,例如車內照明、車燈、報站系統等,肯定是足夠的。如果這些週邊子系統能改用太陽能產生的電力,可減輕電動巴士電池組的負擔,對延長巴士的續航里程,可帶來一定的幫助。 潛在資源一個都不放過 微水力/地熱進入商用階段 地狹人稠是台灣發展再生能源的一大阻礙,但台灣的自然環境也不是全然不利於發展再生能源。由於台灣位於板塊交界處,島上高山遍布,蘊藏大量水力,而且還有豐富的地熱資源可供利用。因此,在台灣發展再生能源,除了風力、太陽能之外,水力跟地熱的開發也是重點。 不過,這兩種可再生能源的發展,在技術上有比較多限制,直到近一兩年才開始有比較明顯的突破。傳統水力發電已經是十分成熟的技術,但如果要建置大型水力發電廠,必須攔河築壩,對生態環境帶來極大衝擊。因此,水力雖然是再生能源,但到底環不環保,在學界頗有爭議。 不用興築水壩也能發電的微水力發電技術,在這個背景下異軍突起,成為再生能源領域的後起之秀。恆水創電看好微水力發電在台灣的應用前景,自比利時新創公司Turbulent Hydro授權引進垂直渦流水輪機組,並針對台灣的自然條件進行進一步改造,使其更適合運用在台灣。 恆水創電專案工程師溫柏庭指出,微水力最大的特性是只需要一點點高低落差,就能產生電力。以該公司目前所發展出的機組,只要有1.5公尺以上的落差,就能裝機發電,而且因為機組占用空間很小,土木工程的作業量也少,使得微水力可以快速部署(圖2)。 恆水創電已經在台灣勘查出12個具有潛力的場域,大多是現有的灌溉溝渠或水利設施。若能將這12個潛力場域全數開發完成,總發電量將超過4MW。而且,在勘察潛力場域的同時,恆水創電亦已在兩個場域分別布建100KW與200KW機組。這是Turbulent Hydro目前最大的機組,而且也是機組設計完成後,首次實際布建的紀錄。這兩個案場將成為Turbulent Hydro的全球示範場域。 溫柏庭透露,其實台灣適合設置微水力機組的場域遠不只12個。但因為要在河川、溝渠等地點設置機組,需要取得中央、地方的水利單位許可,涉及複雜的溝通作業,所以現階段公司將穩紮穩打,把示範場域做好,證明微水力機組的價值,後面的溝通才會順利。只要能取得許可,微水力機組要平行展開,是相當容易的。 台灣的地熱發電,也在2021年11月進入新的里程碑。在廢棄近30年後,宜蘭清水地熱發電廠經過整修,並針對地熱井結垢阻塞、管線鏽蝕等問題引入新的技術,重新加入發電的行列。目前清水地熱發電廠的裝置容量為4.2MW,每小時發電量可供1萬戶家庭使用。未來第二期新井鑽鑿後,裝置容量預計將從4.2MW提升到9.5MW。 地熱發電是目前人類已掌握的再生能源技術中,唯一不受天候因素影響的發電方式,但因為需要從地底數百到上千公尺深處取得溫泉水,而溫泉水又通常富含礦物質或帶有弱酸性,故管線腐蝕、水垢堵塞等管線相關問題,一直是地熱發電所必須面對的挑戰。如今在新技術的協助下,清水地熱電廠重新上線,台灣的地熱發電能否蓬勃發展,就看復活後的清水地熱電廠表現如何了。 科技創新是台灣再生能源發展的出路 在ESG浪潮下,台灣科技產業行走全球,不只要有穩定的電力,更要有充沛的綠電。但再生能源通常得占用大片土地,使得地狹人稠的台灣,在推動能源轉型的過程中,注定要比地廣人稀的歐美國家更辛苦。畢竟,台灣的人口密度在世界上名列前茅,別的國家要找到數百公頃的土地興建大規模地面型太陽能電廠,或是在人跡罕至的地方設立陸上風機,都不是難事。但在台灣,這種條件的案場,基本上是不存在的。 也因為如此,藉由科技創新實現立體化、複合化的空間利用,就是台灣發展再生能源必然要走的路。雖然難度更高,但也因為台灣有這樣的條件限制,反而更能培養出創新的再生能源技術。
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搜索低成本/高效益解方 MicroLED技術瓶頸打通關

台灣在LED與LCD產業同時占有舉足輕重的地位,然而技術與應用的成熟讓兩者在近年的市場發展同時遭逢困境,MicroLED顯示器由形成個別畫素的微型LED陣列組成,使用氮化鎵(GaN)LED技術,具高亮度、高動態範圍、廣色域、快速更新率、廣視角和低功耗等特點,也可發展折疊式面板,被看好是下世代顯示器明日之星,連Apple都積極投入技術開發,因而引發各界矚目。 MicroLED被看好成為兩個成熟且高度競爭產業的救贖,台灣的LCD與LED產業同時擁有研發能量與完整產業鏈。過去幾年,晶粒微小化、小間距排列與巨量轉移等技術挑戰持續有進展,2020年MicroLED從特殊商用產品踏出商品化的關鍵腳步,未來幾年持續為大量消費性應用發展暖身,接下來的三~五年將是台灣產業是否能搶占灘頭堡的關鍵。 巨量轉移流派眾多各自登山 傳統的LED技術與應用已進入成熟期,將晶粒微小化成MiniLED或MicroLED開創產品全新的應用,清大材料科學工程系教授陳學仕(圖1)表示,一般而言MicroLED的定義在於晶粒尺寸小於50μm或不使用基板,製程上則與傳統LED幾乎一致,難度在於晶粒微小化之後發光效率如何維持,巨量轉移的便利性與修復技術,模組化的良率與成本如何降低等。 MicroLED轉移近年來一直是技術發展的重點之一,業界投入許多資源,陳學仕指出,目前巨量轉移技術還是有多個流派,如壓印式轉移、磁力轉移、靜電力轉移、滾印轉移等多種技術,屬於百家爭鳴的狀況,每個技術原則上都可行,卻也都存在明顯的缺陷,其中關鍵的技術良率與成本還是未臻理想,等於個個有機會,但人人沒把握。 另外,檢測技術的發展也差不多,陳學仕舉例,中國廈門大學與台灣交大的研究團隊合力研發了一種攝影機型顯微成像系統進行MicroLED測試使用,該系統結合了電腦、電流、數位攝影機、電流供應棒與顯微鏡搭配支援軟體,能夠捕捉並分析顯微鏡影像,測量MicroLED晶片的亮度。美國新創公司Tesoro提出製程檢測方案,結合了非接觸型EL測試與波束定位(BAR)的轉移方法,能夠只將好的MicroLED晶片高速轉移到目標基板上。 日本設備廠Toray則推出MicroLED檢修解決方案,以光線自動檢測工具進行零接觸檢測,檢測完以後使用其雷射修剪工具,根據檢測結果剔除MicroLED晶片不良品。整體而言,陳學仕認為,MicroLED的檢測技術發展不會出現跳躍式的技術改善,而是線性的進步,所以預計還需要幾年時間發展。 量子點協助跨越巨量轉移瓶頸 在LED晶粒長晶完成後通常要將晶粒從晶圓基板取下,再將LED轉移到電路板或TFT基板上,既然在轉移的過程中出現技術瓶頸,目前也有廠商提出不轉移的做法,直接將晶圓片上長出的晶粒做成LED面板,並使用螢光粉轉換出其他顏色,或者減少轉移次數,即是只移轉同樣顏色的晶粒,比如移轉藍色的晶粒再透過轉換螢光粉轉換出紅色與綠色,如此可以減少兩次移轉成本並達成良率提升的綜效。 也有一些作法是透過量子點(Quantum Dots, QDs)以類似彩色濾光片的方式,進行LED晶粒的顏色轉換。陳學仕說明,量子點是一種奈米晶體,並可以用尺寸來控制能隙,其顏色是決定於能隙,所以只要控制尺寸的均勻性就可以控制色純度,其中控制尺寸是材料合成中最重要的一個階段,典型的量子點結構如圖2所示。 量子點可以協助各種顯示技術提升色彩展現能力,近年LCD TV加上量子點就變成QLED電視,OLED電視也透過量子點變成QD-OLED電視,都可以有效提升色彩展現能力,尤其在大尺寸面板上,色彩的豐富度直接影響顯示的細膩程度。而MiniLED或MicroLED顯示器,則是透過量子點協助色轉換,不需要使用RGB三色的晶粒進行多次巨量轉移,可以有效降低成本。陳學仕認為,未來各種技術顯示技術,量子點的利用是產品成敗的關鍵之一。 巨量修復又快又好才可勝出 巨量修復(Mass Repairment)是MicroLED另一個關鍵的技術,MicroLED貼裝後,回焊(Reflow)以前階段的不良重工,視覺系統檢驗出回焊以前的不良晶粒,精密Pick & Place可以移除個別有問題的晶粒,移除不良晶粒後,在PAD上點膠小量錫膏,可調整晶粒單位的Pick & Place將良品晶粒貼裝在正確位置。 由於MicroLED晶粒體積小,如何在挑出缺陷晶粒之後有效維修並替換,也成了一項艱巨任務。MicroLED顯示器廠商目前使用的修復方案包括紫外線照射維修技術、雷射光融斷維修技術、選擇性拾取維修技術、選擇性雷射光維修技術及備援電路設計方案等。另外,巨量修復可以說是巨量轉移的升級版,不只是能夠大面積地撿取LED晶粒,更要做到大面積指定位置撿取LED晶粒,並替換大量好的晶粒技術。
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開拓顯示應用新藍海 MicroLED大膽突圍

MiniLED已經成功商品化,代表顯示器的技術進展到新的階段。LED晶片的尺寸縮小,朝著Micrometer的等級前進,而MicroLED仍需要突破巨量轉移等技術瓶頸,盡可能縮短生產時間、提升良率,進一步降低成本並確保產品的品質與使用壽命,同時找到具有發展優勢的應用藍海,就能邁向商品化的目標。由於MicroLED晶片尺寸小,製程設備與技術都需要升級,才能滿足高精度及高均勻度的標準,但是整個生產流程優化的速度不一,導致目前的良率仍不夠高,且檢測耗時又容易產生誤差,導致生產成本居高不下。 應用方面,公共環境及個人應用的顯示器數量不斷增加,因此應用場景從觀看距離及室/內外兩個層面,可以細分出多元的市場,因此MicroLED可以藉由拓展新的市場應用,邁向規模經濟,進而同時透過日漸成熟的技術及規模化商機降低成本,強化普及應用的動能。 技術瓶頸仍待克服 現階段MicroLED仍處於克服技術瓶頸的階段,距離商品化有一段漫漫長路。Trendforce研究經理楊富寶(圖1)指出,MicroLED面臨技術與成本的挑戰,因為晶片尺寸縮小,從製程、巨量轉移等方面,精度的要求更為嚴苛,廠商需要投入更多的資金與時間,更新設備及技術。然而MicroLED整體製程的提升,仰賴每個生產環節升級設備與技術,但是實際上各個生產環節的優化速度不一,例如背板技術符合要求,但是可能晶片良率還不符合標準,因此需要每個生產流程都升級到可以順利生產MicroLED顯示器的程度,才能解決技術瓶頸。 細究MicroLED晶片的生產過程,良率與檢測是兩個重要但不容易克服的挑戰。過去傳統LED晶片的良率很高,但是MicroLED的晶片需要達到較高的均勻度,老舊設備難以達成目標,導致低良率且高成本的現況。此外,LED晶片需要通過光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL)來減少外觀及訊號瑕疵,但是現有的檢測技術測試MicroLED的時候容易產生誤差,而且檢測要花很久的時間,時間成本高,因此品質維護不易。工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅(圖2)解釋,技術成熟度與成本高度相關,業界雖然認同MicroLED顯示器的表現明顯優於OLED及LCD,但是成本太高,需要發展更成熟的技術,MicroLED產品的價格才有機會降低,進而邁向普及。 多元應用現商機 優顯科技執行長陳顯德(圖3)說明,生產一個晶圓的成本是固定的,所以縮小晶圓上的LED晶片尺寸,就可以在晶圓上放更多晶片,理論上每個晶片的成本就會降低。但是當LED晶片的尺寸小於100μm,就需要開發新的技術,導致成本增加。因此原有的LED技術可以達到的最小尺寸就是MiniLED,但是MiniLED尺寸小,應用在顯示器產品上時,需要搭配額外的周邊技術,包含製程、驅動等,所以即便占總成本六到七成的晶片成本下降,周邊技術的成本仍需要花費幾年時間,待技術成熟後才有機會降低總成本。 另一方面顯示器的應用仍有多元的發展空間,因此規模經濟是技術能力之外,另一個降低MicroLED成本的角度。顯示器的觀賞距離遠近、戶外大型看板、商場內、會議室、客廳等等,都存在不同的顯示器應用空間,技術應用可能從現有的傳統LED,升級到MiniLED,接下來則會有部分的應用過渡到MicroLED,部分則持續沿用MiniLED技術。例如智慧型手機或手表,使用者的觀看距離近,且產品本身的體積很小,所以一定要採用MicroLED。而大樓外牆的看板不一定需要使用小尺寸的LED晶片,但是注重亮度,才能確保在遠距離且戶外的觀看情境下,清楚顯示內容。 隨著資訊時代來臨,需要傳遞與接受的資訊爆炸性成長,顯示器的數量變多,過去的顯示器應用場景大多粗略分為商用及家用,現在則可以區分得更為細緻,而能找到MicroLED獨具優勢的一片藍海。例如台北地下街的廣告燈箱,可以歸類在室內且近距離觀看的應用場景,如果固定的海報燈箱改成使用MicroLED顯示器,除了畫面變得更精緻、對比更鮮明,還能依照不同時段經過的客群調整廣告內容,就能提高廣告牆面的廣告效益。 車用顯示也是MicroLED的應用機會之一,吳志毅提及,MicroLED顯示器對比度及亮度高,除了適用於大型看板,車用螢幕也能採用,協助駕駛在日光充足的時候,也能清楚看到螢幕內容。同時汽車的成本空間較大,因此有機會成為率先導入MicroLED的應用。工研院也投入研發MicroLED的AR/VR眼鏡等小尺寸、高解析度的應用,用藍光LED轉換出紅、藍、綠三色,試圖找到具有開創性的應用方向。 拓展市場差異化商機 楊富寶分析,從品牌廠的策略與動態,可以推測市場對MicroLED應用的期待。例如三星(Samsung)從電視著手,推出高價的MicroLED電視。接下來可以觀察在大型廠商推出高階產品後,產品的價格下降的時間點,就代表技術有所突破,因而能降低生產成本。不同的區域市場關注的應用也不同,歐美市場較為熱衷AR/VR相關應用,蘋果(Apple)、Google、Facebook等廠商就是其中的重要角色。中國市場則關注電視及手表等產品,積極發展採用新興顯示技術的電視與穿戴裝置。 回顧2021年MiniLED及MicroLED的趨勢,大致可以總結MiniLED進入到新的階段,成功商品化,而MicroLED則較為停滯,需要拓展新的應用藍海,才能增加廠商研發的意願,以及未來走向量產的動能。現階段MicroLED仍有許多技術瓶頸,加上產量少,導致成本高昂,只能用在少數的高階產品中,距離商用化仍有一段漫漫長路。2020~2021年,MicroLED相較MiniLED受惠於疫情帶動的電子設備需求,有意願投入開發MicroLED的廠商受到疫情衝擊,可以投入研發的資源減少,放緩研發MicroLED的腳步,決策也變得較為保守。 吳志毅認為,MiniLED可說是發展MicroLED練功的過程,雖然目前MicroLED因為成本因素,應用集中在高價的大型室內看板,與MiniLED的消費電子應用市場不同,但是技術發展高度相關。一旦顯示器廠商有能力大規模量產MiniLED產品,小尺寸LED晶片的技術成熟,就代表MicroLED的技術也有所突破,因此也可以從MiniLED的發展趨勢觀察MicroLED的技術進展。雖然MiniLED及MicroLED的技術進展關聯緊密,但是應用方面,MiniLED的應用不一定會全面過渡到MicroLED。陳顯德表示,一方面是MiniLED相較MicroLED具有明顯的成本優勢,加上不同的顯示器應用場景,依照觀賞距離、室/內外的差異,可以細分成多元的市場,應用的需求也不同。因此MicroLED需要積極拓展新的應用場域,才有機會在這一波的顯示器技術革新中脫穎而出,成功商品化。
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疫情加快商品化腳步 MiniLED應用開枝散葉

新興顯示器市場中, MiniLED / MicroLED已受到業界多年的關注。隨著蘋果(Apple)宣布在iPad Pro中導入MiniLED,市場上對MiniLED及MicroLED 的討論熱度掀起新的高潮, 也確立了MiniLED商品化的方向跟機會。同時受到疫情影響,遠距活動頻繁帶動消費電子的市場需求,品牌商趁勢積極推出MiniLED產品,期望透過新興規格取得競爭優勢。 MiniLED商用化的方向越來越明確,品牌廠跟模組廠都樂觀其成,TrendForce研究副理陳恕勛(圖1)指出,因為傳統LED已經應用多年,產品銷售缺乏新的亮點,因此MiniLED成為近期品牌廠的競爭重點, 希望規格更新能促使消費者購買產品。現階段MiniLED背光及直顯兩方面的應用, 發展不同的方向。背光的技術門檻相對較低,模組廠使用現有的設備及技術即可生產MiniLED的相關產品,促使顯示器規格得以無痛升級,也能炒熱市場關注度。 觀察2021年MiniLED的商用化進程, 已有大型品牌廠率先採用新技術,增加供應鏈廠商投入開發MiniLED的意願。然而MiniLED背光的應用領域尚未完全定型, 須要考量在現有的電視、筆電等市場中,在成本跟供應鏈整合方面的優勢所在,須要善用分區顯示等優勢,試圖找到比OLED、QLED更有優勢的切入角度。 疫情加速規格更新 2020年起,全球受到疫情影響,上班、上課等活動都轉移到線上進行,長期在家促使消費者更有意願升級居家環境中的電子設備,而品牌廠嗅到疫情帶來的消費動能,紛紛加速採用MiniLED等技術,期望增加使用者的換機意願。聚積科技技術市場部經理蔡宗達(圖2)認為,頻繁的遠距活動使得消費者有意願升級居家環境的電子設備,尤其設計專業人士可能就會傾向購買採用新規格的MiniLED產品。MiniLED背光提升顯示技術價值的新規格,技術門檻與設備更新的成本也較MicroLED低,所以採用MiniLED背光技術的顯示器售價, 不會與市場上現有產品差距過多。以台幣4 萬元的筆電為例,採用MiniLED背光及整合其他新功能的產品,價格大約提升兩到三成,還在消費電子的價格範圍內。 然而目前市場上MiniLED背光的應用範圍多在高階產品,只有設計師、醫療顯示或電競等具有專業需求的使用者才會購買, MiniLED技術需要下放到商務型產品中才有機會走向普及。推動普及的關鍵在於成本與消費者體驗,當生產成本下降,終端產品的售價才能符合多數商務型產品的範圍。另一方面,消費電子市場需要透過實體通路的產品展示,讓消費者體驗採用MiniLED背光技術後的使用差異,進而增加升級電子設備規格的意願。 台廠不可輕忽對手 供應鏈方面,陳恕勛提及,台廠在MiniLED技術的起步早且供應鏈完整,包含上游晶片跟下游模組。由於技術成熟、產能充足,台廠接到訂單後,可以一條龍完成產品,所以受到品牌廠青睞。但台廠同時面對到中國供應鏈的競爭壓力,蔡宗達補充,就技術而言, 台灣供應鏈已經具備發展MiniLED應用的能力,但是部分廠商初期較為保守,對於新應用持觀望態度。直到蘋果採用MiniLED,加上台廠的訂單大多來自美系品牌,因而增加廠商投入MiniLED的意願。另一方面,中國供應鏈也已經投入MiniLED的開發,雖然技術的成熟度尚不如台廠,但如果能突破技術瓶頸,中國的生產規模可能會對台灣供應鏈帶來威脅,對此台廠仍須保有憂患意識,盡可能維持技術優勢。 普及須降低成本/收斂規格 整體而言,成本瘦身與規格收斂是決定MiniLED普及步調的兩大重點。MiniLED背光的市場機會跟優勢,在於跟傳統LED 及OLED相比,對比度與亮度方面都有亮眼表現,只要能找到明確的定位,就有機會發展出新的市場。例如MiniLED應用在iPad之前,用在平板的方向還不明確,現階段則受到蘋果帶動,業界投入MiniLED開發的意願提升,也逐步拓展新應用的可能性。 2021年是MiniLED元年,過去MiniLED應用尚未量產, 而除了蘋果, 三星(Samsung)也在電視產品中採用MiniLED。當品牌廠整合供應鏈並落實量產的方向, 完成前期的統整工作, 就能帶起市場對MiniLED的信心。在大廠率先量產應用MiniLED之後,接下來MiniLED的商品化進展,則可以觀察後續大型品牌廠在未來產品線採用的意願,以及市場上其他品牌廠接棒的情況。大約需要三到五年的時間,才能明確知道同一類型應用的普及程度,以及除了龍頭品牌採用MiniLED,後續還有沒有品牌廠商持續投入,例如電視在三星之後, 小米、LG、華為等品牌開始生產MiniLED電視,且歐美品牌廠可能會接下第三棒。除了電視,筆電廠商也積極在高階產品中採用MiniLED技術。不過哪些MiniLED的規格及產品將會成為主流,或者中小型廠商會在哪些產品應用MiniLED技術,都還有待觀察。在MiniLED應用終於成功走向量產後,品牌廠需要找到可掌握的供應鏈,並確立規格與產品差異化的方向,才能在新興顯示器激烈的市場競爭中保有優勢。
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處理器大廠競爭白熱化 HPC哥吉拉大戰金剛

雲端資料中心應用帶動HPC市場,處理器大廠無不看好高效能商機,紛紛投入產品角逐優勢地位。 面對資料中心、人工智慧(AI)及物聯網(IoT)等應用的快速進展,數據量急遽成長,加重處理器的運算負擔,顯現出產業內對高效能運算的強大需求。廠商相繼針對HPC推出處理器,以回應市場需求,其中包括Arm v9架構及Neoverse V1平台、英特爾(Intel)Ice Lake處理器、AMD的Milan及NVIDIA Grace處理器,可見業內廠商不只關注HPC應用,更積極攻占HPC市場,全力扭轉固有高效能處理器的市占。 大廠爭相投入HPC 整體HPC伺服器的市場分布,可以從TOP500的超級電腦名單中觀察。工研院資通所人工智慧運算平台組組長王啟龍(圖1)指出,根據TOP500的電腦系統所採用的處理器比例統計,Intel處理器占91.8%,受到共459個工作站採用,大幅領先其他廠商。 接續則是IBM PowerPC 2%、AMD 4.4%,以及Arm占1%。但若從核心數統計,雖然Intel的占比最高,達到60.71%,但是Arm占比則躍升到11.31%。近兩年的算力冠軍富岳(Fugaku)採用的即是Arm處理器,透過使用1000多個伺服器機櫃,打造超過700萬核心的超級電腦。 Intel在處理器市場長期擁有優勢地位,但近年AMD的表現受到市場注目,2021年第一季AMD搶先推出基於Zen 3架構的Milan處理器,提升了19%的IPC效能。緊接著Intel推出第3代Intel Xeon可擴充處理器平台及Ice Lake處理器,同樣在HPC的功能多有著墨,與AMD的較勁意味明顯。近期積極投入HPC領域的Arm也不落人後,架構受到多個雲端大廠的自研晶片採用。另一方面NVIDIA長期耕耘GPU技術之餘,正式涉足CPU領域,聯手併購後的Arm推出Grace CPU,投入這場CPU效能之爭。 AMD急起直追 Intel與AMD在處理器市場競爭已久,直到AMD率先支援PCIe 4.0開始,市占及營收出現明顯成長。王啟龍提及,2019年第四季AMD伺服器的市占為4.5%,2020年Q4則增加到7%。AMD在營收方面也表現亮眼,對比2020年Q1與2021年Q1,Intel伺服器營收下降14.3億美元的同時,AMD的EPYC CPU營收成長3.56億美元。Intel營收下降與AMD營收成長可能的原因,包含Intel製程不順,雲端廠商選擇自製晶片而產生轉單,或者由於AMD市占提高,Intel的銷售隨之下滑。 Arm拓展雲端資料中心市場 Arm在HPC市場的潛力,與雲端大廠使用Arm架構自研相關。MIC產業分析師陳牧風(圖2)表示,就雲端資料中心的HPC技術而言,其應用場景多元,包含IoT、AI、雲端遊戲等,所以雲端服務商透過自研晶片,針對應用場景的需求設計,來達到更佳的運算效果,AWS的Graviton2以及Google TPU都在此列。 MIC資深產業分析師施柏榮(圖3)進一步補充,雖然雲端大廠的強項不在研發晶片,但是自研晶片的發展方向明確,因此部分廠商透過收購併購使用Arm架構的歐洲IC設計廠提升技術能量。例如AWS跟Google雲端平台(GCP)藉由併購以Arm架構為主的廠商,提高晶片研發的能力。從此布局中可以看出在資料中心的應用中,雲端廠商與Arm架構的角色相輔相成。因為雲端廠商會根據自家的雲端資料中心設計硬體配置,開發高度客製化的晶片,可預期未來的數年當中,會有更多解決方案出現。然而雲端廠商自研晶片的方向仍在試驗階段,有待大量的成果驗證。 現階段Arm伺服器市場仍侷限在雲端HPC的伺服器應用中。王啟龍說明,Arm IP雖然提供更具彈性的架構,能夠客製化核心數更多的CPU,但是礙於商用軟體支援程度的差異,相較x86架構商用軟體支援度高,且開源社群活絡的情況,Arm架構在提升普及率的過程中面臨重重挑戰。Arm的伺服器因為商用軟體支援度較低,因此伺服器採用Arm架構,需要自行開發相關軟體。當伺服器只應用於其少數廠商的特定應用中,例如單一的高速電腦運算中心,直接研發相應的軟體即可解決相容性問題,但若要廣泛應付市場需求,尤其面對沒有足夠的軟體研發能量,而採用商用軟體的廠商,無法支援商用軟體便成為難以跨越的門檻。 Arm首席應用工程師黃彥欽(圖4)表示,Arm樂見雲端合作夥伴加入Arm架構的生態圈。雲端廠商自研晶片的原因,可能是為了達到差異化,透過Arm的客製化彈性,廠商可以在自家的軟硬體整合方面,建立更符合使用目的的解決方案。若從市場面觀察,通常廠商自研產品的生命週期較為長久,因此投入自研晶片開發,顯示雲端廠商HPC市場長期的成長潛力。 NVIDIA加入CPU戰局 NVIDIA長期耕耘GPU、AI運算,近期則推出Grace CPU加入高效運算戰局。NVIDIA亞太區技術行銷總監嚴永信(圖5)指出,AI的模型複雜度增加千倍,硬體要能適應AI的需求,有效地處理大量資料,才能達到硬體加速的目的。開發Grace處理器的原因在於,雖然x86架構在某些應用上運算效率高,但是在CPU與GPU之間的連結性不足,造成資料傳輸瓶頸。因此Grace CPU專為運算龐大的AI模型設計,透過加強晶片間,包含CPU/GPU之間的溝通加速運算。由於AI產業還只是雛型,不斷有新的應用出現,模型也一直改變,很難只針對單一模型優化硬體配置。而不管是在手機、筆電或超級電腦,這些處理單位跟記憶體之間都需要溝通橋樑,每個橋樑也都有各自頻寬。如果運算速度非常快,但是資料傳輸不夠快,就會出現效率問題。Grace為了能解 決巨大AI模型的運算瓶頸設計,並不是完全取代x86,而是依據運算的需求分工。 王啟龍分析,伺服器成本結構的變化,影響處理器廠商與雲端大廠的布局策略。過去一台伺服器的價格約20~30萬台幣,其中超過三分之一的成本來自Intel處理器,其他則包含記憶體或是伺服器其他的元件等。現階段一台GPU伺服器,或是一般的CPU伺服器,上面通常配備四片GPU,售價約80萬,多出來的50萬的成本來自NVIDIA GPU。為了控制成本,Intel或雲端廠商嘗試自行開發GPU,但是軟體工具與開源社群的完整度難以與NVIDIA匹敵,較為成功的Google TPU 僅限於特定應用場景,Intel開發的GPU也受限於軟體支援與更新速度而難以普及,所以NVIDIA仍穩坐GPU龍頭的寶座。 至於NVIDIA投入開發Grace CPU背後的策略考量,王啟龍推測,NVIDIA不是要藉由販售處理器獲利,而是透過自主研發的產品,提供雲端大廠一個參考架構。Grace CPU基於Arm架構,並使用GPU運算AI模型,同時強化GPU的資料傳輸速度,當雲端廠商如微軟或Google考慮自行研發晶片,就可以直接參 考Grace的設計。當雲端廠商因為自研晶片,開始往RISC架構陣營靠攏,NVIDIA推出Grace CPU的策略可望成為催化劑,帶動Arm生態系發展,若生態系發展蓬勃,屆時有機會對Intel造成有力的競爭威脅。 生態系競爭勝者為王 綜觀處理器在HPC市場的競爭態勢,x86架構因其效能優勢,仍居於領先地位,在TOP500名單中,超過90%的工作站都採用Intel的伺服器,不過近年仍面對RISC架構帶來的挑戰。Intel的處理器生態系已臻成熟,仰賴完整的商業軟體支援,x86架構仍是高效運算主流。隨著雲端資料中心的需求不斷增加,Arm架構高度彈性與適用於客製化的特性,催生核心數大幅領先Intel伺服器的產品,在效能方面有其優勢,透過結合GPU,試圖挑戰Intel的效能,雲端廠商自研晶片也青睞Arm架構。然而商用軟體支援還是Arm伺服器的硬傷,如果只是應用在雲端廠商的少數且特定的應用,單獨開發軟體不是大問題,但軟體不相容的問題導致Arm架構難以普及,在市占表現上大大落後於Intel。Intel另一個對手AMD在搶先支援PCIe 4.0之後,出現強大衝勁,在營收方面表現亮眼,市占也開始提升,是長期觀察HPC處理器市場的重點之一。 另一方面,NVIDIA在GPU市場已獲得壓倒性的勝利,即便在伺服器的成本結構中占比吃重,但是其他廠商自行研發的GPU即便實際使用上硬體效能足夠,但是軟體更新慢、開源社群不夠活絡,仍舊無法撼動NVIDIA...
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實現全球互聯互通 海爾積極布局智慧家庭

資策會MIC產業分析師曾巧靈 2019年全年財報海爾智家營收創下新高,達到2,008億元人民幣,較去年同期成長9.1%。其中,國外地區營收達到933.2億元,較去年成長21.7%,占總體收入比重達46.78%。同期,海爾智家雲App月活躍用戶數成長350%,物聯網生態收入48億元人民幣,較2018年成長68%。2019年公司國內成套產品收入占比達27.5%,較2018年上升5.4%。 2020年海爾35週年年會上宣布,智慧家庭將成為海爾第六大發展策略,2020 CES海爾智慧家庭系統已嵌入40%海爾家電產品中,全球IoT用戶約達2,000萬戶,其中1,330萬為亞洲用戶、416萬美國用戶、140萬歐洲用戶、100萬澳洲用戶。2020年第一季,中國大陸因新冠肺炎疫情對國內家電消費市場產生衝擊,海爾智家營業收入431.4億元人民幣,亦較2019年同期下降11.1%,但隨市場整體銷售下滑,海爾在中國大陸市場及海外市場之市占不減反增 克服智慧家庭致命傷 海爾智家認為,目前智慧家庭市場有三大痛點,第一為智慧家電產品零碎,無整套解決方案;第二為不同產品間無法互通互聯;第三為市面上智慧家庭解決方案仍以控制為主,應用範圍有限。根據前述痛點,海爾規畫其智慧家庭產品發展的三大核心理念。 多數智慧家電產品單一分化,無法成套,消費者在市場上只能東拼西湊各種智慧單品,而相較於其他家電大廠,海爾智家已經從單純的白色家電銷售,逐漸轉型為用戶提供全屋智慧解決方案,2019年6月海爾於上海啟動「海爾智家」001號,也成為目前全國最大的智慧家庭體驗中心。 截至目前,在中國大陸市場,海爾智家已建立超過3,500家智慧家庭體驗中心銷售智慧成套家電;在歐洲、東南亞、美洲等地區,海爾智家也先後建立智慧家庭體驗中心。海爾以中高收入者為主要目標客群,提供新屋整修、全屋智慧家庭系統配置等全套解決方案。 智慧家庭已成為海爾重要發展策略市場 不同品牌產品間未必能互聯互通,無法形成統一的體驗,同時也未必與居家空間布線、設計裝修風格一致,與理想中的智慧家庭相去甚遠,因此,海爾積極透過U+智慧生活雲平台,以及參與國際標準組織制定相關互連標準,強化裝置間、品牌間的互通性。 現有智慧家庭解決方案仍以控制為主要訴求,而非主動判斷用戶使用習慣,透過智慧化為用戶創造服務價值,為此近年來,海爾分別透過獨立研發與策略聯盟的形式,大規模投資人工智慧應用於智慧家庭,期望智慧家庭體驗從「被動控制」升級成「主動回應需求」,智慧化也成為重要發展策略。 海爾發展至今,除旗下多樣化智慧家電外,已於2014年正式發表U+智慧生活戰略1.0,並建立具備開放、相容與互動的IoT智慧家庭平台「U+智慧生活雲平台(後簡稱U+平台)」,從電冰箱、洗衣機等白色家電產品,逐漸建立起全場景智慧家庭情境。 U+平台是中國大陸物聯網產業中,首個智慧家庭領域開放生態平台,目前也吸引中國大陸與國際諸多優秀合作夥伴,包括硬體製造商、生態服務商、技術合作夥伴、開發者社群等,並透過海爾旗下七大品牌聯合銷售,包括美國GE Appliance、紐西蘭Fisher & Paykel、卡薩帝、統帥、日本AQUA等品牌,將U+智慧生活雲平台擴散於全球。 至於U+平台的架構包括UHomeOS、U+互聯互通協定、U+用戶大數據、U+人工智慧、U+用戶互動、U+生態平台六大核心技術,整個平台涉及包括開放軟體開發套件(Software Development Kit, SDK)、應用程式介面(Application Programming Interface, API)標準,讓第三方品牌各產品接入,以及平台的開放,為合作者提供開發新應用、新服務的統一標準及資源。 2017年3月,海爾發表U+智慧生活3.0戰略,新增智家雲腦,更加強化U+平台智慧化、主動學習用戶偏好與生活習慣,並能主動為用戶調整生活場景中的各式終端參數設定,同時主動推薦用戶感興趣的資訊與服務,也成為後續海爾人工智慧的前身。2019年海爾公布數據顯示,U+平台註冊用戶已達4,100多萬,其中活躍用戶530萬,接入U+平台終端設備數量已超過1,600萬,其中活躍設備650萬。 前瞻科技結合軟硬體立足市場 U+平台與智家雲腦主要依存物聯網以及人工智慧兩大技術,其核心功能包含下列三項。 目前U+平台支援Wi-Fi、BLE、ZigBee、NB-IoT等,讓不同通訊技術的產品能夠快速的接入家庭網路,並連接到U+平台,配置綁定場景更便捷。海爾更於2017年6月聯合晶片商瑞昱推出U+物聯雲解決方案/U+雲芯晶片,打造硬體、軟體與服務一體化產業解決方案。 智慧家庭可結合AI及物聯網等技術,建構軟硬體及服務的解決方案 雲芯晶片的特性在於提供更低功耗的智慧家庭產品,對於全套整屋方案,雲芯晶片可以從底層提升連接的安全性,用戶採用內建雲芯晶片之產品,最快可以在10秒鐘內,快速配對聯網,同時做到全屋無縫互聯互通,並具備網路故障自診斷/自修復、自動恢復聯網。  
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什麼都掛什麼都不奇怪 智慧路燈串起城市數據節點

如果你曾注意路邊的燈桿,可能會發現,新一代的燈桿上頭不只換成LED燈泡,還會掛著許多「週邊設施」,像是智慧監視器、空氣品質感測器、微型基地台、電子看板或充電樁,簡直就是「什麼都掛、什麼都不奇怪」!愈來愈多的城市開始建置這類智慧路燈(也稱智慧燈桿),它們不再只扮演傳統的照明功能,更是智慧城市中的重要數據節點,扮演城市中智慧物聯網的關鍵基礎建設。 智慧路燈2024年商機上看300億元 過去十多年來,隨著環保意識抬頭,加上傳統路燈不易管理與監控維修,各國政府都在積極推動將傳統水銀路燈升級成新一代智慧路燈,其中換裝LED燈頭與控制系統是標準需求,不僅可智慧調光、大幅降低耗電量,也從過去的人工控制巡檢到智慧化管理,以統一管理平台進行監測及控制,提升照明品質及維護質量。 根據市場研究機構Navigant Research預估,全球智慧路燈的安裝數量,將由2017年的630萬支,成長到2026年約7,300萬支,但以全球路燈的數量來看,全球約有3億盞路燈、全台約有220萬盞路燈,未來成長空間仍相當可觀。 另據TrendForce旗下光電研究處統計,智慧路燈市場滲透率持續拉升,預估2024年全球LED智慧路燈市場規模(僅計LED頭燈與單燈控制系統)將達10.94億美元(圖1),2019至2024年複合成長率為8.2%;另據ABI Research預估,2018~2026年智慧路燈市場年平均複合成長率將達31%,到了2026年市場規模將成長9倍,達到17億美元。 圖1 2020~2024年全球智慧路燈市場規模預估  資料來源:TrendForce 隨著美國、中國大陸、歐洲、日本及其他亞太地區大力推動智慧路燈,且搭載的功能愈來愈多元與先進,預期將釋出大量的通訊設備、光學零件、燈具控制器、電子感測器、軟體系統等商機。 整合數據及加值服務 串連城市各個角落 智慧路燈之所以肩負愈來愈多的角色,是因為在智慧城市的架構下,必須仰賴許多感測器、物聯網及智慧裝置來蒐集與整合各種公共數據,而路燈可以說是城市中覆蓋最廣的基礎設施,因此大家就把腦筋動到它身上,不管是智慧監控攝影機、充電設備、微型基地台、微型氣象站、數位看板、緊急廣播等加值應用,都可加裝上去(圖2)。過去路燈主要是扮演城市照明的功能,但現在的智慧路燈則是透過數據及加值服務,來照亮城市的各個角落。 圖2 智慧路燈應用加值服務 資料來源:遠傳電信 舉例來說,透過IP智慧監視器的串連,搭配人工智慧的影像辨識及物體偵測追蹤功能,可提供即時影像及車流人流報告,監控交通及道路壅塞的情況,從遠端進行交通訊號與車輛分流的調配管理,人流報告則可提供人群集中的熱區分析與統計,作為商業規畫或防疫管理的參考,另外也可透過車牌監控來進行交通違規的開罰、或進行城市單雙號車牌進城管理的工具。 此外,智慧路燈也能化身環境監控站,只要加裝感測器及空氣盒子,就能協助蒐集環境狀況與空氣品質等資料,並可即時透過數位看板或手機App提供民眾參考,一旦空氣品質達到危險等級、或突有特殊氣體的濃度飆高等狀況,即可發出示警,也可搭配AI攝影機進行淹水監測、公用垃圾桶容量監控等用途,或協助判斷車禍事故、路樹電桿倒塌、道路坑洞等狀況,長期累積的環境數據也可提供相關單位分析參考。 現在許多公車站牌已經導入數位電子看板,如果智慧路燈也能結合數位互動看板,就可提供周遭環境的即時資訊,作為政府機關政令宣導的載具,像是天氣、空氣品質、交通路況、附近停車空位等,當然也很適合作為廠商廣告宣傳的資訊平台,甚至可提供附近店家的促銷訊息推播,民眾透過手機即可下載使用。 在社區安全方面,智慧路燈也可充當安防監控的好幫手,除了可透過RFID功能進行社區安防監控,也可整合緊急呼叫的對講機,遇到突發狀況時可緊急報警求助,路燈底座也能放置緊急救援包,在緊急災害發生時可讓受困民眾延長黃金救援時間;美國還有不少智慧路燈就加裝了聲音感測器,可以定位方圓5公里之內的槍聲來源,可即時通知警方,防止治安事件進一步擴大。 5G基地台共桿共箱 將成智慧路燈重要推手 儘管智慧路燈可以掛載的功能相當多,但如果要選一種殺手級應用,那就非5G微型基地台莫屬了。因為5G訊號的覆蓋範圍只有幾百公尺,加上必須支援萬物聯網的需求,布建時需要更多的微型基地台,但現在基地台的架設地點愈來愈難找,智慧路燈不僅覆蓋率高,且可支援電力及網路,就成了5G基地台「共桿共箱」的最佳選擇。 另一方面,隨著自駕車的時代即將到來,包括人、車、路之間都要能即時分享交通資訊,藉以提高交通安全與運輸效率,除了車上的各種感測器與聯網裝置外,道路設施也將扮演重要角色;密集覆蓋的智慧路燈如果搭載5G及感測器,就能協助自駕車發揮協同效應,借重5G的超大頻寬與超低延遲等優勢,提供車對道路設施(V2I)的通訊功能,加強自駕車的行車安全。 當然,如果城市中要建置電動車的充電樁,智慧路燈也是一個不錯的選項。由於停車位不足、土地資源有限、投資成本偏高,使得公共充電樁不易快速普及,如果能將現成路燈與停車位改建成充電樁,不僅節省鋪設管線的成本及工程費用,且智慧路燈還兼具5G微型基地台、視訊監控、電子看板等功能,讓車主在充電時可以更安心,同時在充電時也可一併提供更多元的服務給車主。 圖3 全球智慧路燈供應商矩陣 資料來源:Guidehouse Insights  
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技術規格全方位精進 DDR5發展動能十足

2020年7月14日記憶體技術標準的領導組織JEDEC正式發布新一代的記憶體標準DDR5 SDRAM,標準編號JESD79-5,並收取369美元的下載費用。DDR記憶體自1998年開始倡議與運用至今已來到了第五代,每一代約在產業使用4至7年時間,在DDR4技術逐漸難以提升、難以滿足更高要求下,產業將迎向使用DDR5(表1)。 DDR5期望運用於兩個領域,一是用戶端系統(Client System),即個人電腦;另一是資料中心(Data Center),即伺服器。其他領域與裝置尚非其運用目標。DDR5運用何種技術提升而能滿足更高要求,本文以下將對此探討。 降低運作電壓/提高資料傳輸率 DDR記憶體每次改朝換代,均會因應更先進縮密的半導體製程而降低運作電壓,DDR5確定使用1.1V,較DDR4低0.1V。若檢視歷代的DDR記憶體運作電壓可發現,運作電壓的降幅愈來愈小,從0.8V、0.7V降至0.3V,而今僅降0.1V,此並非是記憶體所獨有,而是整體半導體產業均面臨的技術課題。更低的電壓也意謂著在電晶體漏電受控制下可以更省電,不過也意謂著電壓準位更難精準控制,對此一挑戰後頭將再敘述。 同時DDR5預估以4.8GT/s(T為Transfer)傳輸率起跳,較DDR4發展至最後段的3.2GT/s快上50%,未來也將持續提升,預計將能比DDR4快一倍,達6.4GT/s,甚至是8.4GT/s。DDR5能夠提升傳輸率的原因在於使用決策回授等化器(Decision Feedback Equalization, DFE),可以使傳輸訊號少受干擾、更清晰。 晶片內實現ECC DDR4與更之前的記憶體均採行資料記憶體、錯誤糾正碼(Error-Correcting Code, ECC)記憶體各自分離的設計,如此等於在記憶體模組(Dual In Line Memory Module, DIMM)的板卡上多占據一點印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)面積,進而排擠可放的DRAM記憶體顆數。 新的DDR5主張直接運用更先進縮密的製程技術,把ECC的功效電路直接做進DRAM裸晶內,每顆DDR5記憶體晶片內都帶有ECC功效,如此有機會增加每一條DIMM模組上的晶片與容量,此一新特點也稱為On-die ECC。 單顆晶片加大容量/延長爆發長度 Rambus的相關文章認為DDR4每一個記憶體顆粒最高容量為16Gb,實務上美光(Micron)、三星(Samsung)已有32Gb容量,海力士(Hynix)則為16Gb。不過DDR5被寄予單顆更高容量的厚望,目前預估單顆最大容量達64Gb,意謂著能在不增加DIMM上的記憶體顆數下直接讓容量倍增。 DDR5也增加爆發(Burst)長度,DDR4為BC4、BL8,DDR5將為BC8、BL16,此一強化提升同樣著眼在提升記憶體系統的整體存取效率。爆發長度提升使DDR5一次就可以傳遞64Bytes的資料,這剛好是典型CPU裡一條快取線(Cache Line)的資料量,此意謂著一次爆發週期剛好滿足CPU的資料需求,省去再次存取,同時也沒有無效傳遞。 管理匯流排升級 自DDR3開始至今DDR系列的記憶體在系統管理上均採行Serial Presence Detect(SPD)介面,主機板上的記憶體控制器(即晶片組或已整合至CPU內的晶片組電路)透過SPD介面與DIMM記憶體模組溝通聯繫,DIMM上有一專設的Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory(EERPOM)記憶體,在此應用情境下稱為SPD記憶體,該記憶體內存放著該條DIMM上的各種組態配置資訊、參數資訊,如容量、傳輸延遲(Latency)等。 不過DDR5不再使用SPD介面,而是改用I3C介面。I3C介面是由Mobile...
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通訊技術/設備維護/資安保障缺一不可 全方位實現工業聯網應用

在工業4.0概念的概念出現後,設備聯網便成為工廠的基本需求,因此通訊及網路在工業現場所扮演的角色日益重要,同時可以預期未來工業網路設備對低延遲的要求越來越高。除了聯網能力,還需搭配資料擷取與控制,達到機台設備之間的協作及溝通效果,實現工業物聯網與智慧製造的藍圖。 而智慧製造與工業4.0是未來製造業發展的終極目標,許多業者已經從機台設備、工廠基礎設施、生產管理系統等層面開始部署,加上今年受到新冠肺炎疫情影響,數位化、自動化和智慧化的應用也變得更加迫切,因此本研討會邀請產業內的廠商,分別從工業網路、工業物聯網、設備預測維護及資訊安全四個面向探討如何落實工業4.0。 PROFINET建立跨廠生態系 網路在工業4.0中扮演不可缺少的角色,甚至可說是其核心,因此通訊技術的演進便帶動工業自動化的發展。同時近日熱門的人工智慧(AI)、物聯網(IoT)議題,背後代表的便是數位化與數據化,需要即時、穩定的工業網路才能落地。西門子產品經理朱軒逸(圖1)提及,過去舊型的網路技術以RS-485/RS-232為主,現在乙太網路則成為新趨勢,在2018年出廠的元件中占58%,推估今年的占比將會達到六成以上。 圖1 西門子產品經理朱軒逸認為,現在乙太網路則成為新趨勢,在2018年出廠的元件中占58%,推估今年的占比將會達到六成以上 十年前乙太網路發展出工業級版本,常見的分別是主導美洲市場的EtherNet/IP,歐洲及大陸市場廣泛採用的PROFINET、EtherCAT、Modbus等,皆是奠基於乙太網路的技術。全球市場70%的工業乙太網路由PI、EtherCAT、ODVA三個協會主導,不同協會分別代表不同的廠商,進行不一樣的開發計畫。 以西門子為例,作為PI協會的一員,其九成以上的產品採用PROFINET。PROFINET可以做到一網到底,概念上,所有的設備到控制器、雲端皆能使用同一種通訊、相同的網路線與安裝方式即可。朱軒逸分析,目前PROFINET有幾個優勢,一是減少安裝成本,且方便診斷。PROFINET系統架構的設定簡潔,一條網路就可以架設,還能透過無線傳輸。此外,經過西門子的實驗室測試,證明PROFINET具有足夠的穩定性,相比RS-485,PROFINET具10倍以上的抗電磁相容(EMC)能力。同時易於診斷也增加PROFINET應用的方便性,若是運作時出現問題,工作人員只要打開架構中的其中一台電腦,就可以知道線對線、點對點之間的流速。如果中間有問題發生,例如線被扯斷,便能即時知道在哪個位置及發生什麼問題,立刻找出斷線的地方及有問題的機器,或者診斷出網路受到來自何處的干擾,都能迅速找到問題並解決,解決舊型網路常見的痛點。 2018年起,西門子開始研發PROFINET with TSN方案,期望建立PROFINET生態系,致力於整合新舊系統,並且同樣看好OPC UA的技術。朱軒逸表示,以後使用的乙太網路技術,不管是西門子或是任何一家廠商,都會使用PROFINET with TSN with OPC UA,代表系統中有OPC UA以後,就可以做到跨廠牌、跨通訊無縫接軌,達到直接溝通的目標。 為原有設備加入聯網功能 將聯網產品導入工廠的過程中,因應即時、低功耗等不同的使用情境,需要挑選相應的工業物聯網產品或方案。針對不同的需求,泓格科技推出從入門到進階的物聯網方案。其中IoTstar即為進階的雲端管理平台,用於設備管理。 泓格科技處長何坤鑫(圖2)說明,IoTstar以方便使用為主,搭配WISE/PMC控制器,採用邊緣運算,客戶購買後只需要透過網頁式的介面進行設定,不需要寫程式,並將資料存進標準資料庫,方便管理。泓格採用標準通訊協定如RS-485或Ethernet整合不同廠商間的感測器、流量計等設備,客戶則可以透過網頁設定控制器將資料存入雲端,或者選擇使用自家的公有雲。為了維持穩定性與降低維護成本,IoTstar可執行遠端維護,使用介面一樣是網頁,由網頁遠端連線裝置,即可更新裝置內的邏輯運算。 圖2 泓格科技處長何坤鑫表示,依照預算、使用情境及現有設備的不同考量,可選擇相應的物聯網方案,便能達到較大的應用效益 IoTstar曾應用在印度政府的水利管理系統中水閘門的控制。何坤鑫說道,當時客戶已經有現成的機櫃,且原先的PLC沒有物聯網功能,無法透過4G基地台回傳資訊至手機中。對此,泓格提供物聯網Gateway裝在超過250個機櫃中,便達到維持原運作,同時加上通訊功能的目的。 另一方面,泓格設計入門的4G通訊方案,藉由虛擬網路的方式建立通訊功能。如農業溫室無法設置網路線與機台,便使用手機基地台及4G路由器布建虛擬串口(Virtual COM),除了可遠端與RS-485通訊,其他不同廠商的設備皆可以透過標準通訊協定直接加入。軟體則放在電腦端,搭配RS-485虛擬化的COM Port,由於只需要做到遠端連線,因此軟體不需要更動即可執行遠端控制。何坤鑫認為,依照預算、使用情境及現有設備的不同考量,可選擇相應的物聯網方案,便能達到較大的應用效益。 震動感測實現設備異常預警 工業4.0與前幾代工業發展的重點,最大的差異在於透過網路來實現各方應用,範圍包含設備、製程,以及如何安全的聯網,因此系統需要整合生產人員與其他資訊,協助管理者藉由遠端控制了解生產狀況。安馳技術應用工程經理高富華(圖3)以ADI機器手臂為例說明,ADI傳統的應用市場包含了最普遍的放大器、資料轉換器、RS-232/485的通訊協定,或者CAN Bus等傳統應用。新興市場的應用則包含LiDAR、ToF,可以透過鏡頭進行物體的景深、形狀等特徵的判讀,應用上可以做機器手臂的電子圍籬,或者從感測器得知馬達現在的速度位置,其他還有EtherNET等無線通訊的產品應用。 圖3 安馳技術應用工程經理高富華說明,除了感測器,機器的預測維護需要AI演算法的協助 在機器的預測維護方面,ADI採用以MEMS為核心的感測器,有別於壓電式感測,而是透過壓變、形變產生震動數據,優點在於能夠用半導體的製程方式執行感測功能,所以在整合上更有彈性,可以把資料轉換器,甚至DSP引擎整合在裡面,做成All in One的模組。針對MEMS感測器的訊號傳輸,若要直接數位輸出,加上一個資料轉換器,即可透過SPI的通訊介面讀取及傳輸資料。 高富華進一步說明,除了感測器,機器的預測維護需要AI演算法的協助。經由感測器蒐集資料後,須要把時域上的資料轉到頻域上,並在頻域上根據不同的分量分析。以工業產品常見的馬達風扇、鼓風機、壓縮機為例,這些產品的故障原因多半以培林為主,因為培林負責移動、轉動或是線性軸承等等,整個設備重量壓在培林上,導致培林的故障率相對高。因此設備狀態監測會針對培林的內圈及外圈破損等狀況,進行基本頻率的演算分析。 工業資安不可輕忽 工業設備聯網以後,資訊安全議題隨之出現。相對IT領域對資訊安全的重視,OT方面在資安的概念起步較晚,防範攻擊的方式也與IT不同。Moxa亞太區產品行銷經理郭彥徵(圖4)以工業自動化/控制系統的安全標準,IEC-62443為主軸,說明工業資安的重要性與系統設計概念(圖5)。首先,資安有三個面向:機密性、完整性及可用性。機密性代表資料不會遭到竊取,完整性則確保資料不會被竄改,可用性則表示資料能夠即時傳輸。對IT人員而言,機密性與完整性是資安防護的兩大重點,避免金融資料、帳號等敏感資訊外流或遭到竄改。而在OT領域,可用性則是最重要的項目,需要防止因為系統遭到攻擊而影響產線運作。 圖4 Moxa亞太區產品行銷經理郭彥徵強調,建立工業資安防護的第一步,是使用經過市場檢驗的方式 圖5 IEC-62443概觀    資料來源:Moxa 建立工業資安防護的第一步,是使用經過市場檢驗的方式,郭彥徵強調。如果使用自創的方式保護系統,在沒有經過市場檢驗的情況下,有經驗的駭客便能輕易破解。在IEC-62443的規範中,從高維度到低維度,包含設備系統的選用到系統設計,都已經有完善規範,只要基於規範的內容執行,全世界的用戶都會共同測試這個系統有沒有被攻擊的可能性。另一方面,IT的領域中有ISO 27000相關的資安認證,但是其涵蓋的面向只有人員組織的規範,例如當公司受資安攻擊,需要哪些小組處理資安事件。而IEC-62443規範的制定,便是為了工業應用制定,其內容涵蓋更多系統的設計建議。 在系統設計方面,IEC-62443建議IT跟OT之間不要只放防火牆或單向閘道,雖然可以阻擋IT遇到的攻擊病毒影響OT運作,但是若是病毒直接在OT系統中擴散便難以預防。所以IEC-62443推薦使用工業DMZ架構,當病毒跟駭客攻擊系統時,會經過層層關卡,降低受資安攻擊的風險。 智慧製造落地的過程中,通訊方面在工業級乙太網路及廠商的物聯網方案下,逐漸依循標準通訊協定,走向未來跨廠牌、跨通訊溝通的目標,彈性的物聯網方案更提供使用者彈性選擇,滿足即時或低功耗等需求。設備預測維護方面,則透過震動感測分析機台狀況,避免設備臨時損壞而影響產線運作。同時資安是工業聯網時代不可忽視的議題,若是依照IEC-62443的規範進行系統設計,便能有效防範控制系統遭受攻擊。
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