封面故事

智慧家庭的發展已經勢不可擋，而智慧家電在智慧家庭中的比例最高。智慧家電是將微處理器、感測器、網路通訊技術導入家電設備後形成的家電產品，具有自動感知家電自身狀態、家電服務狀態的功能，能夠自動控制及接收住宅用戶在住宅內或遠端的控制指令。例如透過智慧手機、智慧音箱指揮掃地機器人、電視機等家電的工作。 家電的智慧化需根據周圍環境的不同自動作出反應，不需要人為干預，這種自動感知周圍環境，必然少不了感測器的參與。近兩年推出的1D飛時測距感測器則漸漸獲得各大智慧家庭廠商的認可和應用。 測距技術各有所長 市面上常用的測距方案主要有紅外線對射管(Infrared Pair Tube)、接近感測器、1D飛時測距感測器和三角距離感測器，其原理以及優缺點如表1所示。 表1　主流測距技術比較 紅外線對射管和紅外線接近感測器兩種測距方案比較適用在智慧家庭的自動翻蓋和自動掀馬桶圈的衛浴，自動水龍頭等應用場景，因為這種場景對精度要求不高，但是高品質的衛浴和自動水龍頭也逐漸採用1D飛時測距解決方案。 1D飛時測距感測器應用在掃地機器人的障礙物識別和樓梯偵測較為普遍，也包括智慧電視的人體接近偵測，智慧燈的靠近點亮，投影儀的人眼保護以及自動對焦功能，3D智慧門鎖等應用場景。接下來具體介紹1D直接飛時測距感測器原理及以智慧電視為例的應用。 1D飛時測距感測器運作原理/優勢 以艾邁斯半導體(ams)發表可偵測2cm~2.5m距離的解決方案為例，其內部結構如圖1所示。 圖1　ams 1D直接飛時測距感測器內部結構圖 IR雷射發射器(使用的是VCSEL技術)經過光學元件打出光子，同時給時間數位轉換器(TDC)發出一個開始的訊號，光子遇到障礙物會反射回來，被模組的接收端單光子雪崩二極體(SPAD)所接收，並導致SPAD產生雪崩，進而給TDC一個停止的訊號；TDC透過計算開始和停止訊號之間的時間，即於光速已知的前提下即可算出物體距感測器的距離，實現真正的時間飛行測量(圖2)。 圖2　距離計算原理 輸出長條圖資料 感測器模組可以直接輸出長條圖資料(圖3)，長條圖是資料分布的精確圖形表示，透過連續採集遇到物體反射回來紅外光的訊號進行處理，反映TDC資料的分布情況，便於距離演算法的精確計算(圖4)。 圖3　玻璃蓋板和物體反射回來的資料長條圖 圖4　資料輸出演示圖 抗油污與環境光干擾 感測器模組毋需做汙漬校準，具有抗汙漬特性。因為第一個回來的反射訊號永遠都是玻璃蓋板的返回值，而汙漬和玻璃蓋板成為一整體，作為第一個反射訊號。只不過有汙漬後，第一個反射回來的訊號會很強，相對於第二個反射回來被測物體的訊號峰值較弱，感測器模組內置演算法測的是兩次返回訊號峰值的時間差，所以汙漬不會干擾感測器模組工作。 此外，發射的紅外線光源波長在940nm，940nm的紅外光在環境光中的成分較少，干擾相對會較小。 近距遠距分段測量 感測器模組內建演算法可以根據測量的結果，自動切換近距和遠距離模式，使近距和遠距的距離計算更加的精確。 自動校準 校準分為兩種，一種是時間校準，感測器模組主要靠紅外光雷射打出去和反射回來的時間計算距離，所以對內建時鐘精度要求很高，為了避免時鐘偏差，感測器模組會自動以系統時鐘為標定即時校準。另一種是產線一次性光學校準，無需人工參與，只需保證在暗光或是無光環境下，且40cm內無遮擋，即可軟體觸發校準。 另外，感測器模組受照明角度的限制(圖5)，可以放多顆1D時間飛行感測器，擴大偵測的角度。 圖5 飛時測距感測器晶片的接收角度和照明角度 飛時測距感測器導入電視應用趨向智慧化 2019年8月，華為發表榮耀電視「智慧屏」，將智慧電視互動功能大幅提升，酷炫的語音互動、手機與大螢幕間魔法互動、聯控智慧家庭、升降相機拍照等，如果搭載1D飛時測距感測器則可實現更多應用。 眾所周知，看電視的距離攸關眼睛健康，離電視越近，眼內的睫狀肌收縮力也愈強，也就愈容易造成視覺疲勞，尤其是小孩子，自控力不足，不自覺地就會靠近電視。如果電視裝有一個可以感測物體接近的功能，一旦有物體在一定的範圍內，就自動調暗或關閉顯示器背光並發出警告，提醒小孩子遠離電視，保護小孩的視力。現在市場上部分雷射電視，為了防止人靠近雷射發射端傷害人眼，已經加了距離類的感應感測器。 在智慧電視機上搭載多顆1D飛時測距感測器可以多角度偵測不斷靠近的活動物體的距離，進而做出相應的反應(圖6)。 圖6 多顆1D飛時測距感測器在電視上應用效果圖 除了人體接近偵測外，1D飛時測距感測器還可以搭配智慧電視的相機實現自動對焦功能。目前主流的相機對焦方案有兩種，一種是基於CCD半導體成像元件的聚焦技術，其利用物體光反射的原理，物體反射回來的光被相機上的感測器CCD接收，透過電腦處理，帶動電動對焦裝置進行對焦。隨著相機的象素數越來越高，對焦時間會越來越久。另一種是測距的對焦方案，使用1D飛時測距感測器，可以直接給出對焦距離，提高對焦速度，相對於其他對焦方案速度更快、成本更低。 智慧家庭的發展擴大了感測器的應用市場，而1D時間飛行測距感測器作為感測器家族的一員，有著更廣泛的應用場景，可以應用於許多日常的家電中，進一步升級智慧家庭產業，協助家電的智慧化。 (作者任職於ams艾邁斯半導體)

近幾年正當電動車大廠特斯拉(Tesla)在全球掀起熱潮的同時，從台灣起家的睿能(Gogoro)也在台灣逐步打下江山，事實上，從台灣過去的汽車與機車產業發展脈絡觀察，顯而易見的是，台灣在即將爆發的電動車產業中，從二輪切入絕對比四輪來得有機會，其中又以這四個次產業的商機最值得期待。台灣電動機車市場自2015年突破萬輛以來逐步成形，2019年掛牌數達到16.8萬輛，較2018年7.9萬輛翻倍(圖1)，以台灣整體機車保有量1,400萬輛計算，電動機車保有量30多萬輛，僅占整體機車的2%左右。但根據裕隆旗下的裕電能源預估，2023年台灣電動機車可望新增30~50萬輛，占整體機車比例可超過5%，到了2035年將新增100~300萬輛，占整體機車比例可超過30%，後續成長潛力十足。 圖1　台灣電動機車掛牌數 電動機車扮演新興商業模式火車頭 不僅台灣市場如此，在綠色環保的浪潮下，全世界各國都宣布在2025~2040年要以電動車全面取代燃油車，台灣向來有「機車王國」之美譽，又有「準獨角獸」Gogoro帶頭領軍，為台灣的電動機車國家隊打下相當不錯的基礎，未來要打亞洲盃或世界盃都大有可為。 然而，亞洲鄰國可不是省油的燈，例如印度就宣布在2019~2022年投資15億美元全面發展電動機車與三輪車，越南VinFast也和政府共同投資15億美元發展電動機車，大陸與日本都有意主導建立電動機車標準，可以預期的是，未來以東南亞及大陸為主的亞洲市場，將是全世界電動機車的超級戰場。 根據勤業眾信聯合會計師事務所發布的《2020年汽車產業趨勢與展望》報告，顛覆性的科技正在翻轉汽車供應鏈的數位轉型，其中「電動化、新競爭者、資訊共享與科技」將扮演四大驅動因素，而融合科技應用和電動化汽車更是未來的發展趨勢；毋庸置疑，四輪汽車產業的發展趨勢，一樣可以適用於二輪的機車產業。 對台灣產業鏈來說，原本就是重型機車的製造重鎮，包括光陽、三陽、宏佳騰、Gogoro、PGO摩特動力、中華eMOVING等都有一定實力(圖2)，但除了發展電動機車的整車研發、製造與品牌之外，也應善用台灣科技產業供應鏈的優勢，發展電動機車所需的科技應用模組、智慧配件及能源網路，並探索在智慧城市、智慧交通架構下可能的創新商業模式，包括共享經濟、車聯網、物流車隊派遣管理等新型態數位服務。 圖2　台灣電動機車主要品牌 能源服務產業方興未艾 能源科技是電動機車非常核心的一環，環繞在電池、充電、能源網路的相關議題，絕對是電動車能否快速普及的關鍵因素。睿能的成功不僅是推出了一款又一款好騎好看的Gogoro機車，其推出的Gogoro Network智慧電池交換平台也居功厥偉，在換電便利性、電池維護與效能控管上都有優質表現，甚至因此吸引競爭對手加入其陣營，與山葉(Yamaha)、宏佳騰、PGO聯手成立PBGN聯盟，已經成為全世界最大的智慧電池交換平台。 此外，第三方的能源服務公司也順勢搶進，裕電能源就以「YES！來電」品牌經營二輪及四輪的一站式充電解決方案，強調可支援所有規格及品牌的充電設備，其涵蓋基礎設施層(充電樁銷售、建置及售後服務)、營運系統層(充電營運管理、客製化開發與經營)、應用層(App、金流支付)等完整配套，目前已經建置超過1,300個充電站，在全台公共場域充電樁的市占率居於領先地位，未來很有機會跨出台灣，一併將台灣的充電樁、智慧監控設備、物聯網閘道器、智慧停車系統、太陽能系統、能源管理系統等軟硬體技術輸出海外。 智慧化創造附加價值 從機車到電動機車，不僅是動力系統從引擎變成馬達，更是從工業到資通訊整合的完全位移。電動機車的關鍵零組件主要在於動力電池、動力馬達及控制器，根據台灣智慧移動產業協會出版的《台灣電動機車產業發展白皮書》，台灣電動機車的自製率已達90%以上。 台灣電動機車產業鏈 值得一提的是，電動機車正持續往智慧機車升級，在融合科技應用的智慧化方面，包括像是輔助駕駛系統、資訊娛樂系統、即時路況及導航系統、車輛防撞系統等，都需要善用人工智慧(AI)、車聯網、衛星定位與導航等技術，讓電動機車創造更豐富多元的附加價值，從追求「馬力」到追求「資訊力」。 另一方面，與機車族有關的智慧配件，例如智慧安全帽、智慧眼鏡、智慧擋風玻璃等，也吸引部分新創公司投入。以智慧安全帽為例，由前鴻海網通事業群核心團隊成立的Jarvish酷設工坊，就打造了全球首款量產的智慧安全帽，整合2K高畫質運動攝影機、HUD抬頭顯示、3D立體環繞音質耳機、智慧語音操控系統、無線充電模組於一身，讓車主在騎車時完全不用看手機，依然不會漏接任何電話，還能一邊查看導航或一邊聽環繞音響，同時還有高畫質行車紀錄器全程記錄、避免行車糾紛。 連結/融合智慧生活 如果要建構一個更完整的電動機車產業，顯然不能只將焦點放在機車、充電/換電系統、零組件上面，而是應該從智慧交通、智慧城市的格局去思考，諸如共享經濟、車隊物流管理、停車數據等創新的商業模式。 類似GoShare、WeMo、iRent這類共享機車的服務，已經不是什麼新鮮事，現在還有一種更新的P2P機車共享商業模式，這家新創公司Lockist開發出一款可以聯網的智慧機車鎖，讓私人機車也能開放給所有會員付費騎乘，只要透過4G網路遠端解鎖，就能拿到置於大鎖裡頭的機車鑰匙，車主可自行根據機車年份、使用狀況訂定租車費率，希望能夠讓私人閒置機車的資源獲得充分利用。 又如應用在機車車隊管理上，包括Uber Eats、FoodPanda等美食外送平台愈來愈夯，且都仰賴機車作為運輸工具，目前幾乎都是靠外送員的手機管理，顯然不夠聰明及有效率，但未來如能透過車聯網來整合管理，將訂單的所有履約過程都加以AI化，不管是派單、定價、路線、時間，系統都能做出智慧決策與建議，例如應該派給哪位外送員、如何規畫出最順路省時的路徑、外送員違規如何判責等，將是電商與物流平台的一大利器。 放眼更長遠的目標，未來這些智慧機車產生的即時數據，將可與人們的智慧生活緊密連結，以相同的標準進行串連、儲存與分享，創造超乎想像的數據財。例如透過智慧停車平台，車主可即時查詢機車空位，交通管理單位也可掌握停車數據，作為改善城市交通與停車規畫的參考；又如導入區塊鏈可以建立類似Carfax這種權威性的機車履歷，記錄所有使用數據及交易紀錄，包括車輛出處、里程數、維修歷史等，而這些數據也能提供車貸、保險業者參考，讓優良車主享有更低的保險費用或貸款利率。

汽車搭載藍牙、衛星定位甚至3G/4G聯網功能，已經是相當普及的規格，特別是藍牙跟衛星定位接收器，對大多數中階以上車款來說，幾乎已成標準配備。但摩托車搭載上述聯網功能的風潮，則是在最近兩三年才開始。 在創業團隊有濃厚手機產業背景的睿能(Gogoro)推出內建藍牙(Bluetooth)的電動摩托車，讓摩托車可借用手機內建的3G/4G數據機與衛星定位接收器，實現車聯網之後，傳統摩托車品牌廠也紛紛效法，在自家的電動摩托車上整合藍牙功能，進而讓目前市面上絕大多數的電動摩托車，均具備一定程度的聯網能力。 汽車供應鏈加持　摩托車聯網進展神速 藍牙技術從問世到打入汽車產業，進而成為目前許多車款的標準配備，前後花了近20年時光。但在電動摩托車問世後，短短兩三年內，幾乎所有台灣廠商生產的電動摩托車，都已經將藍牙當作標準配備。 台灣博世(Bosch)汽車原廠零件業務部總經理楊建新(圖1)認為，電動摩托車搭載網路通訊功能的比率之所以迅速提升，跟技術實作的成本有很大的關係。台灣的摩托車市場結構跟歐美有很大的不同，台灣民眾買摩托車，主要是為了通勤代步，但歐美民眾買摩托車，大多是因為休閒嗜好。因此，台灣的摩托車產品非常注重性價比，一台摩托車的生產成本通常只在1千歐元(約3.3萬元新台幣)上下，但歐洲摩托車廠的所推出的車款，主力是重型摩托車，整車的生產成本可達1萬歐元，甚至更高。 圖1  台灣博世汽車原廠零件業務部總經理楊建新 也因為歐美摩托車廠對成本的承擔能力高於台灣車廠，因此就市場現況來看，其實歐美的重型摩托車在聯網功能上，比台灣的電動摩托車來得更先進。很多重型摩托車都已經搭載衛星定位跟3G/4G通訊模組，不僅滿足歐美車主假日出遊的需要，同時也可以滿足歐盟的eCall法規要求。相較之下，台灣的摩托車在聯網功能方面，扣除共享業者訂製的特殊車款，大多數市售摩托車僅能支援藍牙功能。 事實上，有些歐美大型摩托車的聯網功能，跟汽車相比，已經相差不遠。這或許跟汽車、摩托車廠背後的Tier 1供應商，其實是同一批廠商有關。以Bosch為例，該公司有很多原本是為汽車開發的技術，現在已經轉移到摩托車上。但最重要的關鍵還是在客戶對成本的接受度，如果原本是以汽車為目標開發的技術、產品，經過適當調整後，能把成本降低到摩托車廠可接受的水準，摩托車製造商就會有導入的意願。 因此，長期來看，摩托車的聯網能力，一定會漸漸追上汽車。只要成本結構對了，汽車搭載的聯網技術，都有可能會出現在摩托車上。 共享車款必須獨立聯網　模組方案解難題 從楊建新的分析，不難推論出台灣車廠之所以偏好藍牙的原因。相較於3G/4G聯網，藍牙是成本低廉許多的聯網技術，藉由藍牙來連接智慧型手機，車廠可以省下內建行動網路數據機的成本，如果需要車聯網提供的服務，只要開發手機App即可。但這種系統架構需要付出什麼代價呢，又有何應用上的限制呢？ u-blox台灣區業務開發經理劉彥呈(圖2)分析，電動摩托車藉由手機來實現車聯網，雖然是一種很低成本的方法，但如果以摩托車主最需要的功能--定位與導航來看，其實是不太理想的作法。手機的定位與導航功能，要靠手機應用處理器來解算GNSS衛星訊號，因此非常耗電。相較之下，GNSS專用晶片的功耗比應用處理器低得多，故專門用來導航的設備，電池續航力通常會比開著定位功能的手機要長許多。 圖2  u-blox台灣區業務開發經理劉彥呈 如果是銷售給一般消費者的摩托車，這項缺點或許還可以接受，但若是共享業者的摩托車，則獨立的定位與聯網功能，將會是必備功能。藉由手機來實現定位跟聯網，最大的問題是車主不能離開摩托車，一旦車主離開，摩托車就會暫時失去透過網路回報位置跟車輛狀況給共享業者的能力，直到下一個使用者的手機跟摩托車重新連線為止。因此，共享業者若要時時掌握自家資產的狀況，則摩托車獨立聯網的能力，將是很基本的規格需求。 然而，要在摩托車上內建獨立聯網功能，對車廠來說，有三個很高的門檻要跨過。首先，車廠必須要有3G/4G通訊子系統的設計能力，但射頻(RF)系統的設計研發是一門專業，除了要有熟悉RF的設計人才外，車廠還要負擔高昂的前期設備投資成本，例如頻譜儀、向量網路分析儀等RF系統開發的必備儀器，還有微波暗室等量測環境配套。 其次，因為聯網摩托車必然要搭配電信業者的行動網路服務，故電信業者會要求摩托車通過入網測試，就跟手機一樣。然不同電信業者的入網測試標準不一，有些電信業者的入網測試十分繁複，測試費用也不便宜，特別是歐美的電信業者。如果車廠的聯網摩托車要銷往歐美市場，入網測試也會是一道非常難以跨越的門檻。 第三，行動通訊技術的智財(IP)授權，對摩托車廠來說，是一個很棘手問題。任何產品製造商要開發支援行動通訊技術的產品，都需要支付一筆為數不低的權利金給擁有相關智財權的業者，否則會有侵權問題產生。摩托車廠對於這些行動通訊產業已經行之有年的遊戲規則較不熟悉，稍有不甚就可能引來官司。 這三道門檻就是獨立聯網摩托車現階段之所以還無法普及的主要原因。但u-blox認為，這些問題是有解的。藉由高整合度的模組，完善的參考設計跟設計指南，車廠不需要擁有完整的RF研發團隊跟設備資源，也能將行動聯網功能整合到自家的產品上；如果模組供應商提供的方案已通過全球各大電信業者的入網測試，車廠通常也不太需要擔心入網測試的問題。最後，模組供應商若有夠強的智財專利組合，也能幫客戶撐起IP保護傘，降低侵權風險。 u-blox在車載通訊市場上已耕耘多年，這些摩托車導入聯網功能時會遇到的問題，其實在汽車市場上也會遇到，因此u-blox早已做好準備，並累積了許多處理這類問題的經驗。u-blox針對車載市場提供的方案不只是模組，還有完整的參考設計，電信入網測試的問題也已經預先解決，因此車廠或車載通訊設備製造商不用煩惱RF設計跟入網測試的問題。至於在IP授權方面，因為u-blox本身也有完整的IP組合，因此可為客戶提供一定程度的專利保護。 共享業者話語權漸增　帶動獨立聯網普及 雖然銷售給一般消費者的摩托車款不一定要具備獨立聯網功能，但由於共享服務商業模式興起，站在車廠的角度，來自這類企業客戶的營收占比，未來將會明顯成長。因此，開發客製化的摩托車款，以滿足企業客戶的需求，將會是車廠很重要的營運方向。台灣已有部分車廠直接跳下來經營共享摩托車業務，正顯示共享業務的發展趨勢，未來將會對車廠的營運產生重大影響。 楊建新認為，共享商業模式是交通產業一個很重要的發展趨勢。在汽車產業，很多共享服務業者，對車廠的影響力跟談判權，已經不容小看。例如中國的滴滴出行，就已經有能力直接跟車廠開規格，要求車廠提供客製化的車款。他相信，類似的案例在摩托車產業也會越來越常見，例如中華汽車本身除了生產eMoving電動摩托車之外，也提供WeMo客製化的電動摩托車，產品規格跟面向一般市場銷售的eMoving有所差異。 具體來說，WeMo所使用的eMoving車款，都搭載了WeMo自行開發的4G智慧控制盒，這是一般市售的中華eMoving電動摩托車所沒有的。 劉彥呈也抱持類似的觀點，並認為電動摩托車跟共享服務業者，將會是u-blox在台灣的重要新客戶群。因為共享摩托車的興起，會帶動獨立聯網功能的需求，而這也是u-blox在現有的車載通訊、工控設備之外，一個進一步擴大業務領域的契機。 額外附加功能拉抬獨立聯網需求 至於針對一般大眾銷售的摩托車，如果要採用獨立聯網架構，必須要提出其他額外的行銷訴求，才有機會說服消費者額外花錢。哪些功能有機會說服摩托車主購買更昂貴，但功能更高階的摩托車呢？答案可能還是要從汽車車聯網的發展軌跡去尋找。 歐盟自2018年4月起，已經將eCall列為所有在歐盟境內銷售的新車都必須強制支援的系統，當車主發生交通事故時，eCall系統會自動通報警察跟救援單位，更快趕到事故現場。雖然歐盟政府並未強制摩托車必須搭載eCall，但這項功能已經不再是汽車的專利，德國BMW就走在法規之前，在自家所生產的重型摩托車上搭載eCall，為BMW摩托車的車主提供更多保障。 另一方面，歐盟預計在2022年將智慧限速(Intelligent Speed Assistance)列為新車必須強制支援的功能，在這個功能輔助下，未來汽車在道路上行駛時，會自動依照該路段的速限調整行車速度。BMW也正在評估，要在自家的汽車跟重型摩托車上同步導入這項功能，但還沒做出最後決策。 至於摩托車的行車導航，在數位儀表板逐漸普及的情況下，未來很可能會直接整合在摩托車的儀表板。事實上，目前台灣摩托車騎士把手機藉由車架放在龍頭上，當行車導航設備使用的做法，是相當危險的，因為手機導航的使用者介面不是為機車騎士所設計，上面有太多不必要的資訊，反而會讓騎士在馬路上分心。 因此有些國內外儀表板業者，已經開發出專為機車騎士設計行車導航介面。這類介面十分簡潔，只有左右轉、前進的箭號，類似Turn-by-turn導航模式，以避免騎士分心。而這種導航模式，最理想的方法還是要靠獨立的硬體GNSS來實現，否則機車騎士的手機一下子就會沒電了。 整體來看，從提高車主行車安全的角度去思考獨立聯網摩托車的賣點，應該會是個可行的方向。畢竟，摩托車是相對危險的交通工具，如果能提供更多安全保護機制，對於車主來說，會有一定的吸引力。

在汽車產業電氣化如火如荼進行之際，摩托車也同步掀起電氣化熱潮。在Gogoro等新創公司帶頭試水溫，獲得不錯的市場回響後，傳統摩托車廠也紛紛展開相關布局，進而確立了摩托車電氣化的趨勢。 摩托車電氣化，將使得摩托車對電子零組件的需求大增，但也正如同電動汽車將對傳統引擎車的生態系統造成巨大衝擊，電動摩托車對現有摩托車產業的影響，同樣不容小看。從最上游的車廠研發端，到最下游的摩托車行，都必須做好面對衝擊跟挑戰的準備。 摩托車電子元件走向汽車規格 有趣的是，在電動摩托車竄起的過程中，來自汽車供應鏈的業者提供了不少幫助。台灣瑞薩(Renesas)電子車用事業部副理黃源旗(圖1)表示，其實摩托車跟汽車的供應鏈中，有不少廠商是重疊的，特別是Tier 1供應商。 圖1  台灣瑞薩電子車用事業部副理黃源旗 因此，在電動摩托車的發展過程中，供應鏈很明顯地分成兩個陣營，一派是沒有跟國際級Tier 1零部件供應商或國際車廠合作經驗的業者，這些供應商至今還是會在自家的產品中採用工規，甚至少部分商規元件。但如果是已經跟國際車廠/Tier 1有業務往來的供應商，基本上都會採用車規元件來開發自己的產品。 黃源旗解釋，汽車產業對於零部件的研發跟製造流程有很嚴謹的規定，有能力接車廠或Tier 1訂單的業者，一定要配合客戶的一整套流程與組織規範，故這類廠商通常不會再花額外的資源去發展或維護非車規的產品線。這是電動摩托車供應鏈之所以會分成兩個陣營的原因。 而隨著電動摩托車廠商近幾年累積了越來越多實戰經驗，很多車廠跟零部件製造商發現，摩托車的生命週期雖然不如汽車可長達十多年，但從摩托車出廠到報廢，平均壽命期間仍可長達5~10年，如果使用商規元件，很可能會遇到元件停產，找不到替代品的風險。這會使得電動摩托車的後續保養維護變成非常麻煩的問題。 因此，電動摩托車的車廠跟相關供應鏈業者，已經有很高的比例採用與汽車同等規格的零件。雖然車規元件的成本遠比商規高出數倍，也比工規元件貴了不少，但除了一分錢一分貨，品質有保證之外，車規元件的保證供貨時間都非常長，也能讓車廠等相關業者省下可觀的備料成本。 簡言之，如果車廠或零部件供應商採用商規或工規元件，省的是前期成本，但產品售出之後的後勤支援成本會很高；反之，採用車規元件的前期成本雖高，後期的維修備料卻非常省事。台灣某本土摩托車廠在跨入電動摩托車市場初期，曾經推出過幾款採用商規元件的車型，但很快就轉向車規元件，原因也在於該車廠意識到，商規電子零組件的保證供貨時間不像機械零組件那麼長，但摩托車的生命週期，卻是大多數消費性電子產品的好幾倍。 摩托車電氣化帶動電子元件需求 伴隨著電氣化，摩托車也開始跟汽車一樣，電子零組件使用量明顯增加。舉例來說，傳統摩托車除了電子燃油噴射(EFI)跟儀表板的控制單元(ECU)之外，只有重型機車搭載的防鎖定煞車系統(ABS)會用到微控制器(MCU)。但電動摩托車則截然不同，雖然沒有EFI，但卻多了馬達控制、馬達驅動、電池管理系統(BMS)等更複雜的電子系統。 此外，為了擴大電動摩托車跟傳統摩托車的功能差異，電動摩托車基本上都內建聯網功能，只是聯網技術的選擇不同，有些選用3G、4G，有些則是透過藍牙(Bluetooth)來連接車主的手機，借用手機來實現車聯網。 單以動力總成(Powertrain)來看，一台電動摩托車至少就會用到主控MCU、閘極驅動IC、功率MOSFET，以及位置感測器等馬達驅控相關的電子元件。至於儀表板，車商為了創造新的使用者體驗，擴大與傳統摩托車的差異，近幾年明顯吹起一股儀表板數位化浪潮，並回頭影響了傳統摩托車所使用的儀表板設計。 黃源旗透露，瑞薩在儀表板MCU市場上，擁有六成左右的市占率。就該公司觀察，現在新出廠的車款所搭載的儀表板，不管是燃油摩托車或電動摩托車，都已經很少採用純指針式的，主流產品採用的是指針搭配Segment LCD，高階儀表板則是完全用TFT-LCD螢幕來顯示所有資訊。 這個趨勢也影響了瑞薩在相關MCU產品線的布局。指針式儀表板基本上只要16位元MCU搭配步進馬達驅控功能，就足以滿足需求，但由於現在已經很少有純指針式儀表板，因此瑞薩目前針對主流儀表板所設計的MCU方案，都已經直接內建Segment LCD驅動功能。至於TFT-LCD儀表板，則必須使用帶有2D圖形處理引擎的32位元MCU來做為主控晶片。 至於在馬達驅控方面，由於電動摩托車的車身遠比汽車小，因此車廠在開發產品時，對於馬達驅控的要求，最大的挑戰是跟功率密度有關的議題。英飛凌(Infineon)電源管理與多元電子事業處總監梁錦文(圖2)指出，如何在有限的空間內實現最大的功率輸出，並保持優異的系統熱性能，是電動摩托車製造商目前共同面臨的挑戰。 圖2  英飛凌電源管理與多元電子事業處總監梁錦文 狹小的空間、功率不低的馬達，再加上摩托車電池的輸出電壓通常在48V~96V之間，不像電動汽車的電池，輸出電壓可達200~500V，因此電動摩托車的馬達驅動電流其實不容小覷。小空間、大電流與高功率馬達的結合，對馬達系統的散熱是很大的考驗。因此，英飛凌解決方案的開發目標，是以幫助客戶工程師能在受限的空間裡安置盡可能小巧的馬達驅動板，實現最大的功率輸出，並保持優異的系統熱性能，力保車輛運行的可靠性和使用壽命。這些特性也是英飛凌與其他對手產品最主要的差異所在。 由於電動機車對於功率密度的要求相當高，未來GaNFET有沒有機會切入此一市場呢？梁錦文認為，這個機會是存在的。目前大部分電動摩托車的馬達驅動設計還是基於矽MOSFET，比如英飛凌的OptiMOS/StrongIRFET，然而，隨著摩托車製造商對於空間尺寸的進一步要求，相信GaNFET也會在馬達驅動領域加速普及應用。 在電池管理系統方面，對電動摩托車來說，最主要的考驗跟大電流需求有關。針對BMS，英飛凌提出的解決方案包含帶有充放電保護的大電流功率MOSFET、防偽認證的加密晶片和微控制器。 由於電動摩托車的電流大，其他普通的設計方案需要並聯很多顆功率MOSFET來處理，不僅帶來並聯一致性問題需要處理，而且保護電路板的面積也相應比較大，成本自然也會有壓力。英飛凌的BMS解決方案針對這個設計痛點，建議採用低導通電阻的OptiMOS/StrongIRFET，加上散熱性能優異的元件封裝，並聯數量大幅減少，損耗比較低，一致性和可靠性更高。 比如說，英飛凌的MOSFET採用TO-leadless封裝，在80V耐壓上實現業界最低導通電阻1.2毫歐姆，100V產品實現1.5毫歐姆，是目前業界最優秀的產品。有客戶採用英飛凌2顆TO-leadless封裝的MOSFET取代10顆PQFN5x6封裝的元件，不僅板子尺寸顯著減小，物料採購數量減少，整體成本也更有競爭力。 電氣化將帶來摩托車產業洗牌 摩托車電氣化的趨勢，對摩托車產業鏈處理電子設計問題的能力，是一個很大的考驗。前面提到的儀表板與動力總成系統，以往都是以機械結構為主，電子系統的含量很低。但電動摩托車所搭載的電子系統數量大增，使得這類產品已經不再是機械學門的從業人員所熟悉的應用，而是電機學門的應用。 有半導體業界人士指出，電子電機跟機械是兩個截然不同的領域，雖然摩托車廠都知道電氣化是擋不住的趨勢，也有心想在電動摩托車領域有一番作為，但摩托車畢竟是傳統產業，很難開出足以跟電子大廠競爭的薪水，吸引電子電機領域的人才加入。另一方面，摩托車產業過去幾十年來一直是機械領域的人主導，因此看事情的角度跟電子電機領域的公司不太一樣，這種組織文化的氛圍，也不利於傳統車廠吸引新一代的電機人才加入。 該人士所屬的公司曾主辦過多場針對機車業者規畫的技術座談會，但每次與這些來自機車領域的專家交流，都會覺得兩個行業真是隔行如隔山。舉例來說，要跟車廠專家談ECU的程式設計議題，機械背景的車廠研發人員往往是似懂非懂；馬達驅控的情況還好一些，因為馬達是橫跨電子與機械兩個領域的技術，學機械的人通常也會對馬達有一定的理解，但如果講的題目太偏馬達控制，只要一牽涉到演算法，就得花很多心力去解釋。 這些都還只停留在摩托車的核心系統層面，如果要進一步談摩托車聯網的議題，特別是用3G/4G技術來實現聯網功能，摩托車廠的工程師大概只能舉手投降，因為這會涉及到射頻(RF)設計的專業，離機械領域十分遙遠。另一方面，任何應用只要一牽涉到行動通訊技術，就得遵守電信、網通公司制定的遊戲規則，對車廠來說，想在摩托車上導入相關功能，風險是很大的。這也是目前電動摩托車大多只搭載藍牙技術的主因之一。 傳統車行面臨生存考驗 對整體摩托車相關產業來說，電氣化所帶來的衝擊不只出現在產品研發端，負責為廣大摩托車主提供維修保養的支援體系，受到的影響更大。傳統摩托車對維修保養的需求，撐起台灣兩萬多家摩托車行的營運，也造就了台灣摩托車行比便利商店還多的世界奇觀。但機油、齒輪油、煞車來令、火星塞、空氣濾清器、皮帶等傳統摩托車必須定期更換的耗材，電動摩托車都不需要，在摩托車逐步電氣化的過程中，支撐這些傳統車行營運的收入來源，也會跟著消失。 摩托車業內人士就指出，雖然Gogoro有意利用傳統車行的廣大通路來增加其電動摩托車的能見度，並提供更便利的維修服務給車主，但電動摩托車的維修保養需求遠比傳統油車來得少，從車行的角度來看，維修電動摩托車是很難經營的生意。更何況電動摩托車系統規格遠比油車來得更封閉，一家車行要為不同品牌的電動摩托車提供維修服務，是很困難的。 事實上，即便是傳統油車，也有一些核心零部件是很難維修的，例如噴射引擎的EFI功能若發生故障，一定得要靠原廠的診斷電腦才能檢測，但摩托車行要取得一家原廠的診斷電腦，都得投入大量資金，想取得不同原廠的診斷電腦，則幾乎是不可能的任務，因為原廠的診斷電腦只會提供簽約配合的車行，但這種合作關係是排他性的，如果某家車行跟A原廠簽約，就無法再與B原廠簽同樣的合作協議。 除了資本設備、零組件規格的問題外，要目前的摩托車維修技師學會修理電動摩托車，也是件很困難的事情。電動摩托車的維修複雜度跟重型摩托車相當，維修技師除了要有機械領域的知識外，還需掌握基礎電學知識，否則根本無從修起。 業界人士悲觀地總結說，上述問題若不能解決，即便Gogoro喊出2020年底前要與1,000家傳統車行合作的目標，能不能達成還是個未知數。如果把眼光放遠，比如十年後，台灣還能有多少摩托車行繼續生存下去，更是個問號。很多老一輩的車行老闆，都已經有幾年後不如把店收一收，退休享清福的打算；年輕的修車師傅則還有足夠的學習能力跟誘因，去培養電動摩托車的維修技能，但中生代(目前40~50歲)的車行老闆或修車師傅，則處在不上不下的尷尬階段。 時代進步不等人　適者才能出頭天 每當能撼動一個產業的顛覆性技術突破出現，總有受益者跟受害者。就像汽車從傳統內燃機引擎轉向電力驅動的過程中，雖然讓許多汽車電子元件的供應商受益，但車廠、供應鏈業者甚至維修服務體系，也必須重新調整策略跟組織，才能因應汽車電氣化所帶來的新挑戰。 由於台灣的本土汽車產業鏈規模有限，因此在汽車電氣化的過程中，沒有受到太大的衝擊。但同樣的故事，也正在摩托車產業中上演，摩托車電氣化所帶來的影響，台灣社會肯定會非常有感。因應衝擊的對策為何，不僅考驗政府，也考驗每一個摩托車相關產業的從業人員。

開放網路由於預期可以大幅節省電信營運商的系統建置與維運成本，多年來吸引電信商與網通設備、伺服器廠、相關零組件廠商的興趣，但一直未能有大幅進展；進入5G時代，營運商網路建置成本大幅提高，加上5G任務複雜多樣，網路雲化勢在必行，為開放式無線電接取網路(Radio Access Network, RAN)創造主客觀的條件，日本樂天移動(Rakuten Mobile)宣示將採用4G開放基地台更是吹皺一池春水，讓5G開放架構熱度直線上升。 不過從目前電信設備市場生態來觀察，諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericsson)、華為(Huawei)、中興通訊(ZTE)、三星(Samsung)五家廠商市占率合計接近100%，這五家廠商不管是否支持開放架構，斷不可能拱手將市場讓出，所以5G開放網路雖然有好的開始，但是眼前仍有諸多問題等待解決，如電信設備廠的合作態度、產業鏈標準化開放進展、產業鏈上下游串連成效與開放架構可能帶動的資安風險等，都在在考驗推動開放RAN的廠商們。 推動5G開放系統困難重重 近來討論開放架構都聚焦在將RAN解構並重組產業鏈，然而從更宏觀的角度來觀察，Nokia台港澳業務銷售總監鄭志中表示，走向雲化的5G網路架構，持續朝更開放發展，不過部分大型電信營運商是在網路管理的層次討論，如RAN Intelligent Controller與開放控制這兩個層面，主要著眼於網路管理的架構下，討論如何讓電信網路運作更有效率。 然而O-RAN的討論是在將整個RAN架構開放與標準化，對於電信設備商來說，其中敏感的部分就是涉及其軟硬體的核心業務，過去電信網路布建確實由少數廠商「壟斷」，而目前多個開放架構推動組織，大部分都由電信營運商主導，最了解RAN「內情」的設備商參與情況多屬被動，投入程度也不若網通設備、伺服器與OEM/ODM這類發現新商機大陸的廠商。有業界人士直言，RAN開放架構裡，介面標準化是重要的一環，不同設備廠商的設備如何透過這些介面互聯/互通，過去設備廠不可能討論，未來要推動門檻也很高。 圖1　台灣思科系統資深電信策略顧問劉志鴻 另外，以前資訊科技(IT)與網路科技(NT)算是兩個涇渭分明的領域，RAN開放架構會將IT與NT拉得更近，彼此沒有明顯界限，台灣思科系統資深電信策略顧問劉志鴻(圖1)指出，在整個RAN架構中，除了硬體，更重要的是軟體與維運服務，電信營運商對於基地台的使用穩定度、可靠性與效能非常重視，所以在白牌設備相關條件還沒達到基本要求之前，營運商也不會貿然採用。台灣思科系統首席技術顧問錢小山表示，5G開放架構要複製資料中心的成功模式，設備穩定度是其中一個重點。 圖2　台灣思科系統首席技術顧問錢小山 系統整合扮演關鍵角色 無線電接取網路解構的過程中，原先由電信設備商扮演的角色被新產業鏈業者取代，其中最關鍵的就是系統整合，工研院產科國際所分析師魏依伶說，5G網路管理複雜度與重要性更甚於4G，由於5G將發展更多產業化應用，透過網路切片(Network Slicing)將網路分項功能模組化，提供給相關應用，不僅管理要更有彈性，也要更有效利用網路資源。系統整合業者扮演的角色可謂承上啟下，除為營運商排除網路問題之外，也要能統整產業鏈中的軟硬體供應商，找出問題所在並釐清責任。 目前開放RAN發展的成敗，產業人士都認為系統整合商扮演關鍵角色，然而這類廠商也由於角色吃重，不是一般業者能勝任，魏依伶直言，系統整合業者需要軟體、硬體與系統管理的綜合能力，以目前樂天移動的架構為例，Cisco扮演的就是系統整合的角色，該公司已經是網通領域的巨擘，網路設備路由器、交換機執全世界牛耳；另外，歐洲大型電信商Vodafone也宣布要將10萬個2G/3G設備換成開放架構，五大電信設備商中相對較小的Samsung就在這個案子中扮演系統整合商。 由Cisco與Samsung的例子來看，這兩家公司本身都是大型的公司，也具備多樣化能力，甚至Samsung本身就是電信設備供應商，才足以在開放架構裡面擔任系統整合重任。現在產業多半看到的是有形的成本節省與價值的取代，沒有發現電信設備商過去提供更大的價值是無形的服務與保障，鄭志中直言，Nokia有2~3萬個軟體工程師負責軟體與維運功能的開發，而且累積數十年的經驗，這不是其他廠商可以輕易取代的。 開放架構不必然提升資安風險 因此，5G RAN要走上開放網路架構還有許多關卡，除了產業鏈的解構重組之外，光寶科技網路通訊事業部總經理謝彥鵬解釋，系統整合商在利潤重新分配的過程中，需要在ecosystem中將利潤分配合理化，電信設備廠並不是完全被取代，其依然在產業鏈中扮演非常重要的角色。除了Cisco與Samsung這類廠商，未來具備多樣整合性能力的廠商，也可能成為開放RAN裡的系統整合商，工研院資通所副所長丁邦安就認為，如果從Nokia、Ericsson這些廠商中，分拆出一個新公司，專門發展開放架構，也可以適切扮演系統整合的角色。 另外，5G存取網路架構開放後，許多標準型的產品取代過去封閉式的架構，像是底層可能採用Linux開放軟體，容易將系統漏洞暴露在外，連帶使得網路風險大幅提升，謝彥鵬說明，開放本身不代表不安全，不管是開放架構或封閉架構，都很難阻擋資安危害，面對越來越嚴峻的資安挑戰，需要從架構設計階段就導入安全防護概念，並透過嚴謹的測試、驗證規範，若真正發生危害也需要建立可以迅速釐清問題與處理的做法。 由於電信服務商與使用者簽有合約，對於網路危害非常敏感，營運商希望盡量降低網路攻擊風險，白名單的管理是其中一個重點，可以初步杜絕駭客，不過真正的攻擊是無孔不入的，台灣思科系統首席資安顧問游証硯指出，過去電信網路的架構以無線電接取網路為中心；而5G時代，由於RAN虛擬化，導入更多AI/ML的應用，會發展去中心化的概念，因此Cisco提出分區管理的概念，利用設備監管發現異常行為，希望可以即時反應、早期解決。 無線電接取網路RAN開放架構，在5G時代開創全新的話題與產業契機，儘管現在看起來發展剛剛起步，還有許多標準有待討論，產業前景也多在紙上談兵階段，但網路開放的發展趨勢已是產業共識。樂天移動開台儘管有所延遲，該公司不久前確認2020年4月肯定會開台，這個案例是關心此一趨勢的產業人士深入觀察的指標，不過魏依伶提出，2020~2021年大型電信營運商開放架構的發展狀況應該是更具代表性的動態，因為樂天移動畢竟是新進廠商，網路規模相對也較小；大型營運商的網路布建才會對產業鏈產生全面的帶動效果。 展望未來，台灣廠商在5G開放架構希望能複製資料中心開放的商機，在產業鏈中搶到新的機會，但除了硬體之外，5G RAN更多價值來自軟體與服務，台灣廠商應該藉由這個機會深入發展軟體與維運管理的能量，以便在5G無線電接取網路RAN開放架構市場中找到更好的位置，同時提升產業競爭力。

5G為人類擘畫未來十年行動通訊的美好願景，架構涵蓋範圍龐大，為此，全球行動通訊專家設計了一個具備高度彈性的網路架構，進一步落實軟體定義網路(Software Defined Network, SDN)與網路功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV)兩大概念，打造以軟體控制的虛擬化網路，並導入雲端依需求調度資源的彈性服務概念。 虛擬化的雲端原生網路架構，讓管理調度更加容易。因此，多年前被提出的無線電接取網路(Radio Access Network, RAN)開放架構，成為5G商業化過程中最吸睛的話題。諾基亞(Nokia)台港澳業務銷售總監鄭志中指出，5G時代，在Cloud RAN的發展趨勢之下，使用網路切片(Network Slicing)將實體網路畫分為多個虛擬的邏輯網路，以滿足對網路有不同需求的各種應用。過去如同潘朵拉盒子的無線電接取網路如何打開？解構後產業鏈會帶來甚麼樣的變化，新的產業鏈帶來甚麼效益？如何較過去更加順暢高效地運作？ O-RAN推動5G開放架構 5G控制網路將走向軟體化與虛擬化，未來電信網路的運作會與雲端資料中心相似度極高。而目前電信網路，也希望複製資料中心架構開放的成功經驗，工研院產科國際所分析師魏依伶提到，過去電信網路是由設備商Nokia、Ericsson、華為統包，並負責電信營運商的相關技術支援與後勤服務，開放架構中軟體、硬體、系統整合、後勤支援都是不同廠商提供，典型的電信網路架構如圖1所示，未來電信網路開放後依照屬性將解構成多個部分，由不同廠商提供專屬的設備或服務。 圖1　無線電存取網路RAN架構圖 而RAN在開放的過程中，標準化就是現階段的重點工作，魏依伶說明，O-RAN聯盟由電信營運商主導，目前有130多家會員，包括：營運商、供應商及研究與學術機構。O-RAN的使命是將下一代無線電接取網路全面開放，未來的RAN將建立在虛擬化網路架構、白牌硬體和標準化可互通/互連介面基礎之上。越上層供應商越少，鄭志中坦言，A1與E2介面較有機會標準化，越下層投入廠商更多，標準化的複雜度也隨之提高。 O-RAN目前致力於將RAN架構進行標準化定義與傳輸介面的共通性，魏依伶進一步解釋，O-RAN目前有幾大工作小組投入標準與介面的制訂，包括：非即時RAN智慧控制與AI介面、即時RIC與E2介面、Open Fronthaul及Open F1/W1/E1/X2/Xn介面、RAN軟體與底層硬體解構、白牌硬體參考設計架構等。 TIP/ONF/OTIC就不同層次努力 此外，Facebook以雲端模式解構電信基礎架構，號召超過500家廠商成立TIP(Telecom Infra Project)，包括德國電信(Deutsche Telekom, DT)、SK Telecom、西班牙電信(Telefónica)、Vodafone、英國電信(BT)等，針對接取網路如LTE基地台、vRAN、Power、Open RAN等；行動回傳網路如Open Optical Packet Transport、mmWave等；核心網路與管理平台如AI/ML、End-to-End Network...

2018年2月，橫跨亞洲、歐洲和北美的5家行動網路營運商，在西班牙巴塞隆納世界行動通訊大會(MWC)上共同發起成立O-RAN聯盟(O-RAN Alliance)，這是一個全球性、由電信商主導的組織，致力推動無線通訊系統的RAN進入智慧、開放、虛擬化和完全可互通操作的新世代。 相比於很多產業聯盟成立後音量就愈來愈小，O-RAN聯盟這兩年，在全球有愈來愈多電信業者和供應商加入，聲勢日益變大。1年後，該聯盟已有近80家公司加入，並發布了第一個O-RAN規範和技術展示。 2019至今，又有9家電信商新加入，包括Bell Canada、英國電信、中華電信、DISH Network、KDDI、SoftBank、Sprint，以及Vodafone。如今，O-RAN聯盟由遍及四大洲和11個國家/地區的全球理事會管理(歐洲4個，中國2個，印度2個，韓國2個，美國2個，澳洲、日本和新加坡各1個)。 今年MWC期間，O-RAN聯盟原本還準備好要展示會員廠商最新發展的22個實際O-RAN設備實作，進一步證明該聯盟倡議的開放、智慧化RAN正朝向成熟發展，未料MWC因新冠肺炎疫情衝擊，破天荒宣布取消，只好再另行規劃以其他方式進行發布。 生態系迅速壯大　O-RAN發展動能增強 事實上，在O-RAN聯盟戮力推動下，至今已有24家電信業者加入發展行列(圖1)，相關部署案例除了樂天移動(Rakuten Mobile)外也不斷增加；不僅如此，2019年12月，O-RAN聯盟也首次進行全球插拔測試大會(Plugfest)，為未來相關設備的相容性與互通性，確立重要發展里程碑。 圖1  至2020年2月，全球已有24家電信商成為O-RAN聯盟主要會員。 O-RAN聯盟主席暨AT&T技術長Andre Fuetsch表示，該聯盟將結合全球24家電信商的力量，致力改善行動網路的效能和效率，在5G時代到來之際，為所有用戶帶來期待的網路體驗。 O-RAN營運長暨德國電信策略與技術創新資深副總裁Alex Choi進一步指出，O-RAN聯盟已從創立之初的5家行動網路營運商，快速成長到超過160多家電信商和貢獻者，其中包括業界領先的大型業者、中小企業、新創和學術機構。這如此多元組合的成員將共同努力，促使產業邁入開放且智慧化的下世代無線接取網路。 O-RAN聯盟現今已通過31個規格，並與Linux基金會合作發布了130萬行開源程式碼，並且在2019年耶誕節前夕，舉辦了第一次全球插拔測試大會和概念驗證，以驗證網路設備的功能及多供應商互通性符合近期公布的O1、A1和Open Fronthaul(開放式前端網路)介面規格。 Fuetsch表示，O-RAN首次Plugfest測試大會顯示業界開發真正開放介面規格的能力，並有可能加快推進新的5G先進服務，這些服務將具有多營運商、多供應商特性，並為整個生態系統創造機會。本次活動代表向實現O-RAN相容的5G RAN解決方案又邁出一步，這些解決方案預期不久後將成為主流供應商和利基供應商產品系列的一部分。 三大誘因讓電信商趨之若鶩 是什麼原因，讓原本保守的電信商開始渴望「開放」，並相繼加入O-RAN、TIP(Telecom Infra Project, 電信基礎建設計畫)等倡議組織，尋求新的網路部署對策？最主要有三大因素，包括成本、彈性與智慧化。 工研院產科國際所電子與系統研究組通訊與智慧聯網系統研究部產業分析師魏伊伶分析，相較於4G，5G頻譜標金愈來愈高，基地台部署成本起碼是1.5倍以上，但平均用戶貢獻(ARPU)值卻難以拉升，因而促使電信商開始走向開放的O-RAN架構，期藉此降低5G網路布建成本。 傳統上，基地台設備就像是個黑盒子，掌握在華為、愛立信(Ericsson)和諾基亞(Nokia)等少數電信設備業者的手裡，電信商在部署行動網路時，不僅選擇有限，且採購成本相當高昂。 開放式O-RAN架構則是將基地台設備解構，把軟體和硬體拆分開來，讓基地台硬體能架構在標準的白牌伺服器之上，從而大幅降低成本，同時提高創新研發以及供應商選擇的彈性。 這種概念，其實是來自於先前雲端資料中心的發展經驗。因為雲端資料中心的成功解構，讓電信業界也希望能借鏡，採用相同的邏輯打開長久以來封閉的基地台黑盒子。 魏伊伶進一步強調，5G大頻寬、低延遲、廣連結三大特性，必須在創新的應用上才能更加被突顯出來，而要支援這樣的創新應用，就須擁有更彈性的網路架構來支撐，以因應上層應用，調整相對應的底層網路配置。 根據德國電信的估計，採用O-RAN架構部署網路，固定成本加營運成本合計大約可以節省50~75%。 看好O-RAN架構所帶來的好處，日本樂天移動在2019年率先開出第一槍，宣布採用O-RAN架構進行4G行動網路部署，成為業界最為熟知的案例。 不過，樂天移動因為非典型的營運商，雖然備受關注，但它的案例對傳統電信業者來說，參考與刺激的力道有限，因此業界原本預期O-RAN架構將緩步拓展。直到不久前，Vodafone宣布大規模導入O-RAN，才加速點燃發展引擎。 魏伊伶指出，2019年11月在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的電信基礎建設計畫高峰會(TIP Summit)上，英國電信大廠Vodafone宣布，將在其歐洲超過10萬個基地台逐步導入O-RAN架構，並正式公開徵求O-RAN廠商提出報價，預計布建版圖將橫跨14個國家，提供超過4億人的行動網路服務。這項宣布的主要用意，在建構創新且低成本的基地台；而此次的公開徵求，除了是至今最具規模的O-RAN布建規劃，同時也被視為是加速O-RAN產業生態鏈的一大舉措。 O-RAN成敗全看他　系統整合商角色吃重 開放是O-RAN架構的核心價值，但要真正將基地台黑盒子解構，挑戰不小。最重要、也是電信商最關心的問題，就是如何確保網路的穩定性。 魏伊伶分析，以往電信商是直接找諾基亞或愛立信採購設備，由他們提供一次到位的完整方案；O-RAN架構則要分拆成好幾包，硬體、軟體要分開買，買回來後還要有人負責整合，並確保互通無虞。所以當合作廠商變多時，會不會發生問題沒人管，造成服務品質下滑，是電信商最大的疑問。 另外，當電信商5G網路改用O-RAN架構後，新的5G基站如何跟既有3G、4G基站設備進行整合，達到向後相容，也是一大難題。因此，扮演軟、硬體整合的系統整合商(SI)角色就極為重要。 工研院資訊與通訊研究所副所長丁邦安(圖2)指出，早在10多年前，業界就已在討論將基地台設備的軟硬體解構，但由於過程極為複雜，一直沒有成形。而雲端資料中心之所以能成功解構，關鍵在於Google、Facebook、Amazon自己就有強大的軟體能力，自己就能完成軟、硬體整合。如今電信業者要複製雲端資料中心解構的成功方程式，最關鍵的問題，就是由誰來負責軟硬體整合？ 圖2　工研院資訊與通訊研究所副所長丁邦安 過去系統整合的角色，都是由電信設備業者包辦，而在新興的O-RAN生態圈中，目前則有思科(Cisco)和三星(Samsung)較為積極。以樂天案例來看，硬體找了廣達(伺服器)、中磊(天線)，軟體找了Altiostar，系統整合者是思科。Vodafone的案例，目前預期會是由三星(Samsung)負責系統整合。 魏伊伶認為，思科在企業級路由器市場已是主導廠商，網路對他來說並不陌生；而三星以前就是韓國電信商KT的合作夥伴之一，也不是新手，兩者都有累積相關經驗。 然而，諾基亞、愛立信從2G、3G、4G到5G，一路走來所累積的網管實力，也相當雄厚，在樂天的供應鏈裡，諾基亞亦仍在其中，因此，未來是否也會在O-RAN生態圈中占有要角，值得觀察。 基地台大解構　台廠卡位白牌化商機 如同雲端資料中心軟硬體解構為台灣廠商帶來極大商機，O-RAN架構的發展亦可望開創台廠新的發展機會。 目前來看，O-RAN基地台標單會分成四個部分，其中三張是硬體，包括射頻單元、伺服器、硬體加速器(Accelerator)，另外一張則是軟體(系統整合)。其中伺服器的部分，就是台灣業者最能發揮的舞台；此外，也有一些網通廠積極從交換器、路由器切入O-RAN供應鏈。 為了協助台灣廠商搶得O-RAN市場先機，工研院自3、4年前就已投入5G基地台技術研發，且特別著力於通訊協定開發，強化軟體層面的整合，以確保整體系統的功能與效能。 丁邦安表示，工研院一開始就與台灣廠商共同合作，現在的基地台方案是包含射頻單元、伺服器、硬體加速器，上面再搭載工研院自己開發的通訊協定，四位一體一併技轉給台灣廠商，讓台廠可基於這套方案，向客戶證明產品開發能力，爭取合作機會。 丁邦安認為，台灣廠商強項在於硬體，應該要把這個強項維持住，因此重點是必須及早掌握未來規格，如此才能在這個改朝換代的第一時間點，被市場看見，如廣達、中磊已順利打入樂天移動網路布建案首波供應鏈。 除了基地台解決方案已技轉給中磊、合勤等四家台廠外，工研院也攜手國內18家業者打造5G基地台生態系(表1)，共同開發5G小型基地台(Small Cell)，並將於2020年底與國際同步，完成商用化互通性測試。 表1  目前加入工研院5G基地台生態體系的台灣業者 魏伊伶建議，有意搶攻O-RAN白牌基地台商機的業者，現階段就要認真思考並積極切入生態圈，與其他供應鏈業者互相測試、練兵，如此才有機會爭取到大規模採購的訂單。一旦錯過這個時間點，恐怕就為時已晚。 互通測試/商用進展　為2020年觀察重點 整體來看，O-RAN的發展目前仍處於逐漸加溫階段，包括相關介面標準、測試互通規範，以及實際商用部署，皆將持續演進。 丁邦安指出，2020年O-RAN的互通測試將是一大發展重點。負責O-RAN產品互通測試的開放測試和整合中心(OTIC)，計畫在今年底將軟/硬體、射頻單元、伺服器，以及硬體加速器等四大部分的規範訂定出來，讓供應商進行測試。唯有將測試認證做好，方能降低電信商對風險的擔憂，從而推助O-RAN的發展。 此外，樂天、Vodafone等商用部署的成果，亦是另一觀察指標。魏伊伶認為，如果Vodafone案例成功，軟硬體整合沒有問題，網路營運順利，會給予其他業者相當大的信心。屆時，負責Vodafone網路布建的供應鏈業者，也可望成為後續其他廠商尋求的合作對象。也就是說，O-RAN的供應鏈會慢慢成形。 不管怎樣，O-RAN的發展將是一場馬拉松，堅持到底才有機會贏得最後的勝利。

由於建築間的連結越來越緊密、越來越複雜，且發展越來越快速，因此對於智慧建築技術的需求也不斷增加。這些技術以數據為基礎，提供獨到見解，並最大限度地提升營運效率、減少能源浪費，和降低整體成本。本文探討智慧建築如何利用物聯網(IoT)為資訊收集與共享創造契機，以及對建築管理與營運的影響。 導入資料分析　建築管理邁向革新浪潮 經過多年的發展，建築變得越來越複雜且發展快速，擁有支持各種標準的多種不同系統與設備。然而，這種複雜性可能導致效率低下。當系統間無法「溝通」時，便會獨立運作，導致設施員工無法全面掌握建築性能。建築能源管理系統(BEMS)出現的原因之一，便是為了整合眾多不同系統與功能。儘管提供整體的營運概觀，有助於組織基於能源使用，安排更好的策略來削減基礎設施成本，但許多的早期系統無法進行預測，僅會在發現問題後執行偵錯並發送警示。 過去十年間，建築管理技術的變化迅速且多樣。對於老舊建物與基礎設施來說，這是個好消息。如圖1所示(根據美國能源部的數據)，以預期壽命長達數十年的建築物來說，建物壽命成本中高達75%的費用，均用於營運和維護。試想當今成熟經濟體中，所有營運中的商用建築物，有一半以上是在1970年前建造完成。因此，找到最佳化資產並有效控制長期營運成本的技術與可擴展解決方案，可說是當務之急。 圖1　目前建築物壽命中有75%的費用是用於營運和維護。 由於每年的進展幅度相當的大，因此很難保持最新建築技術的同步更新。為了確保營運順利，建築物擁有者與營運商必須明確瞭解最新技術的優點與限制。若沒做到這點，則可能會失去降低營運與能源成本及提高居住者舒適度與員工生產力的機會。 根據Navigant Research的調查，BEMS市場正與智慧建築技術(例如控制系統與無線技術)的生態系統一起發展。雖然能源管理是BEMS的起初的重點，許多組織希望這些解決方案能夠將永續性、空間使用、營運效率和員工生產力做最佳化。 因此，現今智慧建築開始利用物聯網(IoT)和建築資訊模型(BIM)，將各種系統與裝置連接到集中式技術基幹。透過即時效能資料、分析與建築能源管理系統的整合，智慧建築能協助設施管理員在問題發生前主動辨認問題，以提高整體效率。 隨著建築物對能源與效率的要求不斷改變，這些新技術變得至關重要。根據美國能源資訊管理局(EIA)的資料，到了2040年，全球能源消耗量將增加56%。全球人口預計將從2010年的69億增加至2050年的96億，成長38%。在這種「永不關閉」的數字經濟中，電力需求預期將會激增。建築物目前消耗全球約53%的可用電力。到了2040年，該消耗量將增加至可用電力的80%。 因此，組織需採一種透過分析，並由資料驅動的方式來進行建築營運與管理；以協助運營效率最大化、減少能源浪費並降低整體成本。為了提高工作效率，人們也越來越需要更舒適、更現代化的智慧建築及工作環境。根據Continental Automated Buildings Association(CABA)的一項研究顯示，具有能增加舒適與生產力設備(例如完善通風及照明環境，以及直接影響健康、缺勤、員工離職率、工作績效與滿意度的綠建築認證措施)的建築物，能提供節能以外的優勢。 這種技術與分析成份較高的方法，能使各種規模的建築受益。研究指出到了2025年，中小型商業建築市場有望成長60%以上，達到380億美元。透過更有效的監控，中型建築物可以節省20%的能源費用。此外，使用物聯網平台的大型商業建築可以改善建築營運，並且每年減少29%的能源使用。 智慧建築與物聯網密不可分 物聯網到底是什麼？與建築能源管理有何關係？物聯網是指任何裝置都能隨時連接至網際網路和/或其他裝置的概念。物聯網使用一種網際網路協定(IP)來連接所有裝置，包括智慧型手機、平板電腦和數位助理，以及各類型的感應器與系統(例如HVAC、照明和安全性)。 換句話說，物聯網是快速擴展的數位生態系統。光是2015年，全世界約有100億台連接裝置；到了2020年，這數量將成長超過三倍，達到340億。由於現今生活廣泛使用寬頻網路，導致技術成本降低、智慧型手機的使用無所不在，以及越來越多具有內建感應器和Wi-Fi功能的裝置問世；物聯網的連結裝置成長率可想而知。 從電力/機械等面向著手　物聯網讓建築更智慧 物聯網透過連接電力、機械、機電系統和平台，來創建動態智慧可交互運作網路雲端。透過相互通訊，這些系統可以自我監視，並在必要時採取行動(例如針對不常使用的區域，調弱其空調或暖氣)，提供設施管理員所需的資料分析，並透過智慧的效能最佳化，打造更智慧的建築物(圖2)。 圖2　IoT技術可以打造更智慧的建築物。 能實現此競爭優勢的技術即將推出。網際網路和IT元件(例如無線感應器)的大降價，使智慧型建築技術的價格較為親民；這也成了業主與投資者的誘因，促使他們投資更多的智慧技術，並提高建築效能。 舉例來說，Navigant Research研究指出，先進智慧型能源感應器(該市場於2016年至2025年間的收入將增加近兩倍，從120萬美元增加至320萬美元)，在BEMS中扮演關鍵角色。 這些裝置都具有「感應」技術，可捕獲數位資料，並將其發送至BEMS進行分析，並支援可執行的分析結果。舉例來說，能夠測量並連續回傳溫度、二氧化碳水平、濕度和氣壓相關資料的感應器，便能提供有價值的資訊。控制器、閘道器和感應器也能提高能源效率，並協助削減成本。 這些設備、系統和平台能同時連接至一個開放的中央網際網路通訊協定骨幹網路，提供全面的建築效能評估。該骨幹網路不僅整合了所有裝置的資料，還能運用強大的圖形功能、產出數據豐富的報告與視覺化的趨勢圖表，呈現在友善的使用者界面顯示器中(如桌機、平板電腦和行動裝置)。 此中心骨幹網路能協助設施管理者透過資料分析與可用資訊來製定相關策略，確保建築物能以更加智慧的方式，高效率運作。數據分析也包括人工智慧與機器學習演算法，協助建築物進行自我診斷與最佳化。因此，透過提高員工參與度和滿意度，將能建立更舒適的環境，進而提高生產力。 有了適合的物聯網平台，建築物就能輕鬆整合技術，進而改善能源管理。若一個開放、安全、可擴展的平台，能夠提供深入且具執行面的資訊整合，將能顯著提高建築物的營運效率。 此外，針對歷史離線系統數據進行對比與分析，可能會得到意想不到的資訊。簡而言之，物聯網為資訊收集與分享製造了大量機會，並將對建築物的管理與運營方式有驚人影響。透過協作式智慧建築物聯網(IoT)平台，裝置能與軟體和服務整合，進而付諸行動。 未來建築實際範例 「The Edge」是一棟位於阿姆斯特丹南阿克西斯商業區，高度達40,000英尺的辦公大樓。此建築示範了智慧建築如何利用物聯網(IoT)協助改善公司工作空間的各個面向：從建築物管理與能源，到照明與安全(圖3)。 圖3　The Edge辦公大樓 該建築按照「新工作世界」原則設計，挑戰傳統的公司組織結構。「The Edge」擁有玻璃外牆、寬敞的開放式設計，提供可靈活運用的工作空間。其壯觀的15樓中庭充滿自然光線，且周圍陽台環繞。 做為世界上永續性最高的建築之一，「The Edge」的BREEAM-NL評級高達98.36%，具有廣泛的整合設施管理與能源解決方案，包括：配電系統、IT基礎設施、控制設備和電源監控軟體。感應器、閥門、致動器，以及其他與BEMS兼容的裝置，均安裝在天花板和技術室內，進而建立更加智慧的建築，實現物聯網技術。 該建築物專為專業服務公司Deloitte建造，納入約28,000個物聯網感應器，可監控LED燈、溫度、濕度、紅外線和動態，以及許多其他建築物的內部偵測，例如可以偵測當日哪個工作區域使用率最高的感應器，或是藉由夜間巡邏的自動安全機器人提供安全資訊。 這些感應器和相關系統也能在員工上班時間有所貢獻。透過專屬Deloitte應用程式，員工可以找到自己的辦公桌(沒有預先分配辦公室或隔間的情況下)、找到汽車和自行車停放處以及使用公司健身房，甚至是調整工作區的暖氣設定，或尋找同事目前位置等等。 此外，「The Edge」是一座零耗能的能源建築。透過沿建築物屋頂和南牆排列的太陽能電池板，該建築物能夠產生其所需電力的102%電能。其他環保特徵包括含水層儲能系統、動態感應通風系統與雨水收集系統。 所有感應器和系統均連接至單一網際網路通訊協定骨幹網路，且該骨幹網路可以即時存取關鍵建築物資訊。該建築利用了EcoStruxure Building(前身為SmartStruxure)，一個開放的協作式智慧建築物聯網平台。 該平台將BEMS與各種建築系統、裝置和服務做連線，使設施管理者不管是在現場，或是透過遠端遙控，都能夠主動監視、測量並控制所有來自建築物和IT系統的數據。透過設備、感應器和系統的連結，EcoStruxure Building能在建築管理、電源供應和處理功能上，提供全面的建築物系統互連性。該解決方案同時利用Microsoft Azure雲端平台，改善分析、軟體和全球服務的發送功能。 參考最佳整合方式　打造智慧建築有撇步 智慧建築技術是個能夠透過物聯網受益的獨特領域。但組織(無論是大型跨國企業或是中小型企業)該如何以最佳的方式整合物聯網，與時俱進並實現大規模的轉型行動，可參考以下建議。 1.可先測試物聯網的實用性：在全面改造建築系統前，組織可從小地方開始著手。例如可以採行一個試驗性專案，重點放在照明功能或其他的建築營運面向。別忘了，此系統與其他系統需具有端到端的結構。 2.從一開始就制定完整計劃。先思考組織所要實現的具體可衡量目標為何？從初始階段就詳細計劃將是成功關鍵。制定周詳且完整的計劃，將能定義硬體、軟體、安全性和基礎結構的關鍵要求以及其他相關因素。 3.計劃應納入所有關鍵利害關係人。該計劃應安排讓所有設施的利害關係人參與(包括但不限於營運、財務、IT和安全等)。利害關係人應花時間建立與組織價值觀和使命一致的營運目標、生產目標與永續目標；並在擴大範圍之前評估投資報酬率(ROI)。接下來便可以提出全面性計劃，並與主要承包商和供應商合作，制定更有效的策略。 在專案初期的周詳計劃，能避免冗餘情況發生(例如多種軟體系統與並聯網路)，有效減少最後一刻變更所帶來的昂貴成本。例如利害關係人可以確認他們的「必要項目」，並針對如何有效利用物聯網和其他智慧建築技術達成共識。在逐步提高建築物智慧化與效率的過程中，組織應考慮下列三個關鍵規劃面向： 1.技術整合與可交互運作性：旨在以整體非孤立的方式，加入組成骨幹網路的系統。所有相關裝置與系統也必須具有擴展性、適應性，並能與BEMS整合。為了因應新技術的與新增的附加功能需求，組織應做好未來擴展系統的準備。 2.智慧建築數據分析：儘管進階BEMS可以整合、篩選並轉換大量數據，提供可用資料，但仍應培訓設施管理者與其他員工透過分析相關數據方式，做出更明智的決策。 3.網路安全和數據隱私：隨著連通性與數據取得能力增強，數據洩漏與外流的機會也隨之增加。有鑑於此，組織應採用具備網路安全性的智慧建築平台。此外，在其他網路安全策略中建立數據收集、儲存與使用管裡，將有助於保護公司數據。 總結來說，雖然物聯網仍是一個全新概念(先前只有少部分組織將物聯網用於建築物管理)，但越來越多的建築物透過科技的運用，進而提高效率、生產力與整體滿意度。 (本文由施耐德提供)

自從140年前第一個商用白熾燈泡問世以來，發光二極體(LED)燈泡是照明領域最大的進展。LED燈泡的優點眾多，並且有憑有據。相較於現今的白熾燈泡，至少可節省75%的能源，延長使用壽命達50倍以上。目前的LED燈泡比先前的產品已有明顯的改進。它們產生的熱量極少，無紫外線或紅外線輻射，不含汞、耐衝擊，在極端環境下也能穩定運作。 下一波照明革命的浪潮即將到來，智慧連網照明為LED燈泡增加無線連接和連網功能，不僅能簡單的控制開/關，還創造出更多的機會。一般民眾可以透過簡單的智慧型手機應用程式或語音助理來調整亮度、色溫和定時，甚至在旅行時遠端控制燈光。 其他前所未聞的應用包括無線接近感測器觸發的智慧燈泡，晚上當經過房屋或建築物時自動照亮走廊和房間，或是臥室照明在早晨會將使用者逐漸喚醒，或醫院照明利用色彩放鬆情緒、促進健康與康復。智慧連網照明帶來的便利性和好處是說不盡的。 相較於傳統照明，智慧照明仍處於發展初期，但是在住宅、商業和工業市場中，智慧照明的採用率正穩定增加，這在一定程度上受益於綠色能源激勵措施和法規的採用，例如California Title 20。根據研究和市場預測，至2022年全球智慧照明市場將達到240億美元，2018年至2023年的複合年成長率(CAGR)將高達21%。 隨著越來越多的「物」互連互通及消費者逐漸接受智慧家庭技術，對智慧連網照明的採用和需求也將持續增加。這就是為什麼Acuity Brands、Cree、Eaton、GE Lighting、Philips/Signify、Osram和許多其他頂尖照明品牌，不僅競相推出智慧型LED產品，還提供簡易部署、可交互操作、安全且可升級的完整照明生態系統的原因。 智慧型LED設計需注意無線協定/網路安全 以經濟高效的方式在LED燈泡中實現無線連接，將為照明OEM廠商帶來一系列新的設計和實施的挑戰。例如，智慧型LED燈泡必須滿足嚴格的RF法規要求、嚴苛的效能標準、耐高溫以及嚴格的產品外型尺寸和空間限制。照明開發人員還必須考量裝置和網路的安全性，確保智慧型LED燈泡與任何其他連網的IoT產品一樣，能夠抵抗惡意的駭客攻擊。 另一個關鍵的設計考量是無線協定的選擇。許多可連接的燈泡都在2.4GHz頻段運行，並採用幾種普遍標準的短距離無線協定之一，例如Zigbee、Bluetooth Low Energy、Bluetooth Mesh或Wi-Fi。採用標準的協定有助於實現與一般消費產品(例如語音助理、智慧型手機和平板電腦)的互動，毋須啟用自訂閘道的其他網路基礎設施產品。某些智慧型LED設計可能需要多重協定連接，例如支援Bluetooth Low Energy進行裝置設定和控制，以及透過閘道控制大規模節點的Zigbee照明Mesh網路的能力。 是否透過藍牙或Zigbee標準之外的專有無線協定也是一種選項。雖然在短期內實現專有無線協定可能很簡單且具備成本效益，但這種選擇可能會帶來互操作性和可升級性的長期挑戰。基礎標準的無線解決方案推動了大量生產，從長遠來看可能是更經濟高效的選擇。在眾多可用選項中，選擇適合的無線技術和供應商，需要對RF設計以及效能權衡和風險有更深入的瞭解。智慧型LED設計也必須滿足傳統照明產品所不需要的無線標準和法規效能需求，例如電磁(EM)輻射和耗能。 智慧照明實施挑戰 為了將新型智慧型LED產品推向市場，照明OEM廠商還面臨一些有關工程和營運資源的實施挑戰： ．發展專業知識並分配資源來施行並成功完成標準和法規的認證測試，例如FCC和CE認證。 ．需考量確保產品部署到現場後產品功能和安全性升級的設置，通常透過無線(OTA)更新。 ．管理物料採購和多種元件的庫存。 ．檢驗在智慧家庭或智慧建築中，與其他無線IoT產品和生態系統的互相操作性。 ．優化物料清單(BOM)和開發成本，提供具備成本競爭力的產品，同時滿足嚴格的生產計畫並縮短上市時間。 雖然對於缺乏RF經驗和專業知識的開發人員而言，為LED燈泡增加無線連接可能是一項困難的任務，但現在可以使用預先認證的無線模組解決方案，來簡化智慧型LED產品設計的任務，可大幅減少照明OEM廠商所面臨的眾多挑戰。 無線模組提供一個全方位的隨插即用解決方案，整合開發人員完成LED設計中連接部分所需的關鍵元件。模組供應商已經完成了天線設計、阻抗匹配、被動元件的調諧和整合，以及協定開發等以RF為中心的艱巨任務。對於可能缺乏RF或協定專業知識的OEM廠商而言，這項工程和整合工作帶來極大的好處。此外，無線模組通常含有所有必要軟體，包括所選的協定堆疊。模組供應商也提供簡易使用的開發工具，來支援和簡化設計和調試過程。 在LED設計中使用無線模組，照明OEM廠商毋需擔心管理天線、晶體振盪器和被動元件等眾多RF元件的採購和庫存。此外，同一模組還可應用於多個照明產品，更進一步簡化採購和庫存管理。 模組解決方案讓智慧照明設計更簡單 在評估LED設計的模組選項時，照明OEM廠商應尋找專為互連照明應用的特定需求而設計的解決方案。 例如，Silicon Labs的MGM210L和BGM210L模組，是照明市場上首批針對應用優化的模組產品。MGM210L模組支援Zigbee和Thread，以及動態多重協定連接(例如Zigbee和Bluetooth Low Energy)。BGM210L設計用於Bluetooth Low Energy或Bluetooth Mesh。這兩個新型模組可以簡化和加速開發功能豐富、顏色選擇和調節亮度的LED燈，同時讓開發人員能夠利用藍牙、Zigbee和Thread的Mesh生態系統。 除了上述所提的模組外，另一款xGM210L模組則是基於Silicon Labs Series 2系列的EFR32xG21無線系統單晶片(SoC)，其週邊裝置針對照明應用進行了優化。此SoC包括低功耗的Arm Cortex-M33處理器核心；充足的記憶體可以支援動態多重協定操作和OTA韌體更新，確保智慧照明產品滿足未來需求；以及高效能2.4GHz RF收發器可以支援802.15.4、Bluetooth Mesh協定和Bluetooth Low Energy。無線電透過單一協定或多重協定連接處理無線網路功能。整合式的RF功率放大器使xGM210L模組能夠處理需要數百公尺視距連接的遠端應用。 該元件的高能效模組可提供較低的運作功耗水準，該功耗水準已被優化以滿足California...

LED市場有越來越多的LED電源供應器提供兩種創新功能：近場通訊(NFC)程式設計及恆定流明輸出(CLO)。NFC程式設計功能用於取代勞力密集的「插入式電阻」電流設定方法，以提升整體價值鏈的彈性。具備CLO功能的產品，可在使用壽命期間調整LED電流，以補償LED模組的光通量下降情形(老化效應)。此功能除了以更優異的照明品質提升客戶滿意度，也對環境有利，因為可以在大部分的使用壽命期間避免發生過電流，進而減少總耗電量。 NFC更適合照明應用 NFC是指一組通訊協定，讓距離相近的裝置能夠以無線方式互相通訊。這項技術已廣泛應用於各種應用，例如非接觸式付款。LED燈具的NFC程式設計是相當新的概念，可讓LED燈具運作特性以無線方式設定，並自由地設定主電源電壓。這種方法比傳統的LED程式設計更簡單快速，並可實現更多功能豐富且彈性的LED驅動器產品。 圖1顯示照明應用NFC程式設計的系統配置，其中包含NFC讀取器(硬體)，以及與驅動器整合的NFC標籤，負責用於資料儲存。NFC讀取器連接主機個人電腦接受指示。應用程式軟體控制NFC讀取器，透過NFC指令以無線方式編程NFC標籤。傳輸參數會依據所需燈具設定的製造商規格，在應用程式軟體之中預先定義及設定。 圖1　驅動器NFC程式設計系統概觀 相較於其他無線通訊技術，NFC具備獨特特性，對LED驅動器使用案例具有吸引力： ．由於具備短距離通訊特性，可確保只會接觸及編程位在定義實體位置的物體。本功能對製造環境非常有利，可大幅降低識別及驗證程序的複雜度。 ．在NFC讀取器及NFC標籤組成的系統中，標籤可被動運作(無外部電源供應器)。電源是由NFC讀取器傳送的RF場取得。這樣一來配備NFC標籤的物體，就可在組裝線上編程，毋須連接電源供應器，其重要優勢在於提升作業效率。 ．於全球可用的13.56MHz未授權無線電頻率ISM頻帶運作，並採用下列妥善定義的標準，可在全球大規模推行實施。 ．具備低資料傳輸速率(106至424kbps)及低頻率(13.56MHz)，可降低硬體設計的複雜度。低成本的印刷PCB天線足以滿足應用需求，硬體成本低於BLE等其他無線通訊技術。 除了技術優勢以外，LED照明價值鏈的所有利害關係人，都可因為使用NFC介面而受益。例如LED驅動器廠商可在製造線自動設定產品電流位準，藉此節省勞力成本，甚至還能在出貨前往全球各地倉庫前進行調整，以提供供應鏈彈性，協助節省大量物流成本。LED驅動器的輸出公差等級，也可在生產期間校正後大幅提升，更重要的是產品可向客戶提供更多自由及彈性。 燈具製造商可輕易編程LED驅動器配合LED模組，因此可輕鬆變更LED模組廠商。此外燈光輸出可更精確控制，因為其中的步進調整(使用插入式)電阻由連續調整(使用NFC程式設計)取代。與國家標準有關的物流複雜度，可利用以出貨目的地為基礎的NFC組態加以降低。另外，安裝服務公司可向終端客戶提供額外服務，例如個別室內空間的照明設定。 NFC極具潛能但成本是發展挑戰 如前所述，LED驅動器的NFC程式設計，是一種保障未來需求的概念，可讓整體價值鏈的所有利害關係人享有多項優勢。目前的主要問題是如何有效及高效地加以實作。NFC程式設計現有的實作概念，圖2所示的微控制器及NFC動態標籤。 圖2　傳統NFC微控制器概念 雖然這種解決方案具備潛能，但因為下列原因導致成本高昂： ．微控制器本身及額外的被動元件，會增加整體元件數量。 ．需要使用多層PCB(如果LED驅動器使用單層或雙層PCB，就需要獨立子卡)。 ．此外為了讓微控制器運作，使用者必須編寫韌體；這對缺乏軟體撰寫或微控制器韌體經驗及知識的製造商而言，將是困難挑戰。 NFC-PWM方案簡化成本/設計 為此，智慧照明解決方案業者(如英飛凌)提出全新的NFC-PWM方法，其中使用內建NFC IC搭配PWM輸出，直接控制類比驅動器IC，如圖3所示。此一解決方案可在類比系統實現NFC程式設計及CLO功能，毋須使用微控制器。該解決方案相容於現有類比LED驅動器設計，以及Module-Driver Interface Special Interest Group(MD-SIG)的NFC程式設計規格。 圖3　新一代NFC-PWM概念 NFC-PWM運作原則/功能 圖4顯示使用NFC-PWM解決方案的一般應用圖示。 圖4　應用圖示 其中包含四個部分，分別是：天線、NFC IC、RC濾波器及LED驅動器IC。運作原則如下所示： ．客戶透過無線NFC介面設定PWM參數。 ．開啟電源時晶片產生PWM輸出。 ．PWM訊號轉換(透過RC濾波器)為DC電壓，以控制輸出電流。 ．調整PWM訊號的工作週期以調節DC控制電壓。 以英飛凌旗下NFC-PWM系列產品NLM0011及NLM0010為例，該系列產品為雙重模式的NFC組態IC，具備PWM輸出功能，主要設計用於LED應用；其中除了CLO等NFC程式設計進階功能以外，也整合運作時間計數(OTC)及開/關計數功能。設計人員可輕易啟用上述功能，無需任何額外的微控制器，也不需要開發韌體，裝置可輕鬆調整配合現有設計。 NLM0011具有兩種運作模式，分別為設定及照明模式。在設定模式中，LED驅動器未通電時(無Vcc用於NFC IC)，是以從RF場獲得的能量(由NFC IC傳送)供電給NFC讀取器；儲存於NVM的參數，可透過NFC介面以非接觸方式設定。在照明模式中，一旦LED驅動器通電(Vcc用於NFC IC)，就會依據儲存參數產生PWM輸出，在此項主動模式中，NFC介面將停用。 PWM參數 脈寬調變(PWM)訊號由三項主要分量組成以定義其行為：振幅、工作週期及頻率。工作週期描述訊號處於高(導通)狀態的時間長度，占完成單一週期總時間的百分比。頻率決定PWM完成週期的速度，簡易的RC濾波器可將PWM訊號轉換為DC電壓。因此DC電壓位準可由修改PWM振幅或PWM工作週期的方式調整，並可利用公式1計算。 公式(1) 其中DC為PWM的工作週期，Voh為PWM輸出的高電壓，而Vol則為PWM輸出的低電壓。由於PWM訊號的穩定性，會直接影響LED電源供應器成品的公差程度，因此請務必在初期設計階段評估公差需求及NFC IC能力。關鍵的NFC IC參數為工作週期及絕對PWM振幅(Voh~Vol)。 NFC-PWM系列產品會產生振幅固定為2.8V的PWM訊號。由於其中採用整合式穩壓器(LDO)，因此外部供應電壓的位準以及穩定性不會影響到PWM振幅。工作週期可以設定為0%至100%，精度優於0.1%；至於PWM的解析度需要視選定的PWM頻率而定，選定1kHz時為15位元，或者選定30kHz的時候為10位元。 CLO實作 CLO為準控制系統(自我調節系統)，可對抗LED燈光輸出的自然退化現象，透過調節LED電流的方式嘗試維持恆定的光通量。NLM0011的整合式運作時間計數器，會自動記錄累積的運作時間。運作時間的 NVM值每4小時增加/更新一次。可計數的最大運作時間為262114小時，若達到此上限，計數器時間值就會凍結。在關閉電源的情況下，欠壓鎖定功能會偵測事件，並於NVM儲存上次計數週期值(小時及分鐘)。這樣在每個開/關週期就可達到±30秒的時間計數精度。 NLM0011也具有整合式8點CLO表，儲存LED模組的退化曲線，LED燈具製造商會依據選擇的LED編程此項曲線。CLO表編程後，PWM訊號的工作週期就會自動調整，以補償LED退化。工作週期以實際執行時間OTC的函式表示，是以兩個鄰近參考點之間的線性插補計算。NLM0011會持續計數運作時間，並持續插補工作週期修正因數，然後乘以額定工作週期值，以取得實際的工作週期值。 NFC-PWM讓作業更方便 本文提出新的NFC-PWM概念，協助實現快速且符合成本效益的NFC程式設計，適合LED照明使用，無需額外的微控制器。這種全新NFC-PWM解決方案由半導體廠開發及認證，除了NFC程式設計以外，像是整合式CLO功能、運作時間計數與開/關計數等創新功能，也整合其中，讓LED照明製造商更方便作業。 (本文作者為英飛凌科技資深業務開發經理)