封面故事

在智慧建築應用的設計方案中，除照明控制、能源管理持續朝向更多功能、智慧發展外，建築安防管理也持續精進。為實現更智慧、高效率的安全監控，系統廠和半導體廠積極推動新解決方案。 西門子力倡被動化為主動概念 西門子積極將「預警性維護」觀念帶入安防系統，期能將智慧建築安防系統「化被動為主動」。西門子認證專案經理陳晉德(圖1)表示，何謂被動式安防？舉例而言，在家附近裝設圍籬可稱為延遲損失，因為竊賊必須先翻過圍籬才能進入家中；而在家中裝設警報器，稱為減少損失，因為當警報器一響，竊賊勢將會縮短偷竊時間。最後，若裝設了監視攝影機，這稱為紀錄損失，因為可拍攝下來被偷了哪些東西。但是，以上這些都脫離不了「損失」二字，也就是仍改變不了被偷竊的情況，這就是所謂的被動式安防。 圖1 西門子認證專案經理陳晉德 也因此，西門子希望透過「預警性維護」的概念，實現預防性的安防，而非是等事件發生之時再進行「保護」。陳晉德指出，安全防護實際來說可分為四個階段，分別是保護(Protect)、預防(Prevent)、反應(Response)和恢復(Recover)。目前除了歐美地區，其餘地區像是台灣，在建築安防仍處於「保護」階段。 舉例來說，目前的監控系統若看到建築物某個區域有可疑人士闖入觸發預防的電子圍籬警戒區，系統會發出警報，請建築物內的警衛或是工作人員將可疑人士加以驅離。此種情況仍屬於被動式安防(因為可疑人士觸發警報)。 而主動式安防則是會藉由所收集的數據(例如間隔多少時間就會有人在徘徊、徘徊多久、行為舉止等)，分析歸納出不停有人來徘徊的可能原因，產生早期預警事件供建築物業主參考，同時再以這些分析為基準，業主或是系統就可擬定應變SOP，進行狀況、災害演練等，進一步杜絕此一情況發生。陳晉德說明，所謂的保護，意指等事情發生時才有所動作，這透過一般的監視攝影機就可做到。 而要達到預防(Prevent)、反應(Response)和恢復(Recover)的階段，並非單純導入更智慧化的監控應用或設備(例如人臉辨識、影像辨識等)就能實現，而是要有一個整合且具開放性的系統平台，以連接建築物內各種監控設備，同時還要能有效分析、歸納這些監控設備長期蒐集而來的資訊，最後依據這些分析結果擬定事件發生前、發生時及發生後的SOP流程和應變措施。 為此，西門子備有Siveillance Suite解決方案，以實現主動式的安防管理。此一解決方案包含全面的安防組合(從智慧影像監視、門禁控制和身份管理到入侵探測和周邊保護等)，經過適當配置，可滿足特定地點或領域中客戶的具體要求。 Siveillance Control提供了廣泛的功能，可用來管理偵測器和各種警報系統。來自這些系統的訊號可進行顯示並以專門優先順序加以處理，以確保重要事件得以優先處理；如此一來便可根據複雜的建築系統結構和層級進行調整。 除了單純顯示警報和發生事件外，每個訊號還可與預先定義、擬定的指示(像是事情發生時的處理SOP)相聯，隨後根據實際情況提供給操作人員；這麼一來就可檢視事先訂定的SOP操作是否符合現況，之後再依現場實際情況進行調整、更動，以時時改進安防系統的運作，達到更高效率。 添加高效能ISP技術　監控設備影像呈現更真實 另一方面，要實現主動式安防，不僅要有開放式平台聯接各種設備、進行數據分析、判讀、歸納外，高效能的終端設備也扮演著關鍵角色。Arm物聯網事業群業務總監粘靜芳指出，安全監控和IP攝影機正以每年20%的速度成長，預計到2021年出貨量將達5億。這些設備應用十分廣泛，其中包含智慧建築監控系統中的臉部辨識、影像擷取等，而這些應用都需要更高品質的圖像或影像。 上述裝置所採用的影像技術中，其中一個關鍵環節就是嵌入在裝置內的ISP技術。ISP的關鍵功能是在擷取影像感測器的訊號，然後處理每個畫素時，提供最精準與最高畫質的影像，特別是涉及到機器學習的作業。 以裝在戶外有明亮照明處的連網保全攝影機為例，其輸出的畫面通常交雜著極光亮以及陰暗的影像區域。人的雙眼能自動調適高對比的明亮度，而數位感測器通常需要多次曝光以捕捉這樣的場景。欲真實呈現HDR場景，採用的影像技術會要求每個畫素得具備20或24位元的精準度，然而數位系統的顯示通常只支援到8或10位元，以致能處理的資料量也受到侷限。 換言之，這也意謂著ISP之後銜接的電腦視覺引擎都侷限於8至10位元的精準度。在此情況下，ISP有必要以更高的位元深度處理HDR資料，之後再進行壓縮以利後續使用。倘若動態範圍的問題沒有妥善解決，畫面中陰暗區域影像的細節就會消失殆盡。 為解決此一挑戰，Arm便推出全新的Mali-C52與Mali-C32，以對每個畫素進行超過25個處理步驟，進而強化影像輸出品質，這些步驟包括高動態範圍(HDR)、雜訊抑制，以及色彩管理；該兩款解決方案還融入了Arm的動態範圍管理以及色調映射技術，設計目標正是要克服這些元件的侷限性，以及讓觀看者能看到更清楚的暗部影像，完全無須編修或調整影像的明亮度(圖2)。 圖2 Arm透過Mali-C52/Mali-C32處理器強化影像品質。 此兩款ISP都是完整的解決方案，其中功能特色還包括：更高的ISP影像品質，透過Iridix技術提供模仿人類視網膜對比調適的精準模型，讓攝影機能像人眼一樣看到高明暗對比的影像；更高的效能，ISP每秒能處理6億畫素，能以旗艦款智慧型手機等級的畫面更新率拍出專業級攝影畫質；完整的軟體套件用來控制ISP、感測器、自動白平衡、自動對焦及自動曝光；以及彈性調校，運用全套調校與校正工具進行客觀與主觀的調校。 綜上所述，在智慧建築應用的設計方案中，照明控制之外、能源管理、安防報警可說是智慧建築三大設計要素。照明控制、能源管理效能的提升，是為了獲得更好的營運效益；而安防系統與人身安全息息相關，也因而是系統廠商、半導體業者的發展重點，隨著人工智慧(AI)、數據分析及高效能處理器的導入，未來智慧建築的安防系統將會化被動為主動，更能即時因應災害、危機處理，實現更高的安全性。

在當今「綠能環保」的趨勢下，打造能夠節約能源的智慧建築(不論是商業大樓、工廠或住宅)，將是確保節能結構的必要先決條件，智慧照明因而受到極大關注，因為燈光系統的耗電量和空調並列為占建築物總耗能量的最大比重。另一方面，隨著WELL建築概念的興起，智慧照明也成為提升人在建築物內的體驗度、舒適度的關鍵角色，因為燈光系統可說是人們進入到智慧建築後感受到的第一個環節。基於上述原因，照明系統開始增添更多通訊技術、感測器、軟體等，以實現照明控制、空間規劃分析、依據人們心理/生理情況，自動調整色溫及亮度提升舒適度等。 施耐德(Schneider)樓宇事業部總經理郭念慈(圖1)表示，目前建築已不再只是朝著「綠建築」發展，如何讓在建築裡面的人感到舒適、自在，是另一個建築設計重點。建築和人是密不可分的，人的一天有約90%以上的時間都待在建築物裡頭(不論上班、下班)，也因此，建築應該要提供一個令人感到舒服，且適合健康的環境；也因此，近來除了綠建築標章外，WELL建築的標章和概念也逐漸興起。 圖1　施耐德(Schneider)樓宇事業部總經理郭念慈表示，為了提升使用者體驗，WELL建築概念和標準也逐漸興起。 WELL建築概念起　照明系統從使用情境出發 據悉，WELL是WELL建築標準(源自美國的健康建築標準)的簡稱。WELL的管理方為美國公益性企業國際WELL建築研究院(International WELL Building Institute, IWBI)。 WELL是全球首部專注透過室內環境來提升人體健康與福祉的建築認證標準，最初於2012年9月由前美國總統比爾．克林頓向全球推廣而問世，並於2014年10月正式發佈WELL v1版。該標準從對人體健康與福祉最直接相關的空氣、水、營養、光、健身、舒適及精神這七大領域進行評估，由協力廠商認證機構GBCI獨立認證。 2018年WELL v2試行版問世，截至目前，全球已有952個項目註冊了WELL建築標準，其中114個專案獲得認證；而亞洲成為WELL建築標準全球領先市場，有253個項目總共超過600萬平方米的面積已註冊，其18個專案獲得認證。 換句話說，未來智慧建築並不只是涵蓋節能、綠能等概念，同時還要能保有健康、舒適感受，讓建築物當中的人有更好的體驗；換言之，智慧建築在設計上開始轉向「以人為本」設計概念，也就是以人為出發點，眾多的功能會源自於人與人、人與建築物的互動與需求。 也因此，隨著智慧建築設計朝向以人為本的方向前進，智慧照明也已不再只是單純的創新設計或應用，而是開始從「使用情境」為出發點，將人與人、人與環境之間的互動、需求納入設計考量，以打造更舒適、有著更好體驗的照明環境，相關的應用案例也不斷浮現。 例如，目前已有商業大樓開始將照明系統結合更多感測器，像是紅外線、超音波等，以偵測辦公場域是否有人，若該區域沒有任何員工，照明系統便會自動關閉或是調整燈光亮度；同理，若偵測到區域內有員工，照明系統也會自動開啟/調整燈光亮度。另一種應用則是，在窗邊裝設照度計並與照明系統連接，讓照明控制隨著陽光大小而自動調整燈光亮度。 除了商業大樓之外，另外像是愈來愈多的五星級酒店也已陸續改成無房卡系統，也就是客房不採用插卡供電的方式，而是透過感測器(例如人體溫度偵測)偵測房內是否有人，以提供電力、空調及燈光照明等。施耐德表示，上述的應用不僅實現有助節能，同時也是以「WELL」為出發點，讓建築物裡的人(不論是員工、房客等)，都感到更舒適。 然而，為了實現更WELL的照明控制，讓建築物裡的人能有更舒適的體驗，意味著照明控制系統相較於過往將變得更加複雜，像是增添了感測器、採光/日光採集、可定址配件、控制序列排程、可移動的固定遮陽裝置，同時也整合樓宇自動化系統(BAS)等，也因此，開放性系統平台重要性也日與俱增。 郭念慈指出，IoT時代到來，要接軌的產品愈來愈多，一棟建築物當中有著許多不同的設備需要連接，這些設備跟系統平台必須講「同一種語言」，也就是要能夠互相連接，系統平台須支援各式通訊協定，才得以實現更智慧化、更符合人性的應用。因此，該公司旗下的EcoStruxure平台的最大特色便是其開放式架構與極高的相容性，透過各界專家的進駐、優化與完善EcoStruxure，該平台成為一個龐大的生態系，可提供全方位的解決方案。 據悉，EcoStruxure平台根基於物聯網，透過其三層架構，第一層為聯網產品、第二層邊緣控制以及第三層雲端應用分析服務，成為樓宇、資料中心、工業以及電網等各大領域客戶的堅強後盾。其中，第三層的雲端應用分析服務會在收集建築的運作資訊後進行深度分析，並產出詳盡的分析報告，該份報告能夠針對建築的設備提供預測維護方面的建議，也能提供客戶及物業管理公司人員針對該建築的營運建議，有效簡化管理複雜度、提升決策精度與建築使用效能。 增添雷達感測器　智慧照明用途更廣泛 英飛凌電源管理及多元電子事業處資深行銷經理張文貴(圖2)則指出，照明即服務(Lighting-as-a-Service) 正引領智慧建築的數位化轉型，而隨著IoT應用興起，以照明添加更多感測器功能，提供了更多創新加值服務的發展契機。舉例來說，具備雷達感測器能偵測人員摔倒，或能偵測生命徵象的照護燈具，在台灣這樣的高齡化國家中便相當重要。為此，英飛凌便以高精準度的雷達技術，讓照明不再只是單純提供照度的功能，而是成為建構智慧建築中重要的一環。 圖2　英飛凌電源管理及多元電子事業處資深行銷經理張文貴指出，照明系統開始添加更多感測功能帶動建築轉型。 英飛凌電源管理及多元電子事業處總監梁錦文(圖3)說明，雷達能測量速度、距離和角度，包括水平和垂直、進而實現精準的位置映射和3D追蹤。當人們進入建築物時，基於雷達感測的檢測解決方案便可透過智慧照明裝置檢測人流及位置。 圖3  英飛凌電源管理及多元電子事業處總監梁錦文添說明，加雷達可讓照明系統實現更多創新應用。 以英飛凌在香港科學園設立的智慧室內照明為例，在室內照明的筒燈(Downlight)內加裝雷達感測器，除了提供照明功能之外，還能即時監測人流，提供建築物出入口的進出人數、目前建築內人數等即時數據，並可分析人員進出的尖峰時間等資訊，讓智慧建築系統可依此調整燈光或空調，強化能源管理並提升用戶舒適度。當然，除了雷達之外，智慧照明也可搭配簡易的被動式紅外線(Passive Infrared Sensor, PIR)感測器，出發點為節能考量。 張文貴透露，隨著IoT演進，聯網照明愈來愈受到歡迎，無論是採用有線、無線或混合式的連線功能，感測器技術在過去幾年裡有相當驚人的成長，而為了提升感測精確度，感測融合(Sensor Fusion)的技術也愈來愈受到關注。 張文貴說明，Sensor Fusion結合2種以上的感測器，是能進一步提升精準度的另一項技術。例如，該公司以自有的MEMS麥克風和壓力感測器為基礎，搭配英飛凌XMC MCU內建的AI機器學習演算法，開發出「智慧玻璃爆破警報系統」，可大幅降低誤報率；除此之外，英飛凌也開發了微型化的PAS CO2感測器 (PAS=Photo Acoustic Spectroscopy, 光聲光譜法)，可依照光量自動調整空調或照明系統。 另外需要注意的是，隨著燈具上所安裝的感測器越來越多，LED驅動器也必須隨之變更設計，因應此一趨勢，英飛凌也備有XDPL數位LED驅動器控制器系列。該系列產品搭配CoolMOS系列，不僅提升效率，還能大幅減少外接元件的數量，而且功能組合更多樣化，能讓LED驅動器更輕易容納到空間有限的燈具內；並能迅速將即時的電源管理資料和診斷功能傳送到大樓管理系統(BMS)，展現優異的系統管理效率。 張文貴認為，照明即服務的趨勢興起，也正引領智慧建築的數位化轉型；且隨著AI演算法與機器學習的結合在近期有長足的進展，幫助感測器或感測器中樞變成效能強大的邊緣裝置；而待5G站穩腳步後，相信商用智慧照明的市場便能加速起飛。而該公司也透過旗下高度整合化的雷達感測器解決方案，為智慧照明帶來了創新的直觀感應功能，並降低能源損耗；未來也將以旗下高可靠度及高穩定度的廣泛感測器產品組合，與合作夥伴共同開發更多元加值的應用場景，讓智慧建築更加智慧。 智慧照明身兼節能/提升營運效率要角 除了提升人的舒適度和體驗之外，智慧照明另一個為人所熟知的重要功用，便是提高建築物營運效率(節能、空間規劃等)。Arm物聯網事業群業務總監粘靜芳(圖4)表示，智慧照明不只是對節能有益，更是建築物業主提升營運效率、空間規劃、提升個人化體驗的重要手段。目前建築物業主面臨著提升營運效率(將建築物每平方公尺的使用面積價值最大化)與為居住者(或在建築物內的人)提供更佳體驗的壓力，需要具有更好洞察力的物聯網技術來預測、分析空間使用狀況解決這些挑戰。也因此，智慧照明不只是單純的提供容易、方便的照明控制，同時也是建築物節能、提升舒適度體驗、空間利用等的關鍵基礎架構。 圖4　Arm物聯網事業群業務總監粘靜芳表示，智慧照明是建築物業主提升營運效率的重要手段。 換言之，愈來愈多的業主期望智慧照明除了照亮建築物之外也能「照亮其營運業務」。也就是透過智慧照明實現自動化並收集空間數據、連結建築物內各種設備、系統(例如空調、暖氣)，好達到降低能源使用效率、營運成本、實現空間優化、提供員工生產力等目標，以獲取更大的業務收益。所以，已有越來越多的建築物加快導入智慧照明系統，根據市調機構Boston Consulting Group的預測，在2020年，全球所有的照明設備將會有25%變得更智慧化。 芯科科技(Silicon Labs)物聯網資深產品經理Nick Dutton(圖5)則指出，因應氣候變化挑戰及降低能源成本，愈來愈多的產業和消費者相繼採用綠色環保和永續能源的政策或方案。對於商業建築而言，降低能源成本即意味著提升營運效益，相較於家庭消費者，商業電費要高得多，因此商業環境可從增強的照明控制中受益。舉例來說，當辦公室工作人員或建築工人不在場的時候，照明系統可以自動變暗或是熄滅；或者是照明系統可以確定能源使用熱點，以更加瞭解使用案例(或使用習性)，並可以實施解決方案以減少和優化照明面積。 圖5　芯科科技(Silicon...

物聯網(IoT)、人工智慧(AI)、5G、工業4.0等應用推升資訊量暴漲，使得DRAM、SRAM、NAND Flash等傳統記憶體的儲存效能逐漸遇到瓶頸，同時在高速運算方面也受到了阻礙。為克服此一挑戰，產官學各界紛紛加大新興記憶體的研發以及投資力道，相關解決方案陸續問世，期能在未來取代傳統DRAM、Flash和SRAM三大記憶體產品。 MRAM成主要發展方向 新興記憶體如雨後春筍般浮現，其中MRAM備受期待的原因，除了其具備更好的儲存效能之外，另一個原因在於MRAM的特性可以滿足製程微縮需求，因此被視為極具吸引力的記憶體方案。所以，不論是學界或是半導體產業，多以MRAM為主要的發展目標，希望能早日拓展MRAM市場普及率。 三星宣布開始量產28nm FD-SOI製程eMRAM 布局MRAM市場，三星電子(Samsung)宣布已開始量產28nm FD-SOI製程的商業化嵌入式MRAM(eMRAM)解決方案。三星指出，該公司克服了eMRAM可擴展性挑戰的技術障礙，並將製程節點發展到28nm，除了實現更低成本、更佳功率、速度之外，還能讓產品依舊保有非揮發性、隨機存取和高耐久性等特徵。 據悉，基於此一製程的eMRAM解決方案可提供更好的功率、讀寫速度和更低成本等優勢。由於eMRAM不需要在寫入數據前進行抹寫循環(Erase Cycle)，因此eMRAM的寫入速度和傳統快閃記憶體相比快了1,000倍。另外，eMRAM的使用電壓低於傳統快閃記憶體，具有低功耗特性，且在待機狀態下不會耗電，因此能提高能源效率。 三星晶圓代工行銷副總裁Ryan Lee表示，在克服新材料的複雜挑戰後，該公司開發了eMRAM技術，並將eMRAM與現有成熟的邏輯製程結合，以提供獨特的競爭優勢和量產可能，滿足客戶和市場需求。 透過與28nm FD-SOI製程結合，以實現更好的電晶體控制(Transistor Control)和降低洩漏電流，此一方案將可滿足MCU、IoT和AI等各式應用需求。另外，在宣布可量產28nm FD-SOI製程的eMRAM解決方案後，三星也計劃擴展其eMRAM解決方案，除了在2019開始生產1Gb eMRAM測試晶片之外，也預計2020年積極推廣18nm FD-SOI eMRAM。 結合MRAM　群聯讓SSD效能再攀升 另一方面，隨著企業伺服器應用近年來逐漸大量採用SSD已是主流趨勢，而如何透過整合各種新興記憶體技術來提升現行主流SSD的效能及可靠度也逐漸成為研發企業級SSD時不斷探討的議題。因此，群聯電子便嘗試將企業級SSD方案整合MRAM，以拓展高階儲存應用市場。 群聯電子技術長馬中迅(圖1)表示，5G將會對儲存產業帶來明顯的轉變，5G的特點包括頻寬高、速率快、延遲性低，因而可以傳輸、擷取大量的聯網裝置資料；因此，對於儲存產品而言(例如SSD)，也必須要呼應到5G的特點。同時，由於AI應用的興起，高速運算的需求增加，這也會對儲存產品有更高的性能和容量要求，基於5G和AI的變化，記憶體業者開始強化儲存架構，朝更快、容量更大邁進。 圖1　群聯電子技術長馬中迅指出，5G將全面改變各種應用體驗，記憶體效能也須跟著提升。 為此，群聯宣布與Everspin策略聯盟，正式整合Everspin的1Gb STT-MRAM至群聯次世代的企業級SSD儲存解決方案設計，持續引領快閃記憶體控制晶片設計方向。 馬中迅指出，MRAM是一種非揮發性記憶體技術，其特色除了具有低功耗及讀寫速度高於NAND等之外，還包括斷電時資料不會遺失。雖說目前的記憶體技術或SSD等儲存技術也有斷電資料保存方案，但這需要一些成本、時間和技術代價，但若改用MRAM，可以進一步優化無預警斷電的資料防護機制(也就是恢復時間更快)。而SSD搭配MRAM後，更能提升SSD的效能，對於群聯持續布局企業伺服器SSD高階儲存應用市場為一大助力。 據悉，整合Everspin的1Gb STT-MRAM至群聯的快閃記憶體控制晶片設計及SSD儲存方案，將能協助該公司超大型數據中心客戶及企業OEM夥伴提升整體SSD效能、降低資料延遲，以及提升服務質量(Quality of Service, QoS)。 讓儲存更穩/更好　工研院積極研究SOT-MRAM AI、5G等應用推升資訊量呈現爆炸性的成長，因應如此龐大的資料儲存、傳輸需求，新興記憶體備受關注。為此，工研院也致力研發新一代MRAM技術，除了引領業者創新研發方向外，也希望能藉此加快新興記憶體發展腳步。 工研院電光系統所所長吳志毅表示，5G與AI時代來臨，摩爾定律一再向下的微縮，半導體走向異質整合，不同的技術整合性越來越強，能突破既有運算限制的下世代記憶體將在未來扮演更重要角色。MRAM速度快、可靠性好，適合需要高性能的場域，像是自駕車，雲端資料中心應用等，未來應用發展潛力可期。 據悉，在MRAM技術的開發上，工研院於IEEE國際電子元件會議(International Electron Devices Meeting, IEDM)中發表自旋軌道轉矩(Spin Orbit Torque, SOT)MRAM相關的最新研究成果。 吳志毅指出，相較於台積電、三星等公司即將導入量產的第二代MRAM技術(STT-MRAM)，SOT-MRAM為全球積極研究中的最新第三代技術，以寫入電流不流經元件磁性穿隧層結構的方式運作，避免現有MRAM操作時，讀、寫電流均直接通過元件對元件造成損害的狀況，同時也具備更穩定、更快速存取資料的優勢。 吳志毅補充，更重要的是，SOT-MRAM的讀寫次數更優於STT-MRAM。假設目前STT-MRAM的讀寫次數為10的10次方左右，那麼新一代SOT-MRAM的讀寫次數則可達到10的14次方左右。換言之，SOT-MRAM不僅能夠更穩定、更快速存取資料，且讀寫次數大幅增加，因而有望滿足更多高速運算應用。 FRAM方案持續問世　材料為普及挑戰 相較於其他以MRAM為主的業者，日本記憶體大廠富士通(Fujitsu)則是致力推動FRAM，並持續推出相關解決方案。例如日前富士通便發布可在攝氏高達125度的高溫下運作的新款2Mbit...

物聯網(IoT)、人工智慧(AI)、5G、工業4.0等應用推升資訊量呈現爆炸性的成長，所有資料都必須在邊緣蒐集，並且從邊緣到雲端的多個層級進行處理和傳輸、儲存和分析。 因應如此龐大的資料儲存、傳輸需求，在DRAM、SRAM，以及NAND Flash等傳統記憶體已逐漸無法負荷，且再加上傳統記憶體的製程微縮愈加困難的情況之下，驅使半導體產業轉向發展更高儲存效能、更低成本同時又可以朝製程微縮邁進的新興記憶體。 AI/5G新應用催動新興記憶體發展腳步 AI、5G、IoT和工業4.0等發展讓資訊量呈現爆炸式的成長，而這些資料都必須在邊緣收集，接著從邊緣到雲端進行多個層級的傳輸、處理、儲存和分析，以將大量的資量轉變為有價值的資訊。此一趨勢不僅帶來全新的運算需求，資料量的猛烈成長，對於高容量、高讀寫次數及更快讀寫速度的記憶體需求也明顯上升。因此，新興記憶體如磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)、鐵電隨機存取記憶體(FRAM)、電阻式隨機存取記憶體(RRAM)和相變隨機存取記憶體(PCRAM)等便相繼興起。 工研院電子與光電系統所所長吳志毅(圖1)表示，5G與AI時代來臨，且產生的資料量更多、更廣，因此會有更大的儲存需求；而要有更快的運算效率，意味著記憶體的讀取速度也要再加快。因此，5G、AI的出現，驅使記憶體朝更大容量、更快讀取速度發展，也因此，各大記憶體業者開始加快並投入更多資源開發新興記憶體，能突破既有運算限制的下世代記憶體將在未來扮演更重要角色，期能在日後取代目前主流的三大記憶體產品(分別為DRAM、Flash和SRAM)。 圖1　工研院電子與光電系統所所長吳志毅表示，５G、AI的到來加快新興記憶體發展腳步。 吳志毅說明，新興記憶體之所以成為目前半導體產業的重點目標，除了希望研發儲存容量更大、讀寫效率更好的記憶體滿足未來5G、AI、IoT等新應用的儲存和高速運算需求之外，還有一點是目前傳統記憶體在製程微縮上面臨困境(例如在1x奈米以下的製程微縮要花費更多時間、成本)。因此，半導體產業開始加大新興記憶體的研發和投資力道。 應用材料半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明(圖2)指出，由人工智慧和大數據所推動的新運算需求，加上摩爾定律擴展的趨緩，造成硬體開發和投資的復興。 圖2　應用材料半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明指出，新型記憶體的功耗、效能和面積成本效益更優異。 各種規模的企業正競相開發新的硬體平台、架構與設計，以提升運算效率，例如MRAM、RRAM和PCRAM等新的記憶體技術興起，便是晶片與系統設計人員都致力研究的關鍵領域。這些新型記憶體提供更多工具來增強近記憶體運算(Near Memory Compute)，也是下一階段記憶體內運算(In-Memory Compute)的建構模組。全新的記憶體技術預計可為邊緣與雲端裝置提供優於現有記憶體技術的功耗、效能和面積成本效益。 滿足製程微縮需求　MRAM普及潛力佳 新興記憶體如雨後春筍般浮現，其中MRAM最受青睞，同時也是各大廠商積極投入的原因，除了其具備更好的儲存效能外，更重要的是，現今的處理器(CPU)製程不停朝微縮化邁進，以因應高速運算需求。 然而，這些處理器內嵌的記憶體(如NAND Flash、SRAM)卻漸漸無法實現更小的晶粒尺寸，因此，儲存效能高，且也能滿足製程微縮的MRAM，便被視為極具吸引力的記憶體方案。 格芯(GlobalFoundries)尖端eNVM資深總監Martin Mason表示，嵌入式記憶體產業目前正處在一個過渡點，28nm節點可能是eFlash最後一個具有成本效益的節點，在28nm之後，eFlash要進行製程微縮十分困難，所花費的時間、成本高昂，因此，在28nm之後，記憶體業者開始尋找全新的嵌入式非揮發性記憶體技術，以適用各種創新、快速成長的低功耗應用/設備(例如物聯網) Mason進一步說明，目前有許多新的非揮發性記憶體技術，但仍有許多挑戰待克服。像是透過改變電介質電阻以儲存數據的RRAM，是許多研究和開發的主題，不過，同樣是在28nm以下的製程遭逢挑戰(28nm以下製程尚不成熟)，因而限制其大量生產和採用；至於PCRAM，同樣是缺乏28nm以下的代工支援，使得其採用也受到限制。相比之下，MRAM已有許多代工業者、記憶體業者投入發展，使其普及和採用性大增，例如該公司便將FDX與MRAM相結合，以獲取更高的功率優勢、低功耗和小尺寸。 周春明則指出，電腦產業正在建構物聯網，其中將會有數百億個裝置內建感測器、運算與通訊功能，以監控環境、作決策和傳送重要資訊到雲端資料中心；而在儲存物聯網裝置的軟體與AI演算法方面，MRAM成為儲存用記憶體的首選之一。 周春明說明，MRAM採用硬碟機中常見的精緻磁性材料，本來就是快速且非揮發性，就算在失去電力的情況下，也能保存軟體和資料。由於速度快與元件容忍度高，MRAM最終可能做為第3級快取記憶體中SRAM的替代產品。MRAM可以整合於物聯網晶片設計的後端互連層，進而實現更小的晶粒尺寸，並降低成本。 根據應用材料提供的資料指出，研究顯示，以整合式MRAM解決方案取代微控制器之中的eFlash和SRAM，便可以節省高達90%的功耗；若是採用單一電晶體MRAM取代六個電晶體SRAM，便能夠實現更高的位元密度和更小的晶片尺寸。這些功耗與面積成本優勢使得MRAM成為邊緣裝置的理想選擇。 吳志毅則表示，5G、AI的崛起，使得記憶體產業對容量更高、速度更快的儲存技術更加殷切，在覺得現有的SRAM、DRAM等記憶體不足以滿足未來應用需求時，自然會尋求更快、容量更大、更高效的新興記憶體，這是必然的趨勢，基於此，MRAM便受到各大業者關注，期能用於CPU中取代SRAM。 吳志毅指出，和現有的SRAM相比，MRAM除了讀寫速度快之外，更重要的是讀寫次數大增(預估可達上兆次)，這也是各大業者希望用MRAM取代SRAM的原因之一。未來AI、5G的應用，會產生愈來愈大量的資料，處理器讀取的資料量會明顯增加，一秒鐘可能就須讀寫1,000次、10,000次。而舊有的記憶體(例如快閃記憶體)最大壞處在於讀寫次數有限制，假設最高讀寫次數只能到10,000次，當應用在USB之中，一般的使用者可能會沒有什麼感覺，因為USB要使用到10,000次以上，會需要很長的時間。 然而，若是用於CPU等處理器中，就明顯不足了。日後各式5G、AI應用興起，處理器要讀寫的資料量只會有增無減，1秒鐘的資料讀取次數可能就高達上千、上萬次，這麼一來，舊有記憶體的資料讀寫限制明顯無法因應未來應用需求。也因此，能滿足製程微縮、儲存容量大，且讀寫次數又明顯增加的MRAM便成新選擇。 簡而言之，除了上述所提的儲存效果更好、讀寫次數高，可滿足未來新興的AI、5G應用外；更重要是，如今半導體業界持續朝微縮製程邁進的目標，但現有的記憶體在製程微縮上面臨極大挑戰，MRAM因而被視為有望取代這些記憶體的元件，因此受到記憶體、晶圓代工等業者關注，並積極投入開發，成為未來大規模發展潛力最佳的新興記憶體。 因應AI雲端運算　FRAM//RRAM各有所長 除了上述所提的MRAM因能滿足製程微縮需求，遂成為半導體產業研發重點的新興記憶體之外，其餘如FRAM、RCRAM、RRAM等新興記憶體技術也馬不停蹄的發展中。 FRAM採用鐵電質膜用作電容器來儲存資料，具有唯讀記憶體(ROM)和隨機存取器(RAM)，在高速寫入、高耐受力、低功耗和防竄改方面擁有優勢。 目前FRAM已經用於小容量和頻繁資料寫入的應用，包括OA設備，如適用於計數器和列印計錄的MFP設備，或適用於儲存參數和資料記錄的FA設備；財務終端，又或是適用於交易歷史記錄的ATM終端，基礎設施架構中的計量器、汽車導航系統和音響設備。 目前各大記憶體業者中富士通(Fujitsu)最為積極投入FRAM發展。富士通指出，該公司的FRAM採用PZT晶體結構(圖3)，這種結構通常用作典型的鐵電質材料。在點陣中具有鋯和鈦，作為兩個穩定點，它們可以根據外部電場在兩個點之間移動。一旦位置設定，即使再出現電場，它也將不會再有任何移動。頂部和底部的電極安排了一個電容器。那麼，電容器劃分了底部電極電壓和極化，超越了磁滯回線。資料以「1」或「0」的形式儲存。簡而言之，FRAM特點可分為以下三點： 圖3　富士通目前開發的FRAM為PZT晶體結構。 1.當加置磁場時就會產生極化(鋯/鈦離子在晶體中向上或向下移動)。 2.即使在不加置磁場的情況下，也能保持電極。 3.兩個穩定的狀態以「0」或「1」的形式儲存。 與傳統記憶體相比，FRAM所具有的優勢還包含：非揮發性、沒有上電也可保存所儲存的資訊、無需電池(環保產品)、更高速度寫入、可覆寫、不需要抹除指令、對於抹/寫操作無等待時間、寫入週期時間等於讀取周期時間、具有更高的耐受力、更低的功耗和不需要使用加壓電路等。 至於PCRAM和RRAM，周春明表示，隨著資料量產生呈現指數性遽增，雲端資料中心也需要針對連結伺服器和儲存系統的資料路徑，達成這些路徑在速度與耗電量方面的數量級效能提升。RRAM與PCRAM是快速、非揮發性、低功率的高密度記憶體，可以做為「儲存級記憶體」，以填補伺服器DRAM與儲存記憶體之間，不斷擴大的價格與性能落差。 據悉，RRAM採用新材料製成，材料的作用類似於保險絲，可在數十億個儲存單元內選擇性地形成燈絲，以表示資料。PCRAM則採用DVD光碟片中可找到的相變材料，並藉由將材料的狀態從非晶態變成晶態，以進行位元的編程。換言之，藉由精確控制晶圓上的組成物質，可以顯著強化功耗、效能與面積成本(PPAC)。 類似於3D NAND記憶體，RRAM和PCRAM是以3D結構排列，而記憶體製造商可以在每一代的產品中加入更多層，以穩健地降低儲存成本：而RRAM與PCRAM也提供編程與電阻率中間階段的可能性，讓每個儲存單元可以儲存多個位元的資料。簡而言之，PCRAM和ReRAM兩種技術都具有結構堆疊，包含容易受薄膜成分和劣化衰退影響的多重元素材料；兩者都是高密度記憶體應用的候選技術。 相較於DRAM，RRAM與PCRAM皆承諾未來可以大幅降低成本，而且讀取效能也比NAND和硬碟機快上許多；且PCRAM或是RRAM的儲存級記憶體更可以提供超過10倍以上的存取速度，使得這些記憶體成為雲端資料的首選，以克服AI運算相關的資料移動瓶頸。 因此，不論是PCRAM或RRAM，也有半導體業者積極投入發展，例如英特爾(Intel)致力推動的Optane記憶體，便屬於PCRAM的範疇(圖4)。 圖4　英特爾Optane新型記憶體。 總而言之，AI、5G、IoT和工業4.0等發展讓資訊量呈現爆炸式的成長，全新的運算需求驅動記憶體朝更高容量、高讀寫次數、更快讀寫速度、更低功耗發展；而新興記憶體除滿足上述需求外，和傳統記憶體相比，還可實現製程微縮化，半導體產業遂積極投入新興記憶體發展，期能在未來取代DRAM、Flash和SRAM三大主流記憶體產品。

隨著記憶體密度上升，記憶庫(Bank)的數量也須增加，以容納更高的記憶體密度。新一代的DDR5標準將記憶庫組(Bank Group)的數量擴充一倍，並且同時維持各組的記憶庫數量不變。另外，由於能夠在任一時間點打開更多的頁面(Page)，以及提升高分頁命中率(High Page-hit)的統計概率，整體的系統效率應可加強。 記憶庫組到記憶庫組的交錯時序存取(Interleaved Timing)短於特定記憶庫組內記憶庫間的存取。這些時序參數同時有「長」的時序定義(tCCD_L、tWTR_L、 tRRD_L)和「短」的時序定義(tCCD_S、tWTR_S、tRRD_S)。長的時序係指記憶庫組內記憶庫到記憶庫(Bank-to-bank)的存取，而短的時序則是指存取不同的記憶庫組(圖1)。為便於理解，在此補充說明：tCCD_L可接近tCCD_S的兩倍。增加的記憶庫組可提高短時序的使用概率，進而減輕內部時序限制。 圖1　DDR5記憶庫/記憶庫組的時序 資料突發長度增加 DDR5 SDRAM將預設的突發長度從BL8加到BL16，並提高了指令/位址和資料匯流排的效率。以同樣的讀取或寫入CA 匯流排的作業而言，資料匯流排現可提供兩倍的資料，同時還能將對IO/陣列時序限制的暴露侷限於相同的記憶庫內。透過減少存取給定資料量所需的指令數，DDR5 SDRAM還能降低讀寫作業所需功率。 此外，突發長度增加後，存取相同之64B快取行(Cache Line)資料負載所需的IO數也減少。由於預設的突發長度增加，DDR5 DIMM架構得以具備雙子通道(圖2)，進而提高通道的整體並行性、靈活性和數量。針對使用128B快取行負載的系統，DDR5亦特別為×4配置的裝備提供突發長度為32位元的選項，而能進一步改善指令/位址、資料匯流排效率及總體功率表現。 圖2　DDR5 40-Pin子通道DIMM範例 刷新指令 除了適用於DDR5和早期DDR SDRAM產品的標準ALL-BANK REFRESH指令(REFab)外，DDR5還導入了SAME-BANK REFRESH(REFsb)指令。當REFsb指令發出時，它會依照記憶庫位元(Bank Bits)透過指令/位址位元所指定的目標，在所有記憶庫組中鎖定同樣的記憶庫。 SDRAM設備的REFRESH指令會要求在指令發出前，被鎖定刷新的記憶庫須處於閒置狀態(預充電，無資料活動)；而且，在REFRESH指令執行期間，那些記憶庫均不能重啟後續的寫入和讀取活動(時序參數tRFC)。REFRESH指令以平均週期間隔發送(時序參數tREFI)。對於REFab指令，系統必須於發出指令前確保所有記憶庫均為閒置狀態；針對16Gb DDR5 SDRAM裝置，在「正常」刷新模式下平均每3.9μs發送一次，每次持續295ns。 REFsb指令的效能優勢在於，在指令發出前，各記憶庫組內只需有一個記憶庫保持閒置狀態。當發出REFsb指令時，其餘的12個記憶庫(圖3)不必處於閒置；而且，對於非刷新記憶庫的唯一時序限制是相同記憶庫刷新到啟動的延遲 (Same-bank-refresh-to-activate Delay)(時序參數tREFSBRD)。REFsb指令只能以倍精度刷新(FGR)模式發送，意即各記憶庫平均須每1.95μs接收一次REFRESH指令。針對16Gb DDR5 SDRAM裝置，REFsb則僅持續130ns，這也將系統存取鎖定的對象(tRFCsb)減至主動刷新的記憶庫上(圖3)。使用REFsb時還有一個限制：每個「相同記憶庫」(Same Bank)都須在第二個REFsb指令發出前收到一個REFsb指令，但REFsb指令可以任一記憶庫的順序發送。 圖3　DDR5 REFsb與記憶庫的對應 模擬結果顯示，與REFsb相比，使用REFsb時系統效能吞吐量加大6%到9%(會因讀/寫指令比率不同而異)，如圖4所示。另外，REFsb將刷新對平均閒置延遲時間的衝擊從11.2ns減為5.0ns。這些計算乃基於標準排隊理論所得，並適用於具隨機驅動資料流量的單個記憶庫。 圖4　DDR5系統吞吐效能改進 效能改進 以上述特點模擬64B隨機存取的工作負載後發現，與DDR4雙Rank的3200MT/s模組相比，效能顯著提高(圖5)。在此模擬情境中，假設各系統有8個通道與1DPC。 圖5　DDR5 不同速度/記憶庫模組的效能改進 透過從DDR5設備輸出資料前在READ指令期間進行校正，RAS的提升(如on-die...

磁性記憶體(MRAM)具有應用於非揮發性嵌入式記憶體的潛力。相較於傳統的磁場寫入方式之磁性記憶體而言，自旋傳輸磁性記憶體不論是在密度、容量、耗能、速度、尺寸微縮化以及製程成本上都有很大的優點。目前各研究團隊針對自旋傳輸磁性幾乎都已經進展為垂直式磁化材料為主，這種垂直式自旋傳輸磁性記憶體相較於傳統的水平式傳輸磁性材料，可改善水平式傳輸材料無法同時滿足降低元件寫入電流與提高元件的熱穩定性的難題。 以垂直式磁化材料取代水平式磁化材料被認為是解決上述問題最可行的方法。本篇文章將探討垂直式自旋傳輸翻轉的特性，並且介紹目前國際上以及本團隊關於垂直式自旋傳輸磁性記憶體與其他相關熱門磁性研究的發展現況。 STT MRAM發展潛力佳 磁性記憶體於1980年代首次被提出。1984年Honeywell以異向性磁阻(AMR)技術為基礎開發了最早期的MRAM，由於其抗輻射特性以及製作成本高昂，主要應用於軍方以及航太用途。1988年發現巨磁阻(GMR)現象後，開始吸引了許多人投入MRAM相關的研究。 而到了1995年，實驗證實穿隧式磁阻(TMR)的現象，而其後的研究證實其磁阻變化率可高達220%以上，至此確定了MRAM的發展趨勢。MRAM基本架構為1個電晶體搭配上一個稱為MTJ(Magnetic Tunnel Junction)的磁性多層膜元件，簡稱為1T-1MTJ架構。 傳統的MRAM寫入方式為利用兩條正交的導線所產生的磁場將被選取之MTJ結構磁性自由層(Free Layer)磁化向量翻轉，使得磁性自由層與被固定層(Pinned Layer)的磁化向量呈現平行(低阻態)或反平行(高阻態)而達到寫0或1。 這種寫入方式會遭遇到兩個主要的技術瓶頸，第一是只有單軸導線通過而非雙導線交叉選擇的MTJ，容易因為導線磁場干擾而造成錯誤寫入；第二是當MTJ尺寸隨著技術節點持續微縮時，磁性自由層磁化向量翻轉所需要的磁場大小或寫入導線電流會急劇升高。這樣不僅耗電，而且會使得寫入電流超過導線可容忍之範圍而產生失效。 新一代的MRAM寫入方式為利用自旋力矩傳輸(Spin-torque-transfer, STT)效應翻轉磁性自由層的磁化向量。這種寫入方式電流僅通過被選擇的記憶單元，所以不會有因導線磁場干擾，而造成寫入錯誤的問題。同時，由於磁性自由層翻轉取決於電流密度，因此隨著記憶單元持續微縮，翻轉所需要的電流不僅不會升高，反而會下降。 除此之外，STT MRAM在製程上也比傳統MRAM簡化許多，如此不僅可以減少製程費用，也可大幅提升記憶體密度。傳統MRAM的Cell Size大約在20~30F2，而STT MRAM可將Cell Size降至6F2。另外，STT翻轉寫入速度可達4ns，因此STT MRAM不論是在密度、容量、耗能、速度、尺寸微縮化以及製程成本上都有很大的優點，使得STT MRAM具有應用於非揮發性嵌入式記憶體的潛力。 追求更高儲存密度　SOT成新解方 目前STT MRAM的產品主要都是以水平式磁化材料作為MTJ結構之磁性層，例如Co、Fe、CoFe、NiFe，以及CoFeB等磁性材料。不過，這種水平式STT MRAM所遇到最大的挑戰，即為降低MTJ磁性元件寫入電流密度的同時，還需要提高元件對於熱擾動的穩定度，並且提高寫入與讀取資料的準確度。 預估在進入45奈米技術節點後水平式STT MRAM將面臨寫入電流與熱穩定性無法同時兼顧的問題，除非在磁性材料的特性上有所突破；而以垂直式磁化材料取代水平式磁化材料之STT元件被認為是解決上述問題最可行的方法。 磁性材料除了應用在磁性記憶體上，在感測器領域亦有相當的發揮空間。利用微小外在磁場即可使磁感測器靈敏做出判別的特性，做為生物感測器的主要元件再適合不過。而除了感測微小的外加場變化，磁性感測器當然也能改以較硬磁如CoFeB、CoFe等做為主要材料，涉足大場感應市場。由於可針對使用領域變化感測場的範圍及靈敏性，磁感測元件勢必大有可為。 而在已然形成的磁性記憶體市場中，下個目標除了繼續增加磁性記憶體的儲存密度，更希望改善耗電情況以及提升記憶體讀寫壽命，旋軌道轉矩型(Spin-orbit-torque RAM, SOT-RAM)這樣的磁性記憶體結構，利用自旋電子流來影響記憶層的磁矩排列，較之STT MRAM有著更節能的優勢，目前世界上各個研發團隊紛紛投入SOT的開發中，是現今磁性記憶體中炙手可熱的新星。 克服磁矩以達到小尺寸/高密度 磁紀錄依磁化狀態的不同可分為水平記錄和垂直記錄，水平記錄之記錄媒體的磁化方向是平行基板的表面，而垂直記錄之記錄媒體的磁化方向則是垂直基板的表面。水平記錄由於Pattern承受的去磁場大，因此不利於達成高的記錄密度；垂直記錄則因為磁化方向垂直於磁頭移動方向及記憶媒體表面，去磁場小，因而可以得到較高的記錄密度。 利用上下電極間的磁性多層膜，不同磁性膜層間交互作用影響之下，通過電流時因磁矩排列方式的不同而得到的磁阻值變化。為了能夠達到小尺寸高密度記憶元件的發展，垂直式磁矩排列的記憶元件將會是一個大有可為的發展方向。若要能讓垂直式磁性記憶元件發展順利，首要克服的便是其磁矩的排列方式，如何能在記錄膜層鍍製時，便讓其有整齊並且可完美控制的磁矩排列。 水平記錄膜層堆疊主要如圖1所示，底電極之上為提供各膜層良好織構(Texture)的種子層材料，接下來是固定未進行讀寫時磁矩排列方向的反鐵磁層(Anti-ferro)，反鐵磁層與SAF被固定層決定了交換場的大小，當交換場越大就表示該膜層結構能承受的外界場影響越大，當記憶元件在進行讀寫之時表現也會越穩定。 圖1　水平記錄膜層堆疊示意圖 若變化不同的MTJ結構如下類型(圖2)，膜層排列的方式不再因為反鐵磁層來決定，而是利用磁性層Co以及金屬層Pt交互堆疊，利用兩種材料間的交互作用力，在Co極薄的情況下可以讓磁矩完全垂直膜面排列，這就是垂直式磁性元件所設計的被固定層。 圖2　變化不同的MTJ結構示意圖 並且，利用Ru金屬層的RKKY特性，使得Ru上下的Co/Pt多層膜雖然是垂直膜面排列，但依著不同的Ru在RKKY Peak的厚度，一樣可以依需求製備出不同大小的交換場，當然，交換場越大也就表示元件對於外在環境影響下的穩定度越高。 在這樣的膜層結構下，利用MgO做為Tunneling材料，調變MgO的厚度以及製程參數，可以得到MR 40~90%；變化Free Layer的材料為CoFeB、CoFeB/Ta/CoFeB Composited結構等，可使讀寫層的翻轉更迅速，Hc能大於200Oe。不同的上下電極材料(Ta、TaN、Ru等)，所影響的P-STT MTJ之PMA特性也不同，利用Modified...

Maxim宣布推出MAX22701E隔離柵極驅動器，協助高壓/大功率系統設計者將電源效率提升4%，優於競爭產品；功耗和碳排放減少30%。驅動器IC針對工業通訊系統的開關電源進行優化，典型應用包括太陽能電源逆變器、馬達驅動、電動汽車、儲能系統、不斷電供應系統、資料農場及其他大功率/高效率電源等。 Maxim Integrated工業和醫療健康事業部總監Timothy Leung表示，客戶透過採用SiC技術實現更小尺寸、更高效率的電源系統，Maxim則協助客戶實現最高的系統效率，有效延長系統的正常執行時間。 目前，許多開關電源採用寬頻隙碳化矽(SiC)電晶體來提高電源效率和電晶體可靠性。但是，高開關頻率的瞬態特性會產生較大雜訊，影響系統的正常工作或者需要額外的措施抑制干擾。 MAX22701E提供高共模瞬態抑制(CMTI)，典型值為300kV/µs，提供可靠性。其CMTI指標比競爭產品高3倍，延長系統正常執行時間；低傳輸延遲的典型值為35ns，比競爭產品低2倍，以及高邊、低邊柵極驅動器之間傳輸延遲的最佳匹配，最大5ns，比競爭產品降低5倍，有助減小電晶體的空滯時間，使電源效率提高4個百分點。當效率達到90%以上時，效率每提高1個百分點，功耗可降低大約10%。例如將效率從90%提高到94%，功耗將減少30%至40%，被浪費的功率從10個百分點降至6個百分點。產品採用8接腳窄體SOIC 3.90mm×4.90mm封裝，工作在-40°C至+125°C擴展級溫度範圍，降低能耗並延長系統正常執行時間。

每年有120萬人死於車禍，這些致命事故90%以上源於人為錯誤(例如酒後駕車、超速、忽視交通信號、開車時傳送訊息等)。每年損失120萬人的生命，相當於每天墜毀7架乘載500名乘客的客機。 為了盡可能減少車禍事故，汽車製造商、汽車供應商、政府機關、學術單位，甚至是非汽車技術供應商，都在聯手開發先進駕駛輔助系統(ADAS)和終極的自動駕駛系統。 新汽車生態系統正在結合各種先進技術，例如： ．與無線電偵測及測距(雷達)、光偵測及測距(光達)及光學感測器(攝影機)融合的感測器。 ．高速資訊系統整合了車載乙太網路、強大訊號處理、高解析度(HD)地圖繪製與高準確度的導航和人工智慧(AI)。 ．汽車對汽車(V2V)、汽車對網路(V2N)、汽車對基礎設施(V2I)、汽車對行人(V2P)、汽車對公用事業(V2U)及車聯網(V2X)的通訊技術。 感測技術和人工智慧提供了最先進的360度安全可靠的自動駕駛系統願景。同樣地，無線通訊將在保持車輛、基礎設施及行人的整個生態系統同步方面扮演重要角色。這些技術透過共享並接收重要安全資訊、其他車輛和行人的移動、交通資訊及道路狀況來降低風險。該資料也有助於自動駕駛汽車和ADAS系統以最佳狀態運行。 當前和未來近期的車用無線通訊，使用了兩種現有的無線通訊技術，專用短程通訊(DSRC)和4G蜂巢式LTE。然而，這些技術的局限性會影響它們對自動駕駛和進階ADAS系統關鍵任務要求的適用性。無論是提供gigabit/s的資料速率、高速移動性支援、大規模機器通訊或是超可靠的低延遲。本文將探討新興的5G蜂巢式通訊解決方案，如何針對DSRC和4G蜂巢式LTE的局限性，提供真正實現更安全且強化的傳輸體驗承諾。 無線通訊成就自動駕駛 無線通訊技術提供三大主要優點：更安全的道路、更有效率的交通路線以及更多的車內便利性。啟用無線通訊的車輛能夠與其他汽車和/或路側基礎設施共享道路資訊和交通狀況，並更準確地預測路線上的潛在風險或延誤。 為了提供這些好處，無線通訊技術使用多種通訊方法，例如汽車對汽車(V2V)、汽車對網路(V2N)、汽車對基礎設施(V2I)、汽車對行人(V2P)、汽車對電網(V2G)，以及終極的車聯網(V2X)。 汽車對汽車V2V 車輛直接互相通訊，以共享碰撞前和碰撞後的警告、接近即時的道路狀況、盲點警告及能見度加強。V2V還可以連接車隊中兩部或兩部以上的車輛，也稱為智慧車隊。 以下是一個V2V應用範例：領先的車輛通過道路上被冰覆蓋的路段，其防鎖死煞車系統(ABS)和/或電子穩定控制(ESC)系統立即運作。無線通訊會向跟隨車輛發送警告信號，讓後方駕駛可以減速或繞道，以避開這條被冰覆蓋的路段。另一種情況可能是當領先的車輛發生事故並且其安全氣囊系統被啟動。無線信號就會立即被發送到跟隨車輛，並降低其車速或準備停車以避免連環車禍。要正確適當地執行這類至關重要的V2V任務，無線通訊必須具備極低的延遲。 汽車對網路V2N 車輛與無線網路基礎設施進行通訊行為，是由基地台和遠端射頻收發模組(RRH)所構成，以共享即時交通資訊(例如施工區域警告)。V2N也使用在SOS呼叫服務(例如eCall和ERA-GLONASS)及進行遠端診斷與修復。和V2V不同，極低的延遲對V2N並非最重要，其可靠性才是關鍵。如果使用V2N的eCall或ERA-GLONASS呼叫無法連接到緊急服務(例如美國的911、歐洲的112跟韓國的119)，那麼對需要幫助的人員可能會造成災難性的結果。 汽車對基礎設施V2I 車輛和路邊基礎設施元件，例如交通訊號、道路標誌、交叉路口與路燈進行通訊，以共享交通訊號變化通知、道路狀況警告、交叉路口碰撞警告及行人穿越道資訊。為了達到這類的V2I通訊無縫連接，必須支出相當的費用，在路邊基礎設施中部署相當數量的存取點。一家歐洲汽車製造商已於2016年在美國拉斯維加斯發表了第一項V2I通訊導航計劃，但更加主流的V2I部署可能還須花費不少時間。 汽車對行人V2P 車輛與行人通訊則是當通過行人穿越道或接近時發送注意警告以保護行人，在黑夜、起霧或大雨等能見度較低的情況下更需如此。行人身上的行動或穿戴裝置也可以使用在V2P通訊上。 汽車對電網V2G 車輛與電網通訊，則能夠幫助電動車或油電混合車在最具經濟效益的離峰時段進行充電，或是藉由將儲存電力釋放到電網，轉售給電力公司。 DSRC/4G V2X蜂巢式技術各擅勝場 在討論5G無線通訊在汽車連接中的優點之前，值得先回顧一下目前汽車產業使用的無線通訊技術，802.11p DSRC和基於LTE的蜂巢式V2X。兩者都可達到V2X通訊但也各有利弊，而目前它們都無法實現完整的V2X體驗。表1比較了兩種技術的優點和局限性。 DSRC是建立在IEEE 802.11p實體層標準、美國的1609車用環境無線存取(WAVE)協定及歐洲電信標準協會(ETSI)TC-ITS歐洲標準之上。802.11p DSRC的兩個主要優點是為汽車產業做好立即準備，並且具有約5毫秒(ms)的極低延遲。其基於經驗證且成熟的Wi-Fi 802.11a技術，IEEE在2010年核准了802.11p規格。許多想要部署V2X(特別是V2V和V2I)通訊的汽車製造商，現在更偏好802.11p的可用性。DSRC因為其基於ad-hoc的通訊技術，不需依賴網路基礎設施服務。 但是，802.11p需要安裝許多新的存取點(AP)和閘道器，進而增加了完全部署的時間和成本。由於它是基於免費的Wi-Fi技術，在看不到明確商業模式的情況下，很難找到願意支付部署AP費用的業者。技術演進也沒有明確的脈絡。 蜂巢式V2X(C-V2X)則是汽車產業近來採用的技術。最近的3GPP第14版定義了基於LTE技術(也稱為車輛LTE-V)的部分C-V2X規格。LTE-V支援與V2N網路的車用無線通訊，以及V2V和V2P的裝置對裝置(D2D)通訊。C-V2X的一大優點在於其使用現有的蜂巢式網路基礎設施，提供更好的安全性、更遠的通訊範圍，和從4G到5G及更高層級的技術演進脈絡。然而，當前4G LTE網路上的LTE-V，不提供滿足重要V2V通訊所需的低延遲，因為其會在30ms和100ms之間變化。如果領先的車輛發送緊急訊號，但V2V通訊未能及時通知跟隨的車輛，可能會很快形成危急狀況。 5G V2X超進化　自動駕駛系統觸手可及 國際電信聯盟無線電通訊部門(ITU-R)，聯合國負責資訊和通訊技術的專門機構，確立了5G的三種主要使用情境：增強型行動Multi-Gigabit寬頻、大規模機器類型通訊，和低延遲超可靠(99.999%)通訊。 這些情境中的規格透過提供自動駕駛系統要求的峰值資料速率、延遲、頻譜效率和連接密度，為改變駕駛體驗帶來了眾多優勢。 ．最高速率500km/h(310mph)下，超低延遲1ms。 ．最高速率500km/h(310mph)下，20Gbps的峰值資料速率。 ．多達1,000,000連接的汽車和裝置極大密度。 5G超低延遲成就自動駕駛 5G的超低延遲特性將在汽車連接中扮演重要角色。例如，在突然踩煞車的情境下，自動駕駛系統和ADAS的安全功能應立即向跟隨車輛發送即時警告，以防止連環車禍。而只有當來自領頭車的訊息能夠即時傳達到後方跟隨車輛，以便其採取規避行動時，才能做到這一點。 此外，低延遲5G還能帶來更好的事故預防功能；尤其是在非直視性(NLOS)情況下，因為基於相機、光達(LiDAR)或RADAR等目前大多數的感測器融合技術，只能偵測直視性(LOS)物體。研究顯示，大多數駕駛透過採取規避或預防行動，需要700ms才能對危險情況做出反應。憑藉其1ms的低延遲，使用5G技術的自動駕駛汽車和ADAS將可透過減少事故數量來降低風險並挽救生命。 憑藉高達20Gbps的峰值資料速率，5G將可實現自動駕駛汽車的即時影音娛樂。但更重要的是，5G快速可靠的資料連線將允許在接近即時的情況下，下載精密的3D地圖。除了感測器融合技術之外，自動駕駛汽車還非常依賴準確且極為詳盡的3D地圖導航。 然而，儲存一個州或國家等級的巨量地圖資料，對車輛本身將是一項挑戰。一項自然解決方案，是使用5G資料連接下載鄰近地區最新的3D地圖。即使是在非常擁擠的城市或稀疏的郊區，5G也被預期都能夠可靠地運作，不論地點滿足隨時保持連接的需求。不論自動駕駛汽車是在停車場怠速，或是在德國的高速公路上行駛，5G都可確保所有關鍵任務無線服務能以最高達500km/h(310mph)的速率無縫運作。 5G技術將加速導入汽車應用 過去兩年5G的汽車導航應用已經問世。特別是2018年在韓國平昌舉行的冬季奧運展示了5G的高資料速率和低延遲特性，汽車製造商讓遊客親自測試其自動駕駛SUV。使用5G技術的自駕車，成功地進行了從首爾到平昌數小時的測試駕駛，沒有任何人為因素介入。遊客也享用了一個「沉浸式廣播」的頂級資訊娛樂系統，其採用5G技術的小工具，例如相機、通訊設備和連接到奧運運動員、運動器材和運動場的感測器，讓觀看者可以在他們使用的5G測試手機上的行動應用程式體驗比賽。 全球的無線服務提供領導廠商已經在2018年底開始部署5G。日本計劃在2020年夏季奧運會上推出基於3GPP標準的5G技術。為了以極可靠的技術保護生命，汽車產業將在無線產業證明其效能及可靠性後全面採用5G通訊。與此同時，汽車製造和汽車供應領導廠商已經和主要的無線技術公司密切合作，為其汽車市場開發5G無線通訊。 為了推進汽車產業對5G無線通訊技術的採用，無線服務與汽車領導廠商成立了5GAA，其以「讓車輛間共享資訊，使交通更安全、更環保，且在我們的服務下更享受此技術」和「開發、測試與促進通訊解決方案，幫助其初始標準化並加速商業可用性和全球市場滲透，以利如自動駕駛、全方位服務存取等應用，並將這些技術融入智慧城市與智慧運輸系統，來滿足社會對行動連結與道路安全的需求」為兩大目標任務。5GAA設立了五個工作小組(WG)，並採用3GPP程序來執行其任務。 WG1—確定使用案例與技術需求。其聚焦的一個主要領域是解決蜂巢式V2X通訊中的延遲問題。 WG2—WG1確定了使用案例輪廓和技術需求，本小組將定義系統架構與解決方案，例如實現蜂巢式V2X的1ms端到端延遲所需的網路架構。 WG3—接下來是評估、測試平台和導引資料，以及釐清如何測試這些架構或裝置，以確保裝置效能滿足要求的挑戰。 WG4—本小組的成員專注於定義與聯網汽車生態系統相關的標準和頻譜，以及和其他平台，例如3GPP的互通性。 WG5—一旦技術採用可行，WG5即專注在商業模式、進入市場，以及如何最大化蜂巢式V2X(V2V、V2C、V2I、V2N)的優勢，以提高安全性並提供強化的駕駛體驗。 5G將大幅強化自動駕駛系統 無線通訊技術可為自動駕駛汽車提供更高的駕駛安全性和車內便利性。儘管802.11p DSRC現在已經準備好進行部署，但在數英里長的道路上安裝眾多的存取點需要鉅額投資。另一方面，雖然主要的無線通訊公司勤勉地致力於將LTE技術帶進V2X通訊，但要讓C-V2X成為主流還需要時間。基於4G的LTE-V目前的延遲無法滿足關鍵任務V2V的要求，但可以做為低階ADAS功能的一塊踏腳石。 DSRC和4G C-V2X(LTE-V)彼此互相競爭也彼此互補，但它們都無法滿足關鍵任務自動駕駛和ADAS系統的嚴格要求。最終，5G將可提供20Gbps連接的具體優勢，以及自動駕駛汽車與ADAS所需的超高可靠性。 是德科技正參與整個5G和汽車生態系統，提供實現V2X願景所需的技術和標準，並透過自動駕駛車輛充分發揮ADAS的潛力。其測試和量測解決方案有助於加速關鍵技術的設計與製造，以使用先進的5G技術來部署自動駕駛車輛。 (本文由是德科技提供)

國際研究暨顧問機構Gartner提出2020年企業必須了解的十大策略性科技趨勢，分別為超級自動化、多重體驗、專業知識的全民化、增進人類賦能、透明化與可追溯性、更強大的邊緣運算、分散式雲端、自動化物件、實用性區塊鏈以及人工智慧安全性。 Gartner的十大科技策略趨勢是企業在制定未來五年科技規劃時必須考量的一部分。這些趨勢對人類及其居住空間、所有產業和地區都有著廣泛影響，且極可能顛覆現狀。2025年以前，與這些趨勢相關的科技都將歷經重大變化、通過關鍵爆發期，達到全新層次的成熟度，因此得以拓展實際應用案例並降低風險。 名列Gartner十大科技策略趨勢之一的更強大的邊緣運算(Empowered Edge)，探索了物聯網的持續演進過程，以及如何藉由電腦科技連結並驅動人們身邊所有事物，包括消費性和工業用裝置。更強大的邊緣運算逐漸因人工智慧功能提升，以及透過機器人、無人機和自駕車等自動化物件而得以實現。 更強大的邊緣運算 邊緣運算是一種運算拓撲，能將資訊的處理、內容的收集與傳送都保留在靠近該資訊來源處，仿效分散式處理的概念，嘗試讓流量和處理工作都在本機進行，目的在縮短延遲時間、發揮邊緣功能並賦予邊緣端更大的自主性。 物聯網架構正朝著邊緣導向演進，智慧功能逐漸移轉到端點、閘道和類似裝置。不過現在的邊緣架構仍有些分層，資訊透過定義完整的多層端點流向接近邊緣處，有時候則是流向遠端邊緣，最終進入集中式雲端和企業系統。 長期來說這種成組的階層將逐漸淡出，創造出一個非結構化的架構，其中有各式各樣「物件」和服務連接到透過一組分散式雲端服務加以連結的動態彈性網狀網路。在這種情況下，像無人機這樣的智慧「物件」就可能和企業物聯網平台、政府無人機追蹤服務、地方感測器和城市層級的地方雲端服務溝通，再與附近導航用無人機進行點對點無線連接模式(Peer to Peer Mode, P2P)資訊交換。 邊緣、近邊緣(Near Edge)和遠邊緣(Far Edge)會連接到集中式的資料中心和雲端服務。邊緣運算能解決許多迫切問題，例如頻寬成本過高、延遲時間太長令人無法接受。在不遠的將來，邊緣運算拓撲將可實現特定的數位商業和IT解決方案。 分散式雲端逐漸演進後將提供一套通用或輔助服務，能夠集中管理也可供給邊緣環境執行使用。 網狀網路架構將實現更具彈性、智慧且反應力更強的P2P物聯網系統，但可能會造成系統複雜程度增加的代價。網狀架構也是眾多分散式網路生態系統產生的結果，要徹底轉型為數位商業及產品，就必須利用智慧網狀網路架構來增加競爭優勢。從集中式到邊緣、再到網狀網路的演進過程，對產品開發將帶來極大影響，團隊在雲端和邊緣運算設計方面的技能也要進化。網狀網路的標準還不成熟，但電機電子工程師協會(IEEE)和開放霧運算聯盟(OpenFog Consortium)等組織已開始針對網狀網路架構領域進行研究。 隨著端點數量增加，功能也越來越先進，可由人工智慧所驅動並執行像Linux這樣的作業系統，而未來網狀網路架構也將變得更為普及。新型網狀網路架構將會增加物聯網系統的複雜程度，使設計、測試和支援相關工作變得更具挑戰性。除此之外，網狀網路往往代表有更多P2P活動，讓合作夥伴和生態系統可以延伸到個別產品以外之範圍。 Gartner預測，2028年之前邊緣裝置嵌入感測器、儲存、運算和先進人工智慧功能的數量將穩定增加。不過邊緣運算是一種異質性概念，範圍除涵蓋簡單的感測器和嵌入式邊緣裝置，也包括行動電話等為人熟知的邊緣裝置，以及自駕車之類的高度先進邊緣裝置。不同種類邊緣裝置用在不同情境，使用壽命也大不相同，從1到40年不等。以上因素加上廠商為邊緣裝置導入更多功能的推動加速，都為管理和整合帶來更複雜和持續的挑戰。 智慧功能將移往網路邊緣各式各樣的端點裝置，包括： ．簡易型嵌入式邊緣裝置(例如家電、工業裝置)。 ．邊緣輸入/輸出裝置(例如喇叭、螢幕)。 ．邊緣運算裝置(例如智慧手機、個人電腦)。 ．複雜的嵌入式邊緣裝置(例如汽車、發電機)。 這些邊緣系統將直接或透過中介的邊緣伺服器、閘道器，連接超大型後端服務。 位於邊緣的資料/分析/人工智慧 在數位商業計畫的帶動下，到了2022年企業所產生資料將有75%是在傳統集中式資料中心或雲端以外的地方創造或處理，而現在僅不到10%。分散式資料的趨勢迫使企業採取不同方式，在集中蒐集資料後處理、或是直接連結資料生成處進行本地處理兩者間達到平衡。現在的使用案例需要資料管理功能移往邊緣，也就是把處理功能帶到資料那裡，而不是永遠都把資料蒐集過來再集中處理。但這種分散式「連接」的模式也帶來許多挑戰。例如： ．若資料位於邊緣，該以何種形式儲存？ ．如何在邊緣執行治理管控？ ．如何與其他資料整合？ 為因應這些挑戰，負責資料與分析的主管必須針對資料資產的說明、組織、整合、分享與治理，來進行優化處理。 雖然並非資料管理的所有面向都必須發生在邊緣，現在使用案例的需求有逐漸往此方向發展的趨勢。因為具有高度分散的本質，包括物聯網解決方案架構等現代數位商業應用，未來很可能會挑戰企業管理及處理資料的能力，但目前大多數人尚未準備好能面對這些資料的規模和複雜度。轉變至邊緣運算的過程中會有以下幾點影響： 資料和分析技術的使用案例和解決方案必須支援新型分散式資料架構，而這是資料和分析技術主管現有資管能力不及之處。在資料管理中納入分散式資料儲存庫和處理，以便從資料所在地提供支援。 分散式資料需要分散式資料管理功能，迫使主管重新權衡他們將資料處理功能導入邊緣的能力。藉由雲端資料儲存庫、分散式平行處理平台和嵌入式資料庫技術來提升資料持久功能。 邊緣運算和其他分散式環境將挑戰資料管理技術供應商的能力，因此主管會更深入檢視如何在相關技術市場中找到方向。根據他們管理分散式資料的能力，評估現有和未來可能合作的廠商。 5G與邊緣運算溝通機制 讓邊緣裝置互相連接或連接後端服務，是物聯網的基礎，同時也是實現智慧空間的元素之一。5G是4G長程演進技術(LTE)LTE Advanced和LTE Advanced Pro的次世代蜂巢式標準。國際電信組織(ITU)、第三代合作夥伴計畫(3GPP)和歐洲電信標準協會(ETSI)等數個全球性的標準制定機構已提出定義。5G標準之後其他迭代也將支援窄頻物聯網(NB-IoT)，鎖定有低耗電和低吞吐量需求的裝置。新的系統架構包含核心網路切分以及邊緣運算。 5G能解決三種關鍵技術通訊面向，每個都能支援不同新服務與其他新服務模式(例如延遲即服務： 增強型行動寬頻通訊(eMBB)，大部分供應商可能會首先採用這類技術。 超可靠度和低延遲通訊(URLLC)，能滿足現有許多工業、醫療、無人機和運輸方面的需求，因其對可靠度和延遲的要求甚至超越頻寬。 大規模機器型通訊(mMTC)則能解決物聯網邊緣運算對規模的需求。 使用較高的蜂巢式頻率和超大容量，會需要密集部署，且高頻率重複使用。因此，預料大部分公用5G服務一開始會以孤島式部署為主，而非全國性的連續覆蓋。Gartner預測到了2020年，全球將有4%以網路為主的行動通訊服務供應商將推出商用5G網路。許多通訊服務供應商還不是很清楚哪些使用案例本質或商業模式可能帶動5G服務，因此在2022年之前，企業主要會利用5G來支援物聯網通訊、高解析影片和固定無線接入(Fixed Wireless Access, FWA)。未經授權的無線電頻譜(例如美國的民用頻段無線電服務「CBRS」，英國德國也有類似計畫)將帶動私人5G(和LTE)網路的部署，讓企業可以利用5G技術的優勢，而不必等待公共網路擴大覆蓋。  找出絕對需要5G高階效能、低延遲或更高密度以滿足邊緣運算需求的使用案例，再根據2023年前供應商預計推出的服務，規劃組織如何利用這些使用案例的一套計畫，評估哪些可用選項比較適合用在特定的物聯網案例，且較5G更具成本效益。範例包括低功耗廣域網路(LPWAN)網路，像是以4G LTE為基礎的NB-IoT或LTE Cat. M1、長距離廣域網路(LoRa)、Sigfox和Wi-SUN。 邊緣物件的數位分身 數位分身指真實世界中某個實體或系統的數位表徵。數位分身是藉由封裝的軟體物件或模型，映射出獨特的實體物件。來自多重數位分身的資料，可聚合成一個橫跨各種真實世界實體(例如一座發電廠或城市)的合成觀點。 起初企業將單純採用數位分身，而隨著時間過去這些分身將有所演進，更有能力收集正確資料並予以視覺化、使用正確的分析技術和規則，再針對商業目標做出有效回應。數位分身模型將會增生，供應商也開始提供顧客這類模型，成為它們的產品中極為重要的部分。 (本文作者為Gartner研究副總裁暨權威分析師)

5G在2019年4月，由南韓與美國不斷微調提前的開台日期中揭開序幕，而這個小插曲，也成為2019與2020年5G發展的縮影，5G成為發展最迅速的行動通訊標準，因為5G涵蓋層面廣泛，使其大到國家競爭力，小到廠商產品布局，都有戰略性意義，帶動這波5G產業卡位布局熱潮。 2020年，5G將持續發展更關鍵的技術標準，同時在產業推動廠商積極布局，插旗搶占地盤之後，如何順利掠奪市場商機，推出符合消費者需要的服務，建立正確的商業模式，成為這段時間的重點，數據服務繼語音之後，成為下一個"雞肋"，企業專網變成營運商希望可以孵化的金雞蛋；同時，在營運商的推動之下，Open RAN將解構過去的電信網路，打開無線接取網路潘朵拉的盒子，再次引發另一波卡位戰，5G時代精彩可期。 3GPP R16/R17完善5G標準 3GPP 5G NR標準涵蓋R15、R16、R17，其中R15最終版已於2019年3、4月左右定案，R16將於2020年3、4月凍結，該版本標準將作為IMT-2020技術候選提交給ITU，而R17版本針對現有架構與功能持續演進，滿足各種場景應用需求，R17於2019年底確認內容，2021年終技術內容凍結。Nokia台灣客戶營運部技術總監陳銘邦(圖1)表示，R16以低延遲技術為主，並詳細制定工業物聯網(IIoT)架構、有線/無線聚合、專網(Non Public Network)、5G NR運作在非授權頻段等(圖2)技術。 圖1　Nokia台灣客戶營運部技術總監陳銘邦表示，R16以低延遲技術為主，R17則發展大規模物聯網。 圖2　3GPP R15/R16/R17技術規格要點 R17則基於發展大規模物聯網，同時將更全面支援垂直產業的聯網應用，在基礎功能強化部分，如MIMO增強、定位增強、覆蓋範圍增強、RAN數據蒐集增強、綜合接入與回傳增強、節能增強、小數據傳輸優化、Sidelink增強；支援垂直產業部分，發展NR-Lite規格、IIoT/URLLC增強、非授權頻譜NR增強、NR廣播/多播等；支援不同的終端型態部分，NR-Lite優化NR終端、多SIM卡操作；延伸訊號的覆蓋範圍與高度，發展非地面網路NR；其他如：人工智慧(AI)/機器學習(ML)5G網路、52.6GHz以上頻譜利用等。 R16在2020年發布之後，5G主要技術框架更加完善，因此明年5G產品將大舉出籠，如何激發市場需求並發展創新應用成為重點。電信技術中心副執行長林炫佑(圖3)直指，激發需求重於創造需求，透過5G高速、低延遲、大量連結的技術，可以實現先進影音功能、智慧治理、URLLC應用技術與創新應用技術等面向，其中影音應用如AR/VR沉浸式影音、4K/8K即時影像、Hologram全息投影將會是5G發展最快的應用，而低延遲與高可靠度的應用，如車聯網、無人機、數位雙胞胎(Digital Twin)、智慧電網等B2B、B2B2C應用則是5G時代的關鍵。 圖3　電信技術中心副執行長林炫佑指出，5G垂直產業應用發展，激發需求重於創造需求。 B2C應用高畫質影音與雲端遊戲 5G在創新應用上引領的變革，預計將造成一波新的典範轉移，5G商業模式中B2C轉變為營運商基本盤，B2B與B2B2X的產業潛力成為開發重點。B2C的業務規模基本上已經固定，5G預期不會帶來大幅度的成長，但也是營運商絕對不能失去的市場，除了高畫質影音之外，由於5G頻寬的大幅成長，推動雲端線上遊戲平台發展，Apple Arcade、Google Stadia、微軟Project xCloud呈現方興未艾的態勢。 此外，5G產業應用被視為是帶動電信營運商營收動能的「靈藥」之一。陳銘邦認為，5G的產業應用以車用、智慧製造、能源、健康照護為四大類別。尤其是製造業發達的國家如德國，對於5G企業專網的推動更是不遺餘力，根據工研院產科國際所的研究指出，德國汽車業者可望在不依賴電信業者的5G基礎網路設施下自建5G網路，以避免數位轉型工作託付給電新業者。 B2B應用前景可期但挑戰不小 R16標準中工業物聯網是一大重點，而近年由工業4.0帶動的製造業升級運動有了5G的加值，發展前景可期，資策會智慧系統研究所副所長馬進國解釋，藉由感測大數據，建構監控、生產計劃、分析及預測等模組，讓工廠管理更智慧更簡單，可隨時隨地觀看工廠的稼動率、加工狀況等，讓管理者即時化、可視化與有效化管理所有生產資訊，提升經營效率，實現智慧工廠最終極目標。 透過IIoT感測模組整合至零組件廠，並提供相關Domain Knowledge與整機廠連結，輔以AI建模等工具，快速變更設計及生產製程，以符合目前更短的產品生命週期，加速智慧零組件與智慧機械整合與開發速度。應用5G技術與AR/VR，導入現場即時故障排除，並建構預診斷機制，改善目前售服與維修成本。而這些目標事實上需要更多時間逐步達成，馬進國不諱言，5G產業應用要比氣長，不像B2C可以很快導入，即時看到成果並帶動營收，未來二~三年基本上都是醞釀期。 5G技術與垂直產業的發展願景，現階段還面臨許多挑戰，林炫佑進一步指出，目前缺乏可有效提升投報率的案例，垂直領域廠商尚未將5G研發範疇，5G與當前各種垂直領域設備之相容性與互通性待驗證，垂直領域廠商需與5G營運商或新創公司展開新的合作模式，採用5G與有線連線對部分垂直領域差異性尚不明顯，5G垂直應用將與外部資源連線，垂直領域卻乏專家確保資訊安全及數據保護。 專網推動應提升產業競爭力 5G產業應用不僅是傳統的B2B，更可能是B2B2C或B2B2X，所以也興起企業專網的發展熱潮，又帶動專用頻段的需求，包括英國、德國、日本、瑞典都劃設專用頻段供產業應用，希望此舉能有助5G時代的產業發展。英國將1.8GHz與2.3GHz作為Local Shared-Access使用，3.8~4.2GHz作為Local Private和Shared網路使用，農民、工廠、商業園區、公園可申請。德國也保留3.7~3.8GHz作為企業專網頻段，BNetzA根據需求分配給申請者，Volkswagen、Daimler、BMW、Siemens、Bosch等皆有意申請。 專網專頻在台灣也引起廣泛討論，不久前傳出政府有意比照德國、瑞典，保留3.7~3.8GHz中100MHz做為企業專網頻段，造成電信營運商大動作反彈，認為此舉對花大把資金取得頻譜的營運商不公平。因此，10月底交通部對電信業者承諾，企業專網專頻預計三年後才開放申請、且必須先申請一年實驗計畫，企業專頻頻譜使用「有價」，單位成本需與電信業者取得5G頻譜接近；此外，申請專網的企業須提出事業計畫書、每三年檢討頻譜使用效率。 而使用頻段則不是3.7GHz的熱門頻段，改至5G第二波釋照的4.4~5GHz頻段。行政院科技會報執行秘書蔡志宏表示，有關5G專網，未來公私單位都可提出申請，若是企業界要使用，則要看專網運作的範圍。行政院對5G專網專頻的政策指導方向會由行政院長於12月10日5G頻譜競標前後親自拍板。盼依然是以專業為依歸，同時顧及台灣資通訊、電信產業競爭力建構，以開放、自主、創新態度，並不自外於國際潮流為原則。 5G Open RAN成潮流 另外，5G時代許多應用與物聯網、人工智慧(AI)息息相關，因應網路對邊緣運算架構的需求，由大型電信營運商AT&T、中國移動、Deutsche Telekom成立ORAN組織，目的是解構目前以華為、Ericsson、Nokia主導的無線接取網路架構，Deutsche預估，以RAN建置成本占5G網路70%來看，Open RAN可以協助RAN成本節省50%，整體成本可以降低35%。 過去無線接取網路是由RAN架構以硬體的RAN設備與技術支援、技術服務組成，由於5G網路支援多樣化應用，網路朝向虛擬化、軟體化發展，工研院資通所副所長丁邦安表示，開放式網路架構可以將原來形同黑盒子的RAN解構再重組，供應鏈切得更細，除了射頻前端設備之外，與運算有關的設備不再使用專用設備，可以導入通用型的運算平台或伺服器，一方面也支援AI的運算與處理，一方面可以降低成本，達成系統簡化發展的目標。 除了ORAN以外，目前也已有多個組織投入RAN開放的發展，Fackbook在2016年成立TIP(Telecom Infra Project)號召500家廠商加入，以雲端原生模式解構電信基礎架構；開放網路基金會(Open Networking Foundation,...