市場分析
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MWC揭示智慧手機新亮點 5G/摺疊/多鏡頭大放異彩
5G手機躍居2019 MWC主軸。資策會產業情報研究所(MIC)所長詹文男(圖1)指出,觀察2019 MWC展會,預估2019年全球將有20個國家推出商用5G網路,5G終端市場競局也將展開。其中,最受矚目的莫過於5G智慧型手機,將由三星(Samsung)、華為(Huawei)等大廠領軍,於2019年年中陸續出貨,預估達372萬支,占整體智慧手機出貨量0.3%;加上Apple也將推出5G產品的助力之下,預估2021年5G手機出貨將達約1.2億支,2023年達到4.5億支。
圖1 資策會產業情報研究所(MIC)所長詹文男表示,預估2019年全球將有20個國家推出商用5G網路。
商用在即 5G手機各顯神通
2019 MWC可說是5G手機軍備競賽之地,MIC產業分析師韓文堯表示,5G手機紛紛出爐,sub-6GHz頻段為大勢所趨;由於毫米波(mmWave)尚難實現行動化,目前可商用5G智慧型手機主要以支援sub-6GHz頻段為主(表1)。
此次MWC展場上,5G原型機加上可商用手機一共有12種,在可商用機種中,僅Motorola Z3 Moto 5G Mod以模組支援mmWave,其餘皆支援sub-6GHz頻段。但部分sub-6GHz機種未來會有支援mmWave的SKU。另外,中興通訊(ZTE)則同時推出了sub-6GHz商用機種和mmWave原型機。
5G手機相繼面世 晶片方案蓄勢待發
小米推出的MI MIX 3 5G,搭載最新高通(Qualcomm)Snapdragon 855處理器。MI MIX 3 5G內置Snapdragon X50數據晶片模組,可連接達1,000Mbps等級下載速度的sub-6GHz頻段訊號。同時,華為也發布了5G摺疊式手機Mate X,內建自行研發的巴隆(Balong)5000晶片。
另外,隨著5G手機相繼面世,意味著5G初代基頻晶片方案也逐漸準備就緒。預計2020年採用5G系統單晶片的手機將上市,帶動產業加速推展。工研院產科國際所(IEK)經理蘇明勇(圖2)說明,目前全球共有201家電信業者投入5G服務試驗,分別為增強型行動寬頻(毫米波固網接取網路、超高畫質4K/8K影音、VR遊戲)、巨量多機器型態通訊(NB-loT智慧停車)、高可靠/低延遲(行動車聯網自駕車、邊緣運算智慧工廠)等。其中以增強型行動寬頻技術標準制訂較為完整,晶片、設備業者優先布局此市場;增強型行動寬頻服務發展較快,促使5G智慧型手機將於2019年第二季於市場推出。
圖2 工研院產科國際所(IEK)經理蘇明勇表示,目前全球共有201家電信業者投入5G服務試驗。
5G晶片解決方案相較以往以更加完整成熟,將帶動終端市場發展。蘇明勇點出現在晶片將以5G手機、CPE為初期市場。例如高通推出Snapdragon X55基頻晶片,開始支援2/3/4/5G,其5G下載速率達到7Gbps,4G則達到2.5Gbps。
在這次的MWC共有6個5G手機品牌採用高通,和高通合作的營運商則超過了20家。高通於MWC開展前已發表了第二代7奈米製程的X55聯網數據晶片,將於今年推出商用,支援毫米波和sub-6GHz兩種頻段,即5G和4G共享重疊頻段。同時高通預計推出5G整合晶片,將處理器和5G數據機晶片整合到系統單晶片(SoC)。
而聯發科推出了M70,下載速度高達4.2Gbps;英特爾(Intel)的5G平台模組MXM 8160 5G數據機晶片,則預計於2019年第四季提供給客戶進行產品認證,2020年第一季開始供貨。
簡而言之,目前手機晶片大廠皆緊鑼密鼓地開發整合應用處理器的5G SoC,其進度將會左右5G手機產品之市場發展。
5G非唯一亮點 摺疊螢幕異軍突起
螢幕可摺手機帶動供應鏈發展新商機。為創造便攜性同時整合手機與平板功能,手機螢幕逐漸走向摺疊設計。技術創新的螢幕可摺機除可望刺激消費者換機意願,也為相關供應鏈業者帶來新的市場機會。也因此,在2019MWC上,也看到各廠集中火力開發摺疊螢幕。如三星在2019年MWC展前宣布推出首款商用螢幕可摺手機,創造全新市場,同時兼具手機輕薄及平板大螢幕之優點。品牌廠商LG、華為也已跟進,Google亦配合Android陣營開發UI,螢幕可摺疊手機生態圈逐漸壯大。
以三星的Galaxy Fold為例,該款手機已在2019年的2月20日發表於美國舊金山。在MWC展會上展覽之實機並未開放碰觸,但能觀察到其外螢幕上下邊框黑畫面占據較大區塊,不過若與主流旗艦機的窄邊框相比,仍屈於劣勢。摺疊機目前依然缺乏相應UI內容,需要更多開發者投入,以提升使用者的操作體驗,因此三星此次將焦點放在Galaxy S旗艦機上,Galaxy Fold宣示技術領先之意味較為濃厚。
同時,柔宇也展示了FlexPai摺疊機,該摺疊操作需要較大的施力,雖是商用機,但產品設計仍偏向工程機;而華為推出的商用摺疊機Mate...
速食AI遍地有 欠缺領域知識的AI有何用?
然而,隨著時序進入2019年,有些以AI為創業題目,或是原本在別的領域耕耘,後來看見AI話題火紅,想來沾AI光的新創業者,已經資金燒盡,創辦者不是想把自己的公司賣掉,就是開始裁員。這些現象顯示,開發AI應用是一回事,要從這些應用變現則是另一回事。
為何AI應用這麼難賺錢?就筆者觀察,這個現象背後的原因有二,一是想用AI解決的問題牽連太廣,除了技術之外,還有商業模式、法律、金融保險等領域的問題需要解決,以一家新創公司之力,根本難以克服。另一個原因則是,有商業價值的應用題目多半與垂直領域的知識密切相關。如果一家AI只懂AI技術,根本解決不了客戶的問題,自然無法讓客戶為產品/解決方案掏出荷包。
AI不是新玩意 速食AI非難事
如果不把統計學領域發展出來的核心知識當作AI發展的起點,而是以艾倫圖靈(Allen Turing)提出圖靈測試的觀念開始,學術圈對人工智慧的研究跟投入,已經有七十多年歷史。如果把許多人工智慧演算法所使用的統計學工具、方法當作人工智慧的發端,則相關技術的發展歷史,已經超過一個世紀。
不管是七十多年或一百多年,以科技業的時間尺度來說,都絕對稱得上是骨董級。這麼漫長的時間所累積、沉澱的知識,加上網路發達跟開放原始碼風潮,有心人要在網路上檢索相關資訊,靠自我進修學AI,絕對是不成問題的。如果在學校念的是數學、統計相關科系,學習各種AI工具的過程,只會更駕輕就熟,因為當前的AI,核心其實是統計跟數學,只是改用程式語言或程式框架來表達。
對大多數資訊科系出身的人來說,學會如何使用AI工具並非太困難的事,但要開發一款AI工具或框架,則是另一回事。統計跟數學都是很高深的學問,要開發AI工具,必須有很紮實的統計跟數學底子,無法速成。所幸對大多數人來說,只要學會如何使用AI工具來解決問題就夠了,不用深入到自己開發AI工具。
但也因為AI工具的使用門檻其實不高,因此產生了「全民瘋AI」的奇怪現象,很多資訊工程背景的工程師投入AI相關產業,或是透過自主進修掌握了AI工具的使用方法,就開始想利用AI來解決問題,創造商業價值。但這其實是一種過度簡化跟跳躍的思維。
AI工具必須與領域知識結合
AI只是一種工具,要用這個工具解決什麼問題,決定了AI工具的商業價值。就像一把菜刀,在廚藝普通的你我手上,大概只能用來切肉切菜,但職業大廚卻可以用來發揮各種刀工,讓食材變得更美、更好吃。而廚藝普通的一般人跟職業廚師最大的差異,就在於對烹飪這門技藝的領域知識(Domain Knowledge),有著極大的落差。
以半導體、電子業使用AI的成功案例來看,目前AI在產業界最成功的應用在於自動分析大量資料,找出不同資料之間的關聯性,但也僅止於此。一般的AI工具沒辦法告訴使用者,資料的關聯性背後的原因跟其所代表的意義,除非其所使用的AI工具已經結合了特定領域的專業知識。
以IC設計為例,晶片設計工程師在開發晶片時,會需要EDA工具執行大量電路設計模擬,從許多可能的設計方案中,找出效能最好,或結果最符合設計目標要求的設計方案。這個過程需要極大的運算量,同時也會產生大量資料,AI輔助工具可以幫IC設計工程師爬梳出這些資料的相關性,但AI無法告訴晶片設計者,為何資料之間的關聯性會如此分布,因為這涉及了IC設計的領域知識。
在產品測試端,其實情況也類似。不管是晶片或系統產品,在生產過程中或生產完成,進行測試時,都需要經過少則數項、大則數十項、數百項檢測。在真實世界裡,產品缺陷或失效,常常是以群落的形態出現,例如某個檢測項目A不通過,則檢測項目C、D不通過的機率很高,但如果A項目不通過,檢測項目B就很少出問題。AI輔助工具可以幫檢測工程師分析這些資料,找出不同缺陷或失效之間的統計關聯性,但卻無法解釋為何會是這種狀況,因為這也涉及了領域知識。
「知其然,不知其所以然」是目前AI輔助工具在產業應用上最大的問題。因為不知其所以然,所以無法幫助或建議工程團隊下一步該採取什麼行動來解決問題。對AI輔助工具的使用者來說,這種「做半套」的解決方案吸引力有限,工具的供應商自然不容易賺到錢。
有領域知識的工程師最該學AI
在AI工具上手容易,領域知識卻需要靠時間累積的情況下,同樣是會使用AI工具的工程師,身懷領域知識的工程師,身價跟不具備領域知識的工程師相比,自然不在同一個水準上。目前科技業界大喊欠缺AI人才,其實話只說了一半。企業需要的是「具備領域知識」的AI人才,而不是現場實務白紙一張,只懂AI工具的資工人才。
最近有些發展AI應用的新創公司之所以資金燒完,面臨解散或必須把自己賣掉,靠新資金挹注繼續營運的命運,關鍵就在這些新創公司大多是不具備特定領域實務經驗,只懂IT技術的創業團隊,所以他們提出的方案,對客戶而言很難搔到真正的癢處。另一方面,有些企業決定自己培養AI人才,把公司內資工背景的資訊人員送去培訓,也很容易犯了同樣的錯誤。公司裡的IT工程師或MIS,畢竟還是跟產品的研發、製造實務有段距離,同樣有缺乏領域知識的問題,只是狀況外的程度有所差別。
對製造業來說,真正該去學AI的,是負責產品或製程相關研發的工程師,因為這些工程師才有領域知識。正因為AI工具只知其然,不知其所以然,所以需要工程師們的專業知識來解釋這些結果背後的意義,進而找出行動方案。這樣才能讓企業把AI導入到日常運作中。
然而,要製程或研發工程師去學AI、做AI,對許多企業來說是相當具有挑戰性的,因為這些RD工程師平常就已經非常忙碌,要他們再花時間去學AI,進而投入AI工具的二次開發,對企業來說,是很大的投資跟負擔。而且,這些具備AI工具使用、二次開發能力,又有領域知識的工程師,將會是其他同業搶著要的熱門人才,對企業主來說,這樣的育才投資,會不會變成為他人作嫁,又是一個需要審慎考慮的問題。
AI產業進入盤整期 從業人員回頭紮馬步
從2016年開始的AI新創風潮,到現在已經過了兩年多時間,有些未能找到有效商業模式的AI新創公司,已陸續解散或被其他企業收購。2019年將是AI產業盤整、收斂的一年。在這個過程中,很多具備AI使用能力的資訊工程師,不是得轉換跑道進入產業,就是順著公司被收購,有機會接觸到產業運作的實務。這對AI技術的普及應用來說,未嘗不是件好事。
其實,科技業界並不需要那麼多開發AI工具或模型的人力,因為這其實是學術性質很濃厚、很理論的工作,由學術界或幾家世界級大廠來做,也就夠了。懂得使用AI工具的資訊工程師,如果能利用這個AI盤整的機會,投入其他產業,對產業發展跟個人職涯,都是更有幫助的事。但對資訊工程師來說,如果要投入其他產業,最要緊的是要盡速補足產業所需的領域知識,把馬步紮穩了,才能成為企業搶著要的即戰力。
克服多裝置無線聯網挑戰 Wi-Fi 6商機全面啟動
因應無線網路的聯網設備不斷增加,加上高解析度串流媒體影像、社交媒體及雲端應用的迅速普及,Wi-Fi聯盟宣布推出新一代Wi-Fi標準「802.11ax(Wi-Fi 6)」期能在人潮眾多的環境下,為更多使用者提供一致且穩定的資料流,並將使用者密集環境中的每位使用者平均傳輸率提升四倍以上。
為搶攻Wi-Fi 6商機,半導體業者也已開始積極布局,像是高通(Qualcomm)、聯發科、博通(Broadcom)等皆已發表新款Wi-Fi 6晶片;而隨著近日Wi-Fi聯盟宣布Wi-Fi 6相關認證計畫將在2019年第三季上線後,可以想見,在認證計畫上路之後,終端產品的導入速度勢將加快。
多裝置傳輸需求增 WiFi 6應運而生
萬物聯網世代到來,需要使用無線網路的聯網裝置急速增加,再加上高解析度影像、串流媒體、社群媒體、雲端應用服務等快速普及,資料傳輸量大增;進而使無線網路在人潮眾多的環境下,越來越難提供一致的性能和可靠性。
在個人、家庭及企業用戶要求更智慧、更快速和更高頻寬的無線系統的情況下,Wi-Fi聯盟遂提出Wi-Fi 6,希望能在人潮眾多的環境下,為更多使用者提供一致且穩定的資料流,並將使用者密集環境中的每位使用者平均傳輸率提升四倍以上,為家庭在內的應用場域建構更穩定、更順暢的網路環境。
英特爾技術行銷經理盧進忠(圖1)表示,近年來越來越多智慧聯網裝置出現,家中需要Wi-Fi聯網的產品顯著增加,像是智慧音箱、監控攝影機、電視機等。每個裝置所需要的頻寬皆不相同,而由於占據Wi-Fi通道的裝置眾多,因此在傳輸數據時,依照過往802.11ac的規範,在同一時間只能先傳輸其中一部裝置的數據,其他裝置則先等候,因而無法提供穩定、一致的聯網效果。
圖1 英特爾技術行銷經理盧進忠表示,這一兩年出現越來越多智慧聯網裝置,需要Wi-Fi聯網的產品顯著增加,穩定、高效的聯網環境愈顯重要。
羅德史瓦茲(R&S)無線通訊量測事業部業務經理程世豪(圖2)則指出,Wi-Fi標準的演進主要以頻寬和傳輸效能為主。而隨著現今消費者紛紛在社群媒體中上傳、下載影片,加上影片畫質不斷提升,使得因而對於穩定的聯網環境有更殷切的需求,Wi-Fi 6便因此而誕生。
圖2 羅德史瓦茲無線通訊量測事業部業務經理程世豪認為,高畫質影片的傳輸需求,是驅使Wi-Fi 6標準誕生的其中一項因素。
為了在室內、室外以及人口密集區域提供更可靠的性能,並實現更好的終端裝置電池續航力,Wi-Fi 6除了著重於速率與效能的提升(運行於2.4GHz/5GHz),更重要的是,導入了正交分頻多工存取(OFDMA)及上行多用戶多重輸入多重輸出(Uplink MU-MIMO)等全新的傳輸機制。
多使用者MIMO特性,是使用波束成形技術將封包同步導向位於不同空間的使用者。也就是說,AP(Access Point)將為每位使用者計算通道矩陣,然後將同步波束導向不同使用者,而每道波束都會包含適用於所屬目標使用者的特定封包。Wi-Fi 6技術協議則是在上行和下行鏈路都能支援MU-MIMO,如此一來,透過協調機制能使得流量分配更為合理,大幅增加網路容量及效率(圖3)。
圖3 AP使用MU-MIMO波束成形服務位於不同空間位置的多使用者。
圖片來源:NI
根據國家儀器(NI)資料指出,Wi-Fi 6每次最多可傳送8個多使用者MIMO傳輸,遠高於802.11ac的4個。此外,每個MU-MIMO傳輸都具備專屬的調變與編碼組合(MCS)以及不同數量的空間串流。舉例而言,使用MU-MIMO空間多工時,AP的角色就等同於乙太網路交換器,能減少自大型電腦網路至單一連接埠的網域衝突。
而為了讓相同通道頻寬的更多使用者進行多工,Wi-Fi 6使用802.11ac的正交頻分多工(OFDM)數位調變架構為基礎,加入OFDMA機制。此一機制會將特定子載波集進一步指派給個別使用者,這表示,它會使用數量已預先定義的子載波,將現有的802.11通道(20、40、80與160MHz)劃分成較小的子通道。此外,802.11ax標準也仿效現代化的LTE專有名詞,將最小的子通道稱為「資源單位(RU)」,而當中至少包含26個子載波。
AP會根據多使用者的流量需求來判斷如何配置通道,持續指派下鏈中所有可用的RU。它可能會將整個通道一次配置給一名使用者(如同現行的802.11ac),也有可能將通道進行分配,以便同時服務多使用者(圖4)。
圖4 單一使用者使用通道,與使用OFDMA多工相同通道中的不同使用者。
圖片來源:NI
羅德史瓦茲應用工程部資深應用工程師鍾曜鴻(圖5)說明,導入OFDMA調變機制後,能支援更多用戶同時在同一通道中運行,進而提升Wi-Fi的傳輸效率與傳輸量,並降低延遲性。除此之外,802.11ax還可支援更高的QAM調變階次,搭配1024-QAM提供新的調變與編碼組合(MCS 10、11),實現比802.11ac高25%的傳輸量;並且提供更大的OFDM FFT、更窄的子載波間距及更長的符碼時間。
圖5 羅德史瓦茲應用工程部資深應用工程師鍾曜鴻說明,OFDMA能支援更多用戶同時在同一通道中運行,提升Wi-Fi的傳輸效率,滿足多裝置聯網的需求。
盧進忠則指出,簡而言之,Wi-Fi 6的重點並不在於提升傳輸速度,而是強調傳輸的效率和穩定度,依據不同的數據量切割封包、安排傳輸通道等,進而讓所有的裝置都能順利地上傳、下載資料,實現高效率的傳輸結果。也因此,可以說Wi-Fi 6是個很大的革新,因為過往的Wi-Fi標準在制定時都是從電腦連網的需求進行討論,因過往的聯網裝置不多,大概就是筆記型電腦、桌上型電腦,再加上手機。然而,隨著智慧聯網裝置越來越多,以往的Wi-Fi標準已逐漸無法負荷,因此,便制訂出了802.11ax的規範,以滿足多裝置聯網的需求。
WiFi 6商機起 晶片出貨量將起飛
因應無線網路的聯網設備不斷增加,加上高解析度串流媒體影像、社交媒體及雲端應用的迅速普及,Wi-Fi聯盟宣布推出Wi-Fi 6,其商用腳步也全面啟動。
研究機構ABI資深分析師Andrew Zignani指出,無線通訊的裝置越來越多,流量也不斷提升,一個無線AP要支援的用戶也持續增加,因而增加蜂巢式網路負載。此外,Wi-Fi網路布建密度提升、無線通訊戶外連線需求漸增的趨勢,加上應用對於無線通訊技術的功率與頻譜效率要求越來越高,這些都是催生Wi-Fi 6的因素。
Zignani又進一步說明,Wi-Fi 6在高人口密度環境中具備更強的傳輸效能,將對企業應用與整個連網市場產生強大的吸引力。因此,比起Wi-Fi...
專訪台灣西門子總裁暨執行長Erdal Elver 西門子大談AI三大應用領域
台灣西門子總裁暨執行長艾偉(Erdal Elver)表示,西門子已投入人工智慧研發三十餘年,將其電氣化、自動化與數位化的專業與人工智慧科技完美結合,致力協助台灣在智慧製造、永續能源、智慧基礎建設全方位數位轉型和智慧升級。
回顧2018財年,西門子在未來製造、永續能源、智慧基礎建設三大領域完成了數個指標性專案,為台灣產業和基礎設施導入人工智慧穩健紮根:
.未來製造:與精誠資訊、緯謙科技和新漢公司針對MindSphere簽訂合作意向書,成為全球策略聯盟夥伴;勝源機械和麗健福生物科技導入西門子MindSphere與數位解決方案,近一步強化生產製造品質與效率。
.永續能源:提供台灣電力公司智慧電表管理系統EnergyIP,優化電力傳輸效率和供電品質,因應2022年前全台逾300萬個智慧電表的管理和確保再生能源電力傳輸的穩定。
.智慧基礎建設:臺北南山廣場採用西門子數位化建築解決方案,降低大樓能耗和營運成本,西門子攜手合作夥伴贏得桃園捷運綠線機電系統統包案,提供先進軌道交通科技(Trainguard MT通訊式列車控制系統與列車牽引系統、直流牽引供電系統以及智慧捷運號誌系統),打造全台最先進的智慧捷運系統。
2019財年,西門子預計將在台灣推動成立物聯網使用者組織MindSphere World,結合產官學專家打造工業物聯網生態鏈。並將在台中智慧製造試營運場域完成「數位化體驗暨研發中心」的初步建置。同時也將進駐「亞洲・矽谷」計畫桃園市虎頭山物聯網創新基地,展示西門子最先進數位科技,提供產官學研各單位技術交流,並將與產官學啟動交流合作,協助台灣全面落實人工智慧於產業中的應用與普及,共創2020+ AI新世代。
台灣西門子總裁暨執行長Erdal Elver表示,西門子將把AI與其電氣化、自動化與數位化的專業結合。
專訪英特爾客戶運算事業群總經理Jason Ziller 英特爾/USB推廣組織合推USB 4
英特爾客戶運算事業群總經理Jason Ziller表示,英特爾致力將Thunderbolt推廣到各產品設備上,與USB推廣組織合作的第一階段,是在定義USB Type-C規格時,使其相容Thunderbolt;第二階段是釋出Thunderbolt協定,推出基於Thunderbolt協定的USB 4規格。
據悉,USB 4解決方案的主要特點包括:使用現有USB Type-C傳輸線進行雙通道運作,透過40 Gbps認證的傳輸線實現高達40 Gbps的運作速度;多種數據和顯示器協定,可有效共享匯流排上的總頻寬;以及與USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3的向上相容性。
目前已有超過50家公司積極參與規格草案審查的最後階段,USB 4規格可望在2019年中發布;將與USB 4規格同步發布的是USB Type-C規格的更新版本,其將涵蓋USB 4的匯流排探索、設定和效能需求。
USB推廣組織主席Brad Saunders指出,USB的主要目標是提供最友善且最佳的使用者體驗,透過強大的傳輸線和連接器解決方案來傳輸資料、螢幕畫面和電力。USB 4解決方案能夠為匯流排的運作進行訂製化,透過在單一連接上優化數據和顯示器的組合來進一步提升體驗,並使效能可以進一步倍增。
Ziller進一步說明,釋出Thunderbolt協定規格是一個重要的里程碑,透過與USB推廣組織的合作,擴大Thunderbolt相容產品的採用,讓所有人都能夠輕易使用簡單、多功能的連接埠;而英特爾也為各種裝置實現更多創新應用,並為消費者帶來更多創新體驗。
英特爾客戶運算事業群總經理Jason Ziller表示,透過與USB推廣組織的合作,將可擴大Thunderbolt相容產品的採用。
半導體資安受重視 台廠催生半導體資安標準
半導體產業內有許多標準都是在國際半導體產業協會(SEMI)的平台下形成,針對晶圓廠與晶圓設備的資訊安全標準也會循此途徑。SEMI會務拓展及會員服務總監李敏華(圖1)表示,SEMI作為連結產業的平台,對產業內需要群策群力才能解決的共同問題,一直抱持著積極推動的心態。
圖1 SEMI會務拓展及會員服務總監李敏華表示,台灣廠商將在半導體設備/整廠資安的國際標準制定上,扮演領導者角色。
台廠主導半導體設備安全標準
針對資訊安全議題,目前SEMI已經成立晶圓廠及設備資訊安全任務小組(Fab& Equipment Information Security Task Force),並由台積電、日月光等台灣半導體製造相關大廠帶頭,希望制定出全球通用的晶圓廠/半導體設備資訊安全標準。也因為半導體設備業者的重量級客戶都在台灣,因此這個由台系大廠主導的資訊安全標準,廣泛受到日本及北美SEMI會員的密切關注,因為設備業者都希望能在第一時間知道客戶對資安的要求,才能快速配合。
SEMI Taiwan接下來也會邀請相關主導廠商舉辦講座,跟半導體業內的其他業者分享其資安實務做法跟經驗,讓整個半導體產業鏈的成員都知道領導大廠的想法跟做法,進而提升半導體產業的資安水準。
資安問題無從迴避
不管是前段晶圓製造或後段封裝測試業者,為了提升自家的競爭力,都在朝智慧製造的方向發展。不管是在產線上安裝大量感測節點,蒐集各種機台參數,或是實現製程參數的中央控管,都必須倚靠工業物聯網(IIoT)這項基礎建設。
另一方面,不管是前段廠或後段廠,都在人工智慧(AI)、機器學習(ML)上布署重兵,希望藉由機器系統自動分析源源不絕的資料流,並從中找到關鍵資訊來改善自家企業的日常運作。一般來說,半導體生產線上的機台狀態可以分成Queue Time、Hold Time與Run Time三種狀態對半導體製造業者而言,Queue Time跟Hold Time當然要越短越好,這樣產線稼動率才能提升。也因如此,智慧排程、預兆診斷或預防性維護等基於人工智慧或機器學習的應用功能,吸引眾多半導體廠投入研發。
正因為IIoT跟機器學習的導入,是未來半導體產業必然要走的路,因此隨之而來的資安問題,是半導體業者無從迴避的挑戰,不能一邊享受這些新技術所帶來的效益,卻忽視其所帶來的隱患而不予以解決。不過,就如同其他垂直產業在推動智慧製造時,最大的問題不在新產線、新機台,而是既有產線的升級與更新,半導體產業要解決資安問題,最大的痛苦點也在既有機台上。即便是發展步調極快的半導體產業,產線上也仍存在少部分已經使用十多年的舊機台,要針對這類舊機台進行安全更新,是最棘手的挑戰。比較上位的工業電腦,都存在微軟(Microsoft)已終止Windows XP更新支援所帶來的問題,要對更下位、直接控制機台內部運作的可編程邏輯控制器(PLC)進行安全更新,問題只會更複雜。PLC本來就是相對封閉的控制系統,懂得撰寫PLC程式的工程師是相對少數,而且PLC的程式非常重視穩定度,因此只要一撰寫完成,上線使用確認能穩定運作之後,使用者通常是能不更新就不更新。
興利/除弊兩路並行 半導體產業經驗足為借鏡
智慧製造是每個製造業都必須面對的轉型課題,半導體產業身為目前全世界最接近工業4.0的產業,其發展路徑有許多地方可以讓其他領域的製造業參考。舉例來說,機台聯網對半導體設備來說,早已不是問題,某些進度比較快的大廠,不僅生產參數/配方都已經藉由機台聯網實現中央控管,甚至連機台上下料都已經毋須作業員協助,直接用無人搬運車加上機器手臂代勞,進而使得關燈工廠得以實現。
但半導體產業的智慧製造走得雖快,遇到的問題自然也是前所未有的。資訊安全是工業物聯網概念還在發酵階段,就已經有許多人提出警告的議題,但提出警告跟如何解決問題,畢竟是不同層面的事情。半導體身為最早遇到工業物聯網資安問題的產業,決定用群策群力的方式,將使用者、軟體業者、系統整合者和設備供應商團結起來,以制定產業標準的方式來解決問題。可以預料的是,這種做法未來應該會擴散到其他產業。
測試/法規驗證/展示/試運行有去處 台灣自駕車場域啟用
依據目前國際上自駕車場域規劃類型,以及財團法人車輛中心的研究分類,考量其功能與定位,自駕車實行的場域可分為四大類,包含有:第一,產品測試場域(Test-bed)提供業者產品開發所需之封閉式場域。第二,法規驗證場域(Validation site)可執行政府主管機關相關法規要求,封閉式驗證場域。第三,展示場域(Demo site):提供業者產品展示、可兼具民眾體驗、社會大眾教育功能之封閉式或開放式場域。第四,示範運行場域(Pilot Zone):提供業者商轉及政府推動之考量,尋求社會大眾推廣。
台灣各地方政府推動自駕車場域之進度不一,但約可基於四大型態之定義進行初步分類,下列舉例說明。
產品測試場域 桃園虎頭山物聯創新基地
展望自駕車產業未來,桃園市政府將規劃自動駕駛車輛的研發、生產、營運在地化,並建立自駕車測試平台,提供相關零組件、人工智慧應用、整車廠商進行技術測試及驗證。園區預計2019年5月落成,位址在桃園南崁溪畔,基地面積4.7公頃,第1期基地約1.3公頃,打造為自駕車測試場域及資安物聯網實證平台。第二期,將剩餘的3.4公頃土地,規劃打造創新基地公園,成為具有「桃園矽谷」風格的園區。
園區設施規劃包含有:第一,「自駕車測試場域」:基地中的智慧車輛實證平台,提供自駕車相關零組件廠商可於場中實地驗證;第二,「模擬系統先行驗證自駕方案」:採用NVIDIA電腦架構,設置模擬與驗證系統,提供廠商驗證駕駛決策系統;第三,「建置資安物聯網實證平台」:資安團隊可建立符合ISO17025標準的檢測實驗室,強化企業供應鏈的資安管理。
桃園市政府規劃先在虎頭山基地設置封閉式車聯網基地,未來還會擴大在中壢青埔地區推動開放式基地。桃園長期以來是車用電子和汽車零件製造的重鎮,若再結合物聯網、AI等新興技術,可提高驗證測試能力並發展車聯網與自駕車產業。
為來潛在參與的業者廣泛涵蓋以下產業,如車用附件系統(如瑞智精密、葳天科技)、車用儲能系統與電源管理系統(如明基材料)、系統整合(如華城電機)、驅動馬達與控制模組(如瑞智精密)、自動駕駛(如研華、宏碁),還有汽車製造廠(如國瑞、福特、中華汽車)。桃園市政府冀望以此基地為基礎,可望帶動車聯網與自駕車產業發展。
法規驗證場域 北投士林/台南沙崙
台北市政府早在2017年8月,透過台北市智慧城市產業場域實驗試辦計畫,完成信義路雙向公車專用道自駕小巴夜間測試後,更進一步自2017年11月開始籌畫,因應產業於自駕技術發展之完整應用情境之需求,擬於北投士林科技園區約10公頃的實證場域,透過產官學研的公私協力合作,推動北士科自駕車實證場域計畫。
北士科技園區內的場域規劃完整的道路基礎設施,並開放業者及研究單位以真實道路情境模擬場域,提供車聯網、自動駕駛及基礎設施智慧化之技術測試。測試項目涵蓋以下功能:固定站點停靠載客、車輛與號誌溝通、依照指示路徑方向行駛、依據速限行駛、夜間行駛情境、行車周遭環境判讀、依據指定路徑行駛,以期可作為上路實測之準備,將創造自駕車產業發展利基,加速智慧交通服務於台北落地的時程。
為了讓無人自駕車能安全在道路上行駛,必須先驗證自駕車是否與交通號誌精準整合,台北市政府規劃業者先行在北士科自駕車實證場域進行測試,並在中央政府相關法令支持下,取得試車車牌後,在確保安全性與可靠性的前提下,未來有望鼓勵業者在台北規劃打造自駕小巴的商業服務。
行政院於2017年4月核定通過,推動台南沙崙為自駕車示範場域,基地東側為核心區C區,西北側為高鐵台南站、台鐵沙崙站,面積2.223公頃。自駕車試驗場域的定位,將結合沙崙科學城推動低碳智慧城市概念,成為智慧交通系統,進一步協助國內自駕車產業發展。
基於以上政策依據,台南市政府與科技部結合前瞻基礎建設計畫,規劃自駕車試驗場域暨智慧綠能行控中心計畫。該計畫重要的推動策略有,第一,封閉型測試場與開放式固定自動輔助駕駛服務路線之規劃及建置;第二,建造具創能、儲能、節能與系統整合概念之智慧綠能行控中心;第三,評估與架設車聯網路系統(如5G);第四,輔助設備與後臺管理系統之建置。
台南沙崙自駕車試驗場域暨智慧綠能行控中心工程,可分為自駕車試驗場域、行控中心(含整備間)及系統及設備工程等三部分,興建費用2.72億元。場域工程進度,在2018年11月時,已完成智慧安全路口完成車機R2V以及CMS安全警示測試,以及號誌架設,目前正進行景觀植栽工程;至於行控中心已完成內部裝修,正進行周遭環境整建。
台南沙崙封閉式測試場域面積約2.5公頃,包括沙礫道路、模擬隧道、鐵路平交道等常見各種道路狀況。涵蓋了包含四種市區道路、三種郊區道路、六種特殊路況等十三種情境,四橫五縱的棋盤式規劃,進行中型巴士以下與時速30公里以下的自駕車測試,還有展示之用。營運規劃的型態上,有產品測試場域、法規驗證、展示場域、示範運行等,協助政府推動綠能科技產業,營造適合國內自動駕駛相關技術研發環境。
台南沙崙自駕車試驗場域2018年下半年完工,預計2019年一月對外開放測試。計畫第一階段目標為完成封閉式自駕車測試場域,第二階段為完成開放式固定自動輔助駕駛服務路線。第三階段則期盼能在三年內完成開放式測試場域,但因牽涉範圍較廣,還需中央政府相關法規的支持方可克服。
透過台南沙崙自駕車試驗場域的投入,冀望可達到經濟部宣示在2020年實現3個旗艦團隊:自駕電動小型巴士、自駕商用物流車及電動自駕中型巴士,於開放場域進行美國SAE Leval 4測試(特定道路與環境下進行全自動駕駛運行)之目標。
展示場域 桃園農業博覽會園區
桃園市政府依據桃園國產自動駕駛電動車計畫,結合美國科技廠商LINKAY Technology、社團法人中華智慧運輸協會攜手合作,於2018年4月桃園農業博覽會試運行,採用4.6米電動小巴為載具,打造國產化自駕小巴接駁。
無人小巴在農博展覽期間的行駛路線全程800公尺,路程約10分鐘,時速在8~10公里。沿途包括了4次左彎、1次右彎和一個S型彎道,還有面臨各式天候人潮下,需要遇障煞停以及重新起步的駕駛情境。
目前規劃的自駕車電動巴士類型涵蓋兩種產品策略,瞄準目標企業客戶,推出相關商業模式應用。第一為封閉區域如樂園、學校、機場航廈等接駁工具的4.6米自駕小巴;第二為開放區域中,作為如捷運最後一哩(last mile)接駁工具的6米自駕中巴。清楚的產品策略勾勒出新創公司積極搶進自駕車市場的願景與企圖。
示範運行場域 臺中水湳智慧城
臺中水湳經貿園區半封閉式固定路線場域,今年(2018年)先配合臺中世界花卉博覽會的活動,進行自駕車示範運行。水湳園區將規劃兩項重要基礎設施,第一。整合自駕車測試監控管理平台:包含智慧自駕車管理、路側交控設施整合、車聯網及路側通訊網路。第二,建立模擬環境訓練平台:建構花博場域模擬環境與高清地圖,並利用模擬平台,訓練自駕車進行決策推論與邏輯推論。
台灣各地方縣市政府呼應生態永續、低碳宜居與智慧交通的全球趨勢,協同中央政府資源挹注協同產學研各單位,持續引進多元、綠能與科技的新型運具,其中自駕車、自駕巴士,正是可作為公共運輸的新型態延伸運具。
自駕車科技創新,需要實際道路與場域進行測試驗證,在台灣各地方政府紛紛積極推動自駕車測試驗證場域的規劃,可望創造後續龐大效益,包含:
帶動國內產業發展
可帶動國內自駕車關鍵零組件與關聯產業發展,掌握關鍵技術自主性,培養在地化核心人才與團隊。(如桃園虎頭山、臺中水湳)
成為法規試行標竿
配合中央法規鬆綁,以安全性與穩定性取得試車牌,並逐步在半封閉場域與一般車輛混合行駛,滿足商業化服務應用之可行性。(如北投士林、台南沙崙)
拓展國際市場潛力
展望國際市場,基於台灣特有應用環境下所發展之自駕車技術,針對具類似複雜交通環境的國家為潛在客戶,成為技術輸出領先國家。(如新北士林口、桃園虎頭山、臺中水湳)。
資策會MIC產業分析師涂家瑋
半導體工業4.0最後一哩路難在上雲端 破除資安迷信最關鍵
運算需求起伏不定 自建資料中心考量多
為了加快晶片設計、製程研發的速度,半導體業者需要更強大的運算資源。藉由機器學習分析機台狀態,讓歲修維護排程更合理化,以提高稼動率,也需要龐大的運算資源。但對半導體業者而言,要靠自有的資料中心來滿足其運算需求,建置跟維護的成本非常高昂,而且伺服器的利用率不見得都能維持在高檔,讓投資效益發揮到最大。
因此,半導體業者必須設法找到其他替代方案,才能繼續推動其智慧製造,例如使用公有雲的資源。事實上,台積電、新思(Synopsys)與益華電腦(Cadence)等半導體業界的領導大廠,都已經開始採用公有雲,或是發展出以雲端為基礎的軟體授權模式。
半導體是一個已經高度自動化的行業,換言之,這也是一個日常運作無法離開電腦運算的行業。從IC設計階段的模擬(Simulation)、驗證(Verification)到半導體製造業者研發新製程,或是維持現有生產線的運作,都需要極大的運算能力來支援。
然而,半導體企業對運算能力的需求水準波動非常劇烈。以IC設計來說,當晶片設計流程走到中後段,要進行設計模擬、驗證的時候,對運算能力的需求會達到顛峰,往往得用多台伺服器同時跑十多個小時,甚至兩三天,才能得到一次模擬結果。但在IC設計的前段,做電路合成(Synthesis)、時序收斂(Timing Closure)跟線路布局(Place & Route)的時候,對運算資源的需求則遠低於設計模擬跟驗證,常常幾個小時就能完成一次設計迭代(圖1)。
圖1 當前半導體設計製造環節所面臨的挑戰
因此,當IC設計公司裡面有多個團隊同時在開發晶片時,專案的排程跟協調就變得十分重要,否則公司自有的伺服器資源會不敷使用。試想,當所有設計團隊同一時間都要做設計模擬跟驗證,其排隊等待時間會有多長?
對於運算資源不足的問題,最直觀的解決方案就是擴建自有資料中心的容量,但因為運算需求波動幅度大,加上伺服器採購金額不低,後續還會衍生出維護、折舊等費用,因此IC設計公司的相關採購,通常是審慎而保守的。
除了IC設計工程師之外,電子設計自動化(EDA)工具業者是遇到上述問題的第一線業者,因此許多EDA大廠早在幾年前就開始探索使用公有雲的可能性跟對應的商業模式。跟自建資料中心相比,公有雲方案最大的優勢在於按照用量計費所帶來的彈性--當運算或儲存需求進入尖峰期時,使用者只要額外付費就可以取得所需的資源。目前幾家重要的EDA公司,如新思、益華、明導國際(Mentor Graphics)跟安矽思(Ansys),都已經有對應的布局動作。
對半導體製造業者來說,情況也類似。由於產線高度自動化,甚至已經開始採用大數據分析、機器學習等軟體工具,晶圓廠的生產線只要一開動,就會需要對應的運算能力來執行這些軟體。然而,除了既有生產線之外,晶圓製造業者還要不斷開發新製程,來滿足未來的市場需求。不管是更細的線寬或採用新的材料,都需要反覆進行模擬跟數據分析,而這些工作就跟IC設計的模擬、驗證一樣,需要大量運算能力支援。
公有雲方案解難題 資安迷信仍待破除
對於需要龐大運算資源來支撐其運作的半導體業者而言,公有雲是一個很彈性的選擇。公有雲具有龐大的運算能力跟儲存空間,還有各式各樣的伺服器可供選擇,當半導體業者需要額外的運算能力或儲存空間時,可以付費租用,不需要的時候,則只要取消訂閱就不會有費用支出。
但由於半導體業者手上的資料,例如生產製程參數、配方、IC設計檔案,都是非常敏感的機密資料,因此相關業者對於資料離開公司,通常有十分嚴格的管制,因此要說服半導體業者接受公有雲,往往是在挑戰客戶對資訊安全的「信仰」。
微軟(Microsoft)專家技術部雲平台解決方案副總經理呂欣育就表示,公有雲對於半導體業者來說,是一個非常有效益的解決方案。台積電就在5奈米製程研發上與微軟合作,在台積電原本就擁有的資料中心之外,搭配Azure平台的運算資源跟資料儲存空間,來加快專案開發的速度,結果讓5奈米的研發試產(Pilot Run)比預定時程提前了9個月,效果十分理想。
台積電表示,該公司希望在半導體製程代工持續維持領先地位,但根據摩爾定律(Moore's Law),每18個月晶圓上電體密度就增加一倍,用來運算半導體製程所需要的基礎建設更是大量增加6倍,公司現有的本地端伺服器運算量能追趕得很辛苦,也沒辦法調校到最佳化狀態。
在這個情況下,台積電還要持續推進先進製程,這也需要大量的運算資源來進行各種模擬,所以台積電的運算資源其實是很吃緊的。微軟的Azure方案跟EDA大廠新思、益華電腦在這方面幫上很多忙,藉由Azure的高速運算架構,台積電在20分鐘內就建構了10萬個運算單元,大量縮短了先進製程的研發速度。台積電基礎建設行銷部資深處長Suk Lee對於這個結果感到非常滿意(圖2)。
圖2 由於微軟Azure跟EDA大廠協助,台積電5奈米SRAM研發進展超前進度9個月,讓微軟獲得台積電的年度最佳雲端夥伴獎。
當然,矽智財(IP)的保護會不會因為資料上雲端而出現漏洞,是利用雲端運算最大的疑慮。也因為如此,微軟跟EDA業者在雲端方案上投入了相當多資源來建置各種關鍵資訊管理機制,以確保公司寶貴的IP資訊不會外流。
但除了台積電比較勇於嘗試之外,呂欣育坦言,大多數半導體業者對於資料上公有雲一事,態度還是相當保守。他可以理解半導體客戶將資安視為第一要務的想法,但要實現資訊安全,是要把細節攤開來逐一檢視,看哪個環節可能有問題,該如何改善,而不是以為資料不出公司大門就能永保安康。如果公司內部的資安政策模糊不清,資料放在公司裡面還是會出事。
就他與許多半導體公司溝通的經驗,有些半導體公司的資安政策是很有問題的,因為連公司內部的IT團隊,對自家的資安政策也說不出個所以然來,只知道資料不出門就對了。這種資安政策與其稱之為政策,或許說是「宗教信仰」還更貼切些。而這就是說服半導體產業接納公有雲最大的障礙。
不過,呂欣育對於半導體業者接納公有雲的趨勢,還是相當有信心。像台積電、新思、益華等業者,在半導體產業屬於燈塔型客戶,是引領產業發展趨勢的重要指標。在這些客戶的帶領跟示範下,未來會有更多客戶願意評估採用公有雲方案的可能性。
擁抱雲端將是新創IC業者最佳解
除了像台積電這種世界級大廠之外,規模較小的IC設計新創業者,也很適合使用雲端解決方案。一般認為,基於雲端的EDA工具方案會購買傳統授權來得彈性跟便宜,但其實真相有些複雜。基於雲端的EDA工具套件在授權模式方面確實比較彈性,但其實單價反而比傳統授權來得高。所以,對IC設計大廠來說,採用雲端EDA工具,只有彈性上的優勢,想藉此節省軟體授權費用,機會其實不大。
但對新創公司來說,因為EDA業者普遍樂於培植新客戶,因此在授權上通常都會給新創公司一定程度的優惠價格。針對雲端EDA工具,大多數EDA業者也樂於給新創公司同樣的優惠待遇,所以新創業者使用雲端EDA,單位成本會比IC設計大廠來得便宜。
除了軟體授權費用的優惠之外,IC設計離不開高效能運算基礎建設,但新創IC設計公司未必有充分的資源建置跟維護本地端的伺服器機房,因此,轉向雲端,利用網路大廠公有雲上的運算跟儲存資源,可以省下大筆營運開支,這也是吸引新創IC設計公司直接上雲端的主要誘因之一。
微軟雲端產品經理蕭博仁就指出,因為他過去是IC設計工程師出身,很清楚IC設計流程離不開高效運算跟大量儲存的現實。既有的IC設計大廠內部,不同團隊都是靠排程來協調資源配置。IC設計大廠的產品線跟專案通常都已經相對穩定,所以靠排程的方法來解決資源配置的問題,還能行得通。但如果是新創公司,撇開沒有足夠資源養IT團隊來維護自有機房的問題,因為產品線還沒定型,所以要靠專案排程來協調資源配置,難度也會比已經穩定運作的IC設計公司來得高。
事實上,RISC-V架構陣營裡的主要推手--新創IC設計服務公司SiFive,就是微軟Azure的使用者。因為在Azure上已經有完整的IC設計流程工具,SiFive只花了3個月就開發出基於台積電28奈米的64位元新型CPU。
所以,蕭博仁認為,半導體產業上雲端,除了指標性的國際大廠之外,新創公司擁抱雲端的速度也會比既有的公司來得更快。因為善用雲端資源,成本效益遠比靠傳統做事方法來得高太多了。
高速訊號傳輸/大功率電源發展不回頭 保護元件為裝置安全加分
科技不斷進步,電子產品與人的關係越來越密切,並持續滲透我們的生活,現在智慧型手機每天約一半時間與使用者同在,未來穿戴式裝置將24小時貼身在一起,每一個電子產品都有賴電力運行,因此會有過電流、過電壓、靜電、過溫、電磁干擾等用電風險,也讓不起眼的保護元件不僅不可或缺,重要性更加水漲船高。
保護元件具有偵測周遭環境之變動,並產生即時適當保護反應的功能,透過這些元件的使用,可保護電子產品,降低故障維修的機率。過去幾年,由於使用不當或產品本身設計問題,輕則出現產品短路、故障,重則釀成電子產品起火、消費者觸電等意外時有所聞,為避免類似情況,智慧型手機與穿戴式裝置搭載許多保護元件,未來隨著電子產品設計越趨複雜、電池容量大增、資料傳輸介面速率提升等,保護元件協助改善產品安全,強化使用者體驗,更是電子產品在功能與規格持續進化之外的最佳配角。
過電流保護
說到保護元件最直覺的聯結就是保險絲,尤其與使用者密切接觸、使用頻率高的消費性電子產品,因電路問題導致產品失效,將直接影響消費者使用體驗,知名品牌基於愛惜羽毛的原則,對於電路保護問題多半相當重視。近年最知名的電子產品設計瑕疵,莫過於三星手機自燃事件,事後我們雖了解大部分問題起因於電池,但對於三星品牌價值與銷售利潤的損失則難以數計。
一般而言,最常見的保護元件以功能可區分為過電流保護及過電壓保護。雖然性質不同,但它們的功用都是保護電子產品的零件。其中過電流的熱敏電阻(Thermistor)就是利用保險絲的原理,但差別在於,保險絲在電流過大而熔斷後,需要更換新的保險絲;多次型的熱敏電阻因電流異常而斷電後,若電流及溫度再次回復正常,即會自動恢復通電功能,不必更換零件。熱敏電阻還可分為正溫度係數(Positive Temperature Coefficient, PTC)熱敏電阻及負溫度係數(Negative Temperature Coefficient, NTC)熱敏電阻兩種。
已經有超過70年電路保護技術經驗的柏恩(Bourns),該公司技術支援經理金韋琦(圖1)表示,可攜式產品要求輕薄短小產品空間有限,大部分空間要讓給螢幕、電池、主動元件等,身為被動元件的保護元件,被要求要不斷微縮產品尺寸,但在技術上必須承受相同的電流。PTC熱敏電阻的特性是當電流或環境溫度升高時,其電阻值會上升,以限制異常電流通過,就物理特性而言,面積越大越能偵測電流變化,所以廠商多從材料配方與製程改善,期能達成產業需求。
圖1 柏恩技術支援經理金韋琦表示,可攜式產品要求輕薄短小產品空間有限,保護元件要不斷微縮產品面積,但技術上必須承受相同的電流。
PTC熱敏電阻依其所使用原料可分為陶瓷正溫度係數(Ceramic PTC, CPTC)熱敏電阻及高分子正溫度係數(Polymeric PTC, PPTC)熱敏電阻兩類。CPTC熱敏電阻是由鈦酸鋇、二氧化鈦等材料添加少量稀土元素經高溫燒結製成,這種元件於某段廣泛溫度範圍會維持穩定的低電阻值,直至溫度高於材料的居裏溫度(Curie Temperature)時,其阻值會大幅增加。PPTC熱敏電阻主要是由聚乙稀(Polyethylene)及具導電性的碳黑微粒所製成。當有過大電流流過該元件時,它會因發熱而膨脹;其膨脹將使碳微粒分散開,令其阻抗增加。
然而因應技術的發展與應用需求,過電流保護產品也出現了許多不同的型態,金韋琦說明,以該公司為例,過電流保護元件就有:一次斷保險絲、可回復式保險絲、可控溫PTC、TBU高速保護器、TCS高速瞬態電流抑制器、氣體放電管、電信保險絲、薄膜晶片保險絲等。面對客戶對於產品與技術的要求,除了材料配方之外,有時架構也需要跟著更新,例如元件由點焊改成貼片,便可以有效縮小體積。
過電壓保護
而在過電壓保護部分,當電子產品的電子迴路出現異常過高電壓或者是靜電時,壓敏電阻(Varistor)會將過高的電壓降低至安全標準值,以防止主要的元件及IC損壞。安森美半導體(ON Semiconductor)保護與信號部門產品行銷經理黃新言(圖2)指出,靜電放電(Electro Static Discharge, ESD)現象,指靜電的正電荷或是負電荷逐漸累積時,會與周圍環境產生電位差,經由放電路徑而產生在不同電位之間移轉現象,ESD保護元件在手機應用非常普遍,一支手機常使用超過30顆ESD保護元件。
圖2 安森美半導體保護與信號部門產品行銷經理黃新言指出,ESD保護元件在手機應用非常普遍,一支手機常使用超過30顆ESD保護元件。
壓敏電阻主要由氧化鋅、氧化鉍等金屬氧化物燒結而成的非線性元件。其特性是當電路超過一定電壓時,其阻值將瞬間極小化。當突波來臨時,將使突波電流從元件本身通過並接地,避免其他元件受突波侵害,並有效減少雜訊干擾,使電子產品能正常運作。保護電子產品或元件免於受開關或雷擊誘發所產生之突波的影響,具有體積小,反應速度快的優點。
目前ESD保護元件,也走向小型化發展,黃新言說,目前尺寸0.6mm×1mm的產品,主要應用在汽車可承受較大的突波電流變化;0.3mm×0.6mm的產品應用在手機為主,也是目前的主流,出貨量最大;該公司已經發展出新一代的產品尺寸僅0.24mm×0.44mm,是目前業界面積最小的產品,初期會應用在高速介面的靜電防護,未來手機應用也將逐漸轉換到此一規格。
除了最普遍的過電流與過電壓保護元件之外,過溫與浪湧(Surge)保護元件也是常見的產品,金韋琦進一步說明,柏恩的過溫保護元件有一個小型斷路器(Mini Breakers)與Polymeric Temperature Cutoff(PTCO)過溫保護元件。浪湧保護元件包括交流電路、直流電路與同軸線路保護元件。最近兩年5G、物聯網、汽車電子等議題持續發酵,電子產品的應用領域與類型不斷擴展,也將帶動保護元件的應用與整體成長。
5G商轉開創保護元件新藍海
5G是2019年科技產業的一大熱點,利特(Littlefuse)資深技術行銷工程師游恭豪(圖3)指出,4G建設到2020年將達到高峰,2019年5G建設逐步上路,5G基地台與4G最主要的差異,在於4G訊號是區域型的涵蓋,而5G因為採用短波長的高頻毫米波,又要求達成10倍的傳輸速率,只能透過點狀的訊號涵蓋,對準終端進行傳輸,因此5G基地台要採用可相位調變的主動式天線系統(Active Antenna System, AAS)。
圖3 利特資深技術行銷工程師游恭豪指出,5G是2019年科技產業的一大熱點,對於裝置在室外的5G基地台,雷擊防護是最主要的保護重點。
對於裝置在室外的5G基地台,游恭豪認為,雷擊防護是最主要的保護重點,而在其他射頻與天線模組尚有多項保護需求(圖4),包括主動天線、射頻前端(Remote Radio Unit,...
萬物聯網帶動OTA需求 技術搭服務配套不可少
物聯網風潮大舉擴散,除了各種聯網消費性電子產品需要不斷進行韌體更新,以添加新功能或防堵安全漏洞外,汽車、工業設備走向聯網之後,也出現同樣的需求。有鑑於此,Over the Air(OTA)更新成為一個各家科技業者都必須思考的問題。但由於OTA更新功能不只需要一定的技術能力,更是一個必須長期經營服務,因此硬體業者很難光靠自己的力量發展出符合客戶需求的OTA整體解決方案,也使得專業OTA廠商成為一個進入門檻相當高的新興行業。
OTA更新處處是細節
科絡達執行長吳柏儀(圖1)指出,在萬物聯網的風潮帶動下,OTA更新勢必成為大多數聯網裝置都必須支援的功能,從聯網車、產業用設備到消費性電子產品,都需要OTA更新。但OTA其實牽涉到很複雜的技術,而且這項業務本身是個服務,因此進入門檻其實很高。包含科絡達在內,目前全世界也僅有8家專門經營OTA業務的業者。
圖1 科絡達執行長吳柏儀指出,OTA是一門技術加上服務的生意。服務對專業OTA廠商來說非常關鍵。
就技術面來說,一般提到OTA更新,業界多半都認為只要透過有線/無線網路把新版本的韌體檔案傳送到目標設備,然後刷新設備上的韌體映像檔,事情就結束了。但OTA更新其實沒有那麼單純,很多硬體設備用來存放韌體的記憶體空間其實很小,因此,OTA的Agent程式碼要寫得非常精簡,這就是一個技術考驗。
此外,檔案壓縮也是OTA的關鍵技術之一,一般硬體設備的韌體更新可能只有數十KB,但如果是車載資訊娛樂系統的更新,因為牽涉到圖資這類大型檔案,因此每次更新的檔案大小可能動輒數百MB,等未來高解析地圖(HD Map)普及後,GB等級的資料更新,將成為家常便飯。但檔案越大,傳輸失敗的機率也越高,如果沒有良好的壓縮技術,OTA失敗的機率會很高。
為了減少需要傳輸的檔案大小,還有一種名為差分更新的技術。例如原本設備上的韌體版本1.0大小為2GB,韌體版本2.0則是4GB,按照一般的OTA思維,就是把4GB的檔案全部下載到目標裝置,然後把韌體刷新到2.0版本。但如果1.0版本跟2.0版本之間有2GB檔案內容是完全重複的,為何要重複傳輸?差分更新就是針對這個問題所發展出來的技術,支援此功能的OTA Agent會掃描跟比對新舊韌體版本間的差異,然後只下載新的檔案,進行部分更新。
最後,對於汽車跟產業/工業類設備,理想的OTA更新必須做到無縫轉移,不能讓設備或車輛為了更新韌體而停止運作。這意味著設備上的記憶體必須切割成兩個區塊,在舊版本韌體持續執行的同時,新版本韌體已經下載並安裝在另一個區塊,安裝就緒並確認無誤之後,設備就可以直接切換到新版韌體繼續運行。保留舊版本備份還有另一個好處,萬一新版本韌體切換過去之後出現問題,設備還可以直接回溯,回去用比較穩定的舊版韌體。
吳柏儀指出,上面所提到的OTA功能,對專業OTA廠商來說都很基本,因為這是車廠、工業設備跟部份消費性電子產品客戶所需要的。但一般來說,半導體廠商提供的OTA方案,大概都只具備最陽春的功能,有些則已經支援記憶體切割這類比較先進的功能,但還是不夠完整。因此,對設備製造商來說,半導體業者提出的OTA方案基本上是不能用的。而這也是像科絡達這種專業OTA廠商能夠生存的利基。
事實上,目前很多晶片商雖然也投入資源研發OTA功能,但團隊規模通常不大,科絡達則有數十名工程師專注在OTA的研發上,因此在解決方案的細膩程度上完全不同。另一方面,要做OTA,最重要的是要釐清終端產品到底有哪些環節或子系統需要OTA,進而開發出對應的全套方案。
在某些產業,晶片商是不太會直接跟設備製造商接觸的,例如汽車產業,晶片商是Tier 3供應商,主要面對的是生產汽車子系統的Tier 2或Tier 1業者,但真正主導OTA規畫的是車廠。科絡達在汽車領域,主要往來的是車廠,因此對車廠的OTA需求,常常比晶片商來得更深入,也因為這樣,才能開發出車廠想要的OTA方案。
消費性設備OTA需求五花八門
除了汽車跟產業用設備之外,現在絕大多數的消費性聯網裝置也都支援OTA功能。以科絡達自己的經驗為例,像智慧電視、智慧音箱、家庭閘道器、智慧穿戴裝置的OTA服務,都有跟客戶合作的實例。
吳柏儀表示,基本上,只要是聯網裝置,就會需要OTA功能。不只是為了提供新的功能,同時也是為了讓系統更安全。這個概念業界普遍都能接受,因此該公司在這方面有相當多的客戶。
不過,消費性產品五花八門,對OTA的需求差異很大。有些只需要應用軟體更新,有些則需要對作業系統等底層軟體/韌體進行更新,這使得OTA解決方案的設計需要非常有針對性。像小米手環的OTA更新方案,就是科絡達跟小米合作開發的。
事實上,OTA這門生意不只賣技術,更要賣服務。如果沒有幫客戶打造能滿足其特定需求的OTA方案,是不太可能作成生意的。因此,OTA廠商不只是技術公司,更要是一家服務公司,才有能力提供對的方案給客戶。
在消費性領域,科絡達最常遇到的問題是本地端設備上搭載的記憶體空間不夠大,因為消費性產品常常有很嚴格的成本考量,不太會搭載太多記憶體空間。因此,除了負責OTA功能的Agent要寫得非常精簡之外,還會使用很多其他技術,例如串流。
在記憶體空間不足的情況下,本地端只下載一部分必要的軟體程式碼,至於資料或是塞不進記憶體的部分,則是在需要的時候呼叫伺服器,用串流的方式提供。不過,吳柏儀還是建議,考量到OTA需求,硬體製造商在記憶體容量方面,還是要多考慮。本機端的記憶體容量不是現在夠用就好,還要為將來的OTA需求做些準備。
導入區塊鏈提高安全性
展望未來,資安會是所有聯網設備都必須面對的問題。OTA業者身為產業生態系中的一份子,自然也要有所準備。針對資安問題,科絡達的想法是利用區塊鏈(Blocktrain)技術來增加對抗駭客攻擊的防禦能力。
以汽車ECU更新為例,目前的資安防護手段是使用公開金鑰(PKI),只要駭客攻破PKI,就可以任意更新汽車的ECU,這是相當危險的情況。但如果改用區塊鏈,加上所有的車輛都聯網,當一台汽車遇到駭客攻擊,被植入有問題的韌體時,因為Hash值無法跟其他汽車的韌體串接起來,因此受到攻擊的車輛馬上就可以知道自己遭到攻擊,並向後台提出警告,要求提供正常的韌體版本。
吳柏儀透露,以區塊鏈為基礎的汽車OTA更新,目前正在進行概念驗證(PoC),倘若進展順利,很快就會提供給車廠進行測試跟驗證。












