市場分析

隨著雲端科技興起，能源短缺與高齡化社會的來臨，未來半導體產業需與其他異業整合，如能源科技、醫療科技，以面臨未來人類的需求。以醫療產業為例，過去醫療器材主要對象為病人，使用單位主要為醫療院所，然隨著人類生活品質的提升，若能將醫療器材從治療，擴大為健康照護與管理，將有助於降低國家醫療資源的浪費與成本。因此透過雲端人工智慧提供醫療服務，與半導體實現穿戴式物聯網(IoT)醫療電子產品，以達到隨時隨地健康照護的功能，將有機會帶動國內另一波的產業契機，走向「醫電園」藍圖。 建構穿戴式物聯網系統暨平台 智慧型裝置的普及以及半導體技術的進步，帶動許多穿戴式的裝置因應而出，如搭配耳機、手環或手表進行血氧濃度偵測、搭配心率帶進行心跳偵測、呼吸帶進行呼吸偵測，且搭配智慧裝置進行人機介面的互動與雲端資料的傳輸，進而透過雲端大數據分析，了解使用者健康狀況，提供醫療照護服務。通常建構此服務情境，主要需具備三項技術(圖1)，包含： 1.穿戴式裝置端：透過系統晶片或晶片系統整合技術，可縮小生理訊號檢測裝置，利用穿戴載具如耳機、手表、衣服，進行生理訊號檢測。 2.智慧型裝置端：透過App軟體的開發，進行生理訊號的顯示與即時的分析，提供使用者隨時監控健康指數，達到即時健康照護的目的。 3.伺服器設備端：透過人工智慧的學習，進行健康大數據的分析，提供健康指數預測的資訊，達到長期健康監控與預防疾病發生的目的。 圖1　穿戴式物聯網系統與平台 建置此穿戴式物聯網系統與平台，可以透過不同訊號的檢測，如心率、呼吸、血氧、血壓與體溫等；不同載具的整合，如智慧衣、寵物衣、智慧手表；不同無線傳輸系統，如藍牙、Wi-Fi、4G，將所檢測的生理訊號傳輸至智慧型裝置，如智慧手機或平版電腦，以及雲端健康照護系統，如人工智慧伺服器。應用至生活不同層面上，提供相關的健康服務。 本文將透過「具人工智慧之穿戴式物聯網系統與平台」應用，介紹相關產品應用之雛型，如24小時無線心律監控晶片系統、智慧衣、智慧寵物衣、智慧醫療聽診器、癲癇腦波偵測與刺激系統、智慧穿戴式物聯網開發模組、車用電子疲勞偵測系統、智慧寶貝衣、具可攜式無線尿液檢測與預防心血管疾病之晶片系統與平台、智慧畜牧牛隻穿戴系統。透過以上產品雛形的介紹，將有助於實現智慧醫療普及的目標。 無線ECG系統不間斷監控人體健康 「24小時無線心律監控晶片系統」(圖2)為即時檢測人體心電訊號(Electrocardiogram, ECG)之感測系統，透過生理檢測晶片的核心技術，構成貼身感測模組來偵測配戴者的心電訊號，並藉由藍牙傳輸系統將資訊無線傳輸到智慧型手機端，再由手機應用程式完成後續的分析與計算，並將主要結果呈現於手機螢幕上。透過此生醫檢測晶片及相關軟硬體之結合應用，便可隨時隨地監測與關注使用者之生理狀況，並成為使用者的貼身守護神。即時偵測、便於攜帶、易於使用將為本系統之特色。 圖2　(a) 24小時無線心律監控晶片系統、(b)手機顯示平台、(c)雲端人工智慧辨識平台 智慧衣藉大面積接觸提供多種訊號 在高齡化社會中，結合穿戴式系統與物聯網概念建構成穿戴照護系統，為一極具市場潛力的發展方向。而在穿戴照護應用中，智慧衣占有許多先天上的優勢。首先，與大部分穿戴物品如手表、皮帶等不同，衣物為日常生活中必需品，所以此穿戴裝置較能被一般人所接受。同時，衣物與人體有著較大面積的接觸，能提供較多種類之生理訊號量測，有效發揮穿戴式系統的潛能。因此，透過電子檢測與紡織衣物的結合，可發展智慧衣系統(圖3)。此系統需使用高舒適度的紡織電極來提供心電訊號與呼吸訊號的量測，並透過藍牙將訊號傳送至手機，最後進行身體相關資訊分析如卡路里消耗、心跳變異率等情緒分析。 圖3　(a)智慧衣物與人體實測情境、(b)心律檢測結果、(c)呼吸檢測結果 智慧寵物衣助飼主確保毛孩健康 智慧寵物衣之設計，可結合動物衣與感測器，建立一無線生理訊號感測系統(圖4)，利用前端偵測器偵測寵物心電訊號以及呼吸訊號，並透過演算法將其轉為情緒、心跳變異率(HRV)等多項資訊，提供寵物主人以及獸醫在動物醫療方面的參考，而情緒指標，更能讓飼主進一步了解寵物的心理狀態。此設計主要採用穿戴式及物聯網的概念，並搭配完整軟體平台，可以讓使用者藉由網頁(Web)或應用程式(App)平台，讓飼主即時掌握寵物之生理資訊，同時將資料儲存於雲端資料庫中，可瀏覽寵物之歷史生理狀態，更可以透過這樣的訊息平台與獸醫交流，進一步關心寵物的健康狀況。此系統不僅運用在寵物醫療方面，更可以與其他愛寵人士建立互相交流的平台。 圖4　(a)智慧衣物與寵物實測情境、(b)手機顯示平台、(c)雲端寵物照護平台 智慧聽診器使醫療診斷快/狠/準 為了協助醫師更迅速且準確地診斷，以及幫助醫學院學生在聽診經驗之養成與學習上有更可靠的依據，智慧聽診器提供醫師學習與健檢照護的輔具(圖5)。此裝置具備同時量測心音訊號與心電訊號之能力，並將訊號視覺化呈現於智慧型手機上，進而確認心音訊號的狀態。倘若有異常情形出現，傳統上只能完全仰賴醫生之經驗，但利用智慧聽診器能夠視覺化記錄之優勢，醫師可能夠即時藉由訊號結果來判斷可能的心臟疾病。倘若病患於診斷期間有心律不整之情形發生，如心室頻脈，也能藉此驗證理學檢查上所可能衍生之異常心音表現。 圖5　智慧聽診器實測情境：(a)無線聽診器、(b)無線心律偵測器、(c)手機顯示平台 癲癇腦波偵測與刺激系統經藍牙傳輸訊號 癲癇為常見的神經系統疾病之一，主因為腦部神經細胞不正常放電所引起之症候群。目前癲癇之治療以口服藥物為主流，但藥物治療效果不彰。近期許多研究中，以顱內植入式電刺激為發展方向，「癲癇腦波偵測與刺激系統」包括腦波訊號量測及電刺激模組(圖6)。透過B6小鼠進行動物實驗，系統使用植入式電極收集小鼠腦波訊號，並經由藍牙(BLE 4.2)將訊號傳送至電腦，於電腦端配合客製化的軟體進行演算法分析數據，即時進行癲癇辨識，並利用電流式數位類比轉換器於確認癲癇訊號進行神經刺激，實現量測腦波及以光、電刺激抑制癲癇之系統。此植入式系統亦可作為神經調控系統，穿戴在體外載具上進行體外刺激，在醫療的研究上已證明適當的體外刺激具有減緩疼痛、提高睡眠與減肥的效果。 圖6　人工智慧辨識系統與採用光、電刺激治療癲癇疾病老鼠試驗示意圖 智慧穿戴式物聯網開發模組引領生醫進展 智慧穿戴式物聯網開發模組(圖7)是一個具有穿戴式物聯網設計的生醫晶片開發模組，具有低功耗、微小化以及物聯網化的設計，並且能提供高品質的生理訊號檢測，包括心電訊號、腦電訊號、肌電訊號等十餘種人體的生理訊號。開發者透過此產品，可以快速地開發出應用於生醫領域之穿戴式產品，縮短產品的開發時間並降低開發成本。 圖7　(a)智慧穿戴式物聯網開發模組包裝、(b)模組大小、(c)實際應用場域 除此之外，不同的訊號以不同的模組進行訊號處理，開發者可以依據自身之開發需求，自由地組裝模組，如同組裝「智慧積木」一般。透過此模組可以幫助開發者能更輕易地實現其設計構想，開發出產品雛型，蓬勃生醫穿戴式產品之領域發展。 車用電子疲勞偵測系統提升交通安全 「車用電子疲勞偵測系統」(圖8)是一種能夠檢測駕駛員真實疲勞程度和生理狀況的即時系統裝置，能擷取、整理駕駛的生理資訊並顯示於線上監控平台。此系統可以監測駕駛員的基本生理訊號，如心電訊號、光電容積描述訊號(PPG)、血壓和血氧飽和度，並透過人工智慧/機器學習(AI/Machine Learning)演算法計算後，得知駕駛員的真實疲勞指數。透過物聯網技術，本系統可以將駕駛員各項生理數據，即時地儲存在雲端資料庫。除了可以在線上監控平台顯示相關資訊外，隨著生理資料的更新與積累，還可以進行機器學習，進一步訓練疲勞指數的判斷演算法，以提升判斷準確率，讓線上監控平台可以精準掌握所有駕駛員的疲勞資訊，以便提醒、監控、調度司機，期望能夠提高大眾運輸交通安全。 圖8　(a)車用電子即時疲勞偵測裝置、(b)呼吸與心律偵測訊號、 (c)手機監控介面 智慧寶貝衣貼近嬰兒感受 「智慧寶貝衣」之設計，可結合嬰兒包巾與感測器，建立無線生理訊號感測系統(圖9)，利用前端偵測器偵測嬰兒心電訊號、聲音訊號以及姿態訊號，並透過AI演算法將其轉為情緒、哭聲原因等多項資訊，提供給父母參考以及嬰兒照護方面上的用途。而情緒指標及哭聲原因，更能讓照護者進一步了解嬰兒的心理狀態。此設計應用穿戴式、物聯網及人工智慧的概念，並搭配完整軟體平台，可以藉由網頁或應用程式平台，讓父母即時掌握嬰兒之生理資訊，同時也將資料儲存於雲端資料庫中，可瀏覽嬰兒之歷史生理狀態，更可以透過這樣的訊息平台，與醫生交流，進一步地關心嬰兒的健康狀況。 圖9　(a)智慧寶貝衣穿戴裝置、(b)智慧手機顯示平台 可攜式無線尿液檢測/抗心血管疾病IC護健康 過去十年，心血管相關疾病持續占據全球死因之首，且維持在國人死因的前三名，顯示這是一個世界各國尚未找到有效預防方法的棘手疾病，由於這是一個致死率相當高的疾病，如何早期發現疾病便成為相當重要的課題。若能建構一套應用於居家照護/社區篩檢的「可攜式無線尿液檢測與預防心血管疾病之晶片系統與平台」(圖10)，可方便且快速監控心血管的健康狀況，預防心血管病症及其併發症發生。此系統需透過整合系統晶片、微電極與微流道晶片感測尿液中多項心血管疾病相關危險因子的濃度，並將資料無線傳輸到平台，結合臨床醫學的研究成果評估心血管疾病的風險，由合作的醫療機構人員透過平台給予使用者專業的醫療建議，即可達到預防診斷與居家照護的效果。 圖10　(a)可攜式無線尿液檢測裝置、(b)整合智慧馬桶與手機APP顯示 智慧畜牧牛隻穿戴系統減少資源浪費 台灣最常見的乳牛為具有黑白斑點的荷蘭牛，這些來自歐洲的牛種，適應於溫帶的氣候，也就是攝氏4.5度~15度的生活環境，不過台灣為亞熱帶氣候，高溫時有可能超過36度，加上潮濕的氣候，可能會讓牛隻食慾不振，或是產乳量下降，也可能使牛隻生病，所以建構一個牛隻照護系統至關重要。「智慧畜牧牛隻穿戴系統」主要偵測、分析乳牛身上的生理訊號，並進一步為乳牛建構一個完整的照護系統，該系統能探測牛隻的健康情形，進而了解母牛發情的狀況，以利畜牧場掌握牛隻生理資訊，讓管理者管理牛群上更加輕鬆，減少不必要的人力與資源浪費。與寵物衣系統一樣，此系統需要建構生理檢測裝置、手機平台顯示裝置、雲端分析設備，如系統架構圖便可使用溫度感測、陀螺儀與心電感測器。 其中，溫度感測可得知牛隻的體溫，陀螺儀能了解牛隻的運動狀態、反芻的情形，藉由心電感測器可分析乳牛當前的身體情況。透過牛隻穿戴裝置的隨時偵測，能在第一時間得知牛隻的身體狀況，並可以運用於發情偵測。經過時間累積數據，即可獲得牛隻長期的身體狀況，確保牛隻的健康，獸醫在健檢時也可以更快速掌握問題牛隻。牛隻穿戴裝置也讓畜牧場可以靈活調動人力，透過系統的管理平台，減少人為疏失。 生理訊號感測帶動醫療電子發展 隨著科技不斷演進，如前面所介紹的各種穿戴式裝置與應用，此晶片系統與物聯網整合技術，已經成為相關應用領域的顯學。在醫療電子相關領域，更是受人注目。由於穿戴式裝置可以長時間收集資料，並可將資料回傳到雲端服務，更可以於第一時間，將相關分析資料顯示給使用者，讓使用者以很簡單的方式，清楚知道自己身體的狀況。因此穿戴式裝置中內建生理訊號感測裝置，將可帶動醫療電子的成長，並改變人類未來的醫療行為，且可降低政府未來在醫療照護的支出，透過穿戴式裝置與身體感測網路的開發，將可實現穿戴設備貼身守護健康的願景。然而此目標尚有需多技術門檻需要克服，包含： 1.低功耗與高解析度生理訊號擷取系統晶片技術，其中移動(Motional Artifact)與低頻雜訊的濾除為首要目標。 2.低功耗無線傳輸與接收系統晶片，可採用低功耗藍牙(BLE)或自行開發低功耗振幅調變(OOK)或頻率調變(FSK)傳輸系統，以增加穿戴式模組的使用時間。 3.數位訊號處理疾病辨識系統晶片，透過人工智慧邊緣運算(Edging Computing)技術，可即時提供初步訊號辨識結果，作為使用者健康照護之參考。 4.高效能電管理系統晶片，可提供晶片系統內部不同方塊所需不同電位的電源，亦可發展為無線充電，提高使用者的便利性與增加使用的長效性。 5.「貼身守護神」晶片系統模組，主要以生理訊號檢測晶片為核心，構成貼身感測模組來偵測配戴者的生理訊號，並藉由藍牙傳輸系統將資訊無線傳輸到智慧型手機端，再由手機應用程式與雲端分析完成人工智慧疾病演算法，即時進行相關疾病的辨識，並將主要結果呈現於手機螢幕上，完成貼身照護的目標。 透過此生醫檢測晶片及相關軟硬體之結合應用，便可隨時隨地監測與關注使用者之生理狀況，並即使記錄使用者的健康狀況。其應用範圍包含長照中心之年長者、居家生活之慢性病患、工作場所之忙碌工作者與偏鄉地區的居民，因此，透過「具人工智慧之穿戴式物聯網系統與平台」將可實現智慧醫療普及的目標。 (本文作者為國立成功大學電機系教授)

然而，市場對於產品要求之嚴苛，恐怕超出了實驗室所有的應用模擬。從2018年底柔宇推出外折的手機“柔派”起，到三星推出Galaxy Fold，折疊手機面板的可靠度一直都受到市場質疑(圖1)，導致各大手機廠要不重新設計，要不縮小上市規模，藉以爭取更多的研發時間來改善已經浮現的問題。一年過去了，手機廠在2020年初發表捲土重來的折疊手機，期待以新的概念與新的解決方案，重新為手機市場打開一條血路。 圖1 　第一代折疊手機面板可靠度受到市場質疑(圖片來源：https://www.gsmarena.com/) 軟性OLED顯示技術在2013年三星推出Galaxy Round，以聚醯亞胺(Polyimide, PI)取代玻璃基板以後逐漸成熟，後續推出的Galaxy Edge系列都採用軟性OLED面板。 不過，光有軟性顯示面板還不足以建構一個折疊手機顯示屏幕；折疊顯示模組除了面板外，尚包括觸控、圓偏光片(Circular Polarizer)，蓋板(Cover Window)等元件，這些元件都必須要滿足可折疊的功能需求。其中，最大的挑戰還是來自蓋板，蓋板承載著防刮、耐磨、防眩光、抗反射、抗汙等功能。 過去使用玻璃蓋板，這些功能都可以輕易達成，只是玻璃無法達到小曲率半徑折疊要求，因此只能從軟性高分子材料中尋找能達到20萬次以上小半徑撓曲的材料，其中無色聚醯亞胺材料(Colorless Polyimide, CPI)玻璃轉化溫度高，具有動態撓曲(Dynamic Bending)、靜態撓曲(Static Bending)的安定性，符合蓋板材料折疊需求。 然而，CPI材質表面不耐刮，需要再經過表面可撓硬膜塗層來達到防刮的目的。筆者去年即提到，從材料應用的角度來看，符合軟性可折疊、高透光、耐磨刮特性的高分子材料應用，折疊手機面板應用恐怕是第一個，其可靠性有待實際應用的考驗。果不其然，2019年的許多失效案例與模組的蓋板有關，因此，手機廠持續針對蓋板可靠度問題，提出解決方案，期待新產品能有所改善。 2020年，市面上銷售的折疊手機廠商中柔宇沒有推出新機，新加入的摩托羅拉推出貝殼機Razr，巧的是，三星也推出背蓋式的Galaxy Z Flip，有志一同的打輕巧訴求；華為則推出Mate Xs，算是Mate X的小改版，其面板規格整理如表1。 表1　市售第一代與第二代折疊手機規格比較表 第二代折疊手機在行銷上都特別強調折疊蓋板的先進性，以扭轉市場對手機可靠度不佳的印象。三星宣稱採用先進的超薄玻璃(Ultra Thin Glass, UTG)材質，而華為則強調用了雙層比黃金還貴的CPI，撥開廣告詞句，其實兩者都試圖強調產品在折疊蓋板上有了極大的改善，至於改善得如何，則仍然有待市場考驗。 軟性蓋板技術挑戰大 手機蓋板是手機與外部接觸的部位，承擔影像呈現、觸控訊號輸入與保護面板模組的功能，這些功能所代表的技術需求，包含高光穿透率、低霧度、抗反光、抗眩光、抗汙等光學特性，以及防刮、耐磨、抗衝擊等機械特性；對折疊手機的蓋板來說，必須再加上包括動態折疊與靜態折疊的可撓特性，也就是說軟性蓋板材料既要硬得可以耐磨刮，又要軟的可以耐折曲，這些互相扞格特性需求在材料學上是極大的挑戰(圖2)。 圖2　折疊蓋板是手機與外部接觸的部位承擔諸多互相扞格之特性需求 玻璃一直以來都是手機蓋板的主要材料，能夠輕易滿足光學性與機械性功能需求。然而，玻璃基本分子結構是如圖3所示的矽酸鹽，這種結構註定玻璃材料易碎的特性，當然，玻璃材料的成分多少會影響其脆性，但是，大體而言，相較於金屬或是塑膠，玻璃材料在微小的應變下即產生極大的應力而破碎如圖4(1)所示。 圖3　玻璃之矽酸鹽結構   圖4　施以微小的應變在玻璃上即產生極大的應力 因此玻璃機械強度雖強，但是可撓性(Flexibility)不佳。降低玻璃的厚度有助於增加玻璃的可撓性，以康寧Willow玻璃為例，厚度50μm就比500μm更能承受彎曲半徑較小的折疊如圖5(1)所示。     圖5　薄玻璃可以承受較小的彎曲半徑 同樣的道理，在相同的彎曲半徑下，當玻璃變薄時，薄玻璃彎曲破裂的機率比厚玻璃低很多，如圖6(1)所示。然而，令人沮喪的是，即使玻璃厚度小於100μm，在彎曲到10毫米時，康寧Willow玻璃材料破裂的機率仍高於50%，這對於折疊手機來說，面臨設計上的挑戰，因為，當折疊手機以輕薄為設計訴求時，其折疊半徑要求到5毫米以下，內折時更要求到3毫米以下的工程規格，故折疊蓋板是對玻璃材質來說一個非常大的挑戰。 圖6　不同彎曲半徑，玻璃材料破裂之機率 當全世界玻璃大廠都在努力解決可折疊玻璃之際，面板廠將目光移到了可撓性較佳的高分子材料，長鏈狀高分子結構的彈性變形能力可滿足可撓性的需求。 具有高光穿透度、低霧度等良好光學特性的高分子材料很多，如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate, PET)、環烯烴聚合物(Cyclo Olefin Polymer ,COP)等，只是這些材料的玻璃轉化溫度(Glass...

5G時代甫揭開序幕，行動通訊首次進入30GHz以上高頻毫米波頻段，也帶動高頻技術的研究，前瞻研究團隊紛紛著手5G下世代行動通訊的研究，其中，比毫米波頻段更高的太赫茲(THz)就是最主要的研究標的。而不僅是在通訊領域，該技術在國防、國土安全、天文、醫療、生物、計算機等領域都具備高度應用與商業價值。 太赫茲技術被美國評為「改變未來世界的十大技術」之一，被日本列為「國家支柱十大重點戰略目標」之首。太赫茲頻率上高於微波，低於紅外線；能量大小則在電子和光子之間。由於此交叉過渡區，既不完全適合用光學理論來處理，也不完全適合用微波理論來研究。所以，過去一度被人遺忘，因此也被稱為「太赫茲空白」。基於技術的進步，近年該頻段範圍被認為有高度技術價值，吸引許多團隊投入研究，本文將簡單討論太赫茲技術概況與產業應用潛力。 THz技術具低能量/高穿透特性 太赫茲泛指頻率在0.1~10THz (100~10,000GHz)頻段內的電磁波，與30~300GHz的毫米波頻段部分重疊，波長範圍為0.03~3mm，處於電子學與光子學的過渡區域(圖1)。具有可酬載大量訊息資料、亞皮秒(ps)量級脈衝、高時空同調性(Coherence)、低光子能量、穿透性強、使用安全性高、指向性好、頻寬高等特性。1THz電磁輻射的光子能量只有4.1meV，不及X光電磁輻射能量的百分之一，在醫學檢測上深具應用前景；另外，非極性材料在THz頻段沒有明顯的吸收，因此太赫茲對這些材料有非常強的穿透能力，可以應用在公共場所的安檢。 圖1　太赫茲THz頻段位於電子與光子之間 由於太赫茲輻射的典型時間寬度大約在皮秒或亞皮秒量級，利用其時域光譜技術，可以得到大於104的訊噪比(SNR)，遠高於傅立葉轉換紅外線光譜(FTIR)；太赫茲的同調性具有相位訊息，在成像、感測方面能提供更多厚度與距離的資訊。由於太赫茲技術深具應用潛力，根據統計目前已有超過300個前瞻技術研究單位投入相關研究，如美國的國防先進研究計畫署(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)、貝爾實驗室(The Bell Labs)、噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)等知名研究單位，DARPA自2004年起，已先後投入超過20億美元，確保其掌握的相關研究水準居全球領先地位。 歐洲與亞洲部分，也有包括歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)、德國弗勞恩霍夫應用固體物理研究所(Fraunhofer IAF)、德國聯邦物理技術研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB)、英國拉塞福-阿普爾頓實驗室(Rutherford Appleton Laboratory)等；亞洲的NTT docomo、東京大學、京都大學、韓國太赫茲應用研究中心等。加上中國大陸也投入近百個研究團隊。 成像/先進行動寬頻應用潛力十足 在產業應用方面，除了第六代行動通訊6G可能導入太赫茲應用之外，在半導體材料、高溫超導材料的性質研究、斷層成像技術、無標記的基因檢查、細胞水準的成像、化學和生物的檢查，以及微波定向等許多領域都有廣泛的應用潛力。太赫茲頻譜能提供分子的基本結構訊息，如許多輕分子的轉動頻率、大分子或功能團震動模式的諧振頻率都處在太赫茲頻段；太赫茲頻譜也覆蓋了電子材料的低能激勵現象，凝聚態相位介質的低頻振動模式，固體材料的聲子、磁振子、電漿體激元以及液體分子震動等激勵現象。 而隨著對太赫茲特性的深入了解，THz可以成為自動光學檢查(Automated Optical Inspection, AOI)的下世代技術，利用太赫茲成像系統把目標物品的透射譜或反射譜(包括振幅與相位的二維訊息)進行處理、分析，可以得到物品的太赫茲影像，其高透性、無損性以及大多數物質在太赫茲頻段都有指紋譜的特性，使太赫茲成像比其他成像方式更具優勢。可應用於生物醫學、品質檢測、安全檢查、無損檢測等領域。 另外，太赫茲與可見光與紅外線相比，同時具有極高的方向性與較強的雲霧穿透能力，THz通訊可以極高的頻寬進行高保密衛星通訊。所以THz也將成為5G毫米波之後，6G的應用重點(圖2)。2019年3月15日，美國聯邦通訊委員會(FCC)投票通過開放95GHz~3THz頻譜，為6G應用暖身；歐盟也發起6G研究，針對前向糾錯編碼技術、高階通道編碼、通道調變技術進行研究，設定目標為6G傳輸速率超過100Gbps，使用高於275GHz的頻段；中國工信部也發動6G網路研究，目標下載速度每秒1TB，2030年投入商用。 圖2　太赫茲THz於未來無線通訊應用扮演重要角色 太赫茲產業發展如鴨子划水 根據產業研究機構統計，2018年，太赫茲技術市場規模約1.7億美元，預計2019~2024年複合成長率(CAGR)約26%。太赫茲零組件可以分為太赫茲源、太赫茲感測器，截至2014年，全球太赫茲零組件與系統的市場規模為5,600萬美元，預計2023年將成長至4.15億美元，CAGR為25.9%。以應用類型而言，成像應用2021年規模達2.48億美元，2016~2021年CAGR為26.8%；光譜應用2021年產業規模約0.22億美元，2016~2021年CAGR達7.4%，通訊領域的應用2016~2021年CAGR高達213.8%。 太赫茲的頻率很高、波長很短，具有很高的時域頻譜訊噪比，且在濃煙、沙塵環境中傳輸損耗很少，可以穿透牆體對房屋內部進行掃描，是複雜戰場環境下尋敵成像的理想技術，不過太赫茲與毫米波一樣波長短的特性讓訊號容易耗損，單就通訊距離來看，太赫茲在空氣中傳播時很容易被水分所吸收，訊號衰減嚴重，成像掃描需要在一定的距離範圍內。 但是，在某些情況下，有限的傳輸距離反而能成為優勢。因為大氣衰減能使訊號根本無法傳播到遠處敵人的無線電技術監聽機構，可實現隱蔽的近距離通訊。因此也傳出美國正在利用太赫茲傳輸距離相對較短、不易被截獲的優勢，研製通訊距離在5,000公尺左右的近距離戰術通訊設備，一旦成功也可能引發另一波軍備升級風潮。 正當資通訊產業還在忙於解決毫米波元件的成本、散熱、接收、整合性問題之時，6G的話題也悄悄蔓延，以過去成熟的技術為例，太赫茲儘管有許多技術優勢與應用潛力，但目前還處於研究階段，實際應用可能會從航太與軍事領域開始，待更了解技術特性之後，才會逐步導入商業化應用，此時需要開始發展標準、規範，並推動產業鏈的成形。 2030年是不是太赫茲進入商用的時間點，可能有幾個觀察指標，第一個就是5G毫米波技術的進展，現在毫米波應用還有一些瓶頸，未來幾年若能順利解決，有助於太赫茲商業化的推展；第二是太赫茲未來幾年在軍事、航太領域的發展概況，這兩個市場沒有商業考量，單純以技術的可行性為重點，若能證明前述太赫茲技術的各項優勢，對廠商而言就有更高的商業價值。新技術的發展總是令人期待，從現在開始的未來十年，「太赫茲」可能會越來越頻繁出現在人們的工作或生活周遭。

半導體完全依靠電來驅動，隨著應用的不斷擴展，元件複雜度與功能持續提升，電力電子要求強化系統能源效率、縮小體積等。然而，目前矽(Si)材料已逐漸接近性能極限，難以滿足新興應用、產品越來越高效的電力需求。氮化鎵(GaN)具有高開關速度、低損耗、小體積等優點，可以有效提升系統效率，並解決元件散熱問題。 近年來，GaN已開始加速導入至各應用市場當中，市場普及率亦逐漸提升。包括伺服器電源、電動車(EV)以及消費性電子產品的快速充電將是驅動GaN高度成長的關鍵市場。因此更多廠商看好GaN的產業潛力，也將加速技術的改善，包括更高效率、低成本的架構可以在整體競爭的態勢底下，吸引更多應用導入，帶給消費者更多、更好的產品。 GaN正進入消費性應用市場 雲端資料中心近年業務不斷成長，伺服器用電負擔高，希望能有效提升電源轉換效率，像是Google、亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)等系統業者，過往都是採用12V的電源架構，如今為了要提升電源使用效率，皆紛紛轉往48V電源設計架構，此時具備高開關速度、低損耗特性的GaN，便成為首要選擇。Transphorm亞洲區銷售副總裁Kenny Yim指出，汽車業也計畫導入48V電源供應系統，GaN元件要導入汽車產業，必須先通過AEC-Q101的汽車電子零組件可靠度驗證。 產業研究機構Yole Développementt(Yole)表示，與矽元件相較GaN是新興的材料，商用化的十多年來，是由高階高性能的應用推動，可提供高頻開關、低導通電阻和較小封裝尺寸，但在2019年，GaN已順利打入消費性應用領域，中國手機廠Oppo宣布在其新Reno Ace旗艦手機搭配的65W快充充電器中採用GaN HEMT元件。這是GaN功率元件首次進入智慧手機市場，而且有可能真正改變GaN產業發展。 而在車用市場，不僅是Transphorm，EPC也獲得AEC認證，而GaN Systems已獲得BMW i Ventures投資，預期在2020年獲得認證。Yole認為，GaN也可望打入工業和電信供電應用領域，包括資料通訊、基地台、UPS和工業雷射雷達應用。Yole預測，受消費型快充應用的驅動，GaN功率元件從2018~2024年，年複合成長率(CAGR)將高達85%，2024年產業規模將達到3.5億美元。 創新架構實現大電流直接驅動 GaN逐步顯現產業應用商機，吸引更多廠商投入，從製程生產的角度來看，Transphorm台灣區總經理王珈雯提到，目前GaN晶圓製造分為三個陣營，台積電、Panasonic與Transphorm，許多沒有晶圓廠的廠商都是委託台積電代工，再找封裝或模組夥伴合作。而Panasonic是與英飛凌(Infineon)合作生產GaN晶圓；Tranphorm則是唯一一家從晶圓製造、封裝、模組都自行完成的廠商，可以充分掌握元件電路設計特性，目前使用6吋晶圓，8吋晶圓預計2020年底完成驗證，2021年正式投片。 從技術架構來看，Transphorm 採用的是創新的Cascade架構(圖1)，Yim解釋，該公司的架構是在氮化鋁鎵(AlGaN)層上又加了一個介電質(Dielectric)；另一種e-mode架構則是在氮化鋁鎵層上加上了P-Gate，最主要的差異(圖2)在於e-Mode GaN需要配合驅動晶片，而該公司的Cascade架構則不需要驅動晶片，可以直接驅動，驅動電流也更大。 圖1　GaN元件Cascade與e-mode架構差異        圖2　GaN元件Cascade與e-mode架構各項技術優劣     目前，杭州中恆電氣(HZZH)已開發出一種基於GaN的高效功率模組，3kW ZHR483KS採用Transphorm的GaN元件，效率達到98%。該模組的輸入電壓範圍為85伏至264伏，而其輸出電壓範圍為42伏至58伏。Transphorm的TPH3205WS-GaN元件用於交錯無橋圖騰柱(Totem Pole)PFC，降低了功率模組的開關損耗和驅動損耗，因此ZHR483KS的性能優於以前使用Super Junction MOSFET的模組。 Yim說明，Transphorm在開發每一代GaN平台時都考慮了四個關鍵因素：可靠性、可驅動性、可設計性和可重複性。在連續導通模式(CCM)升壓PFC拓撲中，在200KHz和120Vac輸入的條件下，該公司Cascade GaN較超接面Si提升近1%的效率，隨著頻率的升高，GaN的優勢更為明顯。

剖析視覺辨識三方策略 觀察國際局勢，可窺見各家業者在方案開發上均期望可提供更高附加價值的數據分析服務(如Trigo Vision、Standard Cognition、AiFi、Sensei、Zippin、Grabango與Caper)，擴展不同服務內容，突破結帳系統商角色，朝向自動化智慧商店服務商定位，運用視覺辨識提升零售商對「商品」、「人」、「場」三方面掌控程度，如葡萄牙新創Sensei自主開發軟體演算法與企業級BI平台，將感測門市數據整合企業內部數據(如POS、ERP資料，以預測分析協助零售商優化營運與供應鏈決策。 以「商品」來說，庫存管理與銷貨分析為兩大服務方向，包括Trigo Vision、AiFi、Sensei、Zippin與Grabango等都提供商品庫存量、有效效期、商品錯置貨架的檢測。Trigo Vision平台透過時間與銷量的交叉分析，建議零售商庫存補貨的時間點；Zippin及Grabango則提供缺貨提醒服務。在銷貨分析方面，著重於曾被挑選但未購買的產品、熱銷品與促銷品等背後意涵解讀，藉此發現如產品定價過高、搭售組合吸引力不足等問題，同時搭配門市行銷活動評估廣告促銷成效。 以「人」來說，則透過影像辨識消費者行為、判讀個人偏好、推敲購物意圖，包括AiFi、Sensei等業者方案都感測逛店行為並將其數據可視化，如顧客店內行走足跡路線、是否成群購物、是否注意門市廣告看板資訊，了解各區域門市消費族群選購行為差異、各時段人潮客流數，搭配時間與地理變數進行交叉分析，調整各據點營運策略。 以「通路」場域來說，則透過攝影機追蹤商品或人於商店內各區塊位置的動態變化，進而檢視店鋪擺放設計是否仍有改善空間，幫助提袋率上升，以及透過門市熱點區域、顧客停留貨架時間、商品貨架位置資訊，以評估商店貨架擺放適切性。如Trigo Vision可即時追蹤整間商店，協助零售商了解新產品的熱門度(如瀏覽駐足與拾起頻率)，以及顧客購物傾向(如位於走道旁或於結帳櫃檯旁的零食甜點何者銷售較佳)。藉由通路數據分析回饋零售商，協助其重新梳理門市動線規畫與商品的貨架策略。 零售業對於科技應用通常抱持「既期待又怕受傷害」的心態，不確定資本投入是否能回收並達到預期效益。就目前國際業者於視覺AI自助結帳服務市場的產品布局來看，可發現各家採取差異化策略，高準確度商品辨識與顧客追蹤為必備功能，但如何能在不影響辨識能力前提下，縮短系統導入時程、減少建置成本，將決定零售商是否買單。 資策會MIC產業分析師廖彥宜 視覺AI大規模商轉有賴產業生態垂直整合 以電腦辨識技術為核心的自助結帳方案仍處發展初期階段，若要達到大規模商用運轉，且能永續營運，需以長線思維建立完整視覺AI自助結帳服務生態系，利用軟硬整合的銷售服務模式，將視覺AI技術整合硬體設備(如POS機、Kiosk、工業電腦等)，結合SI業者提供整合性方案，串接零售垂直領域產業鏈。 視覺AI業者可與零售硬體設備商合作，藉商品辨識技術、判讀模型提供，收取技術授權費，將AI演算法與支付應用透過API結合終端POS機，提供視覺AI結帳服務，此也提升傳統POS機台的服務價值。 另外，亦可依據零售場域型態(如門市坪數、商品數、銷售量等)，收取差異化授權金與月租費，並透過SI業者提供平台維運(如商品上傳管理)與系統介接客製服務。 面臨零售市場激烈競爭，零售商嘗試透過新興科技應用，提升消費者通路體驗。觀察國際，除了自行研發外，有較多資本的大型零售業者也願意投資新創，透過取得股權的方式穩定技術來源，與AI業者建立長期合作關係，依據自家不同通路規模量身規畫適切的解方，改善自家通路服務環節。 對AI自動結帳服務業者來說，能取得零售商的資金支援，無異拿到試驗場域的門票，不僅有實地測試的機會，技術與解決方案也初步獲得市場肯定，有助後續取得與其他零售通路商合作機會，強化市場及銷售通路，也能縮短進入市場的準備期、加快自家視覺AI結帳系統迭代的改良速度。 例如，2018年葡萄牙新創Sensei獲德國零售商Metro與葡萄牙零售商Sonae共同投資50萬歐元(約55萬美元)；2019年10月以色列新創Trigo Vision取得全球第三大食品零售商英國Tesco投資(金額未公開)，也開放業者進入總部超市試點，架設160台攝影機測試辨識準確度。 2019年6月美國新創團隊Zippin亦取得巴西最大零售商Lojas Americanas SA投資，其有別於市場其他同業單一影像感測作法，Zippin蒐集兩大感測來源數據，包括天花板攝影機與貨架重量感測器，較高準確辨識度與較低導入成本優勢為Zippin獲得資金主因，除了巴西里約外也將部署於聖保羅通路門市。 一套企業級視覺AI結帳系統應具備能處理不同坪數規模通路能力，建立與下游零售客戶的夥伴關係，有助於AI業者設計出符合零售商需求的解決方案，透過協同設計、協同開發的合作模式，獲得專業技術支援與實地場域驗證，能加速產品服務上線時程。 例如，影像辨識結帳AI業者Grabango深化與零售商合作，2019年選擇與擁有技術團隊且對零售科技布局態度積極的美國大型連鎖超市Giant Eagle結盟，Giant Eagle有各種規模的門市可供測試，從80坪到2,800坪的通路均納入測試範圍，雙方提供己方技術優勢，透過合作共享彼此資源、減少成本並發揮最大效果，產生策略綜效。 自助結帳技術方面Grabango擁有17項專利，宣稱其系統具高擴展性，可部署於超過3萬坪大型門市、一次追蹤上百名顧客以及數十萬個品項。Giant Eagle的技術團隊能協助系統整合、專案管控、盤點掌握關鍵流程，零售商的角色從客戶轉成生態系的共生夥伴，依據旗下474間各種不同規模門市協同規畫客製化解決方案，亦於美國喬治亞州設辦公室供雙方技術團隊進駐，並藉地利之便吸引鄰近匹茲堡技術人才。 實證場域試驗力保AI通暢運作 要使自助結帳系統順利運作，最直接方式即為與零售商合作，零售商會先選定旗下一至兩個通路測試，雙方就客製化方案導入細節討論，如是否整合生物辨識身分認證、支付介面/選項，透過實際服務驗證，調整符合需求方案，搭配零售營運流程、商品外觀、貨架擺設的重新設計，確定最適服務內容後再擴大至其他門市；以Trigo Vision為例，其與超市業者Shufersal的協議中，甚至還保證該超市業者在以色列市場有專營Trigo Vision系統的權利。 綜整視覺AI自助結帳業者與在地、海外零售商合作試點概況，包括Trigo Vision、Grabango、Caper、Tiliter、Imagr、AiFi、Standard Cognition等，試驗區域橫跨美、歐、亞三大洲。合作對象主要以當地大型零售商為優先選擇，初步試驗後持實證成果與跨國零售商洽談，為進軍國際市場鋪路。 圖1　視覺AI自助結帳服務系統生態系 例如2019年5月以色列新創Trigo Vision與當地最大連鎖超市Shufersal合作，預計五年內完成280家門市導入，而後入駐英國超市Tesco 85坪大總部；而紐西蘭新創Imag也從當地超市Foodstuffs、Farro開始部署，2019年10月與日本零售商H2O Retailing簽訂合作意向書。 美國新創AiFi則將重心放在歐洲市場，已與荷蘭、波蘭與瑞士等國零售商合作導入，並於2019年1月與家樂福合作於法國進行六個月的技術測試(約17坪、1,500個品項規模)，僅開放內部員工使用，採刷臉與家樂福App支付，亦是目前國際上視覺AI方案中，唯一納入刷臉支付的案例。 當體育賽事娛樂導入AI自動結帳服務，不僅能快速紓解球場內壅塞的排隊結帳人潮，還能以智慧科技帶給球迷創新體驗感受，美國職籃與職棒已分別有球隊宣布在球場導入視覺AI自動結帳服務，顯見該市場未來潛力可期。 2019年9月Standard Cognition與美國職棒紅襪隊合作，預計於將在2021年4月啟用的主球場Polar Park開設自動結帳商店，球迷可透過Standard Cognition App或球場Polar Park...

2018年10月彭博(Bloomberg)商業周刊報導，伺服器代工業者美超微(Supermicro)的伺服器主機板上有一個不明晶片，並懷疑該晶片可洩漏機敏資訊。此報導引起軒然大波，即便事後多方業者否認澄清，但此報導已使業界對伺服器是否能在硬體面洩漏機敏資訊產生疑慮。 有資安專家提出，現行伺服器的主機板上多設有電路板控制晶片(Board Management Chip, BMC)，該晶片的韌體更新並未強制要求安全認證程序，若更新為不明來源的新版韌體，確實可能成為資安漏洞。 就在Supermicro事件的前一年，Google在其Google Cloud Next 17'盛會期間發表自有防護晶片Titan(圖1)，並將晶片配置於其GCP(Google Cloud Platform)雲端服務機房內的伺服器上，確保伺服器各項更新的安全性。到了2018年8月，Google進一步在其所推出的消費性硬體產品上，搭載以Titan晶片構成的安全防護金鑰。 圖1　Google的公有雲服務GCP在其機房內的伺服器嵌入Titan安全晶片 例如在2018年10月發表的Google Pixel 3智慧型手機，內部即有一顆專為行動裝置設計的低功耗Titan晶片，稱為Titan M。該晶片負責把關手機安全程序，用來防護密碼與作業系統，防止使用者以手動技術方式換替、修改手機出廠前預裝的作業系統，即俗稱的惡意刷ROM。 蘋果(Apple)則是在2016年版的MacBook Pro中內放入自有的安全晶片T1，並於2017年進一步推出T2。T1、T2安全晶片為蘋果自有的規格標準，既非可信任運算群組(Trusted Computing Group, TCG)提出的可信任平台模組(Trusted Platform Module, TPM)，也非全球平台(GlobalPlatform)提出的可信任執行環境(Trust Execute Environment, TEE)。不過，蘋果於2020年2月宣布加入FIDO(Fast IDentity Online)聯盟並取得董事席位，顯見其未來將逐漸靠攏FIDO。 由於Google的Titan晶片本身即為合乎FIDO標準的防護金鑰，因此在蘋果也開始向FIDO靠攏後，可以預期的是，FIDO將成為硬體防護的主流標準。 FIDO標準概述 由於電腦與手機解鎖方式逐漸多樣化，如指紋解鎖、臉部解鎖等，不同技術與組件業者的方案各有不同、各行其是，導致電腦與手機等系統業者在整合、替換上的困難。因此，多家科技業者在2013年籌組FIDO聯盟，並在2014年頒布辨識技術實現上的一致依循FIDO標準。 FIDO可再細分兩項子標準，即生物特徵辨識的UAF(Universal...

蘇軾有一首詩《竹外桃花三兩枝，春江水暖鴨先知。蔞蒿滿地蘆芽短，正是河豚欲上時》，有許多美食家喜歡引用這首詩，藉以比喻在這個時令應該享用的美食；在企管領域也有人會引用《春江水暖鴨先知》這句詩詞，來隱喻對市場景氣變動的敏感度。如果我們將這句詩詞，引用到目前因為「防疫」所引發的各種社會現象，你會想到什麼？ 全球因為新冠肺炎(COVID-19)疫情而引起的經濟恐慌訊息，已經普遍的在各類型社群媒體裡流傳，雖然瞭解總體環境改變的趨勢很重要，但是面對因為全球抗疫，所引發的經濟型態改變，嚴格來說，暫時是無計可施的，目前最好的方法就是持盈保泰，接受目前的現況，冷靜的假設思考，如果這波疫情還會持續發展，未來可能的情境是什麼？可能會帶來下一波什麼樣的衝擊？我們又應該要有什麼樣的超前部署？ 這番話的道理很淺顯，但是知易行難，因為不願意立即接受現況，將希望寄託於個人想像的未來情境，是人類的生存天性，我們的行為模式往往會不自覺的受到生存天性的影響，甚至融入在決策行為當中。例如目前直接受到內需衝擊影響的餐飲業，外出用餐人數快速銳減的現況，迫使餐飲業者紛紛推出降價促銷的行銷方案，很快的，就會發現這招的效果不彰，因為人們是因為害怕用餐環境的群聚行為，可能導致的感染風險。雖然優惠折扣是消費者「想要」的，但是與防疫的「需要」相比較，「想要」當然是被優先斷捨離的對象。 為什麼會產生這樣的錯誤行銷決策？因為多數的行銷人員沒有接受理性分析的訓練，習於落入慣性思考的陷阱，在熟悉的領域待的愈久，就愈可能產生認知的「固著」(Fixedness)現象，對事物的功能或結構，形成直覺式的反應。 所以在管理學上有一個科學的方法被稱為「情境分析」，就是要引導人們思考未來多樣性的不確定情境，在「未來是不確定」的前提下，觀察各類型社會經濟活動指標的發展趨勢，即使是微小的跡象，也要順著脈絡邏輯，合理的推論想像未來情境。情境分析的最終目標，不是要明確的找到未來會發生什麼事，而是要運用合理的邏輯與擴散思考，協助企業或組織，想像規劃未來幾年內，企業可能會面臨到的內部與外部情境，提早建立因應策略以準備未來的需要。 許多情境分析的訓練，都會要求參與者依據目前的趨勢現況，再延伸去想像多個未來完全不同的情境，在擴展思路的過程中，不能瞎子摸象，必須要合乎邏輯的循著趨勢脈絡想像未來情境，過程中往往也需要探索未知領域的數據或市場規模，而最後的推論結果，必須具備足以說服他人的合理邏輯性。也就是說，合理的邏輯推算過程，所產生的結果才會具有說服力，不合理的推算過程，就算是結果與事實相距不遠，也只能視為是一次偶然的幸運。 邏輯推論技能屬於內隱心法，不能只仰賴外在學習環境，還必須持續不懈的推敲練習，將邏輯思考內化為個人心隨意轉的邏輯力，不斷練習擴展邏輯思考能力的方法有很多種，其中較實用又輕鬆有趣的方法被稱為「費米推論」。這是諾貝爾獎得主恩里科．費米(Enrico Fermi)的特定思考推論方法，學習透過合理的邏輯推論找到可能的答案。 費米教授成就非凡，知名諾貝爾獎華裔科學家楊政寧、李政道，都是費米教授指導的學生，他成功研發出世界上第一座原子反應爐，科學界為了紀念他的成就，將原子序100的超鈾金屬元素命名為「鐨」(Fermium)，在化學元素週期表中標記為Fm，而且在量子物理學中的基本粒子「費米子」(Fermion)，也是為了紀念他的非凡成就而命名。此外，在科學界至少就有30項事物被冠上「費米」的名稱，不難想像費米教授在科學界是多麼的令人敬仰。 美國哈佛大學教授克里斯汀生(Clayton M. Christensen)於1995年提出「破壞式創新」(Disruptive Innovation)觀念理論至今逾20年，他很明確的指出，破壞式創新的發展機會，是來自於既有業者忽視的低階市場與新興市場。因為既有業者忙著滿足高利潤顧客的挑剔要求，反而會忽視較不要求的低利潤顧客，如果這個時候有其他的業者，能夠提供低利潤顧客「夠好的」產品或服務，他就是既有業者的「破壞者」。 至於新市場的「破壞者」，則是要創造一個過去完全不存在的市場，找到一個方法，然後將「非消費者」改變成「消費者」。例如愛迪生發明電燈，是一項創新的發明，但直到他發明鵭絲燈泡，建立電廠，讓消費者使用電燈的成本，遠低於使用油燈，才算是一項破壞式創新。 破壞式創新的特點在於，先訴諸低階市場或未被滿足的消費者，然後再逐漸的移往主流市場，在既有業者不注意的情形下蠶食侵蝕，當既有業者發現主流市場被割據時，已經是無法再挽回的事實。就像低廉的電燈，讓消費大眾放棄使用油燈。 多數醫學專家認為，直到疫苗的推出，才是疫情終止的時候，呼籲大眾要將新冠肺炎視為流感，要有長久相處抵抗的心理準備。假設此推論為真，就表示全球必須建立長期抗疫的思維，此時不妨試著運用「情境分析」與「破壞式創新」的概念想想，在未來6個月內，消費者會產生什麼樣的需求，許多被新冠疫情改變的消費行為，企業固有的營運模式或服務型態，是不是也應該要跟著轉變。 當愈來愈多企業實施在家遠距上班，社區內的咖啡廳能提供什麼樣的服務給居家工作者？或如何改變外送食物包裝，讓消費者更安心的訂購？或開發噴霧消毒機器人，白晝充電，夜半防疫；或改良95度酒精瓶，讓消費者買回家後依刻度加水，就可以調配成75度酒精；或研發可以多次重覆使用的低價口罩，節省口罩的耗損；或設計更舒適的成人紙尿褲，讓老中青世代都便利穿戴；或設計機器人協助醫院採樣病毒檢體，讓醫護人員更安全的站在防疫第一線，讓病人更有尊嚴的配合抗疫。 疫情嚴峻，正好也是思考如何改變的時候，過去的組織變革阻力，目前可能正處於真空期，以前組織不敢試驗的方法或場域，現在很可能是最佳的測試時機，甚至是重新思考改變作業流程的最佳時刻。積極防疫時，更要敏銳洞察《春江水暖》商機，掌握《鴨先知》的谷底反彈契機。

觀察這些應用領域需求可發現，若將晶片需求分為小體積、低延遲、低成本、高效能、低功耗等五大需求，對於半導體晶片的功能與規格皆不相同，如穿戴裝置主要著重在小體積、低功耗、低成本等需求，對於效能及延遲性要求相對較低；資料中心則為了因應高速運算的需求，因此較著重在高效能、低延遲的快速反應能力。 資策會MIC產業分析師黃馨 手機/醫材/自駕車　晶片需求大不同 針對上述所提到的五大晶片需求，以下將以手機、智慧醫療器材及自駕車等三個應用領域產品作為舉例，透過這三大應用領域的需求剖析，可發現未來晶片的發展不僅將朝向更多元件的整合，且隨著產業需求的不同，未來晶片將朝向客製化的走向發展。 手機著重RF模組整合 為因應不同通訊階段的頻譜要求，手機內整合的元件也有所不同，特別是在RF射頻模組的整合。RF前端模組主要包含功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)、濾波器、開關和被動元件等，讓訊號能夠在不同頻率下進行收發。隨著未來頻段的要求變多，RF模組除了需要有更高的整合度外，未來面對5G毫米波的興起，為了滿足高頻寬、低延遲及大量連線等需求，天線和RF模組必須整合，也因此未來通訊相關模組的元件整合將變得更加多元且大量。 醫療影像器材體積減小/元件增加 以腸胃鏡為例，過去腸胃鏡長度達200公分，對於彎曲的小腸檢視無法輕易達成，且易造成病患不適，膠囊內視鏡應運而生。相較傳統腸胃鏡，膠囊內視鏡大小僅有長2.6公分、寬1.1公分，膠囊內包含微型照相鏡頭、光感測器、影像傳輸器、迷你相機等元件。 未來，生物學家更提出微生物組療法，透過在細胞中植入感測器及記憶體組件方式進行疾病診斷，因此可發現，醫療影像器材體積逐漸減小的同時，整合元件數卻將持續增加。 自駕車整合感測元件/處理器/記憶體 為了賦予自駕車具備感知外界環境的能力，現階段自駕車的發展著重於搭載各種感測器做為感知媒介，包含光達、雷達、相機等。隨著未來自駕車等級的進步，對於自駕車中的電腦系統要求，將從現在的駕駛輔助到未來的完全自動化駕駛，效能要求的遞進不僅使得未來自駕車元件模組增加，同時配合自動化回應的趨勢，感測元件必須將感測內容，快速傳遞至處理器並迅速做出反應，因此感測元件與處理器及記憶體的整合，將成為未來的發展重點。 未來晶片趨向異質整合/客製化  從上述的三大應用領域需求可發現，未來晶片的發展不僅將朝向更多元件的整合，且隨著產業需求的不同，未來晶片將朝向客製化的走向。 隨著市場需求的發展，產品複雜度的提高使得整合元件數目隨之增加，若將處理器元件比作人類大腦，現階段產品需求，主要著重在創造更大容量且更快速運算的大腦。然而隨著通訊需求的提升，未來更重視提升大腦與外界聯繫的速度，以及透過加入眼、耳、口、鼻、手等感測元件進行感知，甚至增加大腦在感知後自動判別並執行反應等功能，因此處理器加上各式元件的做法，將成為未來產品發展趨勢。 終端產品逐漸走向多晶片且客製化的方向前進，晶片製程因為摩爾定律趨緩，開始走向透過封裝方式進行異質晶片的整合。 過去，半導體產業以摩爾定律作為主要依循的準則。根據摩爾定律定義，每隔18個月，積體電路上的電晶體數量將成長一倍，受惠於摩爾定律持續的發展，2018年，整體半導體產值達到4,800億美元的收益。 儘管台積電等晶圓代工龍頭持續挺進5nm、3nm的製程，但仔細觀察近年來摩爾定律節點成本的改變，在14/16nm之後，晶圓生產成本持續變高，摩爾定律將無法達到過去規模經濟的效益。此外，終端需求對於成本、效能、體積以及整合程度的要求日漸提高，在面對成本日益增加、終端產品走向高複雜化的情況下，晶片的整合成為半導體產業界越趨重視的方法。 晶片功能整合方式主要可分為系統單晶片(SoC)以及系統級封裝(SiP)兩種。 SoC整合度與成本皆高 系統單晶片是透過電路設計的方式，將數個功能不同的晶片整合在同一個晶片上，這樣的晶片整合程度相當高，效能表現也很好。然而由於SoC的功能整合僅限於使用同一製程技術的晶片，對於整合元件中，因考量製程成本而採用較低階製程的感測元件或MEMS等功能元件，將無法與採用先進製程的處理器、記憶體進行SoC晶片整合。 此外，SoC的開發成本卻也相當高，如台積電7nm的系統單晶片開發成本已接近3億美元，未來進入5nm世代後，更上看5億美元，也因此SoC主要用於生產量大且生命周期較長的產品，目前全球能夠投入先進製程的IC設計業者，也只剩下少數龍頭與系統大廠。 SiP異質整合超越摩爾定律 為因應SoC所面臨的製程瓶頸及開發成本過高的挑戰，系統級封裝的概念開始被半導體業界廣泛採用，更被定義為是超越摩爾定律的重要方式。SiP突破SoC的整合限制，將數個功能不同、製程不同、來源不同的晶片，透過封裝整合在同一個基板上，成為一個具備多元功能的晶片，這類的整合概念就是現在所指的「異質整合」。 隨著近年來系統級封裝技術的演進，晶片堆疊封裝使得晶片面積有效縮小，開發成本也較SoC來得低，晶片整合上更具彈性，也因此近期被廣泛應用在上市時間較短的消費性電子產品上。 3D封裝提升晶片傳輸速度/效能 異質整合的晶片模組發展越趨複雜且多樣化，技術難度也越來越高。從傳統的2D平面封裝逐漸朝2.5D封裝邁進，2.5D的封裝方式是讓晶片並排，並採用中介層(Interposer)和重分部層(Redistribution Layer, RDL)的設計進行晶片整合，透過晶片與基板間的中介層連接，大幅提高封裝接腳的訊號密度，提高傳輸速度及效能。 近年來，將多晶片垂直堆疊的3D封裝更逐漸成為業界發展重點，透過晶片間矽穿孔(Through-Silicon Via, TSV)的互聯技術傳遞訊號，TSV的串接使得晶片間的距離更短，晶片傳輸速度更快、效能更佳，整體的晶片整合度也更好，目前最廣泛的應用在多顆高頻記憶體與處理器的堆疊上。 隨著製程難度的提高，異質整合面對的挑戰也將趨於複雜。首先，異質整合使得晶片在同樣面積下，堆疊多個晶片形成多層3D架構，當晶片堆疊的緊密程度提高，晶片間散熱面積也將隨之減少。此外，晶片距離的縮短及單一晶片中越來越多的運算單元，將使電磁干擾的問題越趨嚴重，異質晶片整合度也將面臨巨大挑戰。 過去半導體產業鏈各自分工，現今隨著製程發展，面對日益增加的異質整合技術挑戰，未來半導體上中下游的價值鏈將須緊密合作，以通力解決異質整合問題(圖1)。 圖1　異質整合挑戰與半導體產業鏈關係改變 異質整合的立體堆疊架構下，多維度雜訊將比過往的訊號干擾更加難以處理，因此除了EDA廠商須提供IC設計廠更多樣化的模擬工具進行多類型訊號模擬外，在產品設計之初，整體產業鏈也需有更多的上下游溝通，包含訊號完整度、電源完整度等技術，未來皆需以產業鏈偕同模擬的方式進行。 與此同時，多層的3D架構使晶片散熱面積減少，不只須仰賴材料及設備廠提供更多創新的材料來克服發熱問題，產業鏈也需透過熱模擬的方式，找出功耗較低、散熱效能較高的晶片及導熱效果較佳的封裝架構。 產業鏈緊密串連必不可缺 異質整合晶片來源、製程的不同，使得整合難度上升，晶片必須透過系統級的完整分析及3D模擬，避免系統分割時區塊不夠精確的問題。另外，晶片的厚薄與晶片的精準堆疊也是異質整合相當關鍵的成功要素，也因此，未來上下游協同設計將成為產業發展的趨勢。 面臨異質整合的技術挑戰，未來半導體產業鏈關係將需要透過更緊密地協同設計、協同模擬等方式進行合作。 然而由於看好異質整合的發展效益，產業鏈中的IC製造廠及EMS廠紛紛依循自身優勢投入IC封測產業，面對這樣的產業鏈分工重組，未來IC封測廠將會有部分產品及技術與IC製造廠或是EMS廠重疊的情形，因此產業鏈競合關係將有所改變，面對封測業務市佔將被瓜分的IC封測廠而言，在未來垂直應用領域的客製化市場中找尋快速商用化的模式將是IC封測廠未來的利基。 (本文作者為資策會MIC產業分析師)  

2020年2月，隨著台灣兩個階段的5G頻譜競標作業底定，也意味著台灣將正式進入5G元年。事實上，最近兩年以來，5G就一直是科技媒體、論壇、展會、新創圈最熱門的主題之一，不管與5G的關聯性有多高，業界似乎都希望藉由5G議題的高關注度來吸引注意。不過，與其盲目地蹭5G、跟流行，不如好好思考如何善用5G，發揮真正的優勢。 5G只是比4G更快？ 許多對5G一知半解的人，經常說5G就是比4G更快的新一代行動通訊技術。這句話其實只講對了一部分，總結來說，5G技術有三大特色：高頻寬、低時延、大連結。所謂的高頻寬，指的是5G傳輸速率比4G提升10~100倍，達到1Gbps以上；另外低延遲是指5G的時間延遲比4G減少10分之1以上，達到0.001秒；大連結則是指每平方公里可支援上百萬個裝置。 因此，如果拿5G跟4G相比，除了速度更快之外，很重要的差異有兩個：第一是時延更低、幾乎達到同步，這樣就能達到一些過去4G較難做到的事，例如遠端開刀，醫生不會因為影像延遲而影響用刀的精準度，自駕車也不會因為時延太長而影響車聯車(Vehicle to Vehicle, V2V)通訊，可大幅加快反應速度；第二是可同時支援的裝置更多，得以串連非常多的物聯網裝置，包括所有的家電、水表/電表、汽車、路燈、監視器、工業機台都能聯網，真正實現萬物聯網的目標。 從這個角度出發，如果業者要發展5G的相關應用，就不應該只是關注速度更快這件事，而是可以思考如何發揮更低時延、更多連結的特點，從智慧醫療、工業4.0、智慧城市、車聯網、物聯網等方向去探索創新的商業模式，如此能夠擁有跳脫現有4G網路基礎建設之下競爭格局的機會(圖1)。 圖1　5G關鍵技術及應用場景 5G的焦點還是手機？ 在5G主題的成功案例或應用場景中，最常見到的大概就是球場的5G VR/AR互動體驗、明星5G直播陪伴等消費性應用，儘管這樣的畫面對民眾而言比較有感，也更容易掌握5G的技術特性，但不免讓消費者或業者有種誤解—5G還是聚焦在手機的應用。 如果回顧行動通訊技術，從2G、3G、4G一路到5G的演化歷程，人們可能有注意到，過去2G到4G幾乎都是以手機應用為主，讓消費者的溝通方式從語音、文字影像到視訊，並且實現隨時隨地高速上網的目標；但進入5G世代後，將從人與人的連結邁向萬物聯網的願景，包括人與物、物與物之間的通訊將日益緊密，焦點絕對不會只有傳統的手機及平板電腦。 以此觀察，5G在各種垂直產業的應用，將更具潛力、且有更高附加價值的切入點。舉例來說，5G在車聯網的應用就相當受到矚目，一旦具備高頻寬及低延遲的5G聯網能力，就可實現車聯車、車聯基礎設施(V2I)、車聯行人(V2P)等V2X(Vehicle to Everything)應用，不僅可快速下載圖資及掌握即時路況，車用多媒體娛樂系統也將大幅升級，並可從車聯網延伸到智慧交通和智慧城市等領域。 台灣大哥大總經理林之晨就認為，5G的發展歷程將有三個階段—2019~2020年將以影音串流、VR/AR內容及雲端遊戲等娛樂應用為主；2020~2022年開始出現緊急醫療、無人機運輸、工業安全、智慧製造等專屬網路產業應用；2022年之後則將邁向智慧城市、智慧交通、智慧電網、智慧機器人等巨量聯網應用(圖2)。 圖2　5G裝置成長圖 電信業者仍是老大？ 從4G時代開始，業界就一直在討論電信業者的角色轉變，已經不能再當「笨水管」(Dumb Pipe)，而是要積極轉型，發展多元型態的內容、產品及服務，尤其是5G商業化之後，更要結合大數據、人工智慧、物聯網等技術，在消費市場以外拓展更多的應用版圖及商業模式。 儘管電信業者仍掌握核心的基礎建設及行動通訊服務，但可以預期的是，為了讓各種垂直產業的場景落地實現，電信業者勢必得擺脫過去的老大心態，尋求與不同產業進行跨界合作與業務融合，包括媒體、娛樂、公用事業、金融、醫療、交通、教育、農業等產業在內；但以公司規模及產業生態來說，電信業者如何放下身段，尊重或倚重不同業別的領域知識、通路、分潤模式，確實還需要不少磨合。 儘管5G的產業應用可能不會像一般消費市場發展那麼迅速，但電信業者已注意到相關商機，也開始吸納更多元專長的人才(圖3)。遠傳電信總經理井琪就曾表示，迎向5G新世代，遠傳將超越傳統電信商角色，轉型為數位服務提供者，組織人才不僅要擁有基礎資訊工程知識，還要具備多方面的斜槓技能，才能跟上這一波的數位轉型，例如之前派遣許多員工前往越南，協助織布廠進行智慧驗布，透過5G服務為傳統產業進行升級。 圖3　不同行動通訊技術之預估用戶分布圖 5G是神科技？ 在部分業者勾勒的5G願景中，一般民眾的生活及各行各業都會帶來很大的變革，把5G描繪成一種神科技，似乎期待5G能帶來劃時代的突破；但其實光是5G技術並無法完整實現這些美好想像，必須搭配人工智慧(AI)、邊緣運算(Edge Computing)一起發力，才可能真正改變科技世界甚至人類的生活樣貌。 高通(Qualcomm)副總裁暨台灣與東南亞區總裁劉思泰就表示，5G與AI密不可分，未來終端產品將變得更加聰明與多元，且在邊緣運算的網路架構下，可以提供過去做不到的智慧應用服務，無論效能、隱私、安全都會提升，網路傳輸也會更有效率。根據高通預估，2018年具有AI功能的終端裝置只有10%，但到了2025年將會達到100%。 舉例來說，在智慧醫療應用方面，5G固然可以實現遠距醫療、居家照護等服務，例如藉由5G高速傳輸4K現場影像及零時差生理數據，並在遠端進行手術教學，但還必須搭配AI影像辨識、邊緣運算、室內精準定位等技術，才能完整實現智慧急診室、智慧開刀房的場景。 又如VR/AR的產業應用，也有賴5G與AI的整合，在深山峻嶺或其他危險地區，可透過5G無人機基地台傳輸訊號，透過AR來引導現場工作者進行危機處理；在機場、車站、球場等大型場域，如要提供VR/AR廣告或其他服務，光有大頻寬的5G網路還不夠，還需要AI電腦視覺、空間感知、室內定位導航等技術的配合，才可能創造全新的虛實整合場景體驗。

Cisco在網路晶片設計上深耕多年，過去從未採用晶片獨立銷售策略；而今面對市場變化，愈來愈多的企業放棄自行搭建私有網路，轉而使用雲端服務，考慮市場空間萎縮，加上大型資料中心技術架構的改變，對交換器與路由器網路設備市場皆造成衝擊，直接影響Cisco的核心業務收益，此次Cisco決定單獨出售交換器晶片，而這也是Cisco近年來最具突破性的銷售策略。 上述市場變化也促進大型資料中心與雲端服務提供商的發展機會，然而大型雲端服務提供商常有白牌交換器採購搭配自家開發的軟體方案的部署策略，因此交換器品牌業者近年來也陸續提出開放式解決方案，與白牌代工業者共同競爭，市場版圖挪移也逐漸侵蝕Cisco的市占率。此次Cisco決定單獨出售交換器晶片即是回應市場變化，亦為Cisco近年來最具突破性的銷售策略。 新的銷售策略包含客戶得以因應不同的商業模式採購所需技術，對Cisco來說，Silicon One不僅會為Cisco自家產品所採用，還可以直接對各大服務提供商及其潛在合作夥伴進行出售，新品發布的同時，Cisco也表明目前主要出貨客戶為Microsoft與Facebook。 帶領Cisco進入交換器晶片市場的產品主要是網路矽晶片架構Cisco Silicon One，以及建基於全新矽晶片的Cisco 8000系列電信等級的路由器產品。 Silicon One的最大亮點是提供統一的可編程矽晶片架構，其將助力營運商降低營運成本，並在更短的時間內推出新的業務服務；而單晶片系列也允許針對不同應用程序執行各種網路相關的功能，如回程、核心、邊緣與交換等，在性能上確然有其優越之處。Silicon One也是第一款設計用於電信營運商、大型雲端服務供應商、在網路規模市場中通用的網路晶片，未來將成為Cisco路由器產品系列的基礎，在性能上，網路傳輸效能高達每秒25Tbps。 首款Silicon One「Q100」型號可在不影響可編程性、緩衝、能源效益且保持功能彈性的情況下，提供超過10Tbps的網路頻寬，新產品在定位上標榜大容量、低成本的優勢，彰顯Cisco切入市場的發展利基，希望藉此滿足大型雲端服務業者對容量及性價比的需求。 交換器晶片大廠動態與新品盤點 Marvell自2018年起陸續進行多個併購案，首先是2018年收購伺服器處理器知名廠商Cavium，取得ARM處理器架構開發的ThunderX系列產品；2019年後再分別買下特定應用積體電路(Application-specific integrated circuit, ASIC)業者Avera與乙太網路IC設計業者Aquantia，希望在ASIC領域再下一城。 原本Marvell在伺服器、交換器、儲存裝置就已經有對應產品，其看重Cavium在系統單晶片(System on a Chip, SoC)處理器、網路通訊、安全晶片等領域的優勢，希望能夠增加產品完整性，為客戶打造更完整的平台，在技術實力提升的同時，進一步往雲端、邊緣互連、全覆蓋等面向轉型，並深耕基礎設施、雲端控制、物聯網層級領域，最終切入資料中心市場。 得益於對Cavium的收購，2019年3月，Marvell發布了將會應用於邊緣運算市場的交換器晶片Prestera CX 8500(以下簡稱CX 8500)，最高可支援12.8Tbps頻寬，除頻寬表現亮眼外，更大的特點是模組化晶片設計給CX 8500充分的靈活性，多核封裝下的晶片可支援業界最高的一千個Port，將原有的資料中心四層架構精簡為兩層，對成本的降低和維運管理性都有很大的幫助。 為邊緣運算處理而生的CX 8500可根據不同需求增減模組中的晶片數量，進一步為客戶打造客製化解決方案，尤其邊緣運算數據量不比雲端運算規模，不見得需要到12.8Tbps的傳輸需求(一般會出現1~4T不等的頻寬需求)，此種應用就較適合選用Marvell的解決方案。 作為一款模組化的晶片，CX 8500在可擴展性、散熱性以及I/O連接埠方面更具優勢，除了彈性支援2~12.8Tbps傳輸需求外，其在功耗上的表現，以數據流量增加一倍的情況下計算，系統功耗只增加20%；此外CX 8500還提供25Gbps和50Gbps兩種輸出入(Input/Output, I/O)選擇，最多支援1,000個連接埠，遠高於傳統交換器IC所支援的128個連接埠數目，進而在系統層級降低35%以上能耗，並多出25%的總暫存空間，性能表現相當良好。 收購Barefoot Networks...