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  聯電/美國司法部達成認罪協議　繳納罰金並協助後續調查
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  纏訟多年的聯電協助福建晉華竊取美光(Micron)營業機密一案，如今正式宣告落幕。日前聯電曾向美國司法部提出以6000萬美元罰款換取達成認罪協商的條件，獲美國司法部接受。美國司法部除了對聯電裁罰6000萬美元外，並要求聯電在本案後續對福建晉華的調查工作中，扮演協力者角色。根據美國司法部的新聞稿，該機關已與聯電達成認罪協商，司法部同意撤銷對聯電原來的指控，包括共謀實施經濟間諜活動、共謀竊取多項美光營業秘密、其他和專利有關的指控，以及可能從4億~87.5億美元的損害賠償及罰金等。聯電則承認侵害一項美光的營業秘密，同意支付6000萬美元罰金，並在3年自主管理緩刑期間內，與司法部在調查、起訴本案另一家共同被告福建晉華的過程中，扮演協力者的角色。美國司法部於2018年指控聯電與中國福建晉華共謀竊取、傳送與持有美光跟製造動態隨機存取記憶體(DRAM)有關的營業秘密，並起訴曾任台灣美光總經理、聯電副總經理的前福建晉華總經理陳正坤，及自台灣美光跳槽聯電的何姓和王姓工程師，3人被控竊取美光技術後轉移給福建晉華。聯電與福建晉華在2016年簽訂合作協議，雙方將共同發展DRAM製程技術。為完成此一計畫，聯電對外招募相關工程師。在招募人力時，聯電已有明文規定，不允許任何員工攜帶前公司資訊到聯電，且針對自身與他人營業秘密已有多項保護與防免政策與措施。但2位涉案的台灣美光前員工仍違反相關規定，將老東家的資訊帶進聯電，並在工作過程中參考。聯電察覺此事後，立刻採取必要措施，但由於美國相關法律規定，即便員工在公司不知情的情況下違反規定，侵犯其他公司的營業祕密，公司仍須為員工行為承擔責任，因此聯電在認罪協議中承認並接受因員工觸法所造成的責任。美國司法部次長羅森Jeffrey Rosen指出，聯電竊取美國領導企業的商業機密，讓中國得以實現戰略目標，無需自行投入時間或金錢就能獲得技術。這項起訴是司法部成功保護美國企業免受那些企圖欺騙和竊取技術企業的案例。
  
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  加速物聯網布署　美光/塔塔合推雲端虛擬SIM卡
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  美光(Micron)與印度塔塔集團旗下的塔塔通訊(Tata Communications)宣布，將聯手推出支援全球行動網路連線的解決方案，以簡化和加速物聯網(IoT)裝置的大規模部署。此方案將由從嵌入式SIM卡(eSIM)技術衍生出的雲端eSIM作為基礎，創造出傳統實體SIM卡所不具備的靈活、可擴充優勢。美光則為此方案提供專為邊緣裝置打造的Authenta金鑰管理服務(KMS)，為雲端 eSIM的安全性增添助力。雲端eSIM讓IoT電信服務更靈活憑藉雲端eSIM技術，塔塔通訊推出了名為MOVE的全球IoT解決方案。該公司與全球600多家電信營運商有合作關係，在推出雲端eSIM之後，可在200個國家和地區以零接觸方式將IoT裝置連上雲端服務。對於產品行銷全球的IoT裝置製造商而言，全球覆蓋的特性可以創造許多價值，因為在實體SIM卡或eSIM的時代，產品在出貨前不是要預先搭載個別地區電信業者的SIM卡，就是要預先安裝對應當地電信業者的eSIM，在後勤跟物流管理上十分麻煩。雲端eSIM則沒有這個問題，因為SIM卡的管理是在雲端上統一進行，所以可以免除預裝實體SIM卡或eSIM所帶來的不便。這對工業用、基礎設施、汽車、航空、運輸和物流業而言尤其有利，因為這些產業要求便攜式裝置不受邊界和Wi-Fi網路的距離限制，即使在偏遠的地方也要能實現長距離的全球連線。該解決方案亦將允許企業引進5G至其IoT部署策略中，藉由5G 達到更低的延遲、更高的容量和更快的資料速度。這項技術對物聯網電信服務的運作，也會帶來許多重大的變革。由於雲端化管理，因此用戶將無需在需要連線服務之前，就開始每月繳錢訂購電信服務。只要在需要連線服務前透過雲端開通eSIM，再開始繳納電信費用即可。這項特性將明顯降低用戶的資本和營運支出，因為實體SIM卡往往需要在出貨前就啟用服務合約。另外，雲端eSIM也使隨用隨付(Pay as you go)的彈性模式成為可能，用戶若使用不須長時間連上電信網路的IoT裝置，可以透過塔塔通訊的MOVE平台以這種高度彈性的服務合約，取代按月繳交固定月租費的合約。 KMS提高物聯網安全性在實現全球連網並提高電信服務彈性的同時，此方案也有助於提高IoT應用的安全性。美光嵌入式業務部門副總裁暨總經理Kris Baxter表示，IoT生態系統正處於一個臨界點，儘管存在尚未發掘的商機，但當前確保硬體安全性的方法不是太過複雜和昂貴，就是缺乏可擴充性和彈性。與塔塔通訊的雲端虛擬 SIM 卡相輔相成，美光的Authenta邊緣安全將彌補這個差距，促進企業IoT的導入和服務的開放創新。使用實體 SIM 卡時，OEM必須在製造過程中將裝置ID與IoT服務緊密配對，以避免與不安全的裝置和服務互動，但這將導致「供應商鎖定」的現象。Authenta的簡易身分認證允許延遲綁定第三方憑證，進而分離IoT服務安全需求與製造流程。這樣的彈性讓終端使用者得以自由、安全地存取各種與供應商無關的服務，他們能夠將裝置個人化，並利用IoT裝置作為創新平台，就如同現在帶有行動應用程式商店的智慧型手機一般強大。透過開放生態系統，美光和塔塔通訊將使IoT服務市場以更廣闊的裝置覆蓋面來兌現其全部承諾。隨著生活中面臨威脅的風險愈來愈大，資安成為導入IoT應用時最大的疑慮。從連網魚缸到嬰兒監視器等IoT裝置上，都出現了不法分子和駭客活動。透過晶片信任根(RoT)，Authenta為 IoT軟體的最底層提供了獨特的保護等級。從啟動程序開始，Authenta便使用了原生嵌入快閃記憶體中的強大的加密身分和安全功能。欲使裝置與此全新的SIM卡相容，OEM只需安裝 Authenta快閃記憶體，無需輸入安全金鑰或新增安全元件。圖　Authenta運作流程圖美光的雲端服務Authenta KMS將運用此信任根對IoT裝置進行身分驗證，使其能夠在邊緣進行啟用和管理，進而實現從製造到安裝的整個生命週期的平台加固和裝置保護。這種安全即服務解決方案的便捷性，對於那些正在進軍IoT裝置領域的傳統製造商來說尤其有利。有了這項解決方案，缺乏網路安全經驗的OEM將能更專注於自己的核心競爭力，並依靠美光數十年積累的嵌入式專業知識來提供硬體安全保障。
  
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  超微/賽靈思達成換股合併協議　交易總價值350億美元
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  日前超微半導體(AMD)以350億美元全股票交易收購FPGA廠商賽靈思(Xilinx)，AMD同時宣布第三季的業績高於預期，同時提高對第四季業績的預估。收購賽靈思將協助AMD在資料中心方面與英特爾(Intel)保持競爭關係，同時FPGA在市場上的接受度越來越高。緊接在NVIDIA以400億美元收購Arm之後，此次的收購案也符合晶片產業邁向整合的趨勢。 AMD以350億美元全股票交易收購FPGA廠商賽靈思收購後，賽靈思股東持有的每股賽靈思股票，將轉換為1.7234股的AMD普通股。雖然AMD的金流大幅少於英特爾，但是Zen/Zen 2架構過去幾年間的市占率佳，因此其股價大漲，自2018年以來上漲兩倍。目前AMD將在這一季向雲端客戶交貨下一代的伺服器晶片Milan，而賽靈思正在更新可編程晶片產品Versal ACAP，該晶片可望協助資料中心處理人工智慧帶來的大量運算需求。值得一提的是，在超微與賽靈思宣布合併的當天，賽靈思還發表了一款針對5G無線電單元(RU)設計的新一代Zynq RF SoC DFE。藉由將大量RF訊號處理矽智財(IP)硬化，該晶片的性能比先前的產品大幅提升，功耗也明顯降低，更可簡化5G基地台設備的設計複雜度。藉由與賽靈思合併，超微也同時在5G電信設備的晶片市場建立起一定的地位。據外媒報導，Moor Insights&Strategy分析師Patrick Moorhead認為，AMD的收購行動大膽且合理，也帶來值得期待的前景。相信AMD及賽靈思都會持續成長，尤其長期而言，賽靈思創造了更高的產品多元性，能夠應用在不同的市場與產品。超微執行長Lisa Su在投資人電話會議中指出，賽靈思與超微不僅產品線高度互補，就連技術、IP跟代工夥伴方面，都有許多可以發揮綜效的地方。因此，在超微與賽靈思合併後，除了能為高性能運算、資料中心市場提供更完整的解決方案外，在產品的設計、生產方面，也可以帶來擴大經濟規模、壓縮學習曲線等好處。此外，從超微的觀點，賽靈思的嵌入式產品線是非常「美麗」的，這個市場具有產品生命週期長、需求穩定且毛利相當高的特色，且其中不乏某些超微目前還比較少布局，但日後一定要加碼投入的垂直市場，例如汽車電子。因此，不管是從財務、營運或長期趨勢的角度，超微與賽靈思合併後的前景，都是十分值得期待的。
  
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  串聯電子產業生態鏈　富比庫FPK Showcase服務上線
  
  2020 年 10 月 28 日 0
  
  富比庫(Footprintku Inc.)近日推出雲端服務平台FPK Showcase，運用既有電子零件資源結合「共享服務」及「隨取即用」概念，消弭電子產業存在已久的零件數位資料格式供需斷層，重新連結電子產業市場供應鏈，創造資源運用最大化，以實現研發創新的無限可能。整合全球電子零件市場供需富比庫自成立以來持續以推動電子產業數位轉型為目標，積極投入發展智慧化與自動化的電子零件資料數位轉換技術，幫助企業降低轉換成本，進而將有限資源運用於產品創新研發。以此為基礎，甫正式上線的FPK Showcase提供滿足電子產品設計所需並可相容於多種EDA工具及版本的數位檔案，包含用於電路設計的Schematic Symbol、電路板設計的PCB Footprint和機構設計的3D Model，以打造電子產業首見的一站式供需整合服務平台為發展目標。富比庫除了將電子零件供應商提供的規格書(PDF Format)，透過自行研發的智動化數位技術(AI & Auto-digitization technology，AADT)轉換為電子產品設計所需的數位資料檔案格式，並將其整合至FPK Showcase，以增加供應商品牌及產品曝光機會。FPK Showcase為電子產業提供一個針對資源耗損、效率不佳與零件參數資訊不足等問題的整體解決方案，有效降低系統整合商與供應商資料確認溝通往返所耗費的人力時間成本。實現電子零件數位化資料共享隨著共享經濟(Sharing Economy)的發展日趨成熟並逐漸導入各大產業，資源重覆運用的概念儼然成為企業拓展市場的嶄新商業模式。今年受疫情影響，電子業界陷入人力嚴重短缺的困境，此時，有助於加速產業轉型的電子零件數位資料結合隨取即用服務模式，便成為推動電子產業創新發展不可或缺的重要角色。為解決傳統電子零件建置過程中因人工作業所產生的資源耗損及品質不一等問題，富比庫所搭建的一站式平台FPK Showcase運用電子零件數位資料與共享經濟的概念，以提供業界豐富多元的電子零件資源為平台營運目標，打造全球唯一提供擁有完整製程設計規則(Design for Manufacturing，DFM)的電子零件數位檔案資料庫。所有參數資料皆經由供應商與富比庫認證與驗證，確保可立即用於電子產品設計，真正發揮隨取即用的特色及優勢，有效提升產品設計效率與縮短時程，降低企業人力及時間成本。
  
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  串起醫療設備孤島　研華/承業聯手搶攻智慧醫療商機
  
  2020 年 10 月 27 日 0
  
  研華與承業生醫旗下久和醫療日前宣布攜手合作，共同布局智慧醫院市場。首波以久和醫療的台灣經銷通路，搭配研華醫規手術螢幕、手術室影像串流系統，以及行動醫療護理車AMiS，搶攻台灣手術醫療與醫療推車市場。根據市調機構Frost & Sullivan研究，目前有60%的醫療院所已採用物聯網技術，因此傳統醫院邁進醫療物聯網(Internet of Medical Things；IoMT)已是全球醫療業者有目共睹一致的目標。而智慧醫療跟智慧製造要解決的問題，有一部分是十分相似的。舉例來說，目前醫院手術室裡的各種儀器設備，其實就跟未聯網的工業機台一樣，是一座座無法互通的資料孤島，導致醫生在為病人動刀時，常常需要移動到不同設備前，才能獲得病人的檢查資料或生理資訊，不僅十分不便，也不容易對病人的狀況有全盤掌握。如果能把跨種類、跨廠牌醫療設備上的資訊集中在一個大型醫療面板上顯示，就像智慧工廠的戰情室一樣，不管是對病人或醫護來說，都是有好處的。在不同醫療設備之間搭起資訊互通的橋樑，正是手術室影像串流系統所扮演的角色。但要搭起這座橋，需要投入相當多研發資源。研華IoT智能服務事業群副總經理江明志指出，研華早在數十年前便已觀察到醫療物聯網發展趨勢，因此早將智慧醫療相關解決方案，從最初純硬體調整為軟硬整合的一站式解決方案。近幾年，更針對醫療專科，以物聯網雲平台WISE-PaaS為中心架構，提供以數據驅動數位轉型的智慧醫療解決方案。為加速在台灣實踐智慧醫療乃至智慧醫院之落地，研華與國內醫療技術服務領導者承業生醫旗下久和醫療合作，並選定手術影像市場與醫療推車作為首波切入之領域。江明志對此說明，承業深耕台灣醫療市場超過四十年，相當瞭解整體市場需求及未來發展趨勢，近年該集團更積極網羅精準醫療、智慧醫療相關產品，此策略恰與研華於智慧醫療布局不謀而合，研華因此與其簽定台灣區域之經銷夥伴關係。研華與承業生醫旗下久和醫療簽訂經銷夥伴關係，首波以久和醫療的台灣經銷通路，搭配研華醫規手術螢幕PAX、手術室影像串流系統AVAS，以及行動醫療護理車AMiS搶攻台灣手術醫療與醫療推車市場。承業生醫業務事業群副總經理李明倫表示，集團一直以來不斷引進尖端醫療設備與解決方案，進而提升整體醫療服務品質，達到醫療院所、患者與廠商的三贏。研華是全球工業電腦領導廠商，在智慧醫療領域已耕耘逾十年，成功推出手術室影像串流解決方案、行動醫護工作站等產品，可優化作業流程。藉由集團旗下子公司經銷豐富的醫療產品線，透過縝密的經銷策略及完善的售後服務，搭配產品組合來接觸不同醫療專科，可有效提升醫療院所管理效率，展望智慧醫療市場，進一步打造以病患為中心的醫療環境，讓醫療回歸醫者的初心。
懂市場
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  人是英雄錢是膽　綠能發展還需金融服務牽成
  
  2022 年 2 月 22 日 0
  
  雖然再生能源設備的成本已不再像過去那麼高不可攀，但企業若要建置再生能源容量。資金投入規模仍十分可觀。如何讓金融業者願意共襄盛舉，提供資金挹注，將是台灣再生能源發展過程中，一個很重要的課題。隨著國際趨勢從節能減碳走向淨零碳排，供應鏈業者對再生能源的需求變得更加迫切。這不僅促使能源產業的綠色轉型腳步加快，許多原本只是能源使用者的廠商，也必須扮演更多元的角色。然而，即便能源科技在最近幾年突飛猛進，許多新技術或技術應用概念如雨後春筍般出現，對能源使用者而言，投資再生能源還是要面臨一個很實際的問題：錢從哪裡來？以半導體跟電子製造相關行業為例，不管是晶圓代工、封裝測試、面板製造或終端產品組裝，都是做產品出身的，對於擴產、蓋廠房這類跟本業有關的事情，大家心裡都有個底，但若是要投資風力、太陽能或儲能系統，等於是跨入電力這個全然陌生的領域，不只要學的事情多如牛毛，如何籌措資金，更是一大問題。綠色金融挹注　再生能源欣欣向榮靠著推動公民電廠計畫，在台灣再生能源產業闖出一片天的陽光伏特家創辦人馮嘯儒就說，一個再生能源投資案要成功，除了要有解決技術跟工程問題的能力外，更重要的是財務工程的能力。再生能源的建置成本高，回收期又長，如果沒有完善的財務規劃能力，很難走得長遠。以公民電廠為例來說，這個概念一開始的宗旨，是要把太陽能發電系統的建置成本分散給社會上的廣大投資者，讓更多人能參與太陽能發電建設。但既然是從投資的角度出發，就必然要具有提供投資者獲利回報的能力。如何確保參與公民電廠的投資人能夠獲利，就不只是技術跟工程問題，同時也是財務規劃的問題。而談到財務工程，銀行的重要性是不言可喻的。永豐銀行總經理莊銘福表示，金融服務是促成產業向前邁進的東風，但東風要吹起來，是需要時間醞釀的。永豐從2013年進入綠色金融這個領域，當時大家都很糾結，因為銀行的傳統授信評估不適合應用在再生能源專案上，銀行若要承作相關融資業務，評估的工具跟項目都要徹底調整。這八年多來，永豐對再生能源專案融資的評估項目，一直在精進跟完善，例如一個太陽能案場的融資案，銀行要先檢視EPC的過往開發紀錄、專案使用的設備品牌，甚至是案場的防震、防災設計，都要斤斤計較。而且，每一個案場都是獨一無二的，要關注的重點不盡相同。銀行必須在這些細節上投入大量精力，才能做出正確的評估。而為了掌握這些細節，永豐除了自行摸索，也花了很多時間跟專家學習與再生能源有關的技術細節，才建立起相對完備的再生能源融資授信評估機制，讓綠色金融的業務規模得以起飛。從2017年起算，銀行對太陽能專案的授信餘額，只占銀行對法人授信餘額的0.28%；到2021年底，預估將達到2.8%；到2025年，則可達到6.8%。這個占比已經是非常高的數字，因為台灣的銀行對包含半導體在內的整個電子產業鏈，授信餘額占比也不到10%。儲能風險因子有待全面釐清　大規模布建還需醞釀在銀行的綠色金融服務挹注下，太陽能等再生能源發電量占比將越來越高。那麼，與再生能源相輔相成的儲能系統，是否也能受到綠色金融的嘉惠，進而蓬勃發展呢？馮嘯儒認為，從陽光伏特家的立場，在公民電廠上軌道之後，發展公民儲能是很自然的結果，公司也在密切觀察，評估推出公民儲能的時機。但現階段儲能系統有一個很現實的問題，就是它的財務模型中還有很多參數不是很明確。唯有儲能技術的商業模式確立、各種風險因子獲得釐清，讓財務模型更清楚之後，才是推出公民儲能的適當時機。事實上，也因為大型儲能是相對新的應用，在技術還沒有完全成熟的情況下，近年來儲能系統發生火災等安全事故的案例，其實相當頻繁。也因為風險係數高，儲能專案要從金融機構取得啟動資金，或是跟保險公司談到漂亮的保險費率，是相對困難的事情。 UL副總裁暨台灣總經理陳宗弘表示，隨著鋰電池儲能設備在全球快速發展，安全事故接踵而來，取得安全認證成為產品被國際接受的首要門檻。回顧全球發生的大型儲能設備災害，如韓國至今就累積超過30起儲能系統事故，其他如美國、歐洲、澳洲，甚至台灣都發生過儲能事故，因此如何提升儲能安全是各國共同面臨的燃眉之急。電池是電化學產品，由於其特性，不論有沒有在使用，本身都有能量儲存，除非很長一段時間沒有使用，也因此倘若使用不當，很容易因電壓、電流或是溫度過高而造成起火爆炸的風險。另，即使是設計良好的電池，放在有缺陷的系統或充電器中也會發生故障，所以除了電池本身，也必須從整體系統考量各個關鍵性零件和電池之間運作協調的安全。藉由安全評估將儲能系統的風險壓到最低，除了可以避免災害外，也跟融資、保險等財務環節息息相關。據保險公司Marsh最新調查指出，儲能系統的防火功能已成為保險公司評估受理的重要條件，具國際級安全認證的儲能系統不僅能彰顯企業資產的安全性，同時也為雙方提供更完善的保障。對儲能設備製造商而言，取得保險公司高度信任的國際安全機構認證，將創造財務融資的雙贏局面。不但業者本身，採購與使用電池儲能產品的企業用戶，都更有可能獲得銀行、保險業者在資金和融資上的協助。善用金融服務方可為用電轉型推一把投入再生能源建置，已經是製造業者滿足ESG要求的必要投資項目。如何為這些投資計畫找到資金來源，將是大多數企業都必須思考的課題。台灣的金融業有很高的意願為這些再生能源投資計畫提供融資，但就如同一般的企業融資，金融業者對專案項目內隱含的種種風險因子，都會用十分謹慎的態度進行評估。因此，企業在制定相關投資計畫時，千萬不可以用滿足客戶或法規要求即可的心態來進行規劃。做好風險控管，不只是讓自己的綠能資產更安全，同時也可以讓投資計畫更容易籌措資金，早日達成企業用電轉型的目標。
  
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  ESG浪潮引發再生能源荒　新科技讓綠能布建更靈活
  
  2022 年 2 月 22 日 0
  
  ESG浪潮讓再生能源成為搶手資源，但要在地狹人稠的台灣大規模建置再生能源發電容量，是相當艱鉅的挑戰。如何把空間利用到極致，不只考驗科技業者的創意，政府法規的配合也至為關鍵。在RE100倡議成為風潮之後，企業導入再生能源就已經成為趨勢；淨零碳排與碳稅機制上路，更讓風力、太陽能等再生能源，成為當前最搶手的綠電資源。但與傳統發電方法相比，目前主流的再生能源發電方式，除了要看天吃飯外，需要大量土地布建，也是一大問題。尤其是對地狹人稠的台灣來說，要找到足夠的土地來安裝再生能源發電設備，滿足企業對綠電的需求，是極大的挑戰。由於綠電供應量不足，目前全台灣領有再生能源憑證的綠電，有高達95%都被台積電買走了。但即便台積電已幾乎買光台灣所有可以買到的綠電，考慮到未來先進製程需消耗更多電力，以及產能擴張的需求，綠電的供給量還是遠遠低於台積電的需求。台灣綠電供給嚴重不足，是一個客觀事實。要創造更大的綠電供給量，只能從提高土地的複合利用率來著手。這是台灣在發展再生能源時，所面臨的獨特挑戰。也因為如此，政府一直將農電共生、漁電共生等手法，列為主要的政策執行方向。提高土地複合利用率為主要政策方向行政院副院長沈榮津日前在Energy Taiwan 2021期間舉辦的太陽光電高峰論壇中指出，能源轉型是政府的重大政策。2050年淨零碳排這個極具挑戰性的宏大目標，更使能源轉型成為必然要執行，而且不能失敗的政策。為了實現2025年離岸風電5.5GW、太陽光電20GW的目標，行政團隊抱持著使命必達態度，一方面持續聆聽產業界的聲音跟回饋，同時也非常積極地幫業界解決問題，以便能順利達成政策目標。舉例來說，太陽光電業者一直反映土地不足的問題，希望能藉由推動漁電共生、不利耕作農地再生等政策，釋放更多土地來建設太陽能電場。行政團隊聽到了這個呼聲，也認為漁電共生、不利耕作農地的再利用，是要在地狹人稠的台灣推動地面型太陽能電場的關鍵。因此，行政團隊除了全面盤點所有可能釋出的土地，進行社會環境檢核，一方面尋找其中生態影響最小的適合地點，同時也會積極進行社會溝通，還有跨部會的法令協調，務必將太陽光電的建設阻力降到最低。根據行政團隊的規劃，目前已經完成建置的太陽光電容量約為7.7GW，接下來的速度會加快，明後兩年將各釋出2.5GW容量，然後2024年與2025年再各釋出3GW，最後達成20GW的政策目標。相對的，土地釋出的速度也會加快。去年政府已經釋出4702公頃，今年至目前已釋出4080公頃，到年底前還會再額外釋出2000公頃魚塭用地。但這樣還是不夠的，接下來政府還會再釋出5000公頃魚塭用地，擴大推動漁電共生。也唯有釋出這些土地，才能讓太陽光電業者完成容量建置目標。科技創新讓太陽能布建更具靈活性除了釋放出更多可以布建太陽光電設備的土地外，如何藉由科技創新，讓太陽能模組可以布建在原本不適合布建的位置，也是一種提高太陽能發電量的方法。友達光電能源事業總部副總經理林恬宇表示，傳統的太陽能模組是獨立設備，如果要在屋頂上架設，必須進行二次施工，其成本是相當高昂的。如果能畢其功於一役，在建築物興建時，就使用本身就具備發電能力的材料，對於降低太陽能模組布建的成本，將帶來莫大幫助。基於這個思路，友達與建材廠商合作開發出SunSteel光電浪板(圖1上)，希望讓企業與家戶都能充分並輕鬆地利用閒置空間，參與太陽能發電。以SunSteel光電浪板為例，業者可一次性地完成光電系統架設，避免過往需先蓋浪板再建光電設備的繁複作法，由於省去傳統工法的金屬支架，整體重量可減輕達25%，不僅提升安裝時效，亦可降低碳足跡。也因為SunSteel本身就是浪板材料，這款產品不只可以運用在屋頂，也可以當作建築物的外牆材料。當然，因為日照角度的關係，這種布建方式的發電效率會比較低。但如果要盡可能擴大太陽能接收量，這種作法是可以考慮的。除了太陽能浪板外，友達今年也開發出具備輕量與可撓特性的太陽能模組SunCurva(圖1下)。SunCurva的重量比傳統太陽能模組減少50％，而且可以撓曲，特別適用於車頂、車棚或有弧度的建築屋頂與牆面。林恬宇透露，目前友達正在與電動巴士業者合作，預期在2022年推出使用SunCurva車頂的電動巴士概念車，藉此驗證太陽能車頂究竟能發揮多大效益。雖然SunCurva車頂的發電量肯定無法用來驅動電動巴士，但用來驅動巴士內外需要用電的子系統，例如車內照明、車燈、報站系統等，肯定是足夠的。如果這些週邊子系統能改用太陽能產生的電力，可減輕電動巴士電池組的負擔，對延長巴士的續航里程，可帶來一定的幫助。潛在資源一個都不放過　微水力/地熱進入商用階段地狹人稠是台灣發展再生能源的一大阻礙，但台灣的自然環境也不是全然不利於發展再生能源。由於台灣位於板塊交界處，島上高山遍布，蘊藏大量水力，而且還有豐富的地熱資源可供利用。因此，在台灣發展再生能源，除了風力、太陽能之外，水力跟地熱的開發也是重點。不過，這兩種可再生能源的發展，在技術上有比較多限制，直到近一兩年才開始有比較明顯的突破。傳統水力發電已經是十分成熟的技術，但如果要建置大型水力發電廠，必須攔河築壩，對生態環境帶來極大衝擊。因此，水力雖然是再生能源，但到底環不環保，在學界頗有爭議。不用興築水壩也能發電的微水力發電技術，在這個背景下異軍突起，成為再生能源領域的後起之秀。恆水創電看好微水力發電在台灣的應用前景，自比利時新創公司Turbulent Hydro授權引進垂直渦流水輪機組，並針對台灣的自然條件進行進一步改造，使其更適合運用在台灣。恆水創電專案工程師溫柏庭指出，微水力最大的特性是只需要一點點高低落差，就能產生電力。以該公司目前所發展出的機組，只要有1.5公尺以上的落差，就能裝機發電，而且因為機組占用空間很小，土木工程的作業量也少，使得微水力可以快速部署(圖2)。恆水創電已經在台灣勘查出12個具有潛力的場域，大多是現有的灌溉溝渠或水利設施。若能將這12個潛力場域全數開發完成，總發電量將超過4MW。而且，在勘察潛力場域的同時，恆水創電亦已在兩個場域分別布建100KW與200KW機組。這是Turbulent Hydro目前最大的機組，而且也是機組設計完成後，首次實際布建的紀錄。這兩個案場將成為Turbulent Hydro的全球示範場域。溫柏庭透露，其實台灣適合設置微水力機組的場域遠不只12個。但因為要在河川、溝渠等地點設置機組，需要取得中央、地方的水利單位許可，涉及複雜的溝通作業，所以現階段公司將穩紮穩打，把示範場域做好，證明微水力機組的價值，後面的溝通才會順利。只要能取得許可，微水力機組要平行展開，是相當容易的。台灣的地熱發電，也在2021年11月進入新的里程碑。在廢棄近30年後，宜蘭清水地熱發電廠經過整修，並針對地熱井結垢阻塞、管線鏽蝕等問題引入新的技術，重新加入發電的行列。目前清水地熱發電廠的裝置容量為4.2MW，每小時發電量可供1萬戶家庭使用。未來第二期新井鑽鑿後，裝置容量預計將從4.2MW提升到9.5MW。地熱發電是目前人類已掌握的再生能源技術中，唯一不受天候因素影響的發電方式，但因為需要從地底數百到上千公尺深處取得溫泉水，而溫泉水又通常富含礦物質或帶有弱酸性，故管線腐蝕、水垢堵塞等管線相關問題，一直是地熱發電所必須面對的挑戰。如今在新技術的協助下，清水地熱電廠重新上線，台灣的地熱發電能否蓬勃發展，就看復活後的清水地熱電廠表現如何了。科技創新是台灣再生能源發展的出路在ESG浪潮下，台灣科技產業行走全球，不只要有穩定的電力，更要有充沛的綠電。但再生能源通常得占用大片土地，使得地狹人稠的台灣，在推動能源轉型的過程中，注定要比地廣人稀的歐美國家更辛苦。畢竟，台灣的人口密度在世界上名列前茅，別的國家要找到數百公頃的土地興建大規模地面型太陽能電廠，或是在人跡罕至的地方設立陸上風機，都不是難事。但在台灣，這種條件的案場，基本上是不存在的。也因為如此，藉由科技創新實現立體化、複合化的空間利用，就是台灣發展再生能源必然要走的路。雖然難度更高，但也因為台灣有這樣的條件限制，反而更能培養出創新的再生能源技術。
  
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  搜索低成本/高效益解方　MicroLED技術瓶頸打通關
  
  2021 年 10 月 7 日 0
  
  台灣在LED與LCD產業同時占有舉足輕重的地位，然而技術與應用的成熟讓兩者在近年的市場發展同時遭逢困境，MicroLED顯示器由形成個別畫素的微型LED陣列組成，使用氮化鎵(GaN)LED技術，具高亮度、高動態範圍、廣色域、快速更新率、廣視角和低功耗等特點，也可發展折疊式面板，被看好是下世代顯示器明日之星，連Apple都積極投入技術開發，因而引發各界矚目。 MicroLED被看好成為兩個成熟且高度競爭產業的救贖，台灣的LCD與LED產業同時擁有研發能量與完整產業鏈。過去幾年，晶粒微小化、小間距排列與巨量轉移等技術挑戰持續有進展，2020年MicroLED從特殊商用產品踏出商品化的關鍵腳步，未來幾年持續為大量消費性應用發展暖身，接下來的三~五年將是台灣產業是否能搶占灘頭堡的關鍵。巨量轉移流派眾多各自登山傳統的LED技術與應用已進入成熟期，將晶粒微小化成MiniLED或MicroLED開創產品全新的應用，清大材料科學工程系教授陳學仕(圖1)表示，一般而言MicroLED的定義在於晶粒尺寸小於50μm或不使用基板，製程上則與傳統LED幾乎一致，難度在於晶粒微小化之後發光效率如何維持，巨量轉移的便利性與修復技術，模組化的良率與成本如何降低等。 MicroLED轉移近年來一直是技術發展的重點之一，業界投入許多資源，陳學仕指出，目前巨量轉移技術還是有多個流派，如壓印式轉移、磁力轉移、靜電力轉移、滾印轉移等多種技術，屬於百家爭鳴的狀況，每個技術原則上都可行，卻也都存在明顯的缺陷，其中關鍵的技術良率與成本還是未臻理想，等於個個有機會，但人人沒把握。另外，檢測技術的發展也差不多，陳學仕舉例，中國廈門大學與台灣交大的研究團隊合力研發了一種攝影機型顯微成像系統進行MicroLED測試使用，該系統結合了電腦、電流、數位攝影機、電流供應棒與顯微鏡搭配支援軟體，能夠捕捉並分析顯微鏡影像，測量MicroLED晶片的亮度。美國新創公司Tesoro提出製程檢測方案，結合了非接觸型EL測試與波束定位(BAR)的轉移方法，能夠只將好的MicroLED晶片高速轉移到目標基板上。日本設備廠Toray則推出MicroLED檢修解決方案，以光線自動檢測工具進行零接觸檢測，檢測完以後使用其雷射修剪工具，根據檢測結果剔除MicroLED晶片不良品。整體而言，陳學仕認為，MicroLED的檢測技術發展不會出現跳躍式的技術改善，而是線性的進步，所以預計還需要幾年時間發展。量子點協助跨越巨量轉移瓶頸在LED晶粒長晶完成後通常要將晶粒從晶圓基板取下，再將LED轉移到電路板或TFT基板上，既然在轉移的過程中出現技術瓶頸，目前也有廠商提出不轉移的做法，直接將晶圓片上長出的晶粒做成LED面板，並使用螢光粉轉換出其他顏色，或者減少轉移次數，即是只移轉同樣顏色的晶粒，比如移轉藍色的晶粒再透過轉換螢光粉轉換出紅色與綠色，如此可以減少兩次移轉成本並達成良率提升的綜效。也有一些作法是透過量子點(Quantum Dots, QDs)以類似彩色濾光片的方式，進行LED晶粒的顏色轉換。陳學仕說明，量子點是一種奈米晶體，並可以用尺寸來控制能隙，其顏色是決定於能隙，所以只要控制尺寸的均勻性就可以控制色純度，其中控制尺寸是材料合成中最重要的一個階段，典型的量子點結構如圖2所示。量子點可以協助各種顯示技術提升色彩展現能力，近年LCD TV加上量子點就變成QLED電視，OLED電視也透過量子點變成QD-OLED電視，都可以有效提升色彩展現能力，尤其在大尺寸面板上，色彩的豐富度直接影響顯示的細膩程度。而MiniLED或MicroLED顯示器，則是透過量子點協助色轉換，不需要使用RGB三色的晶粒進行多次巨量轉移，可以有效降低成本。陳學仕認為，未來各種技術顯示技術，量子點的利用是產品成敗的關鍵之一。巨量修復又快又好才可勝出巨量修復(Mass Repairment)是MicroLED另一個關鍵的技術，MicroLED貼裝後，回焊(Reflow)以前階段的不良重工，視覺系統檢驗出回焊以前的不良晶粒，精密Pick & Place可以移除個別有問題的晶粒，移除不良晶粒後，在PAD上點膠小量錫膏，可調整晶粒單位的Pick & Place將良品晶粒貼裝在正確位置。由於MicroLED晶粒體積小，如何在挑出缺陷晶粒之後有效維修並替換，也成了一項艱巨任務。MicroLED顯示器廠商目前使用的修復方案包括紫外線照射維修技術、雷射光融斷維修技術、選擇性拾取維修技術、選擇性雷射光維修技術及備援電路設計方案等。另外，巨量修復可以說是巨量轉移的升級版，不只是能夠大面積地撿取LED晶粒，更要做到大面積指定位置撿取LED晶粒，並替換大量好的晶粒技術。
  
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  開拓顯示應用新藍海　MicroLED大膽突圍
  
  2021 年 10 月 4 日 0
  
  MiniLED已經成功商品化，代表顯示器的技術進展到新的階段。LED晶片的尺寸縮小，朝著Micrometer的等級前進，而MicroLED仍需要突破巨量轉移等技術瓶頸，盡可能縮短生產時間、提升良率，進一步降低成本並確保產品的品質與使用壽命，同時找到具有發展優勢的應用藍海，就能邁向商品化的目標。由於MicroLED晶片尺寸小，製程設備與技術都需要升級，才能滿足高精度及高均勻度的標準，但是整個生產流程優化的速度不一，導致目前的良率仍不夠高，且檢測耗時又容易產生誤差，導致生產成本居高不下。應用方面，公共環境及個人應用的顯示器數量不斷增加，因此應用場景從觀看距離及室/內外兩個層面，可以細分出多元的市場，因此MicroLED可以藉由拓展新的市場應用，邁向規模經濟，進而同時透過日漸成熟的技術及規模化商機降低成本，強化普及應用的動能。技術瓶頸仍待克服現階段MicroLED仍處於克服技術瓶頸的階段，距離商品化有一段漫漫長路。Trendforce研究經理楊富寶(圖1)指出，MicroLED面臨技術與成本的挑戰，因為晶片尺寸縮小，從製程、巨量轉移等方面，精度的要求更為嚴苛，廠商需要投入更多的資金與時間，更新設備及技術。然而MicroLED整體製程的提升，仰賴每個生產環節升級設備與技術，但是實際上各個生產環節的優化速度不一，例如背板技術符合要求，但是可能晶片良率還不符合標準，因此需要每個生產流程都升級到可以順利生產MicroLED顯示器的程度，才能解決技術瓶頸。細究MicroLED晶片的生產過程，良率與檢測是兩個重要但不容易克服的挑戰。過去傳統LED晶片的良率很高，但是MicroLED的晶片需要達到較高的均勻度，老舊設備難以達成目標，導致低良率且高成本的現況。此外，LED晶片需要通過光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL)來減少外觀及訊號瑕疵，但是現有的檢測技術測試MicroLED的時候容易產生誤差，而且檢測要花很久的時間，時間成本高，因此品質維護不易。工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅(圖2)解釋，技術成熟度與成本高度相關，業界雖然認同MicroLED顯示器的表現明顯優於OLED及LCD，但是成本太高，需要發展更成熟的技術，MicroLED產品的價格才有機會降低，進而邁向普及。多元應用現商機優顯科技執行長陳顯德(圖3)說明，生產一個晶圓的成本是固定的，所以縮小晶圓上的LED晶片尺寸，就可以在晶圓上放更多晶片，理論上每個晶片的成本就會降低。但是當LED晶片的尺寸小於100μm，就需要開發新的技術，導致成本增加。因此原有的LED技術可以達到的最小尺寸就是MiniLED，但是MiniLED尺寸小，應用在顯示器產品上時，需要搭配額外的周邊技術，包含製程、驅動等，所以即便占總成本六到七成的晶片成本下降，周邊技術的成本仍需要花費幾年時間，待技術成熟後才有機會降低總成本。另一方面顯示器的應用仍有多元的發展空間，因此規模經濟是技術能力之外，另一個降低MicroLED成本的角度。顯示器的觀賞距離遠近、戶外大型看板、商場內、會議室、客廳等等，都存在不同的顯示器應用空間，技術應用可能從現有的傳統LED，升級到MiniLED，接下來則會有部分的應用過渡到MicroLED，部分則持續沿用MiniLED技術。例如智慧型手機或手表，使用者的觀看距離近，且產品本身的體積很小，所以一定要採用MicroLED。而大樓外牆的看板不一定需要使用小尺寸的LED晶片，但是注重亮度，才能確保在遠距離且戶外的觀看情境下，清楚顯示內容。隨著資訊時代來臨，需要傳遞與接受的資訊爆炸性成長，顯示器的數量變多，過去的顯示器應用場景大多粗略分為商用及家用，現在則可以區分得更為細緻，而能找到MicroLED獨具優勢的一片藍海。例如台北地下街的廣告燈箱，可以歸類在室內且近距離觀看的應用場景，如果固定的海報燈箱改成使用MicroLED顯示器，除了畫面變得更精緻、對比更鮮明，還能依照不同時段經過的客群調整廣告內容，就能提高廣告牆面的廣告效益。車用顯示也是MicroLED的應用機會之一，吳志毅提及，MicroLED顯示器對比度及亮度高，除了適用於大型看板，車用螢幕也能採用，協助駕駛在日光充足的時候，也能清楚看到螢幕內容。同時汽車的成本空間較大，因此有機會成為率先導入MicroLED的應用。工研院也投入研發MicroLED的AR/VR眼鏡等小尺寸、高解析度的應用，用藍光LED轉換出紅、藍、綠三色，試圖找到具有開創性的應用方向。拓展市場差異化商機楊富寶分析，從品牌廠的策略與動態，可以推測市場對MicroLED應用的期待。例如三星(Samsung)從電視著手，推出高價的MicroLED電視。接下來可以觀察在大型廠商推出高階產品後，產品的價格下降的時間點，就代表技術有所突破，因而能降低生產成本。不同的區域市場關注的應用也不同，歐美市場較為熱衷AR/VR相關應用，蘋果(Apple)、Google、Facebook等廠商就是其中的重要角色。中國市場則關注電視及手表等產品，積極發展採用新興顯示技術的電視與穿戴裝置。回顧2021年MiniLED及MicroLED的趨勢，大致可以總結MiniLED進入到新的階段，成功商品化，而MicroLED則較為停滯，需要拓展新的應用藍海，才能增加廠商研發的意願，以及未來走向量產的動能。現階段MicroLED仍有許多技術瓶頸，加上產量少，導致成本高昂，只能用在少數的高階產品中，距離商用化仍有一段漫漫長路。2020~2021年，MicroLED相較MiniLED受惠於疫情帶動的電子設備需求，有意願投入開發MicroLED的廠商受到疫情衝擊，可以投入研發的資源減少，放緩研發MicroLED的腳步，決策也變得較為保守。吳志毅認為，MiniLED可說是發展MicroLED練功的過程，雖然目前MicroLED因為成本因素，應用集中在高價的大型室內看板，與MiniLED的消費電子應用市場不同，但是技術發展高度相關。一旦顯示器廠商有能力大規模量產MiniLED產品，小尺寸LED晶片的技術成熟，就代表MicroLED的技術也有所突破，因此也可以從MiniLED的發展趨勢觀察MicroLED的技術進展。雖然MiniLED及MicroLED的技術進展關聯緊密，但是應用方面，MiniLED的應用不一定會全面過渡到MicroLED。陳顯德表示，一方面是MiniLED相較MicroLED具有明顯的成本優勢，加上不同的顯示器應用場景，依照觀賞距離、室/內外的差異，可以細分成多元的市場，應用的需求也不同。因此MicroLED需要積極拓展新的應用場域，才有機會在這一波的顯示器技術革新中脫穎而出，成功商品化。
  
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  疫情加快商品化腳步　MiniLED應用開枝散葉
  
  2021 年 10 月 1 日 0
  
  新興顯示器市場中， MiniLED / MicroLED已受到業界多年的關注。隨著蘋果(Apple)宣布在iPad Pro中導入MiniLED，市場上對MiniLED及MicroLED 的討論熱度掀起新的高潮，也確立了MiniLED商品化的方向跟機會。同時受到疫情影響，遠距活動頻繁帶動消費電子的市場需求，品牌商趁勢積極推出MiniLED產品，期望透過新興規格取得競爭優勢。 MiniLED商用化的方向越來越明確，品牌廠跟模組廠都樂觀其成，TrendForce研究副理陳恕勛(圖1)指出，因為傳統LED已經應用多年，產品銷售缺乏新的亮點，因此MiniLED成為近期品牌廠的競爭重點，希望規格更新能促使消費者購買產品。現階段MiniLED背光及直顯兩方面的應用，發展不同的方向。背光的技術門檻相對較低，模組廠使用現有的設備及技術即可生產MiniLED的相關產品，促使顯示器規格得以無痛升級，也能炒熱市場關注度。觀察2021年MiniLED的商用化進程，已有大型品牌廠率先採用新技術，增加供應鏈廠商投入開發MiniLED的意願。然而MiniLED背光的應用領域尚未完全定型，須要考量在現有的電視、筆電等市場中，在成本跟供應鏈整合方面的優勢所在，須要善用分區顯示等優勢，試圖找到比OLED、QLED更有優勢的切入角度。疫情加速規格更新 2020年起，全球受到疫情影響，上班、上課等活動都轉移到線上進行，長期在家促使消費者更有意願升級居家環境中的電子設備，而品牌廠嗅到疫情帶來的消費動能，紛紛加速採用MiniLED等技術，期望增加使用者的換機意願。聚積科技技術市場部經理蔡宗達(圖2)認為，頻繁的遠距活動使得消費者有意願升級居家環境的電子設備，尤其設計專業人士可能就會傾向購買採用新規格的MiniLED產品。MiniLED背光提升顯示技術價值的新規格，技術門檻與設備更新的成本也較MicroLED低，所以採用MiniLED背光技術的顯示器售價，不會與市場上現有產品差距過多。以台幣4 萬元的筆電為例，採用MiniLED背光及整合其他新功能的產品，價格大約提升兩到三成，還在消費電子的價格範圍內。然而目前市場上MiniLED背光的應用範圍多在高階產品，只有設計師、醫療顯示或電競等具有專業需求的使用者才會購買， MiniLED技術需要下放到商務型產品中才有機會走向普及。推動普及的關鍵在於成本與消費者體驗，當生產成本下降，終端產品的售價才能符合多數商務型產品的範圍。另一方面，消費電子市場需要透過實體通路的產品展示，讓消費者體驗採用MiniLED背光技術後的使用差異，進而增加升級電子設備規格的意願。台廠不可輕忽對手供應鏈方面，陳恕勛提及，台廠在MiniLED技術的起步早且供應鏈完整，包含上游晶片跟下游模組。由於技術成熟、產能充足，台廠接到訂單後，可以一條龍完成產品，所以受到品牌廠青睞。但台廠同時面對到中國供應鏈的競爭壓力，蔡宗達補充，就技術而言，台灣供應鏈已經具備發展MiniLED應用的能力，但是部分廠商初期較為保守，對於新應用持觀望態度。直到蘋果採用MiniLED，加上台廠的訂單大多來自美系品牌，因而增加廠商投入MiniLED的意願。另一方面，中國供應鏈也已經投入MiniLED的開發，雖然技術的成熟度尚不如台廠，但如果能突破技術瓶頸，中國的生產規模可能會對台灣供應鏈帶來威脅，對此台廠仍須保有憂患意識，盡可能維持技術優勢。普及須降低成本/收斂規格整體而言，成本瘦身與規格收斂是決定MiniLED普及步調的兩大重點。MiniLED背光的市場機會跟優勢，在於跟傳統LED 及OLED相比，對比度與亮度方面都有亮眼表現，只要能找到明確的定位，就有機會發展出新的市場。例如MiniLED應用在iPad之前，用在平板的方向還不明確，現階段則受到蘋果帶動，業界投入MiniLED開發的意願提升，也逐步拓展新應用的可能性。 2021年是MiniLED元年，過去MiniLED應用尚未量產，而除了蘋果，三星(Samsung)也在電視產品中採用MiniLED。當品牌廠整合供應鏈並落實量產的方向，完成前期的統整工作，就能帶起市場對MiniLED的信心。在大廠率先量產應用MiniLED之後，接下來MiniLED的商品化進展，則可以觀察後續大型品牌廠在未來產品線採用的意願，以及市場上其他品牌廠接棒的情況。大約需要三到五年的時間，才能明確知道同一類型應用的普及程度，以及除了龍頭品牌採用MiniLED，後續還有沒有品牌廠商持續投入，例如電視在三星之後，小米、LG、華為等品牌開始生產MiniLED電視，且歐美品牌廠可能會接下第三棒。除了電視，筆電廠商也積極在高階產品中採用MiniLED技術。不過哪些MiniLED的規格及產品將會成為主流，或者中小型廠商會在哪些產品應用MiniLED技術，都還有待觀察。在MiniLED應用終於成功走向量產後，品牌廠需要找到可掌握的供應鏈，並確立規格與產品差異化的方向，才能在新興顯示器激烈的市場競爭中保有優勢。
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  導通/切換損失雙降　切換式電源待機功耗再進化
  
  2022 年 2 月 24 日 0
  
  隨著全球暖化日益嚴重與節能減碳呼聲高漲之際，人們也從開發新能源以及提高能源使用效率方面來著手因應，相關之節能法規也應運而生，例如能源之星認證項目、歐盟節能化設計指令，制定各式產品能源效率標準，表1為歐盟委員會所制定在不同輸出功率與方式之空載功率損耗規範。電子設備製造商發展的節能產品，必須遵循國際認證標準，促使電子產品朝向更節能的方向發展，如此也是提高能源利用效率的有效途徑。對於電子產品電源設計的要求，除了滿足符合各個額定負載效率標準之外，空載與待機功耗也顯得益發重要，因為許多的用電設備大部分時間都工作在極輕載或待機狀態，例如：電視、個人電腦及螢幕等應用，若是每一個電子裝置的待機功率可以省下0.1~0.5W，這些閒置裝置就可以省下相當於數十個發電廠的每年發電量。本文將探討如何降低切換式電源(Switching Mode Power Supply)的待機功耗，最後並舉一實際設計案例解說。如何降低待機功耗所謂待機功耗是指電子裝置在關閉時或處於待機模式時消耗的電能，或是處於最低功率模式下所使用的功率。一般電子裝置的輔助電源最常用的是返馳式拓樸架構，如何降低電子裝置的待機功耗，最有效的方式就是減少其在待機時的導通與切換損失。在導通損失方面： 1.適當設計輸入端的共模電感的線徑與匝數，在抑制共模雜訊時，可以同時兼顧到將共模電感的導通損失降到最低。 2.選擇適當熱敏電阻的阻值，以避免其內阻的導通損耗。 3.於設計規格中的啟動時間之內，選擇合適的啟動電阻值，或者是選用內建啟動單元的IC。 4.有些控制器雖然在待機時降低切換頻率，來減少切換損耗，但是變壓器線組的導通損耗仍然不可忽視，線圈的圈數與線徑之適當選擇，對於線圈的線阻損失可以有效降低。 5.一次側Vcc輔助繞組的圈數與線路，適當地設計於各種負載條件之下，除了提供穩定正常工作的Vcc，並且能夠將Vcc輔助繞組線路的導通損耗降至最低，若是Vcc不足時，IC會進入反覆啟動狀態，頻繁的需要高壓給Vcc電容充電，造成啟動電路損耗。 6.其次，二次側回授控制線路TL431周遭的電阻，適當地設計在使整個控制線路正常工作之下，將偏壓與分壓線路的電流損失降低，並且選擇高CTR的光耦合器。 7.選擇低耗電TL431其typical IKA為50uA如表2(a)所示，與一般TL431其typical IAK為0.4mA如表2(b)所示，兩者的耗電就差了8倍，藉由使用低耗電之TL431，將圖1之R23電阻放大可以減少二次側TL431損耗。 8.在切換損失方面，RCD在緩衝(Snubber)電路中，可以使用齊納二極體來取代RC。 9.變壓器的層間雜散電容會造成額外的切換損失，可以在層與層之間加絕緣膠帶來降低層間的電容效應。 10.減少一次側回授訊號腳位的並聯電容值。 11.選擇使用雜散電容與Qg較小的MOSFET。 12.加大輸出電容以增加維持時間，拉大叢發模式(Burst Mode)的週期時間，以減少叢發的切換次數，以上所建議的方法總結於圖1所示。除了外部零件值的調整之外，在控制器本身方面，對於降低輕載功耗，常見的方法為降低切換頻率、關斷時間調制(Off Time Modulation)，以及叢發模式。另外，盡量選擇靜態電流較小的IC，因為這對於大多數時間處於休眠模式或低功耗模式的應用尤其重要。電源設計範例解說本文以一個120W電視電源演示板為設計範例解說，電路板之主要控制IC為IDP2308，此IC為一結合PFC與LLC的整合式數位控制器，具有內建的啟動單元 (600V Start Up Cell)，當Vcc電壓建立到一定的準位後，此一啟動單元會關斷啟動迴路，避免啟動電阻的導通損耗，此外，啟動單元迴路兼具X-cap放電功能，以省掉外接型IC的功率損耗，如圖2所示。另外，在輕或空載時，控制器會進入叢發模式，以降低切換損失，由於IDP2308是數位IC，具有提供使用者彈性設計的便利性，使用者可以經由參數的調整來優化整體電路的行為，達到所需要符合的規範，演示板線路如圖3所示；演示板規格如下表3所示：如圖4所示，以下詳細解說IDP2308在叢發模式時的動作行為，當進入待機模式時，主要監控HBFB腳位的電壓準位，來決定叢發模式的運作，當HBFB的電壓上升至Vburst_on，IC會被喚醒而啟動叢發的切換，在LLC完成一個完整的叢發切換，IC就會停止切換然後進入睡眠模式以節省功率損耗。影響待機功耗的主要參數列於表4，其中有叢發模式中的啟動頻率、切換頻率、結束頻率、PFC Bulk電壓以及軟啟動與軟結束的階數多寡。使用者可以自行調整在LLC之叢發模式中的三個部份： 1.設定較高的啟動切換頻率，預設值為200KHz，軟啟動設定為4階，每32us降一階，目的是減少每一叢發模式控制的啟動突衝電流，降低功率損耗，同時可以抑制異音雜訊。 2.其次設定一較低的切換頻率，預設值為130KHz，以達到最低待機功率與維持二次側輸出電壓的穩定。 3.最後再採用較高的結束切換頻率，預設值為200KHz，軟結束設定為4階，每32us升一階，用於達到抑制異音雜訊。在PFC方面，可以經由參數設定降低PFC bulk的工作電壓準位，來減少切換損耗。除了參數的設定之外，外部零件值的調整，例如：LLC變壓器的主感Lp、LLC Bootstrap電容及諧振電容的材料，也會對異音與待機功耗有所影響。經由以上的參數設定與外部零件調整，可以降低叢發模式時LLC的諧振電流，如圖5所示，最後的實驗結果，除了能夠符合小於0.3W待機功耗規範，並且達到極低異音的要求標準，以及維持系統輸出電壓穩定的設計目標。數位控制器提高操作效率本文介紹了電子設備電源的待機功耗及其規範，詳細剖析建議的解決設計方案，並且探討實際設計案例，除了一般使用者常用的對策，例如外部零件的調整與選用等方式之外，藉由數位控制器的參數設定調整也是解決之道之一。一個好的電源設計，除了提供基本電子設備正常的運作之外，也可以減少系統的功率損耗，提高整體操作效率，另外，透過採用合適的數位控制器來做設計，進而減少外部元件的使用數量，節省整體系統的物料成本。 (本文作者為台灣英飛凌科技首席工程師)
  
  技術探勘
  
  兼顧高效能/彈性/低成本　雲端EDA推動半導體創新
  
  2021 年 10 月 25 日 0
  
  雖然支付處理、業務流程與合作和大數據分析等各種服務都仰賴雲端運算技術，但晶片設計產業卻較慢才開始採用這項技術。至今，在雲端中實現晶片設計的優勢仍未明朗。現今半導體產業，面臨嚴格的品質要求、苛刻的上市時程以及高昂的成本等諸多挑戰；因此，應用創新的、雲端導向電子設計自動化(EDA)正是半導體產業亟需的解決方案，它能夠幫助半導體產業跨越這些挑戰並蓬勃發展。隨著摩爾定律(Moore's law)的優勢開始衰退，這篇文章中將仔細探討在公共雲端進行半導體設計及驗證，如何能成為創新的推手。EDA躍上雲端顯然不僅是一個趨勢；對於半導體產業運算需求在短期內大幅增加，並且設計和驗證週期持續縮短的產業來說，開闢了一條持續前進的道路。晶片設計者登上雲端即使在幾年前，人們對於雲端在矽晶圓開發中所扮演的角色，仍是憂喜參半，畢竟摩爾定律主導了這個產業50多年的發展和創新。然而，正如科技諮詢顧問公司埃森哲(Accenture)在其《藉由即時服務模式推動半導體增長》(Driving Semiconductor Growth Through As-a-Service Models)報告中指出，摩爾定律的步伐正在減緩，反之卻要面對晶片開發成本飆升、競爭來自非傳統領域，但客戶卻要求指數級成長的能力和功能來支持物聯網(IoT)、人工智慧(AI)以及即將來臨的量子運算等新應用。無庸置疑地，運算能力已成為半導體公司能否完成設計、更快將產品推向市場的關鍵。因此，公司為能取得設計及驗證系統單晶片(SoC)所需的資源，雲端運算成為一個可行的選擇。其中，關鍵性的IC設計及驗證流程，現在已可在雲端中使用。2020年底，埃森哲發表一份報告，《半導體產業的雲端勢在必行》(The cloud imperative for the semiconductor industry)，認為雲端是加快未來創新步伐的關鍵，並且具有安全性增強和自動化功能的完善雲端解決方案，其可提供的好處，已經超越本地系統(On-site System)。晶片設計雲端化接下來可以詳細分析，是哪些關鍵市場因素，驅使更多晶片設計者移轉到雲端；而基於雲端的解決方案，又如何能成為創新的推手。更快獲得結果隨著晶片變得越來越複雜、體積越來越大，面對日益增加的上市時間壓力，晶片設計和驗證資源遭遇瓶頸。與此同時，工程師的工作量也持續增加。工程師需要處理的事情增加，可用資源卻減少。與在本地資料中心進行EDA解決方案相比，雲端技術的利用開闢了更多的運算資源，可以加速基礎晶片設計和驗證過程。另一個好處是增加彈性，促使晶片設計能夠根據需求，迅速地擴大或縮小規模。以元件庫特徵化(Library Characterization)為例，這是一項高度平行化的任務，需要大量運算資源。元件庫特徵化的資源規畫極為困難。例如，在雲端運算前，晶片設計公司需要先針對這些工作負載量，在自有的高效能資料中心投入許多資源。然而，根據需求模式，這些系統不是被過度使用，就是未被充分利用；或是也可能需要先對工作負載量進行排序，進而導致延遲。相反地，雲端運算可以在需要時，按照需求量，盡可能獲取最多的運算資源，將元件庫特徵化等任務的周轉時間(Turnaround Time, TAT)從數週縮短到數天。廠商如亞馬遜網路服務(AWS)的客戶已經能夠將他們的元件庫特徵化工作負載量擴增到120,000多個平行作業，部分原因是AWS和新思科技之間具有合作關係。時程短、資源耗費大的任務，非常適合遷移到雲端。無需自行支出繁重的成本來建置基礎設施，設計人員就可以靈活地利用運算資源。若有需要，在數據可分區的前提下，也可以將運算密集型任務分解成更小的任務，並利用雲端的大規模、分散式的處理和儲存空間，來解決每個小任務。除此之外，在分散處理時，時序分析(Timing Analysis)、物理驗證和功能驗證之類的工作流程，也得以完善地擴充。例如透過形式驗證，可以將設計本地化，並對獨立的部分執行驗證。提高產品品質為了保持先進節點設計、具有多個功率域(Power-domains)的低功耗設計以及突破光罩限制設計的高品質結果(QoR)，在設計流程的所有階段，驗證工作的量都呈爆炸性成長。在現實世界中，內部運算資源並非無上限，設計師被要求完成不可能的任務：在上市時間和結果品質之間取得平衡。雲端憑藉近乎無限的資源，提供了執行大規模模擬、時序簽核(Timing Signoff)和物理驗證任務的能力；而這些任務可能會導致本地運算資源的短缺，或甚至整個系統的崩壞。更低的成本以最快的時間，將品質最好的產品推向市場，始終是設計者的目標；但盡可能以最低的成本生產晶片也同樣重要。傳統的晶片設計公司，可以使用現有的資料中心來進行EDA解決方案。即便如此，為了管理成本，他們可能仍會選擇混合的工作流程，在運算需求突增的期間，利用雲端資源來補足本地資源的短缺。而小型新創公司可能會發現，私有資料中心的成本太高，不切實際。在這些情況下，雲端可以在需要時，提供最新的運算和儲存資源，並具有高度的靈活性，即用即付(Pay-as-you-go)。雲端的彈性也有助於降低結果成本。各家雲端的價格確實有所不同，因為一些雲端供應商允許運算服務的競標，費率受需求影響。隨著雲端供應商開發成本更低的運算資源，例如利用過剩容量的現貨實例，也許能提供更低的價格。設計公司應該把握時機，善用這些EDA解決方案。高安全性/系統正常運行時間半導體產業對遷移到雲端的猶豫，與對安全性和系統正常運行時間(System Uptime)的擔憂有關，這是可以理解的。採用現代雲端安全性技術、雲端原生流程(Cloud-native Processes)及技術，有助於確保在安全、受監控的雲端基礎架構上執行EDA工作。為此，EDA供應商與雲端安全供應商密切合作，調整技術，以保護EDA工作並防止資料洩漏。應用高強度的身分和存取管理，可以確保在EDA工具當中，有效管理使用者的存取權限。雲端供應商通常在責任共擔模式(Shared Responsibility Model)下營運。其中雲端供應商承擔雲端本身，即資料中心的安全責任，而他們的客戶(如EDA公司)則承擔雲端內部的安全性。EDA產業應該要充分了解這個模式的含義。雲端供應商是否在其基礎架構和應用程式中，從頭開始建構安全性，並確保操作的安全性？EDA供應商是否使用適用於雲端環境的加密處理以及最新的監控和故障排除工具？至於系統正常運行時間，雲端供應商正在構建大量閒置的資源，以確保其運算資源的高可用性(High Availability)和彈性(Resiliency)；例如透過高可用性集群(High...
  
  技術探勘
  
  微控制器驅動無線模組　氣味信差昇華網路通訊體驗
  
  2021 年 10 月 24 日 0
  
  隨著網路通訊科技進展，讓人們能透過手機的通訊軟體與親朋好友即時聯繫，包括傳送文字、表情符號、貼圖、圖片及影片等訊息。目前通訊軟體沒有傳送氣味的功能，因此本文的構想便結合通訊軟體與發散氣味之產生器，使得通訊軟體具有「氣味信差」的創新分享功能。為了實現此氣味傳遞的創新分享功能，使用者必須搭配一個筆者設計之氣味產生器，其中氣味產生器使用盛群(Holtek)微控制器HT32F0006為主控中心，透過LINE BOT結合聯網功能，以及控制氣味產生器產生三種不同氣味，同時機殼上會產生不同色彩的燈光，而且也會播放一段音樂。「氣味信差」系統可以做到分享人們所喜愛的氣味給家人、朋友，例如玫瑰精油、薰衣草與薄荷等氣味可以帶給人們不同的感受；該產生器在離線模式下也可以獨立當氣味機使用。訊息導入氣味傳送　活化溝通內涵由於資訊科技不斷地進步，不只可以讓人們透過通訊軟體傳送文字或圖片即時聯繫，更可以透過傳送貼圖或表情符號的方式來表達自己的想法和感受，讓彼此之間的互動變得有趣、關係更加密切。但現有的通訊軟體並沒有傳送氣味的功能，而本文構思為使用通訊軟體即時分享氣味給家人、好友，達到氣味信差的概念。目前通訊軟體僅能傳送單一圖片、文字、音樂，市面上也還無法做到傳送氣味，本專題發揮創意，希望為現有通訊軟體加值，新增一個傳送氣味的全新功能，作品以LINE為例，受限於通訊軟體的封閉性，無法直接修改原軟體功能，因此利用LINE軟體的LINE BOT聊天機器人機制，搭配所設計與製作的氣味機，達成使用通訊軟體分享氣味之目的，系統架構與使用情境如圖1所示。使用者A於LINE BOT介面輸入「欲傳送氣味對應的特殊文字」訊息，LINE BOT會將訊息傳送至本文設計的後台網頁；氣味機B內建Wi-Fi連線功能，會接收此氣味對應資料；氣味機B產生相對的氣味，以此間接方式達到信差功能，反向傳送，其程序完全相同。另外，氣味機產生三種單一氣味外，也可進行混合香味，同時也有音樂與燈光效果，達到創新分享的功能。氣味信差系統運作三原理解析本「氣味信差」系統包括三大部分：一，產生氣味的氣味機；二，LINE軟體的LINE BOT聊天機器人機制；三，配合LINE BOT傳訊的伺服器端資料庫與網頁。使用者使用LINE BOT傳送氣味(例如薰衣草)訊息，LINE BOT會將此資料透過後台網頁以Wi-Fi連線方式傳送到氣味機模組上，其中微控制器控制中心透過UART連結並控制Wi-Fi模組。微控制器接收氣味(例如薰衣草)訊息，板子上的GPIO接腳就會輸出高電位，控制繼電器來驅動氣壓幫浦產生訊息對應的香氣(例如薰衣草)，以及播出相應的音樂與燈光，達到嗅覺、聽覺以及視覺一體的美好感受。氣味機整合軟/硬/韌體架構控制音訊播放硬體架構氣味產生器之硬體架構如圖2所示，當微控制器透過Wi-Fi模組接收到網頁傳遞的控制訊息時，就會利用GPIO接腳控制繼電器來控制氣壓幫浦的開關。同時也會透過UART通訊方式發送指令給NMOS模組、RGB LED模組。RGB LED模組可以依指令產生燈光、NMOS驅動模組可以依指令控制電磁閥開關，讓氣壓幫浦打出的氣體可以通過電磁閥流向擴香機噴頭，最後產生氣味散發出去。而HT82V73A會透過DAC將人們所使用的音檔的音頻放大轉換成音樂播放出來。軟體流程軟體控制流程如圖3所示，使用者在LINE BOT輸入訊息，LINE BOT會將接收到的訊息傳送至所建立的資料庫，並將訊息放於網頁上。在Wi-Fi模組端便等待網頁傳送過來之訊息，當Wi-Fi模組接收到訊息時，就會發送指令給微控制器，微控制器會去判斷指令是哪一種氣味，最後氣味機會發出相應的氣味，流程如圖4所示。韌體流程氣味機之韌體控制流程如圖5所示，當微控制器主控板接收到指令時，微控制器主控板會同時控制GPIO、NMOS模組、RGB模組。GPIO主要控制繼電器來驅動氣壓幫浦，NMOS模組是驅動電磁閥，而RGB模組會因不同氣味產生不同的燈光效果。氣味機在離線模式之運作流程如圖6所示，微控制器主控板向8 Key觸控模組發送讀取觸摸按鍵訊息的指令，並等待8 Key觸控模組回傳指令。如果微控制器主控板接收到指令，就會去分析指令為何，並依指令控制繼電器、NMOS驅動模組以及RGB LED模組來產生相應的氣味，其中觸摸Key1產生薰衣草氣味並發出綠光及播放音樂A，觸摸Key2產生玫瑰氣味發出紅光及播放音樂B，觸摸Key3則產生薄荷氣味發出藍光及播放音樂C。前述音樂播放控制如圖6所示，當微控制器主控板接收到音樂播放指令時，音檔音頻訊號透過微控制器主控板的DAC功能將音頻訊號放大，最後播放出音樂(圖7)。氣味機原型系統實現與功能測試依前述軟硬體規畫與設計完成「氣味信差」系統原型，其硬體作品氣味機整體系統運作依圖1使用情境進行功能測試。本文中的系統原型可配合氣味機產生3種氣味進行氣味傳送功能，其中於LINE BOT對話介面點選或傳送指定文字氣味訊息，例如薄荷，LINE BOT就會回傳已傳送的氣味訊息至資料庫。而資料庫端就會將相應的氣味種類、數量及時間建立在資料表上，再由後台網頁去更新資料表上最新的一筆資料。經由系統整合測試，驗證使用者雙方都有本文之氣味之產生器，當好友雙方使用LINE通訊軟體交流的同時，可以新增本作品創意之氣味傳送功能。訊息傳遞藉氣味輔以聲光效果增進日常生活情趣透過本文製作的氣味機可以讓不同的使用者，即使身在遠方，也可以使用LINE通訊軟體分享自己所喜愛的氣味給身邊的家人、朋友，讓對方感受到本文所表達的意境，不同的氣味也可以帶給人不同的心境與意義。氣味產生的同時搭配聲光效果，製造不同的情境及氛圍，不只可讓人們增進彼此之間的感情，而且也讓通訊生活變的更有趣、更有創意。 (本文作者余兆棠/劉大琦為南臺科技大學教授；彭森田/蔡明峻/岳皓予/李宜鴻為南臺科技大學學生)
  
  技術探勘
  
  改善使用者體驗　主動能量監測延長供電時間
  
  2021 年 10 月 21 日 0
  
  電池供電類設備存在已久，然而自手機問世以來，由可充電電池供電的設備數量在過去二十年呈現出指數級成長。截至2018年，多種不同型號的手機、平板電腦、筆記型電腦和許多其他小型電器都在使用鋰電池。對於所有可攜式設備而言，因為多數採用鋰電池供電，功耗成為產品開發的重要考量因素。硬體開發人員越來越注重在增加功能、減小尺寸、降低成本的同時，實現低功耗方案。軟體發展人員也以舊演算法為切入點，針對作業系統領域(即透過能量監測調度)和新興領域(例如機器學習)，研發新的功率監測方法，力求降低功耗。功率是指暫態消耗的能量。如公式所示，在電學中，功率等於暫態電壓與電流之積。功率單位為瓦特(W)，表示「焦耳每秒」。 P = V×I 能量等於功率與時間的乘積，電路消耗能量，電池則儲存能量。功率管理通常是指管理暫態電流和電壓，以滿足功率傳輸能力和負載條件。能量監測通常會提供有關能耗的資訊，進而協助開發人員進行電池管理和整體功率基準測試。透過專門設計的軟體(可根據特定負荷採取相應操作)監視能量時，即開始了主動能量管理。主動能量管理可以基於預定義的設置自動進行，也可以在軟體啟動時手動進行，其作用是為用戶提供特定的建議。例如，大多數筆記型電腦在使用電池而不是交流電源運行時，處理器效能會自動降低，並且改用低功耗、低效能的整合圖形處理器，而不使用專用處理器。可以關閉筆記型電腦的一些周邊，以延長電池供電時間，而使用者也可能收到降低螢幕亮度或調暗鍵盤背光的通知。大多數智慧手機都提供各種節能選項，當電池電量降至特定水準時，主動能量管理便會提出使用節能選項的建議，包括關閉一些現有的網際網路連線、降低螢幕亮度等。但類似情況並不限於電池供電設備。伺服器會仔細監測功耗和負荷水準，以確定是否可以完全停止或暫停某些服務。在虛擬伺服器中，可根據電流總用量和基於統計資訊預測的用量增加和縮減應用。對於這類伺服器，可以使用虛擬機器管理程式完全關閉某些虛擬機器。進行除錯時，也可以使用主動能量管理。能量監測可提供非常有效的資訊，用以確定整個系統或部分系統是否在界定範圍內運行。用於測量直流功率和能量的電路如前文所述，電功率是電壓與電流的乘積。要精確測量功率，需要對電壓和電流進行精準測量。在一定時段內測量功率並將結果累加，即得到能量。功耗在大多數情況下都不是恆定值，因此，必須使用一個選定測量頻寬，在此範圍內量測電壓和電流。直流電壓測量電路的一個典型範例是圖1左側所示的簡單分壓器和圖1右側所示的緩衝分壓器。這兩個電路都可以透過適當的校準提供高精度測量結果，儘管帶緩衝的分壓器比不帶緩衝的分壓器價格昂貴，但前者通常功耗更低，尤其適合測量極低的直流訊號。雖然借助霍爾效應也可以測量電流(包括直流電流)，但本文側重於使用分流電阻測量直流電流，因為後者更常用而且費用更低。分流電阻是一個低阻值電阻，與電路串聯。電流流經分流電阻時，分流電阻兩端會產生一個小的壓差。該壓差與電流成正比，如公式所示，並且通常使用運算放大器進行放大。 VDROP=RSHUNT×I 由於分流電阻與電路的其餘部分串聯，因此可以連接在任意一側：上橋臂(分流電阻的一個端子直接連接匯流排電壓)，或者下橋臂(分流電阻的一個端子接地)，如圖2。在這兩種情況下，分流電阻都會出現一個小的壓差，電路的總電壓會降低。但是，分流電阻的連接位置會受到一些影響。如果分流電阻放在下橋臂(圖2右側)，其兩端的電壓將直接接地。由於分流電阻通常很小，其兩端的壓差也很小，因此電流測量電路使用便宜的低壓運算放大器即可非常方便地放大壓差。這對於縮減成本很有幫助。但下橋臂分流有一個明顯的不足，即整個電路不再直接接地，而是連接高於接地端電壓的位置。分流電阻兩端的壓差通常以毫伏計。如果將分流電阻連接在上橋臂(圖2左側)，則電路直接接地，可消除地彈反射效應。如果要對電路進行精確測量或必須提供精確的輸出，則應選用此連接方法。此方法的唯一缺點是需要使用電壓更高的差分運算放大器電路，並且視運算放大器的頻寬而定，費用也可能會增加。儘管電壓、電流甚至功率本身都可以透過類比電路輕鬆測量，而且成本很低，但能量測量卻需要使用更複雜的電路來實現。然而，傳統的能量測量方法是使用類比電路測量電壓和電流，然後使用類比數位轉換器(ADC)將類比訊號轉換為數位訊號，將資料輸出到微控制器。微控制器的作用是對訊號隨時間累加的功率進行採樣，進而實現能量測量，測量能量的典型電路如圖3所示。在測量電路中增加微控制器既有優點也有缺點。一方面，在演算法計算、監視不同行為和進行更詳細的報告方面具有很大的靈活性，例如每小時、每天等。此外，微控制器的作用不僅限於能量測量，還可以觸發事件、運行自訂狀態機或滿足工程師的任何需求。而如果系統原本就需要使用微控制器，則成本和物料清單(BOM)的增加並不是問題。另一方面，使用微控制器監測能量的缺點則是測量系統的總功耗、繁複的程式開發工作和開銷成本都會增加，而且視精度要求而定，有時可能還需要外部ADC。多年來，隨著業界對直流能量監測功能的需求不斷成長，多種面向此類應用的積體電路相繼問世。例如Microchip的PAC1934。此類積體電路只需使用分流電阻作為外部元件，即可同時採樣4個通道，基本電路圖如圖4所示。電路中整合了運算放大器、ADC、算數運算邏輯、記憶體和用於連接系統的標準介面(通常為I2C或SPI)。與傳統方法相比，使用積體電路的優勢在成本方面尤為明顯，因為在一個積體電路中整合了能量測量所需的一切，使BOM和PCB尺寸顯著降低。主動能量監測的優勢憑藉適合大多數應用的靈活配置，專用積體電路能夠以極低的功耗在長時段內累加功率。通常功率取樣速率最低為每秒8次採樣，最高可達1 KSPS。例如，PAC1934以8 SPS運行時，可以累加超過36小時的功率，並且電流小於16μA，同時4個通道全部有效且以16位元的解析度運行，無需軟體干預。此方法允許取樣速率動態變化，進而可以擴大應用範圍。例如在標準筆記型電腦中使用積體電路監測電源軌。當筆記型電腦處於運行和活動狀態時，能夠以1024 SPS的取樣速率進行監測，而當筆記型電腦處於暫停狀態(Suspended State)時，監測速度可能降到8 SPS，因為在暫停狀態下，功耗不會有太大的波動。此外，降低取樣速率可以減少能量監測的功耗，而不會影響效能。主動能量監測最常見的一個應用是電池電量計量。專用積體電路可監測電池的電壓和電流，隨時得知電池電量。更先進的電池電量計還可以檢測到電池遇到了特定問題，例如電量計可以追蹤電池的電壓與電量的關係，如果二者之間不再有對應關係，則代表電池的總容量因老化或其他因素而縮減。主動能量監測也是標準電池管理系統(BMS)的核心。BMS是多節電池組所使用的電路，負責對電池組進行安全充電和放電，並主動測量其電壓和電流，確保每節電池的參數都相同。BMS的功能還包括檢測故障電池，或在電壓過高或過低時斷開電池組。主動能量監測的另一個常見應用是與智慧手機和平板電腦上的作業系統以及筆記型電腦、電腦和伺服器上的Linux或Microsoft Windows搭配使用。對於智慧手機和平板電腦，作業系統透過各種方法監測不同服務和應用程式所消耗的電量。在早期階段，系統不直接測量能量，而是使用表格資料獲取各個工作點的功耗，基於CPU、GPU和螢幕使用情況估算能量。估算出的能耗資料以統計資料的形式報告，便於使用者決定如何進一步操作設備。自Windows 8起，Microsoft在筆記型電腦和個人電腦中導入了能量估計引擎(Energy Estimation Engine, E3)。E3早期階段的工作原理與智慧手機中的估算演算法類似，能夠根據各種資源的使用情況(處理器、圖形、磁片、記憶體、網路和顯示器等)來估算每項任務的功耗，進而實現功耗追蹤。E3還導入了能量計量介面(EMI)，系統製造商可以透過該介面為系統添加實際可用的能量測量感測器，並進行相應聲明。如果加入了此類感測器，E3會利用這些感測器準確地測量功率和能量，而不是只進行估算。某些筆記型電腦製造商已在其產品中實現了這些功能。此外，過去還存在一些其他的方法，例如Sony在Vaio筆記型電腦中實現的能量監測，但沒有支援這些方法的作業系統，只有專用應用程式才能存取相關資料。Linux尚未提供與Microsoft E3相當的工具，但據報導稱，廠商已著手進行相關工作。工業I/O子系統支援在作業系統中加入各種感測器，為使用者空間的應用程式提供非常簡單且功能強大的介面(基於檔的介面)。然而，在本文撰寫之時，工業I/O子系統仍是核心的擴展，而不是默認Linux架構的組成部分。Linux還支援能量監測調度和智慧功率分配，這是一種用於嵌入式Linux領域的演算法，可協助系統決定如何調度不同的任務，同時考量散熱問題(能耗導致CPU/GPU發熱)。能量測量積體電路的另一個值得關注的應用，是對USB功率和能量以及在伺服器應用程式中的使用情況進行監測，如本文第一部分所述。由於伺服器採用不間斷運行的設計，因此監測能耗有很多好處，例如可透過主動服務控制提高總體電源效率，能滿足越來越高的能效標準，允許系統管理員在伺服器的某些部分出現功耗異常(表示未來可能發生故障)時執行預測性維護。透過IC整合能量監測功能就能量監測的需求以及系統需要執行的其他功能而論，某些方法可能比其他方法更適用。如果嵌入式系統是根據自身用途專門構建，並且需要瞭解自身功耗或估算能耗，則傳統方法更適用。建議在微控制器中加入內部ADC，以便大幅縮減能量監測功能的成本。採用這種方法，只需要使用進行電壓和電流檢測的外部類比電路。如果需要非常高的測量精度而不計BOM成本和功耗，則傳統方法比積體電路更適用。但在很多情況下，更適合採用積體電路方法。例如，如果想要在作業系統中整合能量測量，就適合採用積體電路方法，因為整合解決方案就是為解決這一問題而構建，透過適當的驅動程式，系統能自動識別出能量測量並知道如何操作。能量測量積體電路通常可以測量多個通道(進而監測多條匯流排)，因此，在需要監測大量匯流排時，整合解決方案具備明顯優勢。此外，同一條通信匯流排上可以使用多個積體電路(例如I2C或SPI)。另一個更適合採用整合解決方案的情形是，在系統處於功耗極低的睡眠模式或完全關閉的情況下，在較長的一段時間內測量能量。整合的能量監測晶片僅消耗極少的功率，並能在特定時段內自行累加能量，無需任何系統干預，而這正是實現整合解決方案的基礎。對於有較高尺寸要求的高度整合化和密集型PCB，例如手機、平板電腦或筆記型電腦的主機板，與等效的分離元件相比，積體電路占用的空間顯然更小。例如，在晶圓級晶片封裝(WLCSP)尺寸的晶片(大小為2.225×2.17mm)中，包含一個能同時監測四個通道的能量測量積體電路。 (本文作者任職於Microchip)
  
  技術頻道
  
  全彩顯示擴大應用商機　電子紙進軍零售賣場貨架
  
  2021 年 10 月 4 日 0
  
  電子紙顯示器以雙穩態與反射式的技術特性，讓顯示螢幕具有類紙質感的閱讀體驗、無背光源，對雙眼友善、陽光下可視、超低耗電與持續顯示零耗電等特性。基於與一般紙質紙張相似的顯示特性，與自發光型的顯示技術相比，長時間使用電子紙閱讀雙眼相對不會感到痠澀，故成為適合數位閱讀的顯示螢幕，眾多廠商推出採用電子紙的電子書閱讀器，也讓大眾留下電子紙等於電子書閱讀器的深刻印象。然而隨著物聯網與智慧城市等趨勢發展，在教育、交通、物流、零售、工廠、醫療照護、商務與生活等場景均加速落實數位轉型，各個場域將裝載數以億計的聯網裝置。面對低碳時代來臨，對於裝置的電源使用效率要求更為嚴苛，人類不再只追求科技智慧與聯網發展，而是避免高耗能、高排碳持續造成更嚴重的溫室效應，因此，能減少耗電降低碳排，有助環境永續發展的技術將是未來科技關鍵發展趨勢。而電子紙發揮超低耗電與持續顯示不耗電的特性，成為適用於物聯網與智慧城市的顯示介面，同時可取代一次性用紙的技術與產品定位，有助於降低自然資源的消耗。基於電子紙的顯示特性，電子紙應用領域已從既有的電子書閱讀器印象，延伸至零售、交通與物流等多元場域。例如零售場域的電子貨架標籤，取代傳統紙張標籤；電子紙廣告看板取代傳統印刷海報；智慧交通領域的智慧電子紙公車站牌，因電子紙強光下可視的特性，是絕佳的戶外顯示器，同時基於電子紙低耗電的特性，結合太陽能供電與蓄電系統即可運作，無需額外接配市電，實現電子紙具備的永續發展價值。雖然電子紙應用領域持續拓展，但電子紙在顯示色彩的表現，自第一台採用電子紙顯示器的電子書閱讀器於2004年問市後的十數年間，電子紙色彩顯示仍以黑色與白色為主流。2013年，廠商如元太科技推出E Ink Spectra三色電子紙，運用三種顏色的電子墨水粒子，讓電子紙可顯示黑、白、紅，或是黑、白、黃等三色，藉此開拓電子紙於零售場域使用的電子貨架標籤應用。電子紙從黑/白發展至三個顏色，廠商仍持續投入彩色電子紙之開發，2016年首款全彩電子紙顯示技術(Advanced Color ePaper, ACeP)問世，運用青色、洋紅、黃色、白色等四種色粒子，透過電壓控制、動態地進行顆粒組合和混色，實現全色域的彩色電子紙技術。E Ink Gallery具有全彩顯示效果、以及雙穩態與反射式的技術特性，可讓電子紙應用開拓更廣泛的市場，例如全彩電子看板。不僅如此，著眼於電子紙的電子貨架標籤與電子廣告看板於零售領域需求持續成長，2021年4月推出的E Ink Spectra 3100四色電子紙，運用黑/白/紅/黃等四種鮮豔與飽和的色彩，滿足零售業者色彩行銷之需求。而在此產品上市後，廠商仍協同晶片設計的生態圈夥伴共同研發適合四色，乃至八色的電子紙顯示器使用的驅動晶片，藉此協助零售系統商可更快的開發出採用四色電子紙的電子貨架標籤與電子紙廣告看板。四色電子墨水系統電子墨水薄膜(Film)透過電場來控制微膠囊或微杯內帶色粒子的跑動，呈現出雙眼看到的各種圖面、文字或顏色(圖1)。電子紙的驅動相同與LCD液晶螢幕的部分是，電子紙一樣需要薄膜電晶體(TFT)來驅動每個畫素，在電子紙顯示器中，一面的電極是由薄膜電晶體所控制，稱為畫素電極，連接到TFT的源極(Source)，另一面則是所有畫素共用的共電極，利用兩端的電壓差異來控制電場，使每個畫素可以獨立的顯示不同顏色/灰階。電子紙需要時序控制晶片、TFT驅動晶片，及提供TFT驅動電壓的電源整合型晶片(圖2)。電子紙的驅動與LCD液晶螢幕的差異則是，由於電子墨水薄膜的反應速度不及液晶螢幕，所以需要提高驅動電壓，以及需要使用電壓寛度調變。要驅動帶色粒子到固定的位置，顯示特定的顏色，這需要設計特定的電壓寛度的組合，也就是要達成一次顯示畫面的電壓組合為電子紙的驅動波型。另一不同於LCD液晶螢幕的是電子紙的雙穩態性，由於驅動一次之後，若顯示畫面不需要改變，這時搭配電子紙的雙穩態性，薄膜電晶體不需要再次掃描及驅動，所以在電子紙的使用的輸入介面上，顯示是以單張圖像(Image)資料格式為基礎，而不是液晶螢幕的影像(Video)。基於這些不同之處，所以在電子紙的驅動晶片和時序控制晶片都需要特別的設計(圖3)。兼顧清晰/省電的應用需求不同的電子紙應用，依照顯示器使用的場域不同，而產生不同的需求。電子書筆記本需要的是高對比/多灰階顯示，快速的手寫反應速度；在電子標籤則是需要多色，省電及低成本的設計。中小型電子標籤所使用的電子紙顯示器，目前絕大多數使用低成本的整合型晶片。整合型晶片指的是將時序控制及產生高壓電源的功能都整合進TFT驅動晶片裡。開發電子標籤系統，僅需前端使用低成本的微控制器(MCU)，經由標準的串行外設介面(SPI)來控制電子紙整合型晶片的顯示資料及指令即可達成。在電子標籤的應用下，新的材料及晶片的開發收集了使用者的各項反應，以下為市場需求的整理。 1.需要更多色彩、顯示更多內容、解析度提高。這也是四色電子紙具有巿場潛力的原因。 2.更省電、環境友善、符合ESG(Environment, Social, Governance)永續性的要求。在巿場上目標標籤壽命由5年提升到10年。 3.畫面顯示過程優化，由於電子紙顯示器材料的特性，在一張畫面更新的過程中需要數秒的時間，客戶希望在視覺上可以縮短更新的時間，並且利用畫面更新的過程成為電子標籤吸睛的優勢。 4.增強資料存取安全性，防止標籤的顏色及內容被竄改。為滿足上述的使用情境與使用者需求，產品如Spectra 3100整合型晶片(圖4)在設計上開發了相對應的功能。優化顏色及清晰度新的材料使用了更多顏色的粒子，對應到驅動晶片上則需要更多的驅動電壓位準，提供TFT的源極端產生不同的電壓，形成不同電場使電子紙顯示畫面。而由於顯示的每英寸像素提高，造成TFT中鄰近像素間平行電場產生，帶動了彩色粒子水平的位移現象，進而產生電場干擾。這個問題可於晶片設計中加入配合電子紙特性的影像演算法得以改善，無論是細小的字體或貨架標籤的條碼都可以清晰的顯示。新功能搭配省電設計若在四色的電子紙顯示技術平台中搭配空間混色的影像處理，該顯示器雖然有能力顯示部分的色彩，但也因空間混色機制會讓畫面中相對純色的畫面資料複雜度提高，造成相對較高的功耗。在Spectra 3100整合型晶片中導入了特殊抖色的影像演算法來降低TFT源極的變化次數，並搭配電子紙驅動波形動態控制幀率的功能，在保留原本的光學效果下仍得到省電的效果(圖5)。特殊的顯示模式增進吸睛效果此整合型晶片將原本換圖顯示過程較長的特性，轉化為類動畫的互動效果，成為吸睛的廣告，突破單向溝通的價格標籤應用。這項功能的實現，是結合了影像處理及驅動波型的客製化處理，兩者搭配起來使更新過程更加流暢，在電子標籤的應用中達到加強互動，吸引消費者目光，傳遞更多促銷資訊，促使消費者提升消費意願(Willingness To Pay, WTP)，同時增加了標籤的終端應用價值。強化傳輸安全最後，是資料傳輸安全性的提升，此整合型晶片系列中加入了自定義的特殊資料編碼格式，顯示任何圖片需搭配轉圖中介軟體(Middleware)，再配合驅動波型加密功能，可防止顯示資料被竄改，確保使用電子紙貨架標籤上的價格顯示之安全性(圖6)。拓展零售顯示商機全球零售商近年來加速數位轉型的趨勢，電子紙標籤能為零售業者提升營運效率、減少錯誤與降低成本，2020年更因COVID-19疫情加速線上線下全通路(Omni Channel)零售整合，電子貨架標籤自動價格更新系統能協助解決店內人力短缺、客戶要求提升、貨架缺貨與線上訂單增加等問題，加上疫情影響零售商的現金流量，也讓商家更重視商品促銷廣告投放的精準度，使用彩色電子紙貨架標籤提供多元、即時的產品資訊與廣告效益愈來愈受到實體零售商的青睞。在強勁需求推動之下，全球市場使用電子貨架標籤的店舖更加普遍、新興市場亦加快導入電子紙貨架標籤解決方案，全球市場供需狀況可望持續成長。電子紙標籤除了為零售業者提升營運效率、減少錯誤與降低成本外，在降低環境資源消耗方面亦有貢獻。智慧零售商業模式中常因時間、庫存變化、消費者族群不同、與線上行銷搭配等等的不同因素產生促銷策略與活動，而傳統紙質標籤因應各式促銷活動頻繁更新商品價格，造成一次性使用紙張的大量消耗而造成資源浪費。以電子紙大量取代傳統紙質貨架標籤，成為電子貨架標籤的顯示螢幕，使零售業者的數位轉型成為環保低耗能、無紙化、美觀且有助於營運效率提升。加上電子紙具有斷電後可長時間顯示的特性，在無電力時仍可維持畫面顯示，所以非常省電，廣泛並長期使用有助達成「減碳增綠」及循環利用的目的，可減緩溫室氣體所帶來的全球氣候變異衝擊。而根據統計，電子紙貨架標籤於全球貨架標籤市場滲透率不及5%，未來市場成長性仍大，預期未來幾年都將保持20~30%的成長幅度，以更多的電子紙貨架標籤取代傳統紙標，可減少紙張使用，有助環境永續發展。基於電子紙的省電、持續顯示不耗電等特性，有機會成為適用於物聯網的顯示器選擇。
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  疫後需求大舉反彈　感測器/分立元件市場可望成長18%
  
  2021 年 10 月 28 日 0
  
  研究機構IC Insights近期發布最新數據，由光電元件、感測/致動器與分立元件構成的O-S-D市場，2021年規模可望比2020年成長18%，達1,043億美元。此成長幅度為近年來所罕見。 IC Insights認為，2021年O-S-D市場能有如此巨大的成長，主要得歸功於疫情所帶動的需求。不過，由於CMOS影像感測器(CIS)缺貨的緣故，光電元件市場的規模並未出現明顯成長，帶動O-S-D市場成長的動力，主要來自感測/致動器跟分立元件，特別是分立元件。
  
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  手機用慣性感測器市場三強鼎立　意法保持領先優勢
  
  2021 年 10 月 25 日 0
  
  研究機構Yole Developpement近期發布最新版手機用慣性感測器市場研究報告，根據該公司與System Plus Consulting合作，對市售智慧型手機進行的拆解研究中發現，2020年拆解的54款智慧型手機中，有43%採用由意法半導體(ST)提供的MEMS慣性感測器，26%則使用博世(Bosch)提供的方案，TDK InvenSense則以些微差距落後給博世，排名第三。 Yole估計，到2026年時，消費性產品所使用的慣性感測器市場規模將達到8.38億美元。
  
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  功率暨化合物半導體晶圓產能將於2023年突破千萬片大關
  
  2021 年 10 月 21 日 0
  
  國際半導體產業協會(SEMI)近日發布功率暨化合物半導體晶圓廠至2024年展望報告(Power & Compound Fab Report to 2024)中指出，全球疫情蔓延下，半導體供應鏈一度受影響，疫後汽車電子產品不斷提升的需求即將復甦。全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產能2023年可望首次攀至千萬片晶圓大關，達每月1,024萬片約當8吋晶圓(下同)，並於2024年持續增長至1,060萬片。 SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示，碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)這類寬能隙材料，近一年以來在動力總成(Powertrain)、電動車車載充電器(EV OBC)、光達(LiDAR)、5G以及5G基地台等應用領域的普及，有很大進展。可預見的是，未來在汽車電子產品、再生能源、國防與航太等應用領域，其重要性不言而喻。SEMI看好全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產能，在未來將持續創下紀錄性新高。預計至2023年，中國將佔全球產能最大宗，達33%，其次是日本的17%，歐洲和中東地區16%，以及台灣11%。進入2024年產業將持續走強，月產能再增36萬片，各地區佔比則幾乎無變化。根據SEMI功率暨化合物半導體晶圓廠至2024年展望報告，2021年到2024年期間63家公司月產將增加超過200萬片。英飛凌(Infineon)、華虹半導體、意法半導體(ST)和士蘭微電子將扮演這波漲勢的領頭羊，共增加達70萬片。全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產業裝機產能2019年同比增長5%，2020年增長3%，2021年則有7%的顯著成長。2022年及2023年將持續攀升，各有6%及5%同比年增率。晶圓廠產業也正積極增建生產設施，預計2021年到2024年將有47個實現概率較高的設施和生產線(研發廠、高產能廠，含外延晶圓)上線。
  
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  消費性SSD競爭激烈　台模組廠布局重心逐漸轉向工控/OEM
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  TrendForce旗下半導體研究處調查2019年全球SSD模組廠自有品牌在通路市場出貨排名，受惠於NAND Flash價格急速下滑，2019年全球通路SSD出貨量約有1億3100萬台水準，較2018年成長近60%，普及度進一步提升，而金士頓(Kingston)、威剛(ADATA)與金泰克(Tigo)仍位居前三大模組廠品牌。金士頓在NAND Flash均價持續下滑的態勢中逆勢操作，憑藉積極採取搶攻市占的策略，並搭配全球縝密的通路及產品服務體系，以26%市占穩坐龍頭。威剛是台廠中少數專注通路市場SSD產品經營的企業，除了持續耕耘品牌價值，更進一步開拓高階電競市場，透過多元化的產品方案，以及彈性的定價策略，市占表現較前一年提升。 2019年中國SSD模組廠受到價格下滑導致部份廠商退出供應行列，部份陸廠無法穩定供貨SSD產品。然而金泰克早在建立初期，建設完整廠內生產體系與齊全的產品線，為了提升品牌形象及品質，去年也順勢推出工控SSD方案，因此市占仍位居眾陸廠之冠。本次四至十名反應出中國通路市場持續成長，進而帶動陸廠排名，然幾近無差別的市占反應出中國市場競爭仍激烈，導致更多二、三線廠商因無法獲利選擇退出。而台廠除了受到中國市場出貨量因陸廠興起而擠壓，加上在通路市場的佈局略顯保守，僅威剛與創見上榜，顯示出台廠銷售策略的改變，轉而投注更多資源於工控及OEM市場，此舉恐讓台系品牌總市占在未來持續下滑。
  
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  年增40.3%　9月北美半導體設備出貨大爆發
  
  2020 年 10 月 26 日 0
  
  國際半導體產業協會(SEMI)公布最新出貨報告(Billing Report），2020年9月北美半導體設備製造商出貨金額為27.5億美元，較2020年8月最終數據的26.5億美元相比上升3.6%，相較於去年同期19.6億美元則上升了40.3%。 SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示，九月份北美設備製造商銷售額表現再創新高。儘管COVID-19與地緣政治緊張情勢帶來了挑戰，半導體產業仍然保持彈性。 SEMI所公布的出貨報告乃根據北美半導體設備製造商過去三個月的平均全球出貨金額之數值。
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  工研院2021後疫5G市場發展及通訊商機研討會圓滿落幕
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  場次：展望全球與台灣通訊產業發展契機講者：通訊與智慧聯網系統研究部經理葉恆芬 2020年雖有新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情肆虐，全球電信業者5G布建步伐大致上未受干擾，除了歐洲部分國家在5G頻譜釋出與網路布建受到影響之外，如中國大陸反而在新基建政策助力之下，加速5G電信基礎建設；根據GSMA統計，累計到2020年9月，全球共有129個國家、397個營運商，對5G進行投資。有44個國家/地區的101個營運商已經啟動至少一項或多項符合3GPP定義的5G服務。預估到年底可望有176個營運商將啟動至少一項或多項符合3GPP定義的5G服務。觀察美國主要電信營運商亦增加網路設備建設支出，帶動全球電信基礎設備市場逆風成長，2020年全球5G行動基礎設備市場規模預估為157億美元，較2019年成長83.5%。回顧2020年，美中貿易紛爭加速國際在通訊產業關鍵議題之布局腳步，包含美國成立開放網路政策聯盟，計畫投入10億美元鼓勵業者投入開放網路技術研發；在低軌衛星通訊方面，3GPP則開始討論R17中NTN(非陸域網路)工作項目，低軌衛星產業為美國等國家政策鼓勵推動方向，關鍵低軌衛星計畫營運業者已進入初期測試。同時中國大陸亦規畫於「十四五規劃」投入10兆人民幣拚第三代半導體自主，為6G技術奠基。在6G的發展方面，ITU亦啟動針對6G相關之研究工作，預計於2023年完成6G技術願景，接續針對6G效能指標的討論也指日可待。展望2021年通訊產業發展，工研院觀察分析，低軌衛星可望進入密集發射期，為地面通訊設備與相關零組件帶來商機。而5G落地後對光通訊產業將帶來的光收發模組及資料中心網路交換器的市場機會。在開放網路方面，在電信營運商陸續導入開放架構的測試與大規模導入後，開放架構產業鏈間的競合態勢也更加清楚，為我國設備業者帶來機遇。此外，遠端存取與雲端運算存取也已是疫情過後的全球商業新常態，帶動零信任網路、SASE(網路邊緣安全存取服務)架構等新舊網路安全技術的需求躍升。上述相關產業創新動向將驅動2021年全球及我國通訊產業的再次躍進。場次：探索後疫時代5G電信服務需求樣貌轉變與商機講者：通訊與智慧聯網系統研究部產業分析師陳梅鈴根據Ericsson調查，新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情期間社會利用5G協助醫療人員進行遠端監控、設備操控等案例影響下，有一半的民眾更加堅信5G可以提供比4G更高的網路容量和傳輸速度，用戶對於5G網路的依賴度也將提高。例如：南韓電信業者LG U+的5G用戶中約有1/6每天都在瀏覽VR內容，預期5G將促成更多應用服務的普及，加速全球5G用戶成長，2020年達到1.9億，2025年達到28億。工研院觀察分析，目前全球5G服務發展以北美、亞太、歐洲為主，北美市場以部署5G毫米波網路為主，目前覆蓋率和網路效能仍待加強，應用服務鎖定企業、FWA和熱點為主；亞太市場以中頻3.5GHz網路為主，目前3.5GHz產業鏈發展成熟，故電信業者著重於應用服務的布局，主打AR/VR、高畫質影音和遊戲等；歐洲市場也以中頻3.5GHz網路為主，但因為美中貿易紛爭的影響，導致5G建置成本較過去4G高，使得5G網路部署速度較慢，目前應用服務以工業4.0和區域網路發展較快。工研院預估，2020年全球5G行動基礎設備市場規模為157億美元，較2019年成長83.5%，其中主要成長動力來自於中國大陸5G新基建，其次則為南韓、日本、臺灣、美國等其他國家的5G網路建設。2021年預估在中國大陸、南韓、日本、臺灣、澳洲、美國、歐洲國家的5G網路持續擴增下，全球5G行動基礎設備市場規模將達到214億美元，年成長率為35.7%。場次：5G落地下，光通訊市場發展趨勢與機會講者：工研院產科國際所通訊與智慧聯網系統研究部產業分析師楊玉奇 5G落地帶動基站光收發模組和資料中心網路交換器升級市場需求，光纖材料翻新衍生新興感測應用，DWDM-PON為次世代技術發展主軸。隨著FTTH部署趨於飽和與整體經濟景氣波動，全球光通訊產業發展逐步趨緩，所幸在2020年全球5G應用強勁需求以及雲端運算應用的帶動下，沉寂許久的光通訊產業再次見到成長的契機。 5G落地後對光通訊產業將帶來的市場機會，主要來自於光收發模組的增加和資料中心網路交換器的升級。由於5G架構下為滿足高頻特性，需要增設相較於4G多出3至4倍的基地台和小型基地台，才能確保訊號覆蓋範圍完整。另一方面，已見到Google、Amazon、Facebook、Microsoft等大型網路公司，陸續為其資料中心導入400G光通訊模組和進行400G數據交換機的升級。因此，工研院預估，在每個5G基地台約對應7個光收發模組的預估需求，以及資料中心大廠的汰舊換新趨勢下，可望為光通訊產業帶來市場成長機會。此外，光纖材料的突破引領特殊光纖的研發，防潮防濕能力較傳統光纖提升千倍以上，搭配新一代光纖光柵(FBG)技術衍生新興感測應用，亦是光通訊產業值得關注的市場機會。光纖感測體積小、重量輕、不受電磁干擾、耐候性高、不用電、傳輸距離長、訊號保真度高等優點，已被用於鐵道、列車、水壩、住宅、邊坡、風力發電機的預防性維護，荷蘭與香港都已有實測成果。工研院觀察，在光通訊產業迎合5G發展下，以DWDM-PON(高密度分波多工被動光纖網路)結合毫米波無線傳輸，建構整合光纖與無線的全雙工超高頻通訊網路架構，應用於傳輸高速與高容量資訊，將是後續光通訊技術的發展主軸。場次：5G通訊半導體發展趨勢與產品革新講者：工研院產科國際所半導體製程研究部產業分析師劉美君 2020年在終端的趨勢發展上，工研院觀察，最重要的議題是5G結合AI人工智慧機能及相關應用的擴大化，而這也對終端產品帶來新的可能性。特別是隨著5G技術在硬體建設逐漸完備，高速且低延遲的通訊品質將協助串連更多的IoT裝置，並且實現行動通訊以外的創新應用。 5G機能將擴大行動裝置對儲存容量的需求，這意味著大量資料傳輸將使儲存容量自2019年的512 GB ，至2021年將達到1 terabyte，資料傳輸速度也上看20 Gbps。因此擴大化的頻寬預計將串連更多的IoT裝置，結合感測器、AI人工智慧的機能，讓新應用得以實現。因此，對於Fabless業者而言，尋求可靠的晶圓代工伙伴，將是確保晶片產品信賴性的保證。在晶片製程技術上的挑戰為製程微縮，這將能有效協助晶片有限的空間內提升運算速度。從5G處理器晶片代工關係來觀察，可發現因製程微縮需求不斷擴張，使得戰線從7nm延伸至5nm。隨著5G技術在硬體建設逐漸完備，高速且低延遲的通訊品質將協助串連更多的IoT裝置，5G將影響許多其他應用產品以及服務提供。並且實現行動通訊以外的創新應用。下階段5G的進展將無可避免的是，隨著裝置數量的增加，5G使用600MHz以上的寬頻帶將擴展到毫米波頻率來解決對更大量裝置部屬的需求，特別是支援高頻毫米波的基頻處理器和RF射頻零組件的低成本化。工研院觀察指出，未來5G相關半導體市場規模最大者為基頻、應用產品核心處理器，以及射頻晶片的發展，而這也是目前臺灣半導體業者在2021年致力提升研發與量產性的課題。場次：風起雲湧，看全球5G開放架構產業生態鏈競合及版圖變遷講者：工研院產科國際所通訊與智慧聯網系統研究部魏伊伶 2020年在5G基礎建置上，受到疫情影響全球經濟表現，使得歐美地區電信營運商陸續延緩5G建置計畫，加上中美貿易戰的持續衝突，使得歐洲等國今年更積極採取去華為化的動作。在上述事件影響下，使得全球電信營運商面臨華為設備汰換及經濟成長遲緩的挑戰，紛紛積極思考以開放架構進行5G行動網路建置的可能性。日本樂天電信在成功以軟硬解構架構建置4G網路後，更決定其5G行動網路將採取開放式架構Open RAN來進行建置，除了與NEC合作研發符合O-RAN標準的5G RU設備外，更進一步以NEC的5G Core核網平台為基礎，開發為樂天專屬的RCP (Rakuten Communication Platform)，更於2020年9月宣布與Telefonica合作，未來將合併採購Open RAN設備。此外，美國新興電信營運商DISH也宣布以Open RAN開放架構建置其5G行動網路，包含採用Mavenir與Altiostar的Open RAN軟體，以及Fujitsu的5G RU設備，並使用Nokia的5G核網等，都讓5G開放架構在2020年成為通訊產業關注的一大發展趨勢。在電信營運商陸續導入開放架構的測試與大規模導入後，開放架構產業鏈間的競合態勢也更加清楚，如Open RAN軟體業者積極拓展其合作夥伴生態圈，從硬體設備、專網業者，都成為軟體業者積極合作對象。此外傳統網通廠商如Ericsson、Nokia甚至Fujitsu、NEC也透過不同的形式進行布局。根據國際研究機構預估，全球開放vRAN軟體產值2020年約為2億美元，並預估將以33%~178%以上年成長率成長為2024年的21億美金，顯示未來開放架構的成長力道強勁且值得期待。而網通業者挾帶其核網既有優勢，新興開放架構業者又如何在強化開放的優勢下，與既有核網網通業者進行合作，都將成為開放架構生態鏈下競合態勢的關注重點。我國硬體廠商在開放架構商機下，應先與國際開放架構SI或軟體廠商進構合作關係，發展符合電信等級之硬體設備，並參與TIP、O-RAN等國際組織掌握標準與開放專案發展方向與重要技術。場次：打造韌性網路，展望後疫時代通訊網路安全發展趨勢講者：工研院產科國際所通訊研究部研究經理徐富桂 2024年至少有40％的企業將採用SASE應用策略、也將帶動網路安全設備及SD-WAN設備的高度成長，預計在2024年將達222.3億美元。預估臺灣網路安全產業則將從2020的156億成長到2024年的205億新台幣。遠端存取與雲端運算存取，已是疫情過後的全球商業新常態。以往的網路安全是基於公司防火牆防護下的工作區域邊界安全，在新常態下將是任何時間、任何地點、任何網路媒介下都可以有一個安全的網路存取保護，以保護公司的重要數據資料與員工、客戶的隱私。網路安全領域的新常態將是什麼？VPN、零信任網路、SASE(網路邊緣安全存取服務)架構等新舊網路安全技術將帶來網路安全趨勢的改變也迎來新的商機。零信任網路架構(ZTNA; Zero Trust...
  
  產業動態
  
  美光偕塔塔通訊推雲端虛擬SIM卡
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  美光科技(Micron)與塔塔通訊(Tata Communications)日前宣布將聯手推出支援全球蜂巢式連線的解決方案，進一步簡化和加速物聯網(IoT)裝置的大規模部署。解決方案將由全新的虛擬SIM卡驅動，該虛擬SIM卡是全球首款雲端嵌入式SIM卡(eSIM)，將為傳統實體SIM卡提供更靈活且可擴充的替代方案。美光的 Authenta 金鑰管理服務(KMS)是首創專為邊緣裝置打造的矽層級安全即服務平台(Security-as-a-Service Platform)，也將為雲端eSIM增添助力。憑藉此項技術，塔塔通訊MOVE全球IoT解決方案將提供一個無所不在的端到端解決方案；塔塔通訊與全球 600 多家電信營運商的合作關係，也將助其在 200 個國家和地區以零接觸方式將連網IoT裝置連入雲端服務。該解決方案將在不斷擴展的IoT服務生態系統中釋放創新力量，預計在 2026 年，該生態系統的營收將成長近兩倍達到 4,660 億美元(ABI Research 2020 年第 2 季度全球IoT市場追蹤調查)。美光及塔塔通訊也將在稍晚會舉行的美光/塔塔IoT安全性線上研討會展示這項將於 2021 年正式推出的解決方案。塔塔通訊策略長 Tri Pham 表示，人們今天面臨的商業環境是一個未知領域，它迫使企業保持敏捷，並採用零接觸、數位優先的技術和應用。IoT解決方案不僅能夠協助企業提高效率和生產力，也將帶來新的機遇和創新，使企業的成長水準能再創新高。然而，資安、無縫整合、可靠而強大的連線性以及全球覆蓋範圍仍然是阻礙全球企業採用IoT的主要障礙。透過與美光攜手重構邊緣連線性和安全性，該公司將建立一種新的模式，加速和簡化IoT部署。
  
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  意法藍牙5.2認證SoC亮相
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  意法半導體(ST)推出其最新Bluetooth LE系統晶片(SoC) BlueNRG-LP，該晶片充分利用了最新藍牙規範的延長通訊距離、提升傳輸量、加強安全性、節省電能等新特性。優化的超低功耗射頻模組在接收模式下作業電流僅為3.4mA，發射模式電流僅4.3mA，睡眠模式功耗低於500nA，可以將大多數應用所需電池容量減少一半，延長電池續航時間。意法半導體的第三代Bluetooth系統晶片BlueNRG-LP是第一個支援同時連接多達128個節點的Bluetooth LE 5.2認證系統晶片，可以讓使用者無縫、低延遲監控大量的與設備連線，例如，透過時尚直觀的手機應用程式控制各種設備。最高可設為+8dBm的射頻輸出功率，配合高達-104dBm的接收靈敏度，現在BlueNRG-LP 射頻系統晶片讓beacon、智慧燈具、遊戲機、大樓自動化、工業製造和追蹤應用本身就可以覆蓋更大的通訊範圍，如果從資源豐富的BlueNRG軟硬體生態系統中選擇正式認證的Bluetooth LE Mesh軟體解決方案，無縫添加到系統中，通訊距離可以無限延長。此外，BlueNRG-LP支援藍牙遠端模式，採用前向糾錯(Forward Error Connection，FEC)編碼實體層(Code PHY)將無線通訊距離延長到數百公尺，並提升了連線的可靠性；採用GATT(通用屬性)緩存技術快速有效地與裝置連線。 BlueNRG-LP 預裝意法半導體之通過Core Specification 5.2認證並與其超低功耗架構精確配對的第三代低功耗藍牙協定堆疊，該協定堆疊提供可免費使用之獨立於編譯器的可程式庫，得到多個整合式開發環境(IDE)的支援，具有少量程式碼、模組化、低延遲、互作和終生無線升級的優勢，支援更長的廣播和掃描資料包、高工作週期的無連接廣播、更長的資料包長度和2Mbit/s傳輸量等藍牙功能。
  
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  瑞薩新R-Car SoC線上市集加速行動式系統開發
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  瑞薩電子(Renesas)日前宣布啟動其線上市集(online Market Place)，提供一站式解決方案的來源，有助於為未來的行動化資訊市場，加速技術創新。開發人員可以直接從該市集，下載針對瑞薩的R-Car汽車系統單晶片(SoC)設計的各種解決方案。開發人員還可以將Market Place用作入口網站，以從R-Car 聯盟積極合作夥伴，取得參考評估軟體，或者直接聯繫積極合作夥伴公司，讓其提供及時支援，以滿足該客戶的需求。開發人員透過市集，可以快速並輕易取得R-Car評估軟體、文件(例如硬體手冊、技術更新、應用筆記)以及基本軟體(例如Linux和Android的開發板支援套裝軟體，又稱BSP)。該市集致力於提高行動化資訊系統的開發效率，可直接使用R-Car入門者套件，加速開發和啟動評估專案的時間。以前要取得這些寶貴資源，開發人員必須簽署軟體評估授權合約，這是一項耗時的過程。使用新的市集，開發人員在建立帳戶後，透過點閱授權便可立即取得必要的軟體和相關資料。該市集還提供了高親和力的技術影片，其中提供有關R-Car產品的用法和功能的更多詳細資訊。瑞薩汽車數位產品市場部副總裁Naoki Yoshida表示，在當今瞬息萬變的商業環境中，客戶需要快速取得解決方案和相關資訊，才能在新的常規下著手開發。市集的發布讓開發人員可以立即下載所需的解決方案，包括合作夥伴公司的評估軟體，這將大幅加快客戶行動化資訊的開發。
  
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  賽靈思新RFSoC DFE推促5G無線電大規模部署
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  賽靈思(Xilinx)日前宣布推出Zynq RFSoC DFE(Digital Front-End)，這是一款為滿足不斷演進的5G NR無線應用標準而推出的自行調適無線電平台。Zynq RFSoC DFE結合硬化的數位前端(DFE)模組與靈活應變的可編程邏輯，為涵蓋低、中、高頻段的廣泛應用打造高效能、低功耗且高成本效益的5G NR無線電解決方案。Zynq RFSoC DFE在採用硬化模組的ASIC的成本效益、可編程與自行調適SoC的靈活性、可擴展性與上市時間等優勢之間，取得了最佳技術平衡。 5G無線電所需的解決方案不僅要滿足廣泛部署所需的頻寬、功耗和成本要求，還必須符合三大關鍵5G實際應用：增強型行動寬頻(eMBB)、巨量物聯通訊(mMTC)及高可靠低延遲通訊(URLLC)。此外，該解決方案必須能隨不斷演進的 5G標準進行擴展，如OpenRAN(O-RAN)、全新的破壞式5G商業模式。Zynq RFSoC DFE整合了硬化的DFE應用專用模組，以實現5G NR效能並降低功耗，同時還提供了靈活性，能整合可編程自行調適邏輯，從而為日益發展的5G 3GPP和O-RAN無線電架構提供能迎向未來的解決方案。賽靈思執行副總裁暨有線與無線事業部總經理Liam Madden表示，賽靈思首次為無線電平台提供比自行調適邏輯更堅固的硬化應用專用IP，以滿足低功耗和低成本的5G需求。市場需求隨著5G的演進而日益成長，整合式的RF解決方案也必須持續因應未來的標準。Zynq RFSoC DFE在靈活應變能力與固定功能IP之間達成了平衡。
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  聯電/美國司法部達成認罪協議　繳納罰金並協助後續調查
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  纏訟多年的聯電協助福建晉華竊取美光(Micron)營業機密一案，如今正式宣告落幕。日前聯電曾向美國司法部提出以6000萬美元罰款換取達成認罪協商的條件，獲美國司法部接受。美國司法部除了對聯電裁罰6000萬美元外，並要求聯電在本案後續對福建晉華的調查工作中，扮演協力者角色。根據美國司法部的新聞稿，該機關已與聯電達成認罪協商，司法部同意撤銷對聯電原來的指控，包括共謀實施經濟間諜活動、共謀竊取多項美光營業秘密、其他和專利有關的指控，以及可能從4億~87.5億美元的損害賠償及罰金等。聯電則承認侵害一項美光的營業秘密，同意支付6000萬美元罰金，並在3年自主管理緩刑期間內，與司法部在調查、起訴本案另一家共同被告福建晉華的過程中，扮演協力者的角色。美國司法部於2018年指控聯電與中國福建晉華共謀竊取、傳送與持有美光跟製造動態隨機存取記憶體(DRAM)有關的營業秘密，並起訴曾任台灣美光總經理、聯電副總經理的前福建晉華總經理陳正坤，及自台灣美光跳槽聯電的何姓和王姓工程師，3人被控竊取美光技術後轉移給福建晉華。聯電與福建晉華在2016年簽訂合作協議，雙方將共同發展DRAM製程技術。為完成此一計畫，聯電對外招募相關工程師。在招募人力時，聯電已有明文規定，不允許任何員工攜帶前公司資訊到聯電，且針對自身與他人營業秘密已有多項保護與防免政策與措施。但2位涉案的台灣美光前員工仍違反相關規定，將老東家的資訊帶進聯電，並在工作過程中參考。聯電察覺此事後，立刻採取必要措施，但由於美國相關法律規定，即便員工在公司不知情的情況下違反規定，侵犯其他公司的營業祕密，公司仍須為員工行為承擔責任，因此聯電在認罪協議中承認並接受因員工觸法所造成的責任。美國司法部次長羅森Jeffrey Rosen指出，聯電竊取美國領導企業的商業機密，讓中國得以實現戰略目標，無需自行投入時間或金錢就能獲得技術。這項起訴是司法部成功保護美國企業免受那些企圖欺騙和竊取技術企業的案例。
  
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  加速物聯網布署　美光/塔塔合推雲端虛擬SIM卡
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  美光(Micron)與印度塔塔集團旗下的塔塔通訊(Tata Communications)宣布，將聯手推出支援全球行動網路連線的解決方案，以簡化和加速物聯網(IoT)裝置的大規模部署。此方案將由從嵌入式SIM卡(eSIM)技術衍生出的雲端eSIM作為基礎，創造出傳統實體SIM卡所不具備的靈活、可擴充優勢。美光則為此方案提供專為邊緣裝置打造的Authenta金鑰管理服務(KMS)，為雲端 eSIM的安全性增添助力。雲端eSIM讓IoT電信服務更靈活憑藉雲端eSIM技術，塔塔通訊推出了名為MOVE的全球IoT解決方案。該公司與全球600多家電信營運商有合作關係，在推出雲端eSIM之後，可在200個國家和地區以零接觸方式將IoT裝置連上雲端服務。對於產品行銷全球的IoT裝置製造商而言，全球覆蓋的特性可以創造許多價值，因為在實體SIM卡或eSIM的時代，產品在出貨前不是要預先搭載個別地區電信業者的SIM卡，就是要預先安裝對應當地電信業者的eSIM，在後勤跟物流管理上十分麻煩。雲端eSIM則沒有這個問題，因為SIM卡的管理是在雲端上統一進行，所以可以免除預裝實體SIM卡或eSIM所帶來的不便。這對工業用、基礎設施、汽車、航空、運輸和物流業而言尤其有利，因為這些產業要求便攜式裝置不受邊界和Wi-Fi網路的距離限制，即使在偏遠的地方也要能實現長距離的全球連線。該解決方案亦將允許企業引進5G至其IoT部署策略中，藉由5G 達到更低的延遲、更高的容量和更快的資料速度。這項技術對物聯網電信服務的運作，也會帶來許多重大的變革。由於雲端化管理，因此用戶將無需在需要連線服務之前，就開始每月繳錢訂購電信服務。只要在需要連線服務前透過雲端開通eSIM，再開始繳納電信費用即可。這項特性將明顯降低用戶的資本和營運支出，因為實體SIM卡往往需要在出貨前就啟用服務合約。另外，雲端eSIM也使隨用隨付(Pay as you go)的彈性模式成為可能，用戶若使用不須長時間連上電信網路的IoT裝置，可以透過塔塔通訊的MOVE平台以這種高度彈性的服務合約，取代按月繳交固定月租費的合約。 KMS提高物聯網安全性在實現全球連網並提高電信服務彈性的同時，此方案也有助於提高IoT應用的安全性。美光嵌入式業務部門副總裁暨總經理Kris Baxter表示，IoT生態系統正處於一個臨界點，儘管存在尚未發掘的商機，但當前確保硬體安全性的方法不是太過複雜和昂貴，就是缺乏可擴充性和彈性。與塔塔通訊的雲端虛擬 SIM 卡相輔相成，美光的Authenta邊緣安全將彌補這個差距，促進企業IoT的導入和服務的開放創新。使用實體 SIM 卡時，OEM必須在製造過程中將裝置ID與IoT服務緊密配對，以避免與不安全的裝置和服務互動，但這將導致「供應商鎖定」的現象。Authenta的簡易身分認證允許延遲綁定第三方憑證，進而分離IoT服務安全需求與製造流程。這樣的彈性讓終端使用者得以自由、安全地存取各種與供應商無關的服務，他們能夠將裝置個人化，並利用IoT裝置作為創新平台，就如同現在帶有行動應用程式商店的智慧型手機一般強大。透過開放生態系統，美光和塔塔通訊將使IoT服務市場以更廣闊的裝置覆蓋面來兌現其全部承諾。隨著生活中面臨威脅的風險愈來愈大，資安成為導入IoT應用時最大的疑慮。從連網魚缸到嬰兒監視器等IoT裝置上，都出現了不法分子和駭客活動。透過晶片信任根(RoT)，Authenta為 IoT軟體的最底層提供了獨特的保護等級。從啟動程序開始，Authenta便使用了原生嵌入快閃記憶體中的強大的加密身分和安全功能。欲使裝置與此全新的SIM卡相容，OEM只需安裝 Authenta快閃記憶體，無需輸入安全金鑰或新增安全元件。圖　Authenta運作流程圖美光的雲端服務Authenta KMS將運用此信任根對IoT裝置進行身分驗證，使其能夠在邊緣進行啟用和管理，進而實現從製造到安裝的整個生命週期的平台加固和裝置保護。這種安全即服務解決方案的便捷性，對於那些正在進軍IoT裝置領域的傳統製造商來說尤其有利。有了這項解決方案，缺乏網路安全經驗的OEM將能更專注於自己的核心競爭力，並依靠美光數十年積累的嵌入式專業知識來提供硬體安全保障。
  
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  超微/賽靈思達成換股合併協議　交易總價值350億美元
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  日前超微半導體(AMD)以350億美元全股票交易收購FPGA廠商賽靈思(Xilinx)，AMD同時宣布第三季的業績高於預期，同時提高對第四季業績的預估。收購賽靈思將協助AMD在資料中心方面與英特爾(Intel)保持競爭關係，同時FPGA在市場上的接受度越來越高。緊接在NVIDIA以400億美元收購Arm之後，此次的收購案也符合晶片產業邁向整合的趨勢。 AMD以350億美元全股票交易收購FPGA廠商賽靈思收購後，賽靈思股東持有的每股賽靈思股票，將轉換為1.7234股的AMD普通股。雖然AMD的金流大幅少於英特爾，但是Zen/Zen 2架構過去幾年間的市占率佳，因此其股價大漲，自2018年以來上漲兩倍。目前AMD將在這一季向雲端客戶交貨下一代的伺服器晶片Milan，而賽靈思正在更新可編程晶片產品Versal ACAP，該晶片可望協助資料中心處理人工智慧帶來的大量運算需求。值得一提的是，在超微與賽靈思宣布合併的當天，賽靈思還發表了一款針對5G無線電單元(RU)設計的新一代Zynq RF SoC DFE。藉由將大量RF訊號處理矽智財(IP)硬化，該晶片的性能比先前的產品大幅提升，功耗也明顯降低，更可簡化5G基地台設備的設計複雜度。藉由與賽靈思合併，超微也同時在5G電信設備的晶片市場建立起一定的地位。據外媒報導，Moor Insights&Strategy分析師Patrick Moorhead認為，AMD的收購行動大膽且合理，也帶來值得期待的前景。相信AMD及賽靈思都會持續成長，尤其長期而言，賽靈思創造了更高的產品多元性，能夠應用在不同的市場與產品。超微執行長Lisa Su在投資人電話會議中指出，賽靈思與超微不僅產品線高度互補，就連技術、IP跟代工夥伴方面，都有許多可以發揮綜效的地方。因此，在超微與賽靈思合併後，除了能為高性能運算、資料中心市場提供更完整的解決方案外，在產品的設計、生產方面，也可以帶來擴大經濟規模、壓縮學習曲線等好處。此外，從超微的觀點，賽靈思的嵌入式產品線是非常「美麗」的，這個市場具有產品生命週期長、需求穩定且毛利相當高的特色，且其中不乏某些超微目前還比較少布局，但日後一定要加碼投入的垂直市場，例如汽車電子。因此，不管是從財務、營運或長期趨勢的角度，超微與賽靈思合併後的前景，都是十分值得期待的。
  
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  串聯電子產業生態鏈　富比庫FPK Showcase服務上線
  
  2020 年 10 月 28 日 0
  
  富比庫(Footprintku Inc.)近日推出雲端服務平台FPK Showcase，運用既有電子零件資源結合「共享服務」及「隨取即用」概念，消弭電子產業存在已久的零件數位資料格式供需斷層，重新連結電子產業市場供應鏈，創造資源運用最大化，以實現研發創新的無限可能。整合全球電子零件市場供需富比庫自成立以來持續以推動電子產業數位轉型為目標，積極投入發展智慧化與自動化的電子零件資料數位轉換技術，幫助企業降低轉換成本，進而將有限資源運用於產品創新研發。以此為基礎，甫正式上線的FPK Showcase提供滿足電子產品設計所需並可相容於多種EDA工具及版本的數位檔案，包含用於電路設計的Schematic Symbol、電路板設計的PCB Footprint和機構設計的3D Model，以打造電子產業首見的一站式供需整合服務平台為發展目標。富比庫除了將電子零件供應商提供的規格書(PDF Format)，透過自行研發的智動化數位技術(AI & Auto-digitization technology，AADT)轉換為電子產品設計所需的數位資料檔案格式，並將其整合至FPK Showcase，以增加供應商品牌及產品曝光機會。FPK Showcase為電子產業提供一個針對資源耗損、效率不佳與零件參數資訊不足等問題的整體解決方案，有效降低系統整合商與供應商資料確認溝通往返所耗費的人力時間成本。實現電子零件數位化資料共享隨著共享經濟(Sharing Economy)的發展日趨成熟並逐漸導入各大產業，資源重覆運用的概念儼然成為企業拓展市場的嶄新商業模式。今年受疫情影響，電子業界陷入人力嚴重短缺的困境，此時，有助於加速產業轉型的電子零件數位資料結合隨取即用服務模式，便成為推動電子產業創新發展不可或缺的重要角色。為解決傳統電子零件建置過程中因人工作業所產生的資源耗損及品質不一等問題，富比庫所搭建的一站式平台FPK Showcase運用電子零件數位資料與共享經濟的概念，以提供業界豐富多元的電子零件資源為平台營運目標，打造全球唯一提供擁有完整製程設計規則(Design for Manufacturing，DFM)的電子零件數位檔案資料庫。所有參數資料皆經由供應商與富比庫認證與驗證，確保可立即用於電子產品設計，真正發揮隨取即用的特色及優勢，有效提升產品設計效率與縮短時程，降低企業人力及時間成本。
  
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  串起醫療設備孤島　研華/承業聯手搶攻智慧醫療商機
  
  2020 年 10 月 27 日 0
  
  研華與承業生醫旗下久和醫療日前宣布攜手合作，共同布局智慧醫院市場。首波以久和醫療的台灣經銷通路，搭配研華醫規手術螢幕、手術室影像串流系統，以及行動醫療護理車AMiS，搶攻台灣手術醫療與醫療推車市場。根據市調機構Frost & Sullivan研究，目前有60%的醫療院所已採用物聯網技術，因此傳統醫院邁進醫療物聯網(Internet of Medical Things；IoMT)已是全球醫療業者有目共睹一致的目標。而智慧醫療跟智慧製造要解決的問題，有一部分是十分相似的。舉例來說，目前醫院手術室裡的各種儀器設備，其實就跟未聯網的工業機台一樣，是一座座無法互通的資料孤島，導致醫生在為病人動刀時，常常需要移動到不同設備前，才能獲得病人的檢查資料或生理資訊，不僅十分不便，也不容易對病人的狀況有全盤掌握。如果能把跨種類、跨廠牌醫療設備上的資訊集中在一個大型醫療面板上顯示，就像智慧工廠的戰情室一樣，不管是對病人或醫護來說，都是有好處的。在不同醫療設備之間搭起資訊互通的橋樑，正是手術室影像串流系統所扮演的角色。但要搭起這座橋，需要投入相當多研發資源。研華IoT智能服務事業群副總經理江明志指出，研華早在數十年前便已觀察到醫療物聯網發展趨勢，因此早將智慧醫療相關解決方案，從最初純硬體調整為軟硬整合的一站式解決方案。近幾年，更針對醫療專科，以物聯網雲平台WISE-PaaS為中心架構，提供以數據驅動數位轉型的智慧醫療解決方案。為加速在台灣實踐智慧醫療乃至智慧醫院之落地，研華與國內醫療技術服務領導者承業生醫旗下久和醫療合作，並選定手術影像市場與醫療推車作為首波切入之領域。江明志對此說明，承業深耕台灣醫療市場超過四十年，相當瞭解整體市場需求及未來發展趨勢，近年該集團更積極網羅精準醫療、智慧醫療相關產品，此策略恰與研華於智慧醫療布局不謀而合，研華因此與其簽定台灣區域之經銷夥伴關係。研華與承業生醫旗下久和醫療簽訂經銷夥伴關係，首波以久和醫療的台灣經銷通路，搭配研華醫規手術螢幕PAX、手術室影像串流系統AVAS，以及行動醫療護理車AMiS搶攻台灣手術醫療與醫療推車市場。承業生醫業務事業群副總經理李明倫表示，集團一直以來不斷引進尖端醫療設備與解決方案，進而提升整體醫療服務品質，達到醫療院所、患者與廠商的三贏。研華是全球工業電腦領導廠商，在智慧醫療領域已耕耘逾十年，成功推出手術室影像串流解決方案、行動醫護工作站等產品，可優化作業流程。藉由集團旗下子公司經銷豐富的醫療產品線，透過縝密的經銷策略及完善的售後服務，搭配產品組合來接觸不同醫療專科，可有效提升醫療院所管理效率，展望智慧醫療市場，進一步打造以病患為中心的醫療環境，讓醫療回歸醫者的初心。
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  人是英雄錢是膽　綠能發展還需金融服務牽成
  
  2022 年 2 月 22 日 0
  
  雖然再生能源設備的成本已不再像過去那麼高不可攀，但企業若要建置再生能源容量。資金投入規模仍十分可觀。如何讓金融業者願意共襄盛舉，提供資金挹注，將是台灣再生能源發展過程中，一個很重要的課題。隨著國際趨勢從節能減碳走向淨零碳排，供應鏈業者對再生能源的需求變得更加迫切。這不僅促使能源產業的綠色轉型腳步加快，許多原本只是能源使用者的廠商，也必須扮演更多元的角色。然而，即便能源科技在最近幾年突飛猛進，許多新技術或技術應用概念如雨後春筍般出現，對能源使用者而言，投資再生能源還是要面臨一個很實際的問題：錢從哪裡來？以半導體跟電子製造相關行業為例，不管是晶圓代工、封裝測試、面板製造或終端產品組裝，都是做產品出身的，對於擴產、蓋廠房這類跟本業有關的事情，大家心裡都有個底，但若是要投資風力、太陽能或儲能系統，等於是跨入電力這個全然陌生的領域，不只要學的事情多如牛毛，如何籌措資金，更是一大問題。綠色金融挹注　再生能源欣欣向榮靠著推動公民電廠計畫，在台灣再生能源產業闖出一片天的陽光伏特家創辦人馮嘯儒就說，一個再生能源投資案要成功，除了要有解決技術跟工程問題的能力外，更重要的是財務工程的能力。再生能源的建置成本高，回收期又長，如果沒有完善的財務規劃能力，很難走得長遠。以公民電廠為例來說，這個概念一開始的宗旨，是要把太陽能發電系統的建置成本分散給社會上的廣大投資者，讓更多人能參與太陽能發電建設。但既然是從投資的角度出發，就必然要具有提供投資者獲利回報的能力。如何確保參與公民電廠的投資人能夠獲利，就不只是技術跟工程問題，同時也是財務規劃的問題。而談到財務工程，銀行的重要性是不言可喻的。永豐銀行總經理莊銘福表示，金融服務是促成產業向前邁進的東風，但東風要吹起來，是需要時間醞釀的。永豐從2013年進入綠色金融這個領域，當時大家都很糾結，因為銀行的傳統授信評估不適合應用在再生能源專案上，銀行若要承作相關融資業務，評估的工具跟項目都要徹底調整。這八年多來，永豐對再生能源專案融資的評估項目，一直在精進跟完善，例如一個太陽能案場的融資案，銀行要先檢視EPC的過往開發紀錄、專案使用的設備品牌，甚至是案場的防震、防災設計，都要斤斤計較。而且，每一個案場都是獨一無二的，要關注的重點不盡相同。銀行必須在這些細節上投入大量精力，才能做出正確的評估。而為了掌握這些細節，永豐除了自行摸索，也花了很多時間跟專家學習與再生能源有關的技術細節，才建立起相對完備的再生能源融資授信評估機制，讓綠色金融的業務規模得以起飛。從2017年起算，銀行對太陽能專案的授信餘額，只占銀行對法人授信餘額的0.28%；到2021年底，預估將達到2.8%；到2025年，則可達到6.8%。這個占比已經是非常高的數字，因為台灣的銀行對包含半導體在內的整個電子產業鏈，授信餘額占比也不到10%。儲能風險因子有待全面釐清　大規模布建還需醞釀在銀行的綠色金融服務挹注下，太陽能等再生能源發電量占比將越來越高。那麼，與再生能源相輔相成的儲能系統，是否也能受到綠色金融的嘉惠，進而蓬勃發展呢？馮嘯儒認為，從陽光伏特家的立場，在公民電廠上軌道之後，發展公民儲能是很自然的結果，公司也在密切觀察，評估推出公民儲能的時機。但現階段儲能系統有一個很現實的問題，就是它的財務模型中還有很多參數不是很明確。唯有儲能技術的商業模式確立、各種風險因子獲得釐清，讓財務模型更清楚之後，才是推出公民儲能的適當時機。事實上，也因為大型儲能是相對新的應用，在技術還沒有完全成熟的情況下，近年來儲能系統發生火災等安全事故的案例，其實相當頻繁。也因為風險係數高，儲能專案要從金融機構取得啟動資金，或是跟保險公司談到漂亮的保險費率，是相對困難的事情。 UL副總裁暨台灣總經理陳宗弘表示，隨著鋰電池儲能設備在全球快速發展，安全事故接踵而來，取得安全認證成為產品被國際接受的首要門檻。回顧全球發生的大型儲能設備災害，如韓國至今就累積超過30起儲能系統事故，其他如美國、歐洲、澳洲，甚至台灣都發生過儲能事故，因此如何提升儲能安全是各國共同面臨的燃眉之急。電池是電化學產品，由於其特性，不論有沒有在使用，本身都有能量儲存，除非很長一段時間沒有使用，也因此倘若使用不當，很容易因電壓、電流或是溫度過高而造成起火爆炸的風險。另，即使是設計良好的電池，放在有缺陷的系統或充電器中也會發生故障，所以除了電池本身，也必須從整體系統考量各個關鍵性零件和電池之間運作協調的安全。藉由安全評估將儲能系統的風險壓到最低，除了可以避免災害外，也跟融資、保險等財務環節息息相關。據保險公司Marsh最新調查指出，儲能系統的防火功能已成為保險公司評估受理的重要條件，具國際級安全認證的儲能系統不僅能彰顯企業資產的安全性，同時也為雙方提供更完善的保障。對儲能設備製造商而言，取得保險公司高度信任的國際安全機構認證，將創造財務融資的雙贏局面。不但業者本身，採購與使用電池儲能產品的企業用戶，都更有可能獲得銀行、保險業者在資金和融資上的協助。善用金融服務方可為用電轉型推一把投入再生能源建置，已經是製造業者滿足ESG要求的必要投資項目。如何為這些投資計畫找到資金來源，將是大多數企業都必須思考的課題。台灣的金融業有很高的意願為這些再生能源投資計畫提供融資，但就如同一般的企業融資，金融業者對專案項目內隱含的種種風險因子，都會用十分謹慎的態度進行評估。因此，企業在制定相關投資計畫時，千萬不可以用滿足客戶或法規要求即可的心態來進行規劃。做好風險控管，不只是讓自己的綠能資產更安全，同時也可以讓投資計畫更容易籌措資金，早日達成企業用電轉型的目標。
  
  市場話題
  
  ESG浪潮引發再生能源荒　新科技讓綠能布建更靈活
  
  2022 年 2 月 22 日 0
  
  ESG浪潮讓再生能源成為搶手資源，但要在地狹人稠的台灣大規模建置再生能源發電容量，是相當艱鉅的挑戰。如何把空間利用到極致，不只考驗科技業者的創意，政府法規的配合也至為關鍵。在RE100倡議成為風潮之後，企業導入再生能源就已經成為趨勢；淨零碳排與碳稅機制上路，更讓風力、太陽能等再生能源，成為當前最搶手的綠電資源。但與傳統發電方法相比，目前主流的再生能源發電方式，除了要看天吃飯外，需要大量土地布建，也是一大問題。尤其是對地狹人稠的台灣來說，要找到足夠的土地來安裝再生能源發電設備，滿足企業對綠電的需求，是極大的挑戰。由於綠電供應量不足，目前全台灣領有再生能源憑證的綠電，有高達95%都被台積電買走了。但即便台積電已幾乎買光台灣所有可以買到的綠電，考慮到未來先進製程需消耗更多電力，以及產能擴張的需求，綠電的供給量還是遠遠低於台積電的需求。台灣綠電供給嚴重不足，是一個客觀事實。要創造更大的綠電供給量，只能從提高土地的複合利用率來著手。這是台灣在發展再生能源時，所面臨的獨特挑戰。也因為如此，政府一直將農電共生、漁電共生等手法，列為主要的政策執行方向。提高土地複合利用率為主要政策方向行政院副院長沈榮津日前在Energy Taiwan 2021期間舉辦的太陽光電高峰論壇中指出，能源轉型是政府的重大政策。2050年淨零碳排這個極具挑戰性的宏大目標，更使能源轉型成為必然要執行，而且不能失敗的政策。為了實現2025年離岸風電5.5GW、太陽光電20GW的目標，行政團隊抱持著使命必達態度，一方面持續聆聽產業界的聲音跟回饋，同時也非常積極地幫業界解決問題，以便能順利達成政策目標。舉例來說，太陽光電業者一直反映土地不足的問題，希望能藉由推動漁電共生、不利耕作農地再生等政策，釋放更多土地來建設太陽能電場。行政團隊聽到了這個呼聲，也認為漁電共生、不利耕作農地的再利用，是要在地狹人稠的台灣推動地面型太陽能電場的關鍵。因此，行政團隊除了全面盤點所有可能釋出的土地，進行社會環境檢核，一方面尋找其中生態影響最小的適合地點，同時也會積極進行社會溝通，還有跨部會的法令協調，務必將太陽光電的建設阻力降到最低。根據行政團隊的規劃，目前已經完成建置的太陽光電容量約為7.7GW，接下來的速度會加快，明後兩年將各釋出2.5GW容量，然後2024年與2025年再各釋出3GW，最後達成20GW的政策目標。相對的，土地釋出的速度也會加快。去年政府已經釋出4702公頃，今年至目前已釋出4080公頃，到年底前還會再額外釋出2000公頃魚塭用地。但這樣還是不夠的，接下來政府還會再釋出5000公頃魚塭用地，擴大推動漁電共生。也唯有釋出這些土地，才能讓太陽光電業者完成容量建置目標。科技創新讓太陽能布建更具靈活性除了釋放出更多可以布建太陽光電設備的土地外，如何藉由科技創新，讓太陽能模組可以布建在原本不適合布建的位置，也是一種提高太陽能發電量的方法。友達光電能源事業總部副總經理林恬宇表示，傳統的太陽能模組是獨立設備，如果要在屋頂上架設，必須進行二次施工，其成本是相當高昂的。如果能畢其功於一役，在建築物興建時，就使用本身就具備發電能力的材料，對於降低太陽能模組布建的成本，將帶來莫大幫助。基於這個思路，友達與建材廠商合作開發出SunSteel光電浪板(圖1上)，希望讓企業與家戶都能充分並輕鬆地利用閒置空間，參與太陽能發電。以SunSteel光電浪板為例，業者可一次性地完成光電系統架設，避免過往需先蓋浪板再建光電設備的繁複作法，由於省去傳統工法的金屬支架，整體重量可減輕達25%，不僅提升安裝時效，亦可降低碳足跡。也因為SunSteel本身就是浪板材料，這款產品不只可以運用在屋頂，也可以當作建築物的外牆材料。當然，因為日照角度的關係，這種布建方式的發電效率會比較低。但如果要盡可能擴大太陽能接收量，這種作法是可以考慮的。除了太陽能浪板外，友達今年也開發出具備輕量與可撓特性的太陽能模組SunCurva(圖1下)。SunCurva的重量比傳統太陽能模組減少50％，而且可以撓曲，特別適用於車頂、車棚或有弧度的建築屋頂與牆面。林恬宇透露，目前友達正在與電動巴士業者合作，預期在2022年推出使用SunCurva車頂的電動巴士概念車，藉此驗證太陽能車頂究竟能發揮多大效益。雖然SunCurva車頂的發電量肯定無法用來驅動電動巴士，但用來驅動巴士內外需要用電的子系統，例如車內照明、車燈、報站系統等，肯定是足夠的。如果這些週邊子系統能改用太陽能產生的電力，可減輕電動巴士電池組的負擔，對延長巴士的續航里程，可帶來一定的幫助。潛在資源一個都不放過　微水力/地熱進入商用階段地狹人稠是台灣發展再生能源的一大阻礙，但台灣的自然環境也不是全然不利於發展再生能源。由於台灣位於板塊交界處，島上高山遍布，蘊藏大量水力，而且還有豐富的地熱資源可供利用。因此，在台灣發展再生能源，除了風力、太陽能之外，水力跟地熱的開發也是重點。不過，這兩種可再生能源的發展，在技術上有比較多限制，直到近一兩年才開始有比較明顯的突破。傳統水力發電已經是十分成熟的技術，但如果要建置大型水力發電廠，必須攔河築壩，對生態環境帶來極大衝擊。因此，水力雖然是再生能源，但到底環不環保，在學界頗有爭議。不用興築水壩也能發電的微水力發電技術，在這個背景下異軍突起，成為再生能源領域的後起之秀。恆水創電看好微水力發電在台灣的應用前景，自比利時新創公司Turbulent Hydro授權引進垂直渦流水輪機組，並針對台灣的自然條件進行進一步改造，使其更適合運用在台灣。恆水創電專案工程師溫柏庭指出，微水力最大的特性是只需要一點點高低落差，就能產生電力。以該公司目前所發展出的機組，只要有1.5公尺以上的落差，就能裝機發電，而且因為機組占用空間很小，土木工程的作業量也少，使得微水力可以快速部署(圖2)。恆水創電已經在台灣勘查出12個具有潛力的場域，大多是現有的灌溉溝渠或水利設施。若能將這12個潛力場域全數開發完成，總發電量將超過4MW。而且，在勘察潛力場域的同時，恆水創電亦已在兩個場域分別布建100KW與200KW機組。這是Turbulent Hydro目前最大的機組，而且也是機組設計完成後，首次實際布建的紀錄。這兩個案場將成為Turbulent Hydro的全球示範場域。溫柏庭透露，其實台灣適合設置微水力機組的場域遠不只12個。但因為要在河川、溝渠等地點設置機組，需要取得中央、地方的水利單位許可，涉及複雜的溝通作業，所以現階段公司將穩紮穩打，把示範場域做好，證明微水力機組的價值，後面的溝通才會順利。只要能取得許可，微水力機組要平行展開，是相當容易的。台灣的地熱發電，也在2021年11月進入新的里程碑。在廢棄近30年後，宜蘭清水地熱發電廠經過整修，並針對地熱井結垢阻塞、管線鏽蝕等問題引入新的技術，重新加入發電的行列。目前清水地熱發電廠的裝置容量為4.2MW，每小時發電量可供1萬戶家庭使用。未來第二期新井鑽鑿後，裝置容量預計將從4.2MW提升到9.5MW。地熱發電是目前人類已掌握的再生能源技術中，唯一不受天候因素影響的發電方式，但因為需要從地底數百到上千公尺深處取得溫泉水，而溫泉水又通常富含礦物質或帶有弱酸性，故管線腐蝕、水垢堵塞等管線相關問題，一直是地熱發電所必須面對的挑戰。如今在新技術的協助下，清水地熱電廠重新上線，台灣的地熱發電能否蓬勃發展，就看復活後的清水地熱電廠表現如何了。科技創新是台灣再生能源發展的出路在ESG浪潮下，台灣科技產業行走全球，不只要有穩定的電力，更要有充沛的綠電。但再生能源通常得占用大片土地，使得地狹人稠的台灣，在推動能源轉型的過程中，注定要比地廣人稀的歐美國家更辛苦。畢竟，台灣的人口密度在世界上名列前茅，別的國家要找到數百公頃的土地興建大規模地面型太陽能電廠，或是在人跡罕至的地方設立陸上風機，都不是難事。但在台灣，這種條件的案場，基本上是不存在的。也因為如此，藉由科技創新實現立體化、複合化的空間利用，就是台灣發展再生能源必然要走的路。雖然難度更高，但也因為台灣有這樣的條件限制，反而更能培養出創新的再生能源技術。
  
  市場話題
  
  搜索低成本/高效益解方　MicroLED技術瓶頸打通關
  
  2021 年 10 月 7 日 0
  
  台灣在LED與LCD產業同時占有舉足輕重的地位，然而技術與應用的成熟讓兩者在近年的市場發展同時遭逢困境，MicroLED顯示器由形成個別畫素的微型LED陣列組成，使用氮化鎵(GaN)LED技術，具高亮度、高動態範圍、廣色域、快速更新率、廣視角和低功耗等特點，也可發展折疊式面板，被看好是下世代顯示器明日之星，連Apple都積極投入技術開發，因而引發各界矚目。 MicroLED被看好成為兩個成熟且高度競爭產業的救贖，台灣的LCD與LED產業同時擁有研發能量與完整產業鏈。過去幾年，晶粒微小化、小間距排列與巨量轉移等技術挑戰持續有進展，2020年MicroLED從特殊商用產品踏出商品化的關鍵腳步，未來幾年持續為大量消費性應用發展暖身，接下來的三~五年將是台灣產業是否能搶占灘頭堡的關鍵。巨量轉移流派眾多各自登山傳統的LED技術與應用已進入成熟期，將晶粒微小化成MiniLED或MicroLED開創產品全新的應用，清大材料科學工程系教授陳學仕(圖1)表示，一般而言MicroLED的定義在於晶粒尺寸小於50μm或不使用基板，製程上則與傳統LED幾乎一致，難度在於晶粒微小化之後發光效率如何維持，巨量轉移的便利性與修復技術，模組化的良率與成本如何降低等。 MicroLED轉移近年來一直是技術發展的重點之一，業界投入許多資源，陳學仕指出，目前巨量轉移技術還是有多個流派，如壓印式轉移、磁力轉移、靜電力轉移、滾印轉移等多種技術，屬於百家爭鳴的狀況，每個技術原則上都可行，卻也都存在明顯的缺陷，其中關鍵的技術良率與成本還是未臻理想，等於個個有機會，但人人沒把握。另外，檢測技術的發展也差不多，陳學仕舉例，中國廈門大學與台灣交大的研究團隊合力研發了一種攝影機型顯微成像系統進行MicroLED測試使用，該系統結合了電腦、電流、數位攝影機、電流供應棒與顯微鏡搭配支援軟體，能夠捕捉並分析顯微鏡影像，測量MicroLED晶片的亮度。美國新創公司Tesoro提出製程檢測方案，結合了非接觸型EL測試與波束定位(BAR)的轉移方法，能夠只將好的MicroLED晶片高速轉移到目標基板上。日本設備廠Toray則推出MicroLED檢修解決方案，以光線自動檢測工具進行零接觸檢測，檢測完以後使用其雷射修剪工具，根據檢測結果剔除MicroLED晶片不良品。整體而言，陳學仕認為，MicroLED的檢測技術發展不會出現跳躍式的技術改善，而是線性的進步，所以預計還需要幾年時間發展。量子點協助跨越巨量轉移瓶頸在LED晶粒長晶完成後通常要將晶粒從晶圓基板取下，再將LED轉移到電路板或TFT基板上，既然在轉移的過程中出現技術瓶頸，目前也有廠商提出不轉移的做法，直接將晶圓片上長出的晶粒做成LED面板，並使用螢光粉轉換出其他顏色，或者減少轉移次數，即是只移轉同樣顏色的晶粒，比如移轉藍色的晶粒再透過轉換螢光粉轉換出紅色與綠色，如此可以減少兩次移轉成本並達成良率提升的綜效。也有一些作法是透過量子點(Quantum Dots, QDs)以類似彩色濾光片的方式，進行LED晶粒的顏色轉換。陳學仕說明，量子點是一種奈米晶體，並可以用尺寸來控制能隙，其顏色是決定於能隙，所以只要控制尺寸的均勻性就可以控制色純度，其中控制尺寸是材料合成中最重要的一個階段，典型的量子點結構如圖2所示。量子點可以協助各種顯示技術提升色彩展現能力，近年LCD TV加上量子點就變成QLED電視，OLED電視也透過量子點變成QD-OLED電視，都可以有效提升色彩展現能力，尤其在大尺寸面板上，色彩的豐富度直接影響顯示的細膩程度。而MiniLED或MicroLED顯示器，則是透過量子點協助色轉換，不需要使用RGB三色的晶粒進行多次巨量轉移，可以有效降低成本。陳學仕認為，未來各種技術顯示技術，量子點的利用是產品成敗的關鍵之一。巨量修復又快又好才可勝出巨量修復(Mass Repairment)是MicroLED另一個關鍵的技術，MicroLED貼裝後，回焊(Reflow)以前階段的不良重工，視覺系統檢驗出回焊以前的不良晶粒，精密Pick & Place可以移除個別有問題的晶粒，移除不良晶粒後，在PAD上點膠小量錫膏，可調整晶粒單位的Pick & Place將良品晶粒貼裝在正確位置。由於MicroLED晶粒體積小，如何在挑出缺陷晶粒之後有效維修並替換，也成了一項艱巨任務。MicroLED顯示器廠商目前使用的修復方案包括紫外線照射維修技術、雷射光融斷維修技術、選擇性拾取維修技術、選擇性雷射光維修技術及備援電路設計方案等。另外，巨量修復可以說是巨量轉移的升級版，不只是能夠大面積地撿取LED晶粒，更要做到大面積指定位置撿取LED晶粒，並替換大量好的晶粒技術。
  
  市場話題
  
  開拓顯示應用新藍海　MicroLED大膽突圍
  
  2021 年 10 月 4 日 0
  
  MiniLED已經成功商品化，代表顯示器的技術進展到新的階段。LED晶片的尺寸縮小，朝著Micrometer的等級前進，而MicroLED仍需要突破巨量轉移等技術瓶頸，盡可能縮短生產時間、提升良率，進一步降低成本並確保產品的品質與使用壽命，同時找到具有發展優勢的應用藍海，就能邁向商品化的目標。由於MicroLED晶片尺寸小，製程設備與技術都需要升級，才能滿足高精度及高均勻度的標準，但是整個生產流程優化的速度不一，導致目前的良率仍不夠高，且檢測耗時又容易產生誤差，導致生產成本居高不下。應用方面，公共環境及個人應用的顯示器數量不斷增加，因此應用場景從觀看距離及室/內外兩個層面，可以細分出多元的市場，因此MicroLED可以藉由拓展新的市場應用，邁向規模經濟，進而同時透過日漸成熟的技術及規模化商機降低成本，強化普及應用的動能。技術瓶頸仍待克服現階段MicroLED仍處於克服技術瓶頸的階段，距離商品化有一段漫漫長路。Trendforce研究經理楊富寶(圖1)指出，MicroLED面臨技術與成本的挑戰，因為晶片尺寸縮小，從製程、巨量轉移等方面，精度的要求更為嚴苛，廠商需要投入更多的資金與時間，更新設備及技術。然而MicroLED整體製程的提升，仰賴每個生產環節升級設備與技術，但是實際上各個生產環節的優化速度不一，例如背板技術符合要求，但是可能晶片良率還不符合標準，因此需要每個生產流程都升級到可以順利生產MicroLED顯示器的程度，才能解決技術瓶頸。細究MicroLED晶片的生產過程，良率與檢測是兩個重要但不容易克服的挑戰。過去傳統LED晶片的良率很高，但是MicroLED的晶片需要達到較高的均勻度，老舊設備難以達成目標，導致低良率且高成本的現況。此外，LED晶片需要通過光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL)來減少外觀及訊號瑕疵，但是現有的檢測技術測試MicroLED的時候容易產生誤差，而且檢測要花很久的時間，時間成本高，因此品質維護不易。工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅(圖2)解釋，技術成熟度與成本高度相關，業界雖然認同MicroLED顯示器的表現明顯優於OLED及LCD，但是成本太高，需要發展更成熟的技術，MicroLED產品的價格才有機會降低，進而邁向普及。多元應用現商機優顯科技執行長陳顯德(圖3)說明，生產一個晶圓的成本是固定的，所以縮小晶圓上的LED晶片尺寸，就可以在晶圓上放更多晶片，理論上每個晶片的成本就會降低。但是當LED晶片的尺寸小於100μm，就需要開發新的技術，導致成本增加。因此原有的LED技術可以達到的最小尺寸就是MiniLED，但是MiniLED尺寸小，應用在顯示器產品上時，需要搭配額外的周邊技術，包含製程、驅動等，所以即便占總成本六到七成的晶片成本下降，周邊技術的成本仍需要花費幾年時間，待技術成熟後才有機會降低總成本。另一方面顯示器的應用仍有多元的發展空間，因此規模經濟是技術能力之外，另一個降低MicroLED成本的角度。顯示器的觀賞距離遠近、戶外大型看板、商場內、會議室、客廳等等，都存在不同的顯示器應用空間，技術應用可能從現有的傳統LED，升級到MiniLED，接下來則會有部分的應用過渡到MicroLED，部分則持續沿用MiniLED技術。例如智慧型手機或手表，使用者的觀看距離近，且產品本身的體積很小，所以一定要採用MicroLED。而大樓外牆的看板不一定需要使用小尺寸的LED晶片，但是注重亮度，才能確保在遠距離且戶外的觀看情境下，清楚顯示內容。隨著資訊時代來臨，需要傳遞與接受的資訊爆炸性成長，顯示器的數量變多，過去的顯示器應用場景大多粗略分為商用及家用，現在則可以區分得更為細緻，而能找到MicroLED獨具優勢的一片藍海。例如台北地下街的廣告燈箱，可以歸類在室內且近距離觀看的應用場景，如果固定的海報燈箱改成使用MicroLED顯示器，除了畫面變得更精緻、對比更鮮明，還能依照不同時段經過的客群調整廣告內容，就能提高廣告牆面的廣告效益。車用顯示也是MicroLED的應用機會之一，吳志毅提及，MicroLED顯示器對比度及亮度高，除了適用於大型看板，車用螢幕也能採用，協助駕駛在日光充足的時候，也能清楚看到螢幕內容。同時汽車的成本空間較大，因此有機會成為率先導入MicroLED的應用。工研院也投入研發MicroLED的AR/VR眼鏡等小尺寸、高解析度的應用，用藍光LED轉換出紅、藍、綠三色，試圖找到具有開創性的應用方向。拓展市場差異化商機楊富寶分析，從品牌廠的策略與動態，可以推測市場對MicroLED應用的期待。例如三星(Samsung)從電視著手，推出高價的MicroLED電視。接下來可以觀察在大型廠商推出高階產品後，產品的價格下降的時間點，就代表技術有所突破，因而能降低生產成本。不同的區域市場關注的應用也不同，歐美市場較為熱衷AR/VR相關應用，蘋果(Apple)、Google、Facebook等廠商就是其中的重要角色。中國市場則關注電視及手表等產品，積極發展採用新興顯示技術的電視與穿戴裝置。回顧2021年MiniLED及MicroLED的趨勢，大致可以總結MiniLED進入到新的階段，成功商品化，而MicroLED則較為停滯，需要拓展新的應用藍海，才能增加廠商研發的意願，以及未來走向量產的動能。現階段MicroLED仍有許多技術瓶頸，加上產量少，導致成本高昂，只能用在少數的高階產品中，距離商用化仍有一段漫漫長路。2020~2021年，MicroLED相較MiniLED受惠於疫情帶動的電子設備需求，有意願投入開發MicroLED的廠商受到疫情衝擊，可以投入研發的資源減少，放緩研發MicroLED的腳步，決策也變得較為保守。吳志毅認為，MiniLED可說是發展MicroLED練功的過程，雖然目前MicroLED因為成本因素，應用集中在高價的大型室內看板，與MiniLED的消費電子應用市場不同，但是技術發展高度相關。一旦顯示器廠商有能力大規模量產MiniLED產品，小尺寸LED晶片的技術成熟，就代表MicroLED的技術也有所突破，因此也可以從MiniLED的發展趨勢觀察MicroLED的技術進展。雖然MiniLED及MicroLED的技術進展關聯緊密，但是應用方面，MiniLED的應用不一定會全面過渡到MicroLED。陳顯德表示，一方面是MiniLED相較MicroLED具有明顯的成本優勢，加上不同的顯示器應用場景，依照觀賞距離、室/內外的差異，可以細分成多元的市場，應用的需求也不同。因此MicroLED需要積極拓展新的應用場域，才有機會在這一波的顯示器技術革新中脫穎而出，成功商品化。
  
  市場話題
  
  疫情加快商品化腳步　MiniLED應用開枝散葉
  
  2021 年 10 月 1 日 0
  
  新興顯示器市場中， MiniLED / MicroLED已受到業界多年的關注。隨著蘋果(Apple)宣布在iPad Pro中導入MiniLED，市場上對MiniLED及MicroLED 的討論熱度掀起新的高潮，也確立了MiniLED商品化的方向跟機會。同時受到疫情影響，遠距活動頻繁帶動消費電子的市場需求，品牌商趁勢積極推出MiniLED產品，期望透過新興規格取得競爭優勢。 MiniLED商用化的方向越來越明確，品牌廠跟模組廠都樂觀其成，TrendForce研究副理陳恕勛(圖1)指出，因為傳統LED已經應用多年，產品銷售缺乏新的亮點，因此MiniLED成為近期品牌廠的競爭重點，希望規格更新能促使消費者購買產品。現階段MiniLED背光及直顯兩方面的應用，發展不同的方向。背光的技術門檻相對較低，模組廠使用現有的設備及技術即可生產MiniLED的相關產品，促使顯示器規格得以無痛升級，也能炒熱市場關注度。觀察2021年MiniLED的商用化進程，已有大型品牌廠率先採用新技術，增加供應鏈廠商投入開發MiniLED的意願。然而MiniLED背光的應用領域尚未完全定型，須要考量在現有的電視、筆電等市場中，在成本跟供應鏈整合方面的優勢所在，須要善用分區顯示等優勢，試圖找到比OLED、QLED更有優勢的切入角度。疫情加速規格更新 2020年起，全球受到疫情影響，上班、上課等活動都轉移到線上進行，長期在家促使消費者更有意願升級居家環境中的電子設備，而品牌廠嗅到疫情帶來的消費動能，紛紛加速採用MiniLED等技術，期望增加使用者的換機意願。聚積科技技術市場部經理蔡宗達(圖2)認為，頻繁的遠距活動使得消費者有意願升級居家環境的電子設備，尤其設計專業人士可能就會傾向購買採用新規格的MiniLED產品。MiniLED背光提升顯示技術價值的新規格，技術門檻與設備更新的成本也較MicroLED低，所以採用MiniLED背光技術的顯示器售價，不會與市場上現有產品差距過多。以台幣4 萬元的筆電為例，採用MiniLED背光及整合其他新功能的產品，價格大約提升兩到三成，還在消費電子的價格範圍內。然而目前市場上MiniLED背光的應用範圍多在高階產品，只有設計師、醫療顯示或電競等具有專業需求的使用者才會購買， MiniLED技術需要下放到商務型產品中才有機會走向普及。推動普及的關鍵在於成本與消費者體驗，當生產成本下降，終端產品的售價才能符合多數商務型產品的範圍。另一方面，消費電子市場需要透過實體通路的產品展示，讓消費者體驗採用MiniLED背光技術後的使用差異，進而增加升級電子設備規格的意願。台廠不可輕忽對手供應鏈方面，陳恕勛提及，台廠在MiniLED技術的起步早且供應鏈完整，包含上游晶片跟下游模組。由於技術成熟、產能充足，台廠接到訂單後，可以一條龍完成產品，所以受到品牌廠青睞。但台廠同時面對到中國供應鏈的競爭壓力，蔡宗達補充，就技術而言，台灣供應鏈已經具備發展MiniLED應用的能力，但是部分廠商初期較為保守，對於新應用持觀望態度。直到蘋果採用MiniLED，加上台廠的訂單大多來自美系品牌，因而增加廠商投入MiniLED的意願。另一方面，中國供應鏈也已經投入MiniLED的開發，雖然技術的成熟度尚不如台廠，但如果能突破技術瓶頸，中國的生產規模可能會對台灣供應鏈帶來威脅，對此台廠仍須保有憂患意識，盡可能維持技術優勢。普及須降低成本/收斂規格整體而言，成本瘦身與規格收斂是決定MiniLED普及步調的兩大重點。MiniLED背光的市場機會跟優勢，在於跟傳統LED 及OLED相比，對比度與亮度方面都有亮眼表現，只要能找到明確的定位，就有機會發展出新的市場。例如MiniLED應用在iPad之前，用在平板的方向還不明確，現階段則受到蘋果帶動，業界投入MiniLED開發的意願提升，也逐步拓展新應用的可能性。 2021年是MiniLED元年，過去MiniLED應用尚未量產，而除了蘋果，三星(Samsung)也在電視產品中採用MiniLED。當品牌廠整合供應鏈並落實量產的方向，完成前期的統整工作，就能帶起市場對MiniLED的信心。在大廠率先量產應用MiniLED之後，接下來MiniLED的商品化進展，則可以觀察後續大型品牌廠在未來產品線採用的意願，以及市場上其他品牌廠接棒的情況。大約需要三到五年的時間，才能明確知道同一類型應用的普及程度，以及除了龍頭品牌採用MiniLED，後續還有沒有品牌廠商持續投入，例如電視在三星之後，小米、LG、華為等品牌開始生產MiniLED電視，且歐美品牌廠可能會接下第三棒。除了電視，筆電廠商也積極在高階產品中採用MiniLED技術。不過哪些MiniLED的規格及產品將會成為主流，或者中小型廠商會在哪些產品應用MiniLED技術，都還有待觀察。在MiniLED應用終於成功走向量產後，品牌廠需要找到可掌握的供應鏈，並確立規格與產品差異化的方向，才能在新興顯示器激烈的市場競爭中保有優勢。
學技術
- 技術探勘
  
  導通/切換損失雙降　切換式電源待機功耗再進化
  
  2022 年 2 月 24 日 0
  
  隨著全球暖化日益嚴重與節能減碳呼聲高漲之際，人們也從開發新能源以及提高能源使用效率方面來著手因應，相關之節能法規也應運而生，例如能源之星認證項目、歐盟節能化設計指令，制定各式產品能源效率標準，表1為歐盟委員會所制定在不同輸出功率與方式之空載功率損耗規範。電子設備製造商發展的節能產品，必須遵循國際認證標準，促使電子產品朝向更節能的方向發展，如此也是提高能源利用效率的有效途徑。對於電子產品電源設計的要求，除了滿足符合各個額定負載效率標準之外，空載與待機功耗也顯得益發重要，因為許多的用電設備大部分時間都工作在極輕載或待機狀態，例如：電視、個人電腦及螢幕等應用，若是每一個電子裝置的待機功率可以省下0.1~0.5W，這些閒置裝置就可以省下相當於數十個發電廠的每年發電量。本文將探討如何降低切換式電源(Switching Mode Power Supply)的待機功耗，最後並舉一實際設計案例解說。如何降低待機功耗所謂待機功耗是指電子裝置在關閉時或處於待機模式時消耗的電能，或是處於最低功率模式下所使用的功率。一般電子裝置的輔助電源最常用的是返馳式拓樸架構，如何降低電子裝置的待機功耗，最有效的方式就是減少其在待機時的導通與切換損失。在導通損失方面： 1.適當設計輸入端的共模電感的線徑與匝數，在抑制共模雜訊時，可以同時兼顧到將共模電感的導通損失降到最低。 2.選擇適當熱敏電阻的阻值，以避免其內阻的導通損耗。 3.於設計規格中的啟動時間之內，選擇合適的啟動電阻值，或者是選用內建啟動單元的IC。 4.有些控制器雖然在待機時降低切換頻率，來減少切換損耗，但是變壓器線組的導通損耗仍然不可忽視，線圈的圈數與線徑之適當選擇，對於線圈的線阻損失可以有效降低。 5.一次側Vcc輔助繞組的圈數與線路，適當地設計於各種負載條件之下，除了提供穩定正常工作的Vcc，並且能夠將Vcc輔助繞組線路的導通損耗降至最低，若是Vcc不足時，IC會進入反覆啟動狀態，頻繁的需要高壓給Vcc電容充電，造成啟動電路損耗。 6.其次，二次側回授控制線路TL431周遭的電阻，適當地設計在使整個控制線路正常工作之下，將偏壓與分壓線路的電流損失降低，並且選擇高CTR的光耦合器。 7.選擇低耗電TL431其typical IKA為50uA如表2(a)所示，與一般TL431其typical IAK為0.4mA如表2(b)所示，兩者的耗電就差了8倍，藉由使用低耗電之TL431，將圖1之R23電阻放大可以減少二次側TL431損耗。 8.在切換損失方面，RCD在緩衝(Snubber)電路中，可以使用齊納二極體來取代RC。 9.變壓器的層間雜散電容會造成額外的切換損失，可以在層與層之間加絕緣膠帶來降低層間的電容效應。 10.減少一次側回授訊號腳位的並聯電容值。 11.選擇使用雜散電容與Qg較小的MOSFET。 12.加大輸出電容以增加維持時間，拉大叢發模式(Burst Mode)的週期時間，以減少叢發的切換次數，以上所建議的方法總結於圖1所示。除了外部零件值的調整之外，在控制器本身方面，對於降低輕載功耗，常見的方法為降低切換頻率、關斷時間調制(Off Time Modulation)，以及叢發模式。另外，盡量選擇靜態電流較小的IC，因為這對於大多數時間處於休眠模式或低功耗模式的應用尤其重要。電源設計範例解說本文以一個120W電視電源演示板為設計範例解說，電路板之主要控制IC為IDP2308，此IC為一結合PFC與LLC的整合式數位控制器，具有內建的啟動單元 (600V Start Up Cell)，當Vcc電壓建立到一定的準位後，此一啟動單元會關斷啟動迴路，避免啟動電阻的導通損耗，此外，啟動單元迴路兼具X-cap放電功能，以省掉外接型IC的功率損耗，如圖2所示。另外，在輕或空載時，控制器會進入叢發模式，以降低切換損失，由於IDP2308是數位IC，具有提供使用者彈性設計的便利性，使用者可以經由參數的調整來優化整體電路的行為，達到所需要符合的規範，演示板線路如圖3所示；演示板規格如下表3所示：如圖4所示，以下詳細解說IDP2308在叢發模式時的動作行為，當進入待機模式時，主要監控HBFB腳位的電壓準位，來決定叢發模式的運作，當HBFB的電壓上升至Vburst_on，IC會被喚醒而啟動叢發的切換，在LLC完成一個完整的叢發切換，IC就會停止切換然後進入睡眠模式以節省功率損耗。影響待機功耗的主要參數列於表4，其中有叢發模式中的啟動頻率、切換頻率、結束頻率、PFC Bulk電壓以及軟啟動與軟結束的階數多寡。使用者可以自行調整在LLC之叢發模式中的三個部份： 1.設定較高的啟動切換頻率，預設值為200KHz，軟啟動設定為4階，每32us降一階，目的是減少每一叢發模式控制的啟動突衝電流，降低功率損耗，同時可以抑制異音雜訊。 2.其次設定一較低的切換頻率，預設值為130KHz，以達到最低待機功率與維持二次側輸出電壓的穩定。 3.最後再採用較高的結束切換頻率，預設值為200KHz，軟結束設定為4階，每32us升一階，用於達到抑制異音雜訊。在PFC方面，可以經由參數設定降低PFC bulk的工作電壓準位，來減少切換損耗。除了參數的設定之外，外部零件值的調整，例如：LLC變壓器的主感Lp、LLC Bootstrap電容及諧振電容的材料，也會對異音與待機功耗有所影響。經由以上的參數設定與外部零件調整，可以降低叢發模式時LLC的諧振電流，如圖5所示，最後的實驗結果，除了能夠符合小於0.3W待機功耗規範，並且達到極低異音的要求標準，以及維持系統輸出電壓穩定的設計目標。數位控制器提高操作效率本文介紹了電子設備電源的待機功耗及其規範，詳細剖析建議的解決設計方案，並且探討實際設計案例，除了一般使用者常用的對策，例如外部零件的調整與選用等方式之外，藉由數位控制器的參數設定調整也是解決之道之一。一個好的電源設計，除了提供基本電子設備正常的運作之外，也可以減少系統的功率損耗，提高整體操作效率，另外，透過採用合適的數位控制器來做設計，進而減少外部元件的使用數量，節省整體系統的物料成本。 (本文作者為台灣英飛凌科技首席工程師)
  
  技術探勘
  
  兼顧高效能/彈性/低成本　雲端EDA推動半導體創新
  
  2021 年 10 月 25 日 0
  
  雖然支付處理、業務流程與合作和大數據分析等各種服務都仰賴雲端運算技術，但晶片設計產業卻較慢才開始採用這項技術。至今，在雲端中實現晶片設計的優勢仍未明朗。現今半導體產業，面臨嚴格的品質要求、苛刻的上市時程以及高昂的成本等諸多挑戰；因此，應用創新的、雲端導向電子設計自動化(EDA)正是半導體產業亟需的解決方案，它能夠幫助半導體產業跨越這些挑戰並蓬勃發展。隨著摩爾定律(Moore's law)的優勢開始衰退，這篇文章中將仔細探討在公共雲端進行半導體設計及驗證，如何能成為創新的推手。EDA躍上雲端顯然不僅是一個趨勢；對於半導體產業運算需求在短期內大幅增加，並且設計和驗證週期持續縮短的產業來說，開闢了一條持續前進的道路。晶片設計者登上雲端即使在幾年前，人們對於雲端在矽晶圓開發中所扮演的角色，仍是憂喜參半，畢竟摩爾定律主導了這個產業50多年的發展和創新。然而，正如科技諮詢顧問公司埃森哲(Accenture)在其《藉由即時服務模式推動半導體增長》(Driving Semiconductor Growth Through As-a-Service Models)報告中指出，摩爾定律的步伐正在減緩，反之卻要面對晶片開發成本飆升、競爭來自非傳統領域，但客戶卻要求指數級成長的能力和功能來支持物聯網(IoT)、人工智慧(AI)以及即將來臨的量子運算等新應用。無庸置疑地，運算能力已成為半導體公司能否完成設計、更快將產品推向市場的關鍵。因此，公司為能取得設計及驗證系統單晶片(SoC)所需的資源，雲端運算成為一個可行的選擇。其中，關鍵性的IC設計及驗證流程，現在已可在雲端中使用。2020年底，埃森哲發表一份報告，《半導體產業的雲端勢在必行》(The cloud imperative for the semiconductor industry)，認為雲端是加快未來創新步伐的關鍵，並且具有安全性增強和自動化功能的完善雲端解決方案，其可提供的好處，已經超越本地系統(On-site System)。晶片設計雲端化接下來可以詳細分析，是哪些關鍵市場因素，驅使更多晶片設計者移轉到雲端；而基於雲端的解決方案，又如何能成為創新的推手。更快獲得結果隨著晶片變得越來越複雜、體積越來越大，面對日益增加的上市時間壓力，晶片設計和驗證資源遭遇瓶頸。與此同時，工程師的工作量也持續增加。工程師需要處理的事情增加，可用資源卻減少。與在本地資料中心進行EDA解決方案相比，雲端技術的利用開闢了更多的運算資源，可以加速基礎晶片設計和驗證過程。另一個好處是增加彈性，促使晶片設計能夠根據需求，迅速地擴大或縮小規模。以元件庫特徵化(Library Characterization)為例，這是一項高度平行化的任務，需要大量運算資源。元件庫特徵化的資源規畫極為困難。例如，在雲端運算前，晶片設計公司需要先針對這些工作負載量，在自有的高效能資料中心投入許多資源。然而，根據需求模式，這些系統不是被過度使用，就是未被充分利用；或是也可能需要先對工作負載量進行排序，進而導致延遲。相反地，雲端運算可以在需要時，按照需求量，盡可能獲取最多的運算資源，將元件庫特徵化等任務的周轉時間(Turnaround Time, TAT)從數週縮短到數天。廠商如亞馬遜網路服務(AWS)的客戶已經能夠將他們的元件庫特徵化工作負載量擴增到120,000多個平行作業，部分原因是AWS和新思科技之間具有合作關係。時程短、資源耗費大的任務，非常適合遷移到雲端。無需自行支出繁重的成本來建置基礎設施，設計人員就可以靈活地利用運算資源。若有需要，在數據可分區的前提下，也可以將運算密集型任務分解成更小的任務，並利用雲端的大規模、分散式的處理和儲存空間，來解決每個小任務。除此之外，在分散處理時，時序分析(Timing Analysis)、物理驗證和功能驗證之類的工作流程，也得以完善地擴充。例如透過形式驗證，可以將設計本地化，並對獨立的部分執行驗證。提高產品品質為了保持先進節點設計、具有多個功率域(Power-domains)的低功耗設計以及突破光罩限制設計的高品質結果(QoR)，在設計流程的所有階段，驗證工作的量都呈爆炸性成長。在現實世界中，內部運算資源並非無上限，設計師被要求完成不可能的任務：在上市時間和結果品質之間取得平衡。雲端憑藉近乎無限的資源，提供了執行大規模模擬、時序簽核(Timing Signoff)和物理驗證任務的能力；而這些任務可能會導致本地運算資源的短缺，或甚至整個系統的崩壞。更低的成本以最快的時間，將品質最好的產品推向市場，始終是設計者的目標；但盡可能以最低的成本生產晶片也同樣重要。傳統的晶片設計公司，可以使用現有的資料中心來進行EDA解決方案。即便如此，為了管理成本，他們可能仍會選擇混合的工作流程，在運算需求突增的期間，利用雲端資源來補足本地資源的短缺。而小型新創公司可能會發現，私有資料中心的成本太高，不切實際。在這些情況下，雲端可以在需要時，提供最新的運算和儲存資源，並具有高度的靈活性，即用即付(Pay-as-you-go)。雲端的彈性也有助於降低結果成本。各家雲端的價格確實有所不同，因為一些雲端供應商允許運算服務的競標，費率受需求影響。隨著雲端供應商開發成本更低的運算資源，例如利用過剩容量的現貨實例，也許能提供更低的價格。設計公司應該把握時機，善用這些EDA解決方案。高安全性/系統正常運行時間半導體產業對遷移到雲端的猶豫，與對安全性和系統正常運行時間(System Uptime)的擔憂有關，這是可以理解的。採用現代雲端安全性技術、雲端原生流程(Cloud-native Processes)及技術，有助於確保在安全、受監控的雲端基礎架構上執行EDA工作。為此，EDA供應商與雲端安全供應商密切合作，調整技術，以保護EDA工作並防止資料洩漏。應用高強度的身分和存取管理，可以確保在EDA工具當中，有效管理使用者的存取權限。雲端供應商通常在責任共擔模式(Shared Responsibility Model)下營運。其中雲端供應商承擔雲端本身，即資料中心的安全責任，而他們的客戶(如EDA公司)則承擔雲端內部的安全性。EDA產業應該要充分了解這個模式的含義。雲端供應商是否在其基礎架構和應用程式中，從頭開始建構安全性，並確保操作的安全性？EDA供應商是否使用適用於雲端環境的加密處理以及最新的監控和故障排除工具？至於系統正常運行時間，雲端供應商正在構建大量閒置的資源，以確保其運算資源的高可用性(High Availability)和彈性(Resiliency)；例如透過高可用性集群(High...
  
  技術探勘
  
  微控制器驅動無線模組　氣味信差昇華網路通訊體驗
  
  2021 年 10 月 24 日 0
  
  隨著網路通訊科技進展，讓人們能透過手機的通訊軟體與親朋好友即時聯繫，包括傳送文字、表情符號、貼圖、圖片及影片等訊息。目前通訊軟體沒有傳送氣味的功能，因此本文的構想便結合通訊軟體與發散氣味之產生器，使得通訊軟體具有「氣味信差」的創新分享功能。為了實現此氣味傳遞的創新分享功能，使用者必須搭配一個筆者設計之氣味產生器，其中氣味產生器使用盛群(Holtek)微控制器HT32F0006為主控中心，透過LINE BOT結合聯網功能，以及控制氣味產生器產生三種不同氣味，同時機殼上會產生不同色彩的燈光，而且也會播放一段音樂。「氣味信差」系統可以做到分享人們所喜愛的氣味給家人、朋友，例如玫瑰精油、薰衣草與薄荷等氣味可以帶給人們不同的感受；該產生器在離線模式下也可以獨立當氣味機使用。訊息導入氣味傳送　活化溝通內涵由於資訊科技不斷地進步，不只可以讓人們透過通訊軟體傳送文字或圖片即時聯繫，更可以透過傳送貼圖或表情符號的方式來表達自己的想法和感受，讓彼此之間的互動變得有趣、關係更加密切。但現有的通訊軟體並沒有傳送氣味的功能，而本文構思為使用通訊軟體即時分享氣味給家人、好友，達到氣味信差的概念。目前通訊軟體僅能傳送單一圖片、文字、音樂，市面上也還無法做到傳送氣味，本專題發揮創意，希望為現有通訊軟體加值，新增一個傳送氣味的全新功能，作品以LINE為例，受限於通訊軟體的封閉性，無法直接修改原軟體功能，因此利用LINE軟體的LINE BOT聊天機器人機制，搭配所設計與製作的氣味機，達成使用通訊軟體分享氣味之目的，系統架構與使用情境如圖1所示。使用者A於LINE BOT介面輸入「欲傳送氣味對應的特殊文字」訊息，LINE BOT會將訊息傳送至本文設計的後台網頁；氣味機B內建Wi-Fi連線功能，會接收此氣味對應資料；氣味機B產生相對的氣味，以此間接方式達到信差功能，反向傳送，其程序完全相同。另外，氣味機產生三種單一氣味外，也可進行混合香味，同時也有音樂與燈光效果，達到創新分享的功能。氣味信差系統運作三原理解析本「氣味信差」系統包括三大部分：一，產生氣味的氣味機；二，LINE軟體的LINE BOT聊天機器人機制；三，配合LINE BOT傳訊的伺服器端資料庫與網頁。使用者使用LINE BOT傳送氣味(例如薰衣草)訊息，LINE BOT會將此資料透過後台網頁以Wi-Fi連線方式傳送到氣味機模組上，其中微控制器控制中心透過UART連結並控制Wi-Fi模組。微控制器接收氣味(例如薰衣草)訊息，板子上的GPIO接腳就會輸出高電位，控制繼電器來驅動氣壓幫浦產生訊息對應的香氣(例如薰衣草)，以及播出相應的音樂與燈光，達到嗅覺、聽覺以及視覺一體的美好感受。氣味機整合軟/硬/韌體架構控制音訊播放硬體架構氣味產生器之硬體架構如圖2所示，當微控制器透過Wi-Fi模組接收到網頁傳遞的控制訊息時，就會利用GPIO接腳控制繼電器來控制氣壓幫浦的開關。同時也會透過UART通訊方式發送指令給NMOS模組、RGB LED模組。RGB LED模組可以依指令產生燈光、NMOS驅動模組可以依指令控制電磁閥開關，讓氣壓幫浦打出的氣體可以通過電磁閥流向擴香機噴頭，最後產生氣味散發出去。而HT82V73A會透過DAC將人們所使用的音檔的音頻放大轉換成音樂播放出來。軟體流程軟體控制流程如圖3所示，使用者在LINE BOT輸入訊息，LINE BOT會將接收到的訊息傳送至所建立的資料庫，並將訊息放於網頁上。在Wi-Fi模組端便等待網頁傳送過來之訊息，當Wi-Fi模組接收到訊息時，就會發送指令給微控制器，微控制器會去判斷指令是哪一種氣味，最後氣味機會發出相應的氣味，流程如圖4所示。韌體流程氣味機之韌體控制流程如圖5所示，當微控制器主控板接收到指令時，微控制器主控板會同時控制GPIO、NMOS模組、RGB模組。GPIO主要控制繼電器來驅動氣壓幫浦，NMOS模組是驅動電磁閥，而RGB模組會因不同氣味產生不同的燈光效果。氣味機在離線模式之運作流程如圖6所示，微控制器主控板向8 Key觸控模組發送讀取觸摸按鍵訊息的指令，並等待8 Key觸控模組回傳指令。如果微控制器主控板接收到指令，就會去分析指令為何，並依指令控制繼電器、NMOS驅動模組以及RGB LED模組來產生相應的氣味，其中觸摸Key1產生薰衣草氣味並發出綠光及播放音樂A，觸摸Key2產生玫瑰氣味發出紅光及播放音樂B，觸摸Key3則產生薄荷氣味發出藍光及播放音樂C。前述音樂播放控制如圖6所示，當微控制器主控板接收到音樂播放指令時，音檔音頻訊號透過微控制器主控板的DAC功能將音頻訊號放大，最後播放出音樂(圖7)。氣味機原型系統實現與功能測試依前述軟硬體規畫與設計完成「氣味信差」系統原型，其硬體作品氣味機整體系統運作依圖1使用情境進行功能測試。本文中的系統原型可配合氣味機產生3種氣味進行氣味傳送功能，其中於LINE BOT對話介面點選或傳送指定文字氣味訊息，例如薄荷，LINE BOT就會回傳已傳送的氣味訊息至資料庫。而資料庫端就會將相應的氣味種類、數量及時間建立在資料表上，再由後台網頁去更新資料表上最新的一筆資料。經由系統整合測試，驗證使用者雙方都有本文之氣味之產生器，當好友雙方使用LINE通訊軟體交流的同時，可以新增本作品創意之氣味傳送功能。訊息傳遞藉氣味輔以聲光效果增進日常生活情趣透過本文製作的氣味機可以讓不同的使用者，即使身在遠方，也可以使用LINE通訊軟體分享自己所喜愛的氣味給身邊的家人、朋友，讓對方感受到本文所表達的意境，不同的氣味也可以帶給人不同的心境與意義。氣味產生的同時搭配聲光效果，製造不同的情境及氛圍，不只可讓人們增進彼此之間的感情，而且也讓通訊生活變的更有趣、更有創意。 (本文作者余兆棠/劉大琦為南臺科技大學教授；彭森田/蔡明峻/岳皓予/李宜鴻為南臺科技大學學生)
  
  技術探勘
  
  改善使用者體驗　主動能量監測延長供電時間
  
  2021 年 10 月 21 日 0
  
  電池供電類設備存在已久，然而自手機問世以來，由可充電電池供電的設備數量在過去二十年呈現出指數級成長。截至2018年，多種不同型號的手機、平板電腦、筆記型電腦和許多其他小型電器都在使用鋰電池。對於所有可攜式設備而言，因為多數採用鋰電池供電，功耗成為產品開發的重要考量因素。硬體開發人員越來越注重在增加功能、減小尺寸、降低成本的同時，實現低功耗方案。軟體發展人員也以舊演算法為切入點，針對作業系統領域(即透過能量監測調度)和新興領域(例如機器學習)，研發新的功率監測方法，力求降低功耗。功率是指暫態消耗的能量。如公式所示，在電學中，功率等於暫態電壓與電流之積。功率單位為瓦特(W)，表示「焦耳每秒」。 P = V×I 能量等於功率與時間的乘積，電路消耗能量，電池則儲存能量。功率管理通常是指管理暫態電流和電壓，以滿足功率傳輸能力和負載條件。能量監測通常會提供有關能耗的資訊，進而協助開發人員進行電池管理和整體功率基準測試。透過專門設計的軟體(可根據特定負荷採取相應操作)監視能量時，即開始了主動能量管理。主動能量管理可以基於預定義的設置自動進行，也可以在軟體啟動時手動進行，其作用是為用戶提供特定的建議。例如，大多數筆記型電腦在使用電池而不是交流電源運行時，處理器效能會自動降低，並且改用低功耗、低效能的整合圖形處理器，而不使用專用處理器。可以關閉筆記型電腦的一些周邊，以延長電池供電時間，而使用者也可能收到降低螢幕亮度或調暗鍵盤背光的通知。大多數智慧手機都提供各種節能選項，當電池電量降至特定水準時，主動能量管理便會提出使用節能選項的建議，包括關閉一些現有的網際網路連線、降低螢幕亮度等。但類似情況並不限於電池供電設備。伺服器會仔細監測功耗和負荷水準，以確定是否可以完全停止或暫停某些服務。在虛擬伺服器中，可根據電流總用量和基於統計資訊預測的用量增加和縮減應用。對於這類伺服器，可以使用虛擬機器管理程式完全關閉某些虛擬機器。進行除錯時，也可以使用主動能量管理。能量監測可提供非常有效的資訊，用以確定整個系統或部分系統是否在界定範圍內運行。用於測量直流功率和能量的電路如前文所述，電功率是電壓與電流的乘積。要精確測量功率，需要對電壓和電流進行精準測量。在一定時段內測量功率並將結果累加，即得到能量。功耗在大多數情況下都不是恆定值，因此，必須使用一個選定測量頻寬，在此範圍內量測電壓和電流。直流電壓測量電路的一個典型範例是圖1左側所示的簡單分壓器和圖1右側所示的緩衝分壓器。這兩個電路都可以透過適當的校準提供高精度測量結果，儘管帶緩衝的分壓器比不帶緩衝的分壓器價格昂貴，但前者通常功耗更低，尤其適合測量極低的直流訊號。雖然借助霍爾效應也可以測量電流(包括直流電流)，但本文側重於使用分流電阻測量直流電流，因為後者更常用而且費用更低。分流電阻是一個低阻值電阻，與電路串聯。電流流經分流電阻時，分流電阻兩端會產生一個小的壓差。該壓差與電流成正比，如公式所示，並且通常使用運算放大器進行放大。 VDROP=RSHUNT×I 由於分流電阻與電路的其餘部分串聯，因此可以連接在任意一側：上橋臂(分流電阻的一個端子直接連接匯流排電壓)，或者下橋臂(分流電阻的一個端子接地)，如圖2。在這兩種情況下，分流電阻都會出現一個小的壓差，電路的總電壓會降低。但是，分流電阻的連接位置會受到一些影響。如果分流電阻放在下橋臂(圖2右側)，其兩端的電壓將直接接地。由於分流電阻通常很小，其兩端的壓差也很小，因此電流測量電路使用便宜的低壓運算放大器即可非常方便地放大壓差。這對於縮減成本很有幫助。但下橋臂分流有一個明顯的不足，即整個電路不再直接接地，而是連接高於接地端電壓的位置。分流電阻兩端的壓差通常以毫伏計。如果將分流電阻連接在上橋臂(圖2左側)，則電路直接接地，可消除地彈反射效應。如果要對電路進行精確測量或必須提供精確的輸出，則應選用此連接方法。此方法的唯一缺點是需要使用電壓更高的差分運算放大器電路，並且視運算放大器的頻寬而定，費用也可能會增加。儘管電壓、電流甚至功率本身都可以透過類比電路輕鬆測量，而且成本很低，但能量測量卻需要使用更複雜的電路來實現。然而，傳統的能量測量方法是使用類比電路測量電壓和電流，然後使用類比數位轉換器(ADC)將類比訊號轉換為數位訊號，將資料輸出到微控制器。微控制器的作用是對訊號隨時間累加的功率進行採樣，進而實現能量測量，測量能量的典型電路如圖3所示。在測量電路中增加微控制器既有優點也有缺點。一方面，在演算法計算、監視不同行為和進行更詳細的報告方面具有很大的靈活性，例如每小時、每天等。此外，微控制器的作用不僅限於能量測量，還可以觸發事件、運行自訂狀態機或滿足工程師的任何需求。而如果系統原本就需要使用微控制器，則成本和物料清單(BOM)的增加並不是問題。另一方面，使用微控制器監測能量的缺點則是測量系統的總功耗、繁複的程式開發工作和開銷成本都會增加，而且視精度要求而定，有時可能還需要外部ADC。多年來，隨著業界對直流能量監測功能的需求不斷成長，多種面向此類應用的積體電路相繼問世。例如Microchip的PAC1934。此類積體電路只需使用分流電阻作為外部元件，即可同時採樣4個通道，基本電路圖如圖4所示。電路中整合了運算放大器、ADC、算數運算邏輯、記憶體和用於連接系統的標準介面(通常為I2C或SPI)。與傳統方法相比，使用積體電路的優勢在成本方面尤為明顯，因為在一個積體電路中整合了能量測量所需的一切，使BOM和PCB尺寸顯著降低。主動能量監測的優勢憑藉適合大多數應用的靈活配置，專用積體電路能夠以極低的功耗在長時段內累加功率。通常功率取樣速率最低為每秒8次採樣，最高可達1 KSPS。例如，PAC1934以8 SPS運行時，可以累加超過36小時的功率，並且電流小於16μA，同時4個通道全部有效且以16位元的解析度運行，無需軟體干預。此方法允許取樣速率動態變化，進而可以擴大應用範圍。例如在標準筆記型電腦中使用積體電路監測電源軌。當筆記型電腦處於運行和活動狀態時，能夠以1024 SPS的取樣速率進行監測，而當筆記型電腦處於暫停狀態(Suspended State)時，監測速度可能降到8 SPS，因為在暫停狀態下，功耗不會有太大的波動。此外，降低取樣速率可以減少能量監測的功耗，而不會影響效能。主動能量監測最常見的一個應用是電池電量計量。專用積體電路可監測電池的電壓和電流，隨時得知電池電量。更先進的電池電量計還可以檢測到電池遇到了特定問題，例如電量計可以追蹤電池的電壓與電量的關係，如果二者之間不再有對應關係，則代表電池的總容量因老化或其他因素而縮減。主動能量監測也是標準電池管理系統(BMS)的核心。BMS是多節電池組所使用的電路，負責對電池組進行安全充電和放電，並主動測量其電壓和電流，確保每節電池的參數都相同。BMS的功能還包括檢測故障電池，或在電壓過高或過低時斷開電池組。主動能量監測的另一個常見應用是與智慧手機和平板電腦上的作業系統以及筆記型電腦、電腦和伺服器上的Linux或Microsoft Windows搭配使用。對於智慧手機和平板電腦，作業系統透過各種方法監測不同服務和應用程式所消耗的電量。在早期階段，系統不直接測量能量，而是使用表格資料獲取各個工作點的功耗，基於CPU、GPU和螢幕使用情況估算能量。估算出的能耗資料以統計資料的形式報告，便於使用者決定如何進一步操作設備。自Windows 8起，Microsoft在筆記型電腦和個人電腦中導入了能量估計引擎(Energy Estimation Engine, E3)。E3早期階段的工作原理與智慧手機中的估算演算法類似，能夠根據各種資源的使用情況(處理器、圖形、磁片、記憶體、網路和顯示器等)來估算每項任務的功耗，進而實現功耗追蹤。E3還導入了能量計量介面(EMI)，系統製造商可以透過該介面為系統添加實際可用的能量測量感測器，並進行相應聲明。如果加入了此類感測器，E3會利用這些感測器準確地測量功率和能量，而不是只進行估算。某些筆記型電腦製造商已在其產品中實現了這些功能。此外，過去還存在一些其他的方法，例如Sony在Vaio筆記型電腦中實現的能量監測，但沒有支援這些方法的作業系統，只有專用應用程式才能存取相關資料。Linux尚未提供與Microsoft E3相當的工具，但據報導稱，廠商已著手進行相關工作。工業I/O子系統支援在作業系統中加入各種感測器，為使用者空間的應用程式提供非常簡單且功能強大的介面(基於檔的介面)。然而，在本文撰寫之時，工業I/O子系統仍是核心的擴展，而不是默認Linux架構的組成部分。Linux還支援能量監測調度和智慧功率分配，這是一種用於嵌入式Linux領域的演算法，可協助系統決定如何調度不同的任務，同時考量散熱問題(能耗導致CPU/GPU發熱)。能量測量積體電路的另一個值得關注的應用，是對USB功率和能量以及在伺服器應用程式中的使用情況進行監測，如本文第一部分所述。由於伺服器採用不間斷運行的設計，因此監測能耗有很多好處，例如可透過主動服務控制提高總體電源效率，能滿足越來越高的能效標準，允許系統管理員在伺服器的某些部分出現功耗異常(表示未來可能發生故障)時執行預測性維護。透過IC整合能量監測功能就能量監測的需求以及系統需要執行的其他功能而論，某些方法可能比其他方法更適用。如果嵌入式系統是根據自身用途專門構建，並且需要瞭解自身功耗或估算能耗，則傳統方法更適用。建議在微控制器中加入內部ADC，以便大幅縮減能量監測功能的成本。採用這種方法，只需要使用進行電壓和電流檢測的外部類比電路。如果需要非常高的測量精度而不計BOM成本和功耗，則傳統方法比積體電路更適用。但在很多情況下，更適合採用積體電路方法。例如，如果想要在作業系統中整合能量測量，就適合採用積體電路方法，因為整合解決方案就是為解決這一問題而構建，透過適當的驅動程式，系統能自動識別出能量測量並知道如何操作。能量測量積體電路通常可以測量多個通道(進而監測多條匯流排)，因此，在需要監測大量匯流排時，整合解決方案具備明顯優勢。此外，同一條通信匯流排上可以使用多個積體電路(例如I2C或SPI)。另一個更適合採用整合解決方案的情形是，在系統處於功耗極低的睡眠模式或完全關閉的情況下，在較長的一段時間內測量能量。整合的能量監測晶片僅消耗極少的功率，並能在特定時段內自行累加能量，無需任何系統干預，而這正是實現整合解決方案的基礎。對於有較高尺寸要求的高度整合化和密集型PCB，例如手機、平板電腦或筆記型電腦的主機板，與等效的分離元件相比，積體電路占用的空間顯然更小。例如，在晶圓級晶片封裝(WLCSP)尺寸的晶片(大小為2.225×2.17mm)中，包含一個能同時監測四個通道的能量測量積體電路。 (本文作者任職於Microchip)
  
  技術頻道
  
  全彩顯示擴大應用商機　電子紙進軍零售賣場貨架
  
  2021 年 10 月 4 日 0
  
  電子紙顯示器以雙穩態與反射式的技術特性，讓顯示螢幕具有類紙質感的閱讀體驗、無背光源，對雙眼友善、陽光下可視、超低耗電與持續顯示零耗電等特性。基於與一般紙質紙張相似的顯示特性，與自發光型的顯示技術相比，長時間使用電子紙閱讀雙眼相對不會感到痠澀，故成為適合數位閱讀的顯示螢幕，眾多廠商推出採用電子紙的電子書閱讀器，也讓大眾留下電子紙等於電子書閱讀器的深刻印象。然而隨著物聯網與智慧城市等趨勢發展，在教育、交通、物流、零售、工廠、醫療照護、商務與生活等場景均加速落實數位轉型，各個場域將裝載數以億計的聯網裝置。面對低碳時代來臨，對於裝置的電源使用效率要求更為嚴苛，人類不再只追求科技智慧與聯網發展，而是避免高耗能、高排碳持續造成更嚴重的溫室效應，因此，能減少耗電降低碳排，有助環境永續發展的技術將是未來科技關鍵發展趨勢。而電子紙發揮超低耗電與持續顯示不耗電的特性，成為適用於物聯網與智慧城市的顯示介面，同時可取代一次性用紙的技術與產品定位，有助於降低自然資源的消耗。基於電子紙的顯示特性，電子紙應用領域已從既有的電子書閱讀器印象，延伸至零售、交通與物流等多元場域。例如零售場域的電子貨架標籤，取代傳統紙張標籤；電子紙廣告看板取代傳統印刷海報；智慧交通領域的智慧電子紙公車站牌，因電子紙強光下可視的特性，是絕佳的戶外顯示器，同時基於電子紙低耗電的特性，結合太陽能供電與蓄電系統即可運作，無需額外接配市電，實現電子紙具備的永續發展價值。雖然電子紙應用領域持續拓展，但電子紙在顯示色彩的表現，自第一台採用電子紙顯示器的電子書閱讀器於2004年問市後的十數年間，電子紙色彩顯示仍以黑色與白色為主流。2013年，廠商如元太科技推出E Ink Spectra三色電子紙，運用三種顏色的電子墨水粒子，讓電子紙可顯示黑、白、紅，或是黑、白、黃等三色，藉此開拓電子紙於零售場域使用的電子貨架標籤應用。電子紙從黑/白發展至三個顏色，廠商仍持續投入彩色電子紙之開發，2016年首款全彩電子紙顯示技術(Advanced Color ePaper, ACeP)問世，運用青色、洋紅、黃色、白色等四種色粒子，透過電壓控制、動態地進行顆粒組合和混色，實現全色域的彩色電子紙技術。E Ink Gallery具有全彩顯示效果、以及雙穩態與反射式的技術特性，可讓電子紙應用開拓更廣泛的市場，例如全彩電子看板。不僅如此，著眼於電子紙的電子貨架標籤與電子廣告看板於零售領域需求持續成長，2021年4月推出的E Ink Spectra 3100四色電子紙，運用黑/白/紅/黃等四種鮮豔與飽和的色彩，滿足零售業者色彩行銷之需求。而在此產品上市後，廠商仍協同晶片設計的生態圈夥伴共同研發適合四色，乃至八色的電子紙顯示器使用的驅動晶片，藉此協助零售系統商可更快的開發出採用四色電子紙的電子貨架標籤與電子紙廣告看板。四色電子墨水系統電子墨水薄膜(Film)透過電場來控制微膠囊或微杯內帶色粒子的跑動，呈現出雙眼看到的各種圖面、文字或顏色(圖1)。電子紙的驅動相同與LCD液晶螢幕的部分是，電子紙一樣需要薄膜電晶體(TFT)來驅動每個畫素，在電子紙顯示器中，一面的電極是由薄膜電晶體所控制，稱為畫素電極，連接到TFT的源極(Source)，另一面則是所有畫素共用的共電極，利用兩端的電壓差異來控制電場，使每個畫素可以獨立的顯示不同顏色/灰階。電子紙需要時序控制晶片、TFT驅動晶片，及提供TFT驅動電壓的電源整合型晶片(圖2)。電子紙的驅動與LCD液晶螢幕的差異則是，由於電子墨水薄膜的反應速度不及液晶螢幕，所以需要提高驅動電壓，以及需要使用電壓寛度調變。要驅動帶色粒子到固定的位置，顯示特定的顏色，這需要設計特定的電壓寛度的組合，也就是要達成一次顯示畫面的電壓組合為電子紙的驅動波型。另一不同於LCD液晶螢幕的是電子紙的雙穩態性，由於驅動一次之後，若顯示畫面不需要改變，這時搭配電子紙的雙穩態性，薄膜電晶體不需要再次掃描及驅動，所以在電子紙的使用的輸入介面上，顯示是以單張圖像(Image)資料格式為基礎，而不是液晶螢幕的影像(Video)。基於這些不同之處，所以在電子紙的驅動晶片和時序控制晶片都需要特別的設計(圖3)。兼顧清晰/省電的應用需求不同的電子紙應用，依照顯示器使用的場域不同，而產生不同的需求。電子書筆記本需要的是高對比/多灰階顯示，快速的手寫反應速度；在電子標籤則是需要多色，省電及低成本的設計。中小型電子標籤所使用的電子紙顯示器，目前絕大多數使用低成本的整合型晶片。整合型晶片指的是將時序控制及產生高壓電源的功能都整合進TFT驅動晶片裡。開發電子標籤系統，僅需前端使用低成本的微控制器(MCU)，經由標準的串行外設介面(SPI)來控制電子紙整合型晶片的顯示資料及指令即可達成。在電子標籤的應用下，新的材料及晶片的開發收集了使用者的各項反應，以下為市場需求的整理。 1.需要更多色彩、顯示更多內容、解析度提高。這也是四色電子紙具有巿場潛力的原因。 2.更省電、環境友善、符合ESG(Environment, Social, Governance)永續性的要求。在巿場上目標標籤壽命由5年提升到10年。 3.畫面顯示過程優化，由於電子紙顯示器材料的特性，在一張畫面更新的過程中需要數秒的時間，客戶希望在視覺上可以縮短更新的時間，並且利用畫面更新的過程成為電子標籤吸睛的優勢。 4.增強資料存取安全性，防止標籤的顏色及內容被竄改。為滿足上述的使用情境與使用者需求，產品如Spectra 3100整合型晶片(圖4)在設計上開發了相對應的功能。優化顏色及清晰度新的材料使用了更多顏色的粒子，對應到驅動晶片上則需要更多的驅動電壓位準，提供TFT的源極端產生不同的電壓，形成不同電場使電子紙顯示畫面。而由於顯示的每英寸像素提高，造成TFT中鄰近像素間平行電場產生，帶動了彩色粒子水平的位移現象，進而產生電場干擾。這個問題可於晶片設計中加入配合電子紙特性的影像演算法得以改善，無論是細小的字體或貨架標籤的條碼都可以清晰的顯示。新功能搭配省電設計若在四色的電子紙顯示技術平台中搭配空間混色的影像處理，該顯示器雖然有能力顯示部分的色彩，但也因空間混色機制會讓畫面中相對純色的畫面資料複雜度提高，造成相對較高的功耗。在Spectra 3100整合型晶片中導入了特殊抖色的影像演算法來降低TFT源極的變化次數，並搭配電子紙驅動波形動態控制幀率的功能，在保留原本的光學效果下仍得到省電的效果(圖5)。特殊的顯示模式增進吸睛效果此整合型晶片將原本換圖顯示過程較長的特性，轉化為類動畫的互動效果，成為吸睛的廣告，突破單向溝通的價格標籤應用。這項功能的實現，是結合了影像處理及驅動波型的客製化處理，兩者搭配起來使更新過程更加流暢，在電子標籤的應用中達到加強互動，吸引消費者目光，傳遞更多促銷資訊，促使消費者提升消費意願(Willingness To Pay, WTP)，同時增加了標籤的終端應用價值。強化傳輸安全最後，是資料傳輸安全性的提升，此整合型晶片系列中加入了自定義的特殊資料編碼格式，顯示任何圖片需搭配轉圖中介軟體(Middleware)，再配合驅動波型加密功能，可防止顯示資料被竄改，確保使用電子紙貨架標籤上的價格顯示之安全性(圖6)。拓展零售顯示商機全球零售商近年來加速數位轉型的趨勢，電子紙標籤能為零售業者提升營運效率、減少錯誤與降低成本，2020年更因COVID-19疫情加速線上線下全通路(Omni Channel)零售整合，電子貨架標籤自動價格更新系統能協助解決店內人力短缺、客戶要求提升、貨架缺貨與線上訂單增加等問題，加上疫情影響零售商的現金流量，也讓商家更重視商品促銷廣告投放的精準度，使用彩色電子紙貨架標籤提供多元、即時的產品資訊與廣告效益愈來愈受到實體零售商的青睞。在強勁需求推動之下，全球市場使用電子貨架標籤的店舖更加普遍、新興市場亦加快導入電子紙貨架標籤解決方案，全球市場供需狀況可望持續成長。電子紙標籤除了為零售業者提升營運效率、減少錯誤與降低成本外，在降低環境資源消耗方面亦有貢獻。智慧零售商業模式中常因時間、庫存變化、消費者族群不同、與線上行銷搭配等等的不同因素產生促銷策略與活動，而傳統紙質標籤因應各式促銷活動頻繁更新商品價格，造成一次性使用紙張的大量消耗而造成資源浪費。以電子紙大量取代傳統紙質貨架標籤，成為電子貨架標籤的顯示螢幕，使零售業者的數位轉型成為環保低耗能、無紙化、美觀且有助於營運效率提升。加上電子紙具有斷電後可長時間顯示的特性，在無電力時仍可維持畫面顯示，所以非常省電，廣泛並長期使用有助達成「減碳增綠」及循環利用的目的，可減緩溫室氣體所帶來的全球氣候變異衝擊。而根據統計，電子紙貨架標籤於全球貨架標籤市場滲透率不及5%，未來市場成長性仍大，預期未來幾年都將保持20~30%的成長幅度，以更多的電子紙貨架標籤取代傳統紙標，可減少紙張使用，有助環境永續發展。基於電子紙的省電、持續顯示不耗電等特性，有機會成為適用於物聯網的顯示器選擇。
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  疫後需求大舉反彈　感測器/分立元件市場可望成長18%
  
  2021 年 10 月 28 日 0
  
  研究機構IC Insights近期發布最新數據，由光電元件、感測/致動器與分立元件構成的O-S-D市場，2021年規模可望比2020年成長18%，達1,043億美元。此成長幅度為近年來所罕見。 IC Insights認為，2021年O-S-D市場能有如此巨大的成長，主要得歸功於疫情所帶動的需求。不過，由於CMOS影像感測器(CIS)缺貨的緣故，光電元件市場的規模並未出現明顯成長，帶動O-S-D市場成長的動力，主要來自感測/致動器跟分立元件，特別是分立元件。
  
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  手機用慣性感測器市場三強鼎立　意法保持領先優勢
  
  2021 年 10 月 25 日 0
  
  研究機構Yole Developpement近期發布最新版手機用慣性感測器市場研究報告，根據該公司與System Plus Consulting合作，對市售智慧型手機進行的拆解研究中發現，2020年拆解的54款智慧型手機中，有43%採用由意法半導體(ST)提供的MEMS慣性感測器，26%則使用博世(Bosch)提供的方案，TDK InvenSense則以些微差距落後給博世，排名第三。 Yole估計，到2026年時，消費性產品所使用的慣性感測器市場規模將達到8.38億美元。
  
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  功率暨化合物半導體晶圓產能將於2023年突破千萬片大關
  
  2021 年 10 月 21 日 0
  
  國際半導體產業協會(SEMI)近日發布功率暨化合物半導體晶圓廠至2024年展望報告(Power & Compound Fab Report to 2024)中指出，全球疫情蔓延下，半導體供應鏈一度受影響，疫後汽車電子產品不斷提升的需求即將復甦。全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產能2023年可望首次攀至千萬片晶圓大關，達每月1,024萬片約當8吋晶圓(下同)，並於2024年持續增長至1,060萬片。 SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示，碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)這類寬能隙材料，近一年以來在動力總成(Powertrain)、電動車車載充電器(EV OBC)、光達(LiDAR)、5G以及5G基地台等應用領域的普及，有很大進展。可預見的是，未來在汽車電子產品、再生能源、國防與航太等應用領域，其重要性不言而喻。SEMI看好全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產能，在未來將持續創下紀錄性新高。預計至2023年，中國將佔全球產能最大宗，達33%，其次是日本的17%，歐洲和中東地區16%，以及台灣11%。進入2024年產業將持續走強，月產能再增36萬片，各地區佔比則幾乎無變化。根據SEMI功率暨化合物半導體晶圓廠至2024年展望報告，2021年到2024年期間63家公司月產將增加超過200萬片。英飛凌(Infineon)、華虹半導體、意法半導體(ST)和士蘭微電子將扮演這波漲勢的領頭羊，共增加達70萬片。全球功率暨化合物半導體元件晶圓廠產業裝機產能2019年同比增長5%，2020年增長3%，2021年則有7%的顯著成長。2022年及2023年將持續攀升，各有6%及5%同比年增率。晶圓廠產業也正積極增建生產設施，預計2021年到2024年將有47個實現概率較高的設施和生產線(研發廠、高產能廠，含外延晶圓)上線。
  
  關鍵圖表
  
  消費性SSD競爭激烈　台模組廠布局重心逐漸轉向工控/OEM
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  TrendForce旗下半導體研究處調查2019年全球SSD模組廠自有品牌在通路市場出貨排名，受惠於NAND Flash價格急速下滑，2019年全球通路SSD出貨量約有1億3100萬台水準，較2018年成長近60%，普及度進一步提升，而金士頓(Kingston)、威剛(ADATA)與金泰克(Tigo)仍位居前三大模組廠品牌。金士頓在NAND Flash均價持續下滑的態勢中逆勢操作，憑藉積極採取搶攻市占的策略，並搭配全球縝密的通路及產品服務體系，以26%市占穩坐龍頭。威剛是台廠中少數專注通路市場SSD產品經營的企業，除了持續耕耘品牌價值，更進一步開拓高階電競市場，透過多元化的產品方案，以及彈性的定價策略，市占表現較前一年提升。 2019年中國SSD模組廠受到價格下滑導致部份廠商退出供應行列，部份陸廠無法穩定供貨SSD產品。然而金泰克早在建立初期，建設完整廠內生產體系與齊全的產品線，為了提升品牌形象及品質，去年也順勢推出工控SSD方案，因此市占仍位居眾陸廠之冠。本次四至十名反應出中國通路市場持續成長，進而帶動陸廠排名，然幾近無差別的市占反應出中國市場競爭仍激烈，導致更多二、三線廠商因無法獲利選擇退出。而台廠除了受到中國市場出貨量因陸廠興起而擠壓，加上在通路市場的佈局略顯保守，僅威剛與創見上榜，顯示出台廠銷售策略的改變，轉而投注更多資源於工控及OEM市場，此舉恐讓台系品牌總市占在未來持續下滑。
  
  關鍵圖表
  
  年增40.3%　9月北美半導體設備出貨大爆發
  
  2020 年 10 月 26 日 0
  
  國際半導體產業協會(SEMI)公布最新出貨報告(Billing Report），2020年9月北美半導體設備製造商出貨金額為27.5億美元，較2020年8月最終數據的26.5億美元相比上升3.6%，相較於去年同期19.6億美元則上升了40.3%。 SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示，九月份北美設備製造商銷售額表現再創新高。儘管COVID-19與地緣政治緊張情勢帶來了挑戰，半導體產業仍然保持彈性。 SEMI所公布的出貨報告乃根據北美半導體設備製造商過去三個月的平均全球出貨金額之數值。
探商情
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  工研院2021後疫5G市場發展及通訊商機研討會圓滿落幕
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  場次：展望全球與台灣通訊產業發展契機講者：通訊與智慧聯網系統研究部經理葉恆芬 2020年雖有新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情肆虐，全球電信業者5G布建步伐大致上未受干擾，除了歐洲部分國家在5G頻譜釋出與網路布建受到影響之外，如中國大陸反而在新基建政策助力之下，加速5G電信基礎建設；根據GSMA統計，累計到2020年9月，全球共有129個國家、397個營運商，對5G進行投資。有44個國家/地區的101個營運商已經啟動至少一項或多項符合3GPP定義的5G服務。預估到年底可望有176個營運商將啟動至少一項或多項符合3GPP定義的5G服務。觀察美國主要電信營運商亦增加網路設備建設支出，帶動全球電信基礎設備市場逆風成長，2020年全球5G行動基礎設備市場規模預估為157億美元，較2019年成長83.5%。回顧2020年，美中貿易紛爭加速國際在通訊產業關鍵議題之布局腳步，包含美國成立開放網路政策聯盟，計畫投入10億美元鼓勵業者投入開放網路技術研發；在低軌衛星通訊方面，3GPP則開始討論R17中NTN(非陸域網路)工作項目，低軌衛星產業為美國等國家政策鼓勵推動方向，關鍵低軌衛星計畫營運業者已進入初期測試。同時中國大陸亦規畫於「十四五規劃」投入10兆人民幣拚第三代半導體自主，為6G技術奠基。在6G的發展方面，ITU亦啟動針對6G相關之研究工作，預計於2023年完成6G技術願景，接續針對6G效能指標的討論也指日可待。展望2021年通訊產業發展，工研院觀察分析，低軌衛星可望進入密集發射期，為地面通訊設備與相關零組件帶來商機。而5G落地後對光通訊產業將帶來的光收發模組及資料中心網路交換器的市場機會。在開放網路方面，在電信營運商陸續導入開放架構的測試與大規模導入後，開放架構產業鏈間的競合態勢也更加清楚，為我國設備業者帶來機遇。此外，遠端存取與雲端運算存取也已是疫情過後的全球商業新常態，帶動零信任網路、SASE(網路邊緣安全存取服務)架構等新舊網路安全技術的需求躍升。上述相關產業創新動向將驅動2021年全球及我國通訊產業的再次躍進。場次：探索後疫時代5G電信服務需求樣貌轉變與商機講者：通訊與智慧聯網系統研究部產業分析師陳梅鈴根據Ericsson調查，新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情期間社會利用5G協助醫療人員進行遠端監控、設備操控等案例影響下，有一半的民眾更加堅信5G可以提供比4G更高的網路容量和傳輸速度，用戶對於5G網路的依賴度也將提高。例如：南韓電信業者LG U+的5G用戶中約有1/6每天都在瀏覽VR內容，預期5G將促成更多應用服務的普及，加速全球5G用戶成長，2020年達到1.9億，2025年達到28億。工研院觀察分析，目前全球5G服務發展以北美、亞太、歐洲為主，北美市場以部署5G毫米波網路為主，目前覆蓋率和網路效能仍待加強，應用服務鎖定企業、FWA和熱點為主；亞太市場以中頻3.5GHz網路為主，目前3.5GHz產業鏈發展成熟，故電信業者著重於應用服務的布局，主打AR/VR、高畫質影音和遊戲等；歐洲市場也以中頻3.5GHz網路為主，但因為美中貿易紛爭的影響，導致5G建置成本較過去4G高，使得5G網路部署速度較慢，目前應用服務以工業4.0和區域網路發展較快。工研院預估，2020年全球5G行動基礎設備市場規模為157億美元，較2019年成長83.5%，其中主要成長動力來自於中國大陸5G新基建，其次則為南韓、日本、臺灣、美國等其他國家的5G網路建設。2021年預估在中國大陸、南韓、日本、臺灣、澳洲、美國、歐洲國家的5G網路持續擴增下，全球5G行動基礎設備市場規模將達到214億美元，年成長率為35.7%。場次：5G落地下，光通訊市場發展趨勢與機會講者：工研院產科國際所通訊與智慧聯網系統研究部產業分析師楊玉奇 5G落地帶動基站光收發模組和資料中心網路交換器升級市場需求，光纖材料翻新衍生新興感測應用，DWDM-PON為次世代技術發展主軸。隨著FTTH部署趨於飽和與整體經濟景氣波動，全球光通訊產業發展逐步趨緩，所幸在2020年全球5G應用強勁需求以及雲端運算應用的帶動下，沉寂許久的光通訊產業再次見到成長的契機。 5G落地後對光通訊產業將帶來的市場機會，主要來自於光收發模組的增加和資料中心網路交換器的升級。由於5G架構下為滿足高頻特性，需要增設相較於4G多出3至4倍的基地台和小型基地台，才能確保訊號覆蓋範圍完整。另一方面，已見到Google、Amazon、Facebook、Microsoft等大型網路公司，陸續為其資料中心導入400G光通訊模組和進行400G數據交換機的升級。因此，工研院預估，在每個5G基地台約對應7個光收發模組的預估需求，以及資料中心大廠的汰舊換新趨勢下，可望為光通訊產業帶來市場成長機會。此外，光纖材料的突破引領特殊光纖的研發，防潮防濕能力較傳統光纖提升千倍以上，搭配新一代光纖光柵(FBG)技術衍生新興感測應用，亦是光通訊產業值得關注的市場機會。光纖感測體積小、重量輕、不受電磁干擾、耐候性高、不用電、傳輸距離長、訊號保真度高等優點，已被用於鐵道、列車、水壩、住宅、邊坡、風力發電機的預防性維護，荷蘭與香港都已有實測成果。工研院觀察，在光通訊產業迎合5G發展下，以DWDM-PON(高密度分波多工被動光纖網路)結合毫米波無線傳輸，建構整合光纖與無線的全雙工超高頻通訊網路架構，應用於傳輸高速與高容量資訊，將是後續光通訊技術的發展主軸。場次：5G通訊半導體發展趨勢與產品革新講者：工研院產科國際所半導體製程研究部產業分析師劉美君 2020年在終端的趨勢發展上，工研院觀察，最重要的議題是5G結合AI人工智慧機能及相關應用的擴大化，而這也對終端產品帶來新的可能性。特別是隨著5G技術在硬體建設逐漸完備，高速且低延遲的通訊品質將協助串連更多的IoT裝置，並且實現行動通訊以外的創新應用。 5G機能將擴大行動裝置對儲存容量的需求，這意味著大量資料傳輸將使儲存容量自2019年的512 GB ，至2021年將達到1 terabyte，資料傳輸速度也上看20 Gbps。因此擴大化的頻寬預計將串連更多的IoT裝置，結合感測器、AI人工智慧的機能，讓新應用得以實現。因此，對於Fabless業者而言，尋求可靠的晶圓代工伙伴，將是確保晶片產品信賴性的保證。在晶片製程技術上的挑戰為製程微縮，這將能有效協助晶片有限的空間內提升運算速度。從5G處理器晶片代工關係來觀察，可發現因製程微縮需求不斷擴張，使得戰線從7nm延伸至5nm。隨著5G技術在硬體建設逐漸完備，高速且低延遲的通訊品質將協助串連更多的IoT裝置，5G將影響許多其他應用產品以及服務提供。並且實現行動通訊以外的創新應用。下階段5G的進展將無可避免的是，隨著裝置數量的增加，5G使用600MHz以上的寬頻帶將擴展到毫米波頻率來解決對更大量裝置部屬的需求，特別是支援高頻毫米波的基頻處理器和RF射頻零組件的低成本化。工研院觀察指出，未來5G相關半導體市場規模最大者為基頻、應用產品核心處理器，以及射頻晶片的發展，而這也是目前臺灣半導體業者在2021年致力提升研發與量產性的課題。場次：風起雲湧，看全球5G開放架構產業生態鏈競合及版圖變遷講者：工研院產科國際所通訊與智慧聯網系統研究部魏伊伶 2020年在5G基礎建置上，受到疫情影響全球經濟表現，使得歐美地區電信營運商陸續延緩5G建置計畫，加上中美貿易戰的持續衝突，使得歐洲等國今年更積極採取去華為化的動作。在上述事件影響下，使得全球電信營運商面臨華為設備汰換及經濟成長遲緩的挑戰，紛紛積極思考以開放架構進行5G行動網路建置的可能性。日本樂天電信在成功以軟硬解構架構建置4G網路後，更決定其5G行動網路將採取開放式架構Open RAN來進行建置，除了與NEC合作研發符合O-RAN標準的5G RU設備外，更進一步以NEC的5G Core核網平台為基礎，開發為樂天專屬的RCP (Rakuten Communication Platform)，更於2020年9月宣布與Telefonica合作，未來將合併採購Open RAN設備。此外，美國新興電信營運商DISH也宣布以Open RAN開放架構建置其5G行動網路，包含採用Mavenir與Altiostar的Open RAN軟體，以及Fujitsu的5G RU設備，並使用Nokia的5G核網等，都讓5G開放架構在2020年成為通訊產業關注的一大發展趨勢。在電信營運商陸續導入開放架構的測試與大規模導入後，開放架構產業鏈間的競合態勢也更加清楚，如Open RAN軟體業者積極拓展其合作夥伴生態圈，從硬體設備、專網業者，都成為軟體業者積極合作對象。此外傳統網通廠商如Ericsson、Nokia甚至Fujitsu、NEC也透過不同的形式進行布局。根據國際研究機構預估，全球開放vRAN軟體產值2020年約為2億美元，並預估將以33%~178%以上年成長率成長為2024年的21億美金，顯示未來開放架構的成長力道強勁且值得期待。而網通業者挾帶其核網既有優勢，新興開放架構業者又如何在強化開放的優勢下，與既有核網網通業者進行合作，都將成為開放架構生態鏈下競合態勢的關注重點。我國硬體廠商在開放架構商機下，應先與國際開放架構SI或軟體廠商進構合作關係，發展符合電信等級之硬體設備，並參與TIP、O-RAN等國際組織掌握標準與開放專案發展方向與重要技術。場次：打造韌性網路，展望後疫時代通訊網路安全發展趨勢講者：工研院產科國際所通訊研究部研究經理徐富桂 2024年至少有40％的企業將採用SASE應用策略、也將帶動網路安全設備及SD-WAN設備的高度成長，預計在2024年將達222.3億美元。預估臺灣網路安全產業則將從2020的156億成長到2024年的205億新台幣。遠端存取與雲端運算存取，已是疫情過後的全球商業新常態。以往的網路安全是基於公司防火牆防護下的工作區域邊界安全，在新常態下將是任何時間、任何地點、任何網路媒介下都可以有一個安全的網路存取保護，以保護公司的重要數據資料與員工、客戶的隱私。網路安全領域的新常態將是什麼？VPN、零信任網路、SASE(網路邊緣安全存取服務)架構等新舊網路安全技術將帶來網路安全趨勢的改變也迎來新的商機。零信任網路架構(ZTNA; Zero Trust...
  
  產業動態
  
  美光偕塔塔通訊推雲端虛擬SIM卡
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  美光科技(Micron)與塔塔通訊(Tata Communications)日前宣布將聯手推出支援全球蜂巢式連線的解決方案，進一步簡化和加速物聯網(IoT)裝置的大規模部署。解決方案將由全新的虛擬SIM卡驅動，該虛擬SIM卡是全球首款雲端嵌入式SIM卡(eSIM)，將為傳統實體SIM卡提供更靈活且可擴充的替代方案。美光的 Authenta 金鑰管理服務(KMS)是首創專為邊緣裝置打造的矽層級安全即服務平台(Security-as-a-Service Platform)，也將為雲端eSIM增添助力。憑藉此項技術，塔塔通訊MOVE全球IoT解決方案將提供一個無所不在的端到端解決方案；塔塔通訊與全球 600 多家電信營運商的合作關係，也將助其在 200 個國家和地區以零接觸方式將連網IoT裝置連入雲端服務。該解決方案將在不斷擴展的IoT服務生態系統中釋放創新力量，預計在 2026 年，該生態系統的營收將成長近兩倍達到 4,660 億美元(ABI Research 2020 年第 2 季度全球IoT市場追蹤調查)。美光及塔塔通訊也將在稍晚會舉行的美光/塔塔IoT安全性線上研討會展示這項將於 2021 年正式推出的解決方案。塔塔通訊策略長 Tri Pham 表示，人們今天面臨的商業環境是一個未知領域，它迫使企業保持敏捷，並採用零接觸、數位優先的技術和應用。IoT解決方案不僅能夠協助企業提高效率和生產力，也將帶來新的機遇和創新，使企業的成長水準能再創新高。然而，資安、無縫整合、可靠而強大的連線性以及全球覆蓋範圍仍然是阻礙全球企業採用IoT的主要障礙。透過與美光攜手重構邊緣連線性和安全性，該公司將建立一種新的模式，加速和簡化IoT部署。
  
  產業動態
  
  意法藍牙5.2認證SoC亮相
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  意法半導體(ST)推出其最新Bluetooth LE系統晶片(SoC) BlueNRG-LP，該晶片充分利用了最新藍牙規範的延長通訊距離、提升傳輸量、加強安全性、節省電能等新特性。優化的超低功耗射頻模組在接收模式下作業電流僅為3.4mA，發射模式電流僅4.3mA，睡眠模式功耗低於500nA，可以將大多數應用所需電池容量減少一半，延長電池續航時間。意法半導體的第三代Bluetooth系統晶片BlueNRG-LP是第一個支援同時連接多達128個節點的Bluetooth LE 5.2認證系統晶片，可以讓使用者無縫、低延遲監控大量的與設備連線，例如，透過時尚直觀的手機應用程式控制各種設備。最高可設為+8dBm的射頻輸出功率，配合高達-104dBm的接收靈敏度，現在BlueNRG-LP 射頻系統晶片讓beacon、智慧燈具、遊戲機、大樓自動化、工業製造和追蹤應用本身就可以覆蓋更大的通訊範圍，如果從資源豐富的BlueNRG軟硬體生態系統中選擇正式認證的Bluetooth LE Mesh軟體解決方案，無縫添加到系統中，通訊距離可以無限延長。此外，BlueNRG-LP支援藍牙遠端模式，採用前向糾錯(Forward Error Connection，FEC)編碼實體層(Code PHY)將無線通訊距離延長到數百公尺，並提升了連線的可靠性；採用GATT(通用屬性)緩存技術快速有效地與裝置連線。 BlueNRG-LP 預裝意法半導體之通過Core Specification 5.2認證並與其超低功耗架構精確配對的第三代低功耗藍牙協定堆疊，該協定堆疊提供可免費使用之獨立於編譯器的可程式庫，得到多個整合式開發環境(IDE)的支援，具有少量程式碼、模組化、低延遲、互作和終生無線升級的優勢，支援更長的廣播和掃描資料包、高工作週期的無連接廣播、更長的資料包長度和2Mbit/s傳輸量等藍牙功能。
  
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  瑞薩新R-Car SoC線上市集加速行動式系統開發
  
  2020 年 10 月 30 日 0
  
  瑞薩電子(Renesas)日前宣布啟動其線上市集(online Market Place)，提供一站式解決方案的來源，有助於為未來的行動化資訊市場，加速技術創新。開發人員可以直接從該市集，下載針對瑞薩的R-Car汽車系統單晶片(SoC)設計的各種解決方案。開發人員還可以將Market Place用作入口網站，以從R-Car 聯盟積極合作夥伴，取得參考評估軟體，或者直接聯繫積極合作夥伴公司，讓其提供及時支援，以滿足該客戶的需求。開發人員透過市集，可以快速並輕易取得R-Car評估軟體、文件(例如硬體手冊、技術更新、應用筆記)以及基本軟體(例如Linux和Android的開發板支援套裝軟體，又稱BSP)。該市集致力於提高行動化資訊系統的開發效率，可直接使用R-Car入門者套件，加速開發和啟動評估專案的時間。以前要取得這些寶貴資源，開發人員必須簽署軟體評估授權合約，這是一項耗時的過程。使用新的市集，開發人員在建立帳戶後，透過點閱授權便可立即取得必要的軟體和相關資料。該市集還提供了高親和力的技術影片，其中提供有關R-Car產品的用法和功能的更多詳細資訊。瑞薩汽車數位產品市場部副總裁Naoki Yoshida表示，在當今瞬息萬變的商業環境中，客戶需要快速取得解決方案和相關資訊，才能在新的常規下著手開發。市集的發布讓開發人員可以立即下載所需的解決方案，包括合作夥伴公司的評估軟體，這將大幅加快客戶行動化資訊的開發。
  
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  賽靈思新RFSoC DFE推促5G無線電大規模部署
  
  2020 年 10 月 29 日 0
  
  賽靈思(Xilinx)日前宣布推出Zynq RFSoC DFE(Digital Front-End)，這是一款為滿足不斷演進的5G NR無線應用標準而推出的自行調適無線電平台。Zynq RFSoC DFE結合硬化的數位前端(DFE)模組與靈活應變的可編程邏輯，為涵蓋低、中、高頻段的廣泛應用打造高效能、低功耗且高成本效益的5G NR無線電解決方案。Zynq RFSoC DFE在採用硬化模組的ASIC的成本效益、可編程與自行調適SoC的靈活性、可擴展性與上市時間等優勢之間，取得了最佳技術平衡。 5G無線電所需的解決方案不僅要滿足廣泛部署所需的頻寬、功耗和成本要求，還必須符合三大關鍵5G實際應用：增強型行動寬頻(eMBB)、巨量物聯通訊(mMTC)及高可靠低延遲通訊(URLLC)。此外，該解決方案必須能隨不斷演進的 5G標準進行擴展，如OpenRAN(O-RAN)、全新的破壞式5G商業模式。Zynq RFSoC DFE整合了硬化的DFE應用專用模組，以實現5G NR效能並降低功耗，同時還提供了靈活性，能整合可編程自行調適邏輯，從而為日益發展的5G 3GPP和O-RAN無線電架構提供能迎向未來的解決方案。賽靈思執行副總裁暨有線與無線事業部總經理Liam Madden表示，賽靈思首次為無線電平台提供比自行調適邏輯更堅固的硬化應用專用IP，以滿足低功耗和低成本的5G需求。市場需求隨著5G的演進而日益成長，整合式的RF解決方案也必須持續因應未來的標準。Zynq RFSoC DFE在靈活應變能力與固定功能IP之間達成了平衡。
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智慧建築應用腳步加快　BIoT創新技術扮要角

數位協定取代傳統管路最早的建築物自動化系統是氣動式的，透過在大樓裡鋪設複雜的銅導管，再根據氣動感測器的輸入訊號來切換氣動致動器和閥門的開關，以控制每個房間的空調系統。之後，氣動系統被效能更佳的電子開關所取代，直到最近，則被數位控制器取代。在建築物自動化系統的推演過程中，可控制的系統已從冷暖空調(HVAC)系統擴展到更廣泛的範圍。現今，藉由BIoT創新技術將帶來無限的發展可能性，潛在的智慧建築應用除了恆溫器、照明和安全基礎設施，還包括窗戶、門鎖以及室內和室外電子看板等。而且，智慧建築的應用範圍，還在持續擴展中．雖然，傳統的建築物自動化系統僅能部署在像是商業大樓的大型建築才符合經濟效益，但現在，新興的BIoT技術已為中小型建築業主帶來了具成本效益的解決方案。透過利用低成本的連接、感測與雲端運算能力，以及充裕的資料儲存能力，已推動了智慧建築市場的快速成長。現代建築物的建造時間大約從五十年前開始，但採用的技術往往每十年就會汰換一次，頂多維持二十年。對房地產業主來說，不可能一有新技術出現就拆掉舊建築，更換新設施，必須依照需求來逐步更新。一棟大樓一開始可能是先安裝數位控制的HVAC系統，然後再增加安全攝影機網路、接著是中央控制的照明和百葉窗、電子鎖，甚至考慮用數位看板來管理緊急情況。每次安裝的系統都是來自不同的供應商，因為很少公司能夠同時在不同的領域中保有優勢。開放標準協訂整合度更高上述情形造成彼此不相容的複雜網路和技術組合。雖然每個系統都有其各自用途，但要管理這些系統並使其協調運作，變得更困難。最後，開放的標準協定，包括BACnet、LonWorks，以及Tridium的Niagara框架的興起，便取代舊有技術協定。雖然這些標準提供更高程度的整合，但它們在互通性、成本以及開放性等方面也都各有限制，沒有單一系統能夠完全滿足建築物自動化中最常用標準的需求。根據一份針對建築物自動化系統進行的學術評估報告指出，為彌補各系統不足，導致非標準化解決方案的發展，這反而更進一步阻礙系統之間互通性。 BIoT為中小企業量身打造透過擴大建築物監控與管理的範圍，並降低擁有成本，BIoT技術顛覆了現有的遊戲規則。因此，在美國，佔98%商業建築市場以及65%樓板面積的中小企業也能跨入此一市場。為了簡化部署與維護成本，業者一直期望能實現無線部署的目標。而現在，歸功於低成本的無線感測裝置，且能將多種感測器整合到單一封裝中，因此使建置成本大幅降低(圖1)。圖1　BIoT的創新技術顛覆了現有的遊戲規則，透過利用低成本的連接、感測與雲端運算能力，以及充裕的資料儲存能力，推動智慧建築市場的快速成長。但是，BIoT系統不僅是硬體部署，從感測器收集到的數據也同樣具有價值，因此需要藉助系統的分析功能。新的商業模式，例如基礎設施即服務(Infrastructure-as-a-Service, IaaS)、平台即服務(Platform-as-a-Service, PaaS)、以及軟體即服務(Software-as-a-Service, SaaS)，提供了不同的商業模式，讓業者擴展至存取雲端的數據分析與儲存服務，輕鬆地管理所需的雲端技術。值得一提的是，這些系統可以無縫整合到智慧手機中，讓人們可直接從遠端監控住家或房產。透過友善的介面提供監控、分析和控制功能，BIoT系統可大幅降低對專業知識和培訓的需求，進而最佳化使用者的智慧建築室內體驗、且維護基礎架構，並進而節省能源成本。從歷史上來看，每個建築物的自動化功能都是獨立開發完成的。因此，就技術、平台和架構來說，今天的智慧建築硬體生態系統仍是各自為政。由於業者期望能把多項功能整合到單一的全方位解決方案，因而帶動了多個趨勢的興起。另一方面，業者已經體認到，需要建立強大的聯盟來整合和簡化他們的產品。在Memoori發布關於智慧商業建築BIoT的報告中，說明了建築系統製造商、主要ICT供應商的IoT平台解決方案，以及軟體、應用程式和平台領域之間的合作夥伴關係和策略聯盟擴展。這些聯盟通常是來自於不同的利基市場，包括智慧照明、HVAC和電梯業者。在管理服務和架構方面則是另一種方法，旨在使各種不能互通的解決方案能夠協同運作。服務導向架構，如BACnet網路服務和oBIX，可透過在已部署的建築物自動化技術和客戶端IoT應用程式之間增加抽象層(Abstraction Layer)來執行。接下來的挑戰是需克服IoT應用的網路安全和數據隱私問題，BIoT也不例外。隨著越來越多的元件連接到日益複雜的解決方案中，網路安全的威脅也變得越來越具挑戰性，唯有當系統中最脆弱環節也具備應有的安全性時，才能達到真正的安全。根據Memoori的估計，到2022年，智慧商業建築的新興網路安全市場將以超過15%的年複合成長率增加，這是市場發展的必然結果。智慧連網建築新興技術湧現隨著智慧建築市場的興起，也帶動了許多技術試圖競逐此商機，但目前尚未有「一體適用」(One-size-fits-all)的解決方案出現。即使是具有從數十個到數百個感測器的小型連網建築物，平均也會用到三種不同的通訊技術。而且，隨著建築物的規模變大，系統也越來越複雜。現階段，專有和開放技術正相互競爭，試圖以單一的統一標準來整合不同系統的努力也在進行中。除了通訊技術的創新之外，我們也看到了基於網狀和毛細管網路的新架構出現，能夠進一步最佳化頻寬使用，並降低擁有和維護成本。新興的室內定位技術和創新的感測方案，也推動了智慧建築新使用案例的實現，像是資產追蹤、正確的訪客人數計算等。此外，透過人工智慧的應用把更多的分析功能從雲端帶到終端裝置，也降低對頻寬的需求。雖然室內通訊的骨幹仍可能是利用TCP/IP 或乙太網路等有線技術，但無線技術正在擴大其在智慧建築中的應用。其中，常見的是短距離無線技術，它可提供連網功能並實現無線感測器網路。廣泛內建於智慧型手機和平板電腦中的藍牙技術，則是控制智慧家庭裝置的必然選擇。由於對配置裝置零需求，在建築物的警報面板應用中，蜂巢式技術也很常見。LTE Cat 1可提供串流語音和視訊、以及智慧量表所需的足夠頻寬。4G低功耗廣域網路(LPWAN)技術，包括LTE-M和NB-IoT，已成為對智慧量錶更具吸引力的蜂巢式技術，可滿足其極低的頻寬需求。這些通訊連接技術方案在5G世代中，也將以大規模機器型態通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)形式持續發展。最終，通訊技術的最佳選擇，仍需取決於實際的使用案例需求。雖然蜂巢式裝置易於安裝，但由於需要行動數據方案，因此大規模部署的成本較高。而針對更高密度的部署，例如智慧照明、暖氣節電器、以及無線室內感測器網路等，藍牙網狀網路可以發揮其短距離通訊的技術優勢。透過與閘道器連結，藍牙網狀網路能以無線的方式把分散式裝置與內部的建築物自動化系統或雲端服務相連。此外，2019年初，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)宣布，為其定位服務解決方案推出了增強功能。基於藍牙的定位技術已長期用來協助使用者利用藍牙標籤(Bluetooth Tag)尋找物品。透過在建築物內的固定位置安裝藍牙接收器，房產業主可提供即時定位服務，以支援追蹤人員、資產與其他物品的功能。此外，信標設置也是在大型建築物中提供引導服務的常見解決方案。針對這些使用案例，新的增強功能可增加尋找方位應用，實現準確度小至公寸級(Decimeter-level)的室內定位服務與其他應用。無線通訊模組選得好　加速產品開發設計要為多樣化的使用案例選擇適當的無線通訊技術是相當具挑戰性的，需考慮節點間的互通性、覆蓋範圍、可擴充性以及安全性，而採用預先通過測試與認證的通訊模組，更可協助製造商輕鬆地完成設計並加速產品開發週期。 u-blox擁有涵蓋GNSS定位、蜂巢式以及短距離無線電技術的完整產品組合，且在全球各地建立了許多的應用實績，不僅是個別技術的供應商，更能以豐富的經驗與技術支援能力，成為結合這些技術的整體解決方案供應商，提供智慧建築應用所需的各種無線通訊方案，能助力業者加速智慧建築應用的實現。此外，基於產品都是專為使用週期長的應用而開發，加上靈活的套疊式(Nested Design)設計概念，讓產品可隨著標準演進輕易地無縫升級到新技術，降低智慧建築應用產品世代更迭的風險、支出和維護費用，也是業者在設計產品時不可不考慮的重點，方能在新的智慧時代保持領先優勢。 (本文作者為u-blox台灣區總經理)

2019 年 11 月 21 日 0

留意直流偏差效應　MLCC電容損耗免煩惱

多層陶瓷晶片電容器(MLCC)是當今使用最廣泛的陶瓷電容器之一。這並非沒有道理：它們在最大標稱C值和更低ESR值(等效串聯電阻)方面的最佳化十分突出。然而，伴隨而來的是更大的漂移，特別是在直流電壓、溫度和時間方面(圖1)。圖1　由於2類陶瓷電容器使用鐵磁性基材鈦酸鋇，因此其C值會因溫度、直流和交流電壓以及部件的使用年限而有變化。現在，2類陶瓷電容器已達到如此高的電容，這將反覆導致其在運作期間的實際電容之誤算。人們通常不知道元件在實際應用中的表現如何，以及它們為什麼在施加電壓時變化如此之大，一個有關的重要電氣參數就是直流偏壓(DC bias)。陶瓷電容器易產生直流偏壓效應直流偏壓效應可在實驗室中獲得充分的展示。TDK使用標稱電壓為25V的3216X7R1μF電容進行測試，並將其連接到LCR儀表。這在0V時顯示1μF。如果施加25V電壓，則可以檢測到與標稱電容值相比超過40%的電容損耗。其原因在於陶瓷電容器的實際結構。它們的介電材料是從鈦酸鋇獲得的，鈦酸鋇是一種鐵磁性材料，其分子附著在結構鋇2+、氧2-、鈦4+上。在這種情況下，鈦位於中間。該分子結構在高於居里溫度(約+125℃)時具有立方的晶體結構，並且在低於居里溫度時變為四方的晶體結構。這會產生一種稱為偶極子的極性，其中軸的一側會更正(More Positive)，另一側會更負(More Negative)。在沒有施加直流電壓的情況下，沒有電場，偶極子在整個晶體結構中隨機排列(自發極化)。同時，介電常數高，這也導致高電容。如果現在施加低直流電壓，則電場會由於極化而影響一些偶極子。它們開始與電場平行排列，而降低了電容。如果施加更高的直流電壓，則有幾個偶極子會讓自身與電場平行排列，並且電容會持續減少。當標稱電壓施加到電容器時，電容水準可能會從標稱電容水準下降多達50%或更多(圖2)。圖2　由於直流電壓引起的C值變化改善電路設計避免電容影響直流偏壓對2類陶瓷電容器電容的影響無法避免。不過，此一情況是有辦法可以處理的。比較2類電容器的幾條直流偏壓曲線，可說明有哪些可能性能夠減少它在應用中的影響。使用具有1nF和標稱電壓為16V的電容器，電容在10V時降低了近9%，在16V時降低了21%。對於某些設計而言，這已是不可接受的情況。使用標稱電壓為25V的相同電容器，電容在10V時僅下降2%。這是因為陶瓷電容器中的介電層在較高的標稱電壓下較厚，電介質較厚意味著電場較弱，其對偶極子的影響也較少。在10V時，相同封裝尺寸的470pF電容的電容變化僅為0.6%。如果設計允許這些電容中的兩個並聯連接，這將是直流偏壓效應的可能解決方案，這是因為較低的電容值允許較厚的介電層。有時，具有相同電容值的電容器也可使用較大的封裝。它們通常還具有較厚的介電層，因此具有更好的直流偏壓行為。忽略直流偏壓將導致電路不良用一個實際的例子來說明如果在應用中未考慮直流偏壓會出現什麼情況。一位客戶使用08054.7μFX5R多層陶瓷電容器，電壓為25V，標稱容差為10%，測量參數在1V eff時為1kHz。使用者抱怨元件有缺陷，因為它們的C值在14.5V時僅為1μF左右，而不是與「黃金」樣品一樣的大約1.5μF。這將導致15V時的紋波訊號，進而引起IPM驅動器電源的欠壓和不良的MOSFET換向(Commutation)，最終導致電機繞組出現過電流的情況。事實證明，電容器製造商使用了兩種不同的原料混合物來維持供應電壓的可靠性。在14.5V時，一種混合物顯示數值約為1μF，另一種則約為1.5μF。換句話說，兩者都符合特性資料(圖3和圖4)的說明。在使用者使用具有較高數值的元件來進行偏壓測試，而並未檢查差異原因或者考慮相應的一般圖表時，就會產生爭執。應用中的臨界值大約為1.25μF。最初，客戶恰好收到具有較低直流偏壓的元件，當客戶最終收到直流偏壓特性更明顯的元件時，這些元件會表現出電路的不良行為。圖3　0805 4,7μF電容器的特性資料圖4　MLCC中的各種基材顯示出不同的直流偏壓行為。這個例子說明，在短缺情況下，瞭解和考慮應用中各項功能的實際要求以及MLCC的行為尤為重要。必須注意哪一種實際電壓是必要的、在實踐中需要考慮哪些溫度、有效電容值的閾值在哪裡等。如有疑問，開發人員應尋求電容器製造商或經銷商的建議，特別是如果與特性資料和圖表存在相對明顯的偏差時；因為與規範資料相比，這些並不能得到保證。在這種情況下，特別建議要使用電容器的直流偏壓曲線來預先檢查，電容對於實際工作電壓是否可接受。如果不是這種情況，可以利用以下三種方式將電容損耗減到最少。 1.將兩個或多個電容值較低的電容器並聯。 2.選擇具有更高標稱電壓的電容器。 3.使用具有更大封裝的電容器。這三種方法通常都具有較厚的介電層，有助於將由直流偏壓所引起的電容損耗減到最少。這可以避免技術上的問題，並為開發人員提供更多的選擇。 (本文作者為儒卓力陶瓷電容器現場應用工程師)

2019 年 11 月 7 日 0

相容性大突破　USB4傳輸速度更快更穩

讓我們回到1996年，當時發布的USB 1.0只有兩種傳輸速率：12Mbps與1.5Mbps；接著，來到2000年，近代最普遍的傳輸規格USB 2.0問世，傳輸速率提高至480Mbps，同時支援向下兼容(Backwards Compatibility)。在2006年，當時硬碟傳輸速率超過100MB/s，遠超過USB 2.0的傳輸限制，於此同時，網路技術快速發展，帶動數位內容產業，應用急遽擴增，於是，協會於2008年發布USB 3.0規格，也就是後來的USB 3.1 Gen1，傳輸速率可達5Gbps，仍支援向下兼容USB 2.0。時代和科技持續地前進，4K/8K高畫質影片為人們帶來前所未有的觀影體驗，更大容量的傳輸與儲存需求不容忽視。USB 3.1 Gen2規格再次提高傳輸速度至10Gbps。2017年9月推出的USB 3.2規格，定義同時使用USB Type-C的兩對高速訊號對，資料傳輸的速度再次由一對訊號線的10Gbps翻倍為兩對訊號線的20Gbps；由於同時使用兩對訊號線進行傳輸，因此唯有USB Type-C介面可支援20Gbps的傳輸速率規格。透過USB Type-C的訊號腳位定義(圖1)，可幫助我們更容易理解上述USB的規格與相容性。圖1　USB Type-C介面之訊號腳位定義 USB Type-C介面共有24根腳位，為了完美解決方向性的限制，此24根腳位設計成左上與右下對稱，其中USB 2.0使用中間D+/D-訊號，而前面提到的高速訊號對，則是圖1中的高速通道1與高速通道2。在USB 3.2規格問世之前，只使用其中一組通道進行USB資料傳輸；而在USB 3.2世代，我們同時運用高速通道1與高速通道2，使資料傳輸速率可達到20Gbps。 USB-IF協會於2019年9月釋出最新的USB4規格書，本文將針對USB4之規格和USB4定義的初衷進行介紹。讓我們以這段來自USB4規格書的引述揭開序幕：．透過USB Type-C介面，提供影像、資料與電源的傳輸。．新的規格能向下兼容於既有的USB及Thunderbolt產品。．定義介面的相容性，以符合使用者以往慣有的使用經驗與預期。．對於頻寬、電源與其他性能有關參數的控制，提供主控端更高的彈性。 USB4基於Type-C介面設計透過以上描述，可清楚了解USB4是基於USB Type-C介面而設計，除了原本可向下兼容於USB 3.2與USB 2.0之外，USB4並將原本USB...

2019 年 11 月 4 日 0

六大關鍵挑戰待克服　智慧折疊手機發展鴨子划水

早期的採用者樂於接受市場推出的這類令人振奮的新技術(圖1)。但從業界廣泛觀點來看，哪一種手機設計才會嬴得消費者的歡心，又必須克服哪些科技和技術性障礙才可實現量產？圖1　折疊裝置類型資料來源：Technobezz/itechfuture/mspoweruser/Forbes 折疊手機挑戰眾多在開發折疊手機或其他裝置時，有很多問題需要解決，包括電池壽命、外形因素、製造成本和價格。當然，最明顯和最困難的問題是開發出可支援經常彎折的顯示螢幕，因為使用者將在好幾年的時間內經常開合他們的裝置，以下內文將深入探討。電池壽命折疊式設計可能是減少電池壽命的一個主要原因，因為這類手機要為兩個顯示螢幕提供電池電力。智慧型手機的電池容量通常是4,380mAh，視使用頻率而定可能可以待機兩天，但支援大於7吋的迷你平板螢幕運作需要更多的電力，同時折疊螢幕的開合以及螢幕之間的切換，也會消耗電力。因此，留給消費者的是更短的電池壽命，或更厚重的手機。外型因素智慧型手機的趨勢是螢幕越來越大，手機整體越來越薄，並且隨著採用OLED和電池技術的進步而具備愈來愈好的性能。但當口袋中的手機厚度變為原來習慣的兩倍，消費者是否會感到滿意是未來業者重要的設計考量。成本和價格根據OLED顯示器成本模型來看，標準的7.3 QHD OLED顯示螢幕的成本是50~35美元，觸控組件的成本是15美元。相較之下，折疊式7.3 WQHD OLED折疊顯示螢幕的成本是100~70美元，觸控模組的成本是25美元，觸控層和封裝的特殊材料占增加成本中的大部分。另外，製程不成熟造成生產良率低，也是使成本增加的原因。標準智慧型手機 OLED顯示螢幕的良率是60~70%，而折疊螢幕的良率卻低於30%；此外，現在仍難以衡量消費者對折疊式行動裝置的接受度以及普及的程度。雖然初步預測顯示消費者有很強烈的興趣(圖2)，但初期銷售量卻很低，這顯示消費者對這類技術有高度的興趣，但從零售層面來看則抱持觀望態度。圖2　折疊OLED出貨預測資料來源：IHS Market 挑戰彎曲極限在彎曲問題上，目前還未開發出明確解決方案，但半導體產業正針對該問題進行大規模的研究。可彎曲折疊裝置必須採用柔性OLED技術，因為現行的LCD薄膜電晶體(TFT)無法適用在重複彎曲的裝置，基於相同原因，基板必須是聚醯亞胺，而不是玻璃。另外，組成顯示螢幕的整體層堆疊必須超薄和非常堅固，整體厚度(包括OLED裝置)要小於1.0mm。需要的膜層包括：折疊基板上的TFT、覆蓋TFT的隔離層、隔離層上的OLED、基板上的封裝層、與封裝層結合的柔性觸控式螢幕面板，以及一層保持顯示膜的光學性質的硬塗層窗膜，(可能)使顯示螢幕表層可以抗刮、耐磨損和撞擊，手機彎曲時，所有這些膜層必須保持正常功能。彎曲這種堆疊的多層膜時，堆疊中有個位置稱為中性軸或(中性彎曲面)，該處的應變力為零，找出中性面內的顯示模組位置可將應變和應力降到最小。這之所以這麼重要是因為在向內彎曲上的太多壓縮應力會導致屈曲和剝離，而過大的拉伸應力可能會導致破裂和剝離(圖3)。圖3　彎曲測試失敗模式資料來源：Yves Leterrier, in Handbook of Flexible Organic Electronics:Materials, Manufacturing and Applications, Woodhead, 2015 雖然作為獨立的薄膜，顯示螢幕堆疊中的每個元件可以彎曲到相對較小的半徑(小於5mm)，但當元件黏合後彎曲時，機械應力在結合層之間傳遞，在堆疊的多層膜中出現拉伸和壓縮力，導致結合層的剝離和屈曲。因此，工程師對黏合的方式進行改善，使堆疊膜層作為單獨的元件起作用，而不受相鄰膜層的約束。這是為了在顯示螢幕堆疊彎曲(特別是彎曲半徑小於5mm)時，可以防止機層的剝離和屈曲。彎曲測試彎曲測試也是實現折疊螢幕的重要步驟。對此，半導體設備業者如應用材料公司顯示及柔性技術事業群(DFT)的研發部門，便測試了聚二甲酸乙二醇酯(PEN)膜的薄膜封裝，以評估薄膜的可靠度，以及是否能夠保留原有特性來作為防止空氣和水氣侵入OLED材料的屏障。低於1%的整體臨界應變目標是楊氏模數的一個函數，或定義材料中的應力和應變之間的關係，以及基板整體厚度(圖4)的機械特性。DFT事業群測試了堆疊在 50μm PEN基板上的多層薄膜封裝膜，這項測試包括在專門的彎曲測試機器(圖5)上，將基板以半徑2.5mm彎曲200,000 次。圖4　折疊基板的臨界應變公式資料來源：Yves Leterrier, in Handbook...

2019 年 11 月 3 日 0

iNEMI FoS具經濟效益/迅速/簡易　爬行腐蝕驗證效率大增

一般來說，這些電子產品易受到環境中的腐蝕性氣體、水分、汙染物和懸浮微粒的影響，讓敏感性電子元件與印刷電路板產生爬行腐蝕(Creep Corrosion)的失效現象，嚴重恐導致設備電氣短路故障的風險。然而，傳統爬行腐蝕驗證方法「混合流動氣體(Mixed Flowing Gas, MFG)」腐蝕試驗成本昂貴，並非能所有產業鏈的客群所接受並採用。針對此一挑戰，國際電子生產商聯盟(International Electronics Manufacturing Initiative, iNEMI)於2018年8月特別針對爬行腐蝕的驗證發表了一份白皮書(圖1)，而電子產品驗證測試實驗室宜特科技與國際系統大廠也共同剖析造成爬行腐蝕的關鍵因子，並研究開發出符合經濟效益、簡便迅速地驗證電子產品爬行腐蝕失效的測試方法「iNEMI硫磺蒸氣(Flower of Sulfur, FoS)腐蝕試驗，期能協助產業鏈客群針對爬行腐蝕的失效問題進行預防措施並找出因應之對策。圖1　國際電子生產商聯盟(International Electronics Manufacturing Initiative, iNEMI)的爬行腐蝕驗證白皮書(White Paper_iNEMI FoS Test) 爬行腐蝕常見於PCB/導線架封裝爬行腐蝕是屬於硫化腐蝕(Sulfur Corrosion)其中一種的失效機理，典型的案例可由印刷電路板(PCB)與導線架封裝(Leadframe Packages)(圖2)元件最為常見。由於裸露的金屬銅接觸到環境中硫化物的腐蝕性氣體進行反應生成硫化亞銅(Cu2S)的腐蝕產物，其固體腐蝕物沿著電路與阻焊層/封裝材料表面遷移生長的過程，導致相鄰焊盤和電路間的電氣短路失效現象，此一現象稱之為爬行腐蝕的失效模式。圖2　導線架封裝元件的爬行腐蝕(受限於導線架鍍層與封裝材料氣密性一般在爬行腐蝕的誘發過程中是不需要任何電場作用就會發生的失效機制，因此其腐蝕產物的遷移與生長並無一定的方向性。而通常要促使爬行腐蝕失效機制的發生須具備以下兩個條件：．可發生金屬硫化腐蝕的特徵位置，例如裸露的金屬銅或其所披覆的保護層緻密/氣密性不佳。．可誘發爬行機理產生的表面環境，例如環境中含有氯氣、臭氧或清潔度較差的表面以及懸浮微粒的汙染都將觸發爬行機理的發生(表1)。 MFG/FoS硫化腐蝕試驗差異之處通常MFG腐蝕試驗可控制的試驗參數包括溫度、濕度、腐蝕性氣體的種類、濃度與流速等。除此之外，MFG為一流動式腐蝕反應器，其腐蝕性氣體的來源來自於腐蝕氣體鋼瓶並搭配一定的氣體流速1,000或1,500liter/hour不斷地置換反應器內部的腐蝕性氣體。由於其可控制的試驗參數眾多、架設複雜且能持續地提供新鮮的腐蝕性氣體的特性，因此對於實際終端的環境條件具備較高的模擬能力與試驗的應用性，但卻也同時造成試驗成本較高的問題。而一般FoS腐蝕試驗可控制的試驗參數只包含溫度與濕度，另考量於FoS為一批式腐蝕反應器，其腐蝕性氣體的來源來自於密閉容器中的硫磺粉受溫度提高所釋放出的硫磺蒸氣(S8)。由於其可控制的試驗參數較少、架設簡易且為單一硫化物腐蝕性氣體的特性，因此使其具備較低的試驗成本，但卻也同時造成試驗應用性較低的問題。除此之外，因受限於密閉式的實驗設計，其試驗的腐蝕反應速率容易受到測試樣品在試驗過程中所產生揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOC)的影響而降低。若試驗的溫度越高或在測試樣品數量越多的情況下，腐蝕反應速率受到VOC的影響則會越顯著。因此一般傳統的FoS腐蝕試驗大多都被採用來針對不同的物料清單(Bill...

2019 年 11 月 2 日 0

機器視覺系統層層把關　藥瓶檢測效率一日千里

許多製藥廠商採用自動化方式進行前期生產、後段包裝，以及包裝之後的檢測過程，以減少因人工檢驗而導致效率低落和巨額的人事與管理成本。為了達到品質要求，許多廠商結合機器視覺系統及自動化機台(生產線機器)，透過圖形分析、顏色辨識、條碼辨識以及字元檢測，以實現最高品質及最高效益的生產線流程。近年來，各地製藥廠商紛紛轉型，部署全自動化生產線。其中，液態藥瓶生產製造及檢測過程歷經層層關卡，借助機器視覺系統、總體檢測效率及檢測準確性都較以往的人力大幅提高。針對此需求，有廠商推出USB 3.1彩色工業相機，能夠在高速運轉的生產線上捕捉到每個經過藥瓶的圖像，然後經過後端圖像軟體分析，進行良品與不良品的篩選，同時也可以記錄圖像資料，以便後序可以快速查詢、追溯和檢索品項。圖像記錄檢測瓶裝藥品　相對位置標準更準確液態藥品裝瓶後，通常須要經過個檢測環節，來判斷藥液裝瓶是否夠量、瓶口是否有破損、瓶蓋是否壓裝到位，以確保藥量正確、藥瓶封裝完好，以及瓶內的真空度正常。因此在對瓶裝藥液進行檢測前，製藥商通常會先利用圖像感測器紀錄正常瓶口的特徵和藥液的標準位置。當每瓶藥液經過檢測鏡頭前時，相機會捕捉當前被檢測物體的特徵，然後將捕獲的圖像與先前拍攝的樣本圖像進行比對。檢測標準採用相對位置標準，因此不會因瓶子在傳送帶上受到微弱跳動的影響做出錯誤判斷。 USB 3.1工業相機監控/分析/優化製藥流程 USB工業相機現今已被廣泛安裝在機器輸送帶上，代替人眼進行判斷和測量，因為它能夠在高速移動過程中捕獲清晰的圖像，並能快速且準確地進行圖像資料的傳輸和處理。USB 3.1工業相機能在較為惡劣的環境下長時間連續運行，並能保證穩定、可靠的性能和準確的拍攝效率，較過去USB 2.0傳輸更為快速。將USB 3.1工業相機用在製藥過程中時，可以用來監控、分析和優化製藥流程，確保藥品品質，提高生產率。空藥瓶在運送過程難免會碰撞缺損，為避免瓶內有碎玻璃混進以及之後瓶蓋無法密合，在填裝藥液之前可運用工業相機進行垂直瓶口檢測(圖1)，第一步篩選過濾有缺損或破碎瓶口的空藥瓶。為清楚呈現所拍攝之瓶口，業者所推出的USB 3.1相機搭載感光元件，提供高畫素及低噪點圖像品質，可捕捉快速透過產線的每一個藥瓶，拍攝後的圖像則可即時傳送至小電腦，透過電腦自動比對正常樣本圖像，之後小電腦便可下指令至自動化機器，將不符合標準的藥瓶送入廢品區淘汰。圖1　使用垂直相機進行瓶口瑕疵檢測。當藥瓶經過自動化機器填充完液體藥品後，便直接封口。一般醫療用藥液會有內塞先封住瓶口，接著再使用機器將外蓋(鋁蓋)內壓密合，以確保瓶內藥液不受污染或變質。先透過彩色工業相機垂直拍攝瓶蓋顏色，獲得的圖像傳輸至電腦，透過事先儲存設定的色彩，進行顏色比對，來辨識所經過的藥瓶是否正確。接著，在下一個關卡架設側拍相機，取得的圖像經過量測軟體或程式來辨別液位高度，同時上下比對瓶蓋位置，確認是否每個瓶蓋都已密封。在此兩關卡上，不合格的藥瓶則如瓶口檢測後的結果，由小電腦自動下指令至自動化機器，送至廢品區。而除了藥瓶檢測，許多製藥商會在藥瓶瓶身或瓶蓋上貼上或嵌入標籤號碼、日期或相關的藥品名稱。使用具高效穩健條碼辨識演算法的相機，能迅速地偵測並辨識任何方位的一維與二維條碼；也可設定只掃描特定的條碼圖形及方位；或設定感興趣區域(ROI)加速偵測及解碼效率。製藥廠商只須利用工業相機讀取標籤上或噴塗在包裝上的一維或二維條碼，就可以即時獲得藥品的詳細成分、生產日期等資訊。機器視覺結合自動化生產提高製藥品質上述條列機器視覺在藥瓶檢測的部分應用，然而機器視覺用以提高製藥工作的效率和準確度仍需仰賴與自動化製藥生產系統緊密結合，才能達到提高品質，提高效率和降低成本的目標。也由於藥瓶檢測常與自動化機配合使用，端看不同藥廠的需求以及不同廠家自動化機所提供不同的功能，對於機器視覺相關的應用也有不一樣的變化。然而，對於要求高品質和高可靠性的製藥廠商而言，USB 3.1工業相機的設計，在製藥過程中滿足了高速、高解析度、高畫質影像、完整色彩重現及高穩定性等需求。 (本文作者任職於兆鎂新)

2019 年 10 月 31 日 0

功能/網路安全齊頭並進　醫療器材風險管理有效率

然而，每項多樣化產品都會對接受治療的患者有著不同程度的風險影響，這促使美國食品藥品監督管理局(FDA)和歐盟(EU)醫療器材指令(MDD)CE標籤工作組，要求器材製造商通過各種產品設計來管理此風險。醫療器材設計考量工程團隊在設計醫療器材時，不僅應考慮開發出能在臨床應用中發揮效用的器材，還需保護患者的安全(如符合硬體電氣設計的IEC-60601-1、1-4與符合軟體生命週期流程的IEC-62304)、確保能順暢地在系統中傳遞資料(如符合HIPAA)以及包含日誌記錄和產品更新方法的器材生命週期(如符合FDA CFR 21)。這些對安全與預期運作的考量並非僅針對醫療器材產業，它們也適用於人們與用於提高自動化水準的機器設備協作的其他產業。在工業領域，機器人已不再只是操作人員的奴僕，而是正日漸成為真正的獨立合作方，不過它們的宗旨還是以人類的安全為首。例如在汽車領域，隨著車輛自動化水準不斷提高，人類駕駛也迅速對日益增強的安全功能產生依賴。在工業自動化領域，能直接影響系統安全的機器設備設計屬於「功能安全」範疇。「功能安全」旨用於滿足這些要求的一套特定標準和設計方法。雖然功能安全設計方法規定了預期運作路徑和失效路徑，但我們必須意識到有人可能會蓄意修改系統的預期運作，這使網路安全威脅不斷提升。因此，當今要全面解決開發生產醫療器材的風險管理問題，功能安全和網路安全都必須被視為患者總體安全內在組成的一部分。系統設計可以有網路安全而沒有功能安全，但不可以只有功能安全卻不考慮網路安全。本文分兩個主題進行討論，即功能安全和網路安全： 1.功能安全概述和可用於達到不同安全完整性等級(SIL)的常見設計方法。 2.實施安全等級(SL)可能產生之威脅的網路安全評估概述。功能安全旨在降低風險功能安全旨在運用相關標準中規定的實踐(Practice)與規則監督設備的主要功能，減輕對人和/或環境危害風險的系統。一般來說，功能安全會持續監控受控設備(EUC)，當機器設備運作發生異常(例如機器故障)或外力導致的危險狀態時就會啟動。設備製造商在設計時會進行危險與風險評估，確認需要採取何種風險緩解措施。功能安全系統可用簡單的設計，譬如加裝在電源上的限位開關(Limit Switch)，也可用複雜的設計，像是在製造場域內監控是否有人穿越黃色安全線的光達(LiDAR)系統(例如在組裝產線上太靠近移動中的卡車底盤)。足球是可以用來形容功能安全的一個貼切比喻，包括美式和英式足球在內。球員是受控設備(EUC)，裁判是安全相關系統。裁判掌握比賽規則並控制比賽，根據各種發生的情況停止和再次開始比賽，更重要的是對犯規的賽隊或球員進行處罰。醫療器材設計功能安全不可缺在美國，聯邦法規要求醫療器材製造商在有預備上市的醫療器材產品時必需通知FDA。根據「美國聯邦食品、藥品和化妝品法(FFDCA)」的規定，這被稱為「售前通知」或「510(K)通知」。根據該條款，FDA可依據具體應用，援引先前已在市場上合法銷售的器材，以實質等同(Substantial Equivalence)為由放行新器材的銷售。然而，實質等同性在功能安全方面有些問題，因為設計本身及用於建構實質等同功能的器材物理屬性均有其獨特性。對於那些不屬於FDA控制範圍的器材和機器設備，當地政府要求製造商需從UL(前身為保險商實驗室)等獨立機構取得認證以符合安全標準。這種獨立性能讓標準在技術和市場力量的作用下發展演進，將利益衝突降到最低。功能安全系統的目的在於降低風險。在機器設備功能異常時，功能安全系統有責任讓機器設備進入「安全狀態」。這意味著安全系統的可用性(系統在未來仍可運作的機率)是降低風險的重要因素。若功能安全系統在需要時發生故障是嚴重的事情，為了讓功能安全系統能在一天24小時可全天候的使用，功能安全系統的設計測試受到國際標準控制，並由獨立認證機構驗證。圖1呈現的是受控設備(EUC，深灰色)和功能安全系統(淺灰色)之間的關係。功能安全系統隨時觀察EUC的運行。在圖1中，安全狀態指斷開致動器的電源。如果EUC的動作超出可能導致危險狀況的邊界，功能安全系統就會切斷致動器的電力。安全功能可以被視為一個獨立安全網：如果安全功能失效，EUC還是可以繼續工作，但它是在沒有安全網的情況下運作。圖1　安全功能(淺灰色)與受控設備(深灰色)之間的關係安全功能三個模組安全功能本身通常由三個模組構成(圖2)，其中包含：感測器驅動邏輯控制器的輸入，然後由邏輯控制器驅動致動器。由這三個模組共同構成安全功能，有時也稱為「安全迴路」。此外，這三個模組也用於確定安全完整性等級(SIL)或安全迴路品質。圖2　安全功能的三個模組失效/降低風險與安全完整性等級「失效(Failure)」在產業中被定義為終止正確的服務，其中「故障」(Fault)為導致功能失效的異常狀態，「誤差(Error)」指預期/正確值與實際值之間的落差。失效可分為兩大類型，安全失效不影響安全迴路的運作，也不會將設備過渡到「安全狀態」。危險失效則會影響「安全迴路」運作，也就是故障造成的誤差會引發失效。 IEC 61508 根據電氣/電子/可編程電子系統功能安全標準(IEC 61508)，共有從SIL1到SIL4的四種安全完整性等級，其為依據對監控受控設備的功能安全系統或安全迴路的風險降低能力而客觀定義的標準，細節請詳見表1。有兩個因素決定安全完整性等級。首先是系統能力，它是一個品質指標，透過質化測量設計中由人為失誤所引發的潛在缺陷之數量。該指標是由提供證據證明標準中規定的流程得到遵循而決定。第二個因素是採用診斷指標減少隨機硬體故障，系統的安全完整性等級由兩個指標間的最低者決定。醫療器材須定義安全狀態設備製造商有責任根據設備的運作方式及製造商對危險和風險的評估，定義什麼是安全狀態。在某些情況下，安全狀態可以切斷馬達主電源或是機器設備主電源，讓內置的被動措施接手消除系統中的能量。具體情況取決於危險的類型。像MRI這類的醫療器材，由於切斷電源後患者能離開該設備，因此這可以算是一種安全狀態。但對於重症加護病房的病患監護儀等其他類型的醫療器材，將切斷器材電源作為安全狀態可能會提升患者的風險。對於人工心肺機或生命支援呼吸器等重症加護設備，這個問題就更加嚴重，若將斷電當作安全狀態很可能造成患者身故或重傷。有兩個條件可能導致系統進入安全狀態。第一個條件是安全功能檢測到受控設備或某種外部活動導致危險狀況；第二個條件是安全功能本身發現安全迴路中的系統故障。在EUC發生失效，造成安全迴路驅動EUC進入安全狀態的情況下，EUC設計本身需具備冗餘，才能被繼續使用。對於器材無法過渡到安全狀態且安全迴路失效的情況，安全迴路本身需要使用冗餘架構。這樣可提升安全迴路的可用性，進而提升受其保護的EUC的可用性。遵循上級功能安全標準確保可用性隨著時間推移，所有系統失效的機率都十分的高，而這一點對安全迴路而言更是重要的考量點。系統失效的兩個主要原因是隨機硬體故障和系統性失效。因為硬體故障的發生是隨機的，所以設計用於檢測系統失效的功能安全系統必須具有高可用性。為了協助這些系統的設計，上級功能安全標準「IEC 61508：電氣/電子/可編程設計電子安全相關系統」羅列出設計這些系統的建議架構清單。該標準介紹了檢測安全迴路運作失效的措施，並針對依據安全功能所需之故障運作狀態的情況添加冗餘。系統性失效可以採用標準中所提出的，經完善測試且先進的措施，透過設計流程得以減輕；該流程必須獨立管理，以避免受到系統製造商內部利益衝突的影響。現今有大量此類流程被投入使用，圖3所示的是IEC 61508標準提出的V模型，而圖4所示的是ISO 26262中業界一流的軟體設計流程。圖3　摘自IEC 61508:2010第3部分的軟體設計流程圖4　摘自ISO 26262:2018第6部分的設計流程每個流程中，左邊為設計程序，右邊為驗證程序。V模型左側顯示的是專案定義與設計，右側顯示的是使用V模型底部的單元編碼進行的專案測試與整合。在測試基礎完整前不得開始實際的單元編碼。該流程的第一步是全面理解最終狀態的面貌。這個層面的設計會產生需求列表。在這些需求完成審核且被接受後，就會產生架構規格，再根據架構規格創建功能模組(工作分工)和支援需求的介面。在完成對架構的定義、細化並經同行審核後，就會產生為每個模組及其介面的測試需求。在同行完成測試需求的審核和驗證後，就會開始進行測試台編碼。此時，設計團隊可能已經用掉時程表上一半的時間，但卻連一行應用代碼都還沒有開始編寫。剩下的時程是為測試台進行編碼。測試台完成後基本上就已成功在望，因為設計團隊現在很有把握其編寫的功能代碼在設計上是正確的。最後就是單元編碼、驗證和確認，在這個流程中產生缺陷的可能性已經很低，但仍取決於當初設定的需求是否夠全面。擁有越完善的需求設定和與需求對應的測試台，發生缺陷的機率就越低。第二個考量是隨機硬體故障。檢測和在某些情況下糾正隨機硬體故障的措施取決於電子裝置的故障方式。就位元化積體電路而言，故障原因包括製造差錯、外部粒子撞擊或元件的金屬遷移耗損。隨機硬體故障可能是永久性或暫時性的，根據故障的性質，它們可能對機器設備行為造成影響，可能導致危險失效，也可能不會對機器設備的運作造成影響。後者這種情況被視為「安全失效」；而被稱為「診斷功能」的措施是被設計用於檢測這些故障並在某些情況下糾正它們。最常用的診斷功能有：．湧泉碼：在現今所有的手機通訊系統中用於重組和糾正手機在基地台和設備間發生隨機訊號干擾時遇到的傳輸故障。．記憶體保護：在現今運作的每台運算伺服器中用糾錯代碼(ECC)檢測和糾正受損記憶體資料。．冗餘：安排一套與主要功能平行運作的額外資源。在這三者中，冗餘是最完善的可用診斷功能，但也是成本最高的。參考圖5和圖6，最常見的冗餘類型包括「二取一」(1oo2)和「三取二」(2oo3)兩種術語。圖5　「二取一」(1oo2)安全架構圖6　「三取二」(2oo3)安全架構全盤了解安全架構實現高穩定性方案圖7所示的例子之中，1oo2安全架構用於診斷功能強化，形成能確定兩個通道中哪一個有故障情況的「二取一」診斷架構(1oo2D)，而此一架構能用於代替2oo3架構。圖7　使用交叉通道診斷(1oo2D)的1oo2安全架構示例在這個例子中有兩個安全通道：深灰色的安全通道A，淺灰色的安全通道B。每個通道都有自己的電源和時脈。而賽靈思的Zynq UltraScale+提供可配置在獨立場域中的功耗監測器和系統監控(Watchdog)計時器，用於監測設備中的其他場域。這些監測器是標準認證中的必備條件。最後，每個通道擁有大於98%的診斷機率，且每個通道使用不同的CPU和設計架構以增加多樣性。這種多樣化的環境運用不同的架構強化系統功能。從整體架構來看，通過在各個通道間比較結果，能以大於99%的診斷機率檢測出單一故障(例如一個電源、一個時脈生成器或記憶體失效等)。一旦檢測到故障，依據通道狀態得到的診斷結果將通知正常通道和Voter發生故障，Voter隨即遵循正常運作通道所得的結果。 IEC 60601 60601標準用於規範可能導致危害的潛在有害排放，但沒有充分說明安全迴路品質(SIL)的系統性方法，以及如何將導致危害的設備置於安全狀態。風險管理流程留給醫療OEM廠商自行處理並使用ISO14971標準的文件進行調整。雖然這是個好的開始，但問題仍然存在，也就是用於減輕風險的安全迴路應具備怎樣的品質。 IEC 61508標準提出的準則和流程可用於任何電氣/電子或可編程設計的電子系統，毋須考慮安全迴路的最終應用。這意味著通過使用用於滿足特定標準的SIL水準的安全迴路設計，就可以被認為針對特定風險已達到風險降低的要求。 ISO 26262 ISO26262規格採取截然不同的做法，要求將機器設備本身設計為天生具備安全性。例如，當今較為新型的汽車採用了電子緊急剎車。這種剎車裝置取代了老式的機械剎車系統，完全獨立於用於在正常駕駛條件下讓汽車停止的主剎車裝置。這種新型的電子緊急剎車系統已經被整合進車內的安全功能，當汽車在危險速度下行駛時，不允許系統發揮作用。所以當速度高於5mph/8kph(安全作用極限)，系統會發出警告並且不發揮作用。其原理如下： 1.主剎車系統擁有冗餘液壓線路。 2.驅動液壓系統的致動器故障率極低。鑒於歷史上總故障率很低，所以能夠移除完整的冗餘緊急剎車裝置，以內建安全功能的電子手剎車取代。這種根據預期功能評估危害的理念被稱為「安全目標」。隨後使用驅動此架構的各種診斷措施和失效模式(失效安全與失效運作)達到每一個安全目標。主要功能透過設計提供內在安全性。「手剎車」的安全目標是： 1.系統應阻止不利的剎車。 2.系統應在完全喪失主動力後持續運作。 3.系統應阻止導致失控的剎車。設計隨後通盤考慮這些安全目標，採用各種方法和措施確保達成這些目標。為此，半導體業者如賽靈思，在設計旗下產品Zynq UltraScale+ MPSoC時就考慮到功能安全和安全需求，從而幫助設備開發者打造高穩定性的解決方案，用於實施安全高效的醫療設備。此外，安全性晶片特性可透過工具流、IP和軟體解決方案加強，並成為工業和醫療物聯網解決方案堆疊的一部分。就功能安全性來說，Zynq UltraScale+ MPSoC提供以下功能：．三個獨立的運算區域，分別採用不同的時脈和電源以減低共因故障。．多個溫度感測器用於檢測工作限制條件。．On-chip診斷(ECC)可檢測使用者和配置RAM中的隨機硬體故障。．即時運算區域的系統功能。．安全認證工具與方法。．安全認證Zynq UltraScale+ MPSoC晶片和軟體。賽靈思的功能安全技術針對功能安全設計的兩大關鍵領域設計。第一大關鍵領域為系統功能，透過賽靈思認證工具鏈實現，並評估異質化產品。第二大關鍵領域為隨機硬體故障容錯，透過獨特的診斷組合實現，包括運算區域內選擇性硬體冗餘、SRAM診斷功能和異質化運算資源中的冗餘等。除On-chip診斷外，賽靈思還整合針對特定設計的獨特製造技術，可提高設備級單一故障事件(SEU)免疫性。本文將功能安全和網路安全問題與設備製造商的產品風險評估管理連結起來。工業領域應對產品安全相關風險的一些最佳實踐(如IEC 61508)及應對網路安全防護要求的最佳實踐(如IEC 62443)在醫療設備設計時加以運用。本文概述醫療設備設計時可採用的功能安全設計實踐和賽靈思功能，以提高安全性並更佳評估風險，並一次性通過監管審查以加快產品上市時程，進而減少產品召回的風險。賽靈思認為監管機構和設計工程師能透過結構化的功能安全設計時程，對整體產品設計、整體產品成本乃至病患的安全產生積極影響。安全和保障密不可分，因為沒有適當的網路安全防護措施，系統安全就無法滿足預期的工作要求。網路安全問題既涉及數位控制產品的操作完整性，也涉及供應鏈防護，同時適用於不同的終端產業。 (本文由賽靈思提供)

2019 年 10 月 28 日 0

優化工作量/資料輸送量　雙核心MCU提高電源效率

功耗/低延遲需求上揚　單核心設計漸難負荷原則上，單個高速CPU核心可以透過時間切片運行多個獨立執行緒，以處理低延遲即時控制任務以及聯網和系統管理任務。不過，對於採用特定製程技術已達到如此高效能的核心晶片而言，其在功耗和複雜性方面的表現可能不甚理想。對於運行在單個核心上的任何即時應用而言，還存在一個問題，即如何使執行緒和中斷處理常式輕鬆地按時完成任務。對於任何資源分享的實現，需要關注的一點是，不相關流程或中斷處理常式的運行會阻塞特定執行緒的運行時間。為了確保執行緒在各種沒有任何依賴關係的條件下按時完成任務，用於計算所需餘量值的保守演算法將要求留出相當大的一部分未分配的處理週期。此外，還須要考慮頻繁進行任務切換的開銷及其對處理輸送量的影響。當單個核心處理大量中斷事件時，中斷處理及相關任務切換的開銷可能很大。一種選擇是透過更高的時脈速度構建更多的效能餘量。實際上，將應用分散到多個處理器核心可能更有意義。對於不主要依賴於單執行緒輸送量的任何多工應用，使用並行方式通常會提高能源效率、增加確定性並簡化開發過程。有效進行多工作負載　雙核心設計備受青睞雙核方案可以更有效地共用多工系統的工作負載。採用雙核方案時，還可以使用更低的核心時脈頻率，進而提高快閃記憶體的匹配度；此外，還有助於減少或消除處理器必須等待指令或資料從取指請求返回時的停頓週期(等候狀態)數(表1)。在某些應用中，處理相關資料饋送任務的密切關聯特性仍然支援單一流水線。但是，在高效能嵌入式應用中執行不同的功能時，使用多個核心更有意義，因為各種功能的關聯程度相對鬆散。例如，在採用韌體實現閉環控制的電源中，效能主要取決於將類比採樣轉換為數位所需的時間，隨後根據該時間資料計算新的工作週期，接著更新PWM。使用多核控制器時，透過在沒有其他優先順序任務執行的核心上運行延時關鍵型功能，可以確保該功能不受其他系統活動的阻礙。與時間關鍵型控制回路計算並行工作時，另一個CPU核心可以執行其他任務，如PMBus通訊和系統監視功能。類似地，在馬達控制應用中，將控制回路處理和CAN介面協定棧拆分給不同的核心，確保馬達換相精確且具有確定性。在專案開發時間方面，拆分處理還有其他優勢。但是，要利用這一優勢，兩個核心需要保持同質性，這一點很重要。一種傳統的多工處理方式是根據處理器類型劃分工作負載。針對乘法累加選項優化的流水線上將專門運行訊號處理程式，但幾乎沒有能力有效地運行控制程式碼，而通用處理器則負責處理分支密集型程式。實際上，在許多即時應用中，這種架構很難處理。訊號處理操作通常取決於可能快速變化的外部條件。在不同核心間同步狀態所需的處理器間通訊實現起來可能很複雜，因為與用於將命令和狀態更新轉發到網路介面的消息相比，這種方案對時間同步的要求更為嚴格。統一數位訊號控制器架構展妙用統一的數位訊號控制器架構(如Microchip的dsPIC33)將兩種類型的執行特性融合到單一架構中，進而解決了上述同步問題。此類流水線不但能高速地進行乘法累加和矩陣運算，還具有快速分支能力和高中斷回應效能，因此參數和演算法可以動態地適應不斷變化的條件。這最終簡化了複雜訊號處理演算法的軟體方案。然而，設計階段上的壓力則意味著，無論客戶選擇哪種架構，都會面臨程式碼整合的挑戰。在許多應用中，通訊和控制功能常常分別分配給不同領域專家的開發團隊。整合來自兩個或更多團隊的程式碼時，將面臨著一個關鍵問題，即確定調度和任務優先順序如何在各團隊之間運作。看似微不足道的決策(例如各個任務的優先順序)也可能對應用的整體即時行為產生重大影響。決策不佳意味著重要任務將長時間得不到處理器的處理，而無法表現良好效能。透過將任務集分布在兩個處理器上，由最瞭解相關應用程式部分所使用執行緒的相對優先順序的工程師負責設置這些優先順序。透過拆分處理，可更輕鬆地管理和分配資料記憶體，並確保在專案期間創建和調試的Makefile和連結描述檔設置在最終套裝軟體中仍然生效。這有助於減少軟體整合團隊的工作量，並縮短產品上市時間。儘管已透過拆分處理優化了開發工作量和處理輸送量，MCU供應商(如Microchip)仍在不斷努力改進架構，致力於幫助用戶提高效能。以雙核dsPIC33CH為例，不僅提高中斷回應能力，且核心中還實現了額外的指令，以進一步提高DSP效能。作為數位訊號控制器(DSC)，dsPIC33CH包含許多先進周邊，可降低系統成本並縮小電路板尺寸。這些周邊包括高速ADC、具有波形生成功能的DAC、類比比較器、類比可程式設計增益放大器和高解析度PWM發生器(解析度達250 ps)。更智慧的周邊和周邊觸發訊號發生器等先進功能有助於減少電源或馬達控制應用中核心中斷的次數。例如，UART為LIN/J2602、IrDA、DMX和智慧卡協定擴展提供硬體支援，以降低軟體開銷。同樣，CAN-FD周邊支援位元流處理器和可程式設計自動重發功能，能夠獨立於CPU核心更加自主地運行。 Microchip的dsPIC33CH設計專為當今工程團隊的開發需求而優化，非常適合各種高效能和時間關鍵型實際嵌入式控制應用。此架構能夠充分滿足客戶的獨立設計、無縫整合需求。結果是，這種架構不但能夠提高效能，還有助於縮短產品上市時間、減小系統尺寸並降低成本(圖1)。圖1　統一的數位訊號控制器架構有助於縮短產品上市時間、減小系統尺寸並降低成本。 (本文作者任職於Microchip)

2019 年 10 月 24 日 0

釐清翹曲程度　IC SMT早夭異常迎刃而解

先進製程零件材料堆疊複雜為翹曲主因為什麼翹曲導致後續可靠度問題，近期發生頻率這麼高呢？主要原因來自於越來越多廠商，在開發先進製程的晶片；而先進製程晶片，是由非常多不同材質、不同功能的晶片堆疊起來。例如MCM多晶片模組、系統級封裝與Fan-in/Fan-out等，這樣的元件使用的材料相當複雜且多元，堆疊在一起時，因材質本身熱膨脹係數不同(CTE)就會產生翹曲(圖1)。圖1　先進製程晶片元件或多或少都會有翹曲現象，變形量符合IPC規範控制在一定程度內，都不會影響後續元件上板品質。資料來源：左圖為iST；右圖為Akrometrix 除了晶片元件本身會發生翹曲外，晶片透過表面黏著技術(SMT)結合到電路板時，因晶片與電路板CTE不同，翹曲的狀況就會加劇。而當翹曲超過一定的幅度，就會造成SMT的焊接品質不良，也影響後續的可靠度測試結果。也因此，如何妥善安排這些溫度特性不同的材料依序堆疊，在加熱與散熱時不會互相影響，是相當嚴苛的技術挑戰。在5~10年前，翹曲幅度控制在6~8mil以內，都還不至於影響後續SMT等製程；然而這幾年先進製程的材料種類複雜且反覆堆疊，受到溫度影響後的變形量已比5~10年前的樣品來的嚴重。根據宜特板階可靠度實驗室發現，隨著未來接腳數越來越多，晶片上板時，使錫膏(Solder Paste)與錫球可以接合順利所使用的治具鋼板(Stencil)，厚度就會越來越薄(圖2)，繼續維持在6~8mil的翹曲幅度，是否能夠像早期不至於影響SMT製程品質，令人堪憂。圖2　左圖為傳統PCB，鋼板因接腳數較少，錫球用的不多，相對鋼板不需要太薄；右圖表示隨著先進製程的元件接腳數變多，錫球需要較多，鋼板就需要較薄。資料來源：iST PCB翹曲過大易導致空焊與短路當然，也不能將所有的問題放在零件身上，因為PCB也會有翹曲的狀況。原先以為PCB厚度只要超過1.6mm，PCB本身發生翹曲的機率會較小，但實則不然。宜特板階可靠度實驗室曾經有個經典案例，IC上板至PCB時，以為只是IC零件有翹曲問題(圖3)，但做了一連串的SMT製程參數調整之後，依舊發現空焊與短路問題，最終發現原因，不只是IC有翹曲，PCB也有翹曲，且翹曲變形量過大造成SMT異常。圖3　左圖為哭臉變形元件使用哭臉鋼板；右圖為笑臉變形元件使用笑臉鋼板資料來源：iST 除此之外，空焊短路還不是最嚴重的問題。更嚴重的是翹曲後的焊點，將會呈現拉伸與擠壓的形狀，完美的焊點應該是接近「球型」，而翹曲將導致焊點呈現「瘦高」或「矮胖」形狀，這些「非球型」的焊點，容易產生應力集中而斷裂，使得後續在可靠度驗證中，出現早夭現象的機率提高。透過SMT解決翹曲方式，一是透過修改鋼板治具開孔大小，針對間距較大的地方給予較多的錫膏；二是透過鋼板治具抑制零件的變形。修改SMT鋼板治具開孔大小治標不治本然而這兩種解法必須多次驗證才能找出SMT最佳條件，若無法有效解決翹曲問題，可能得退回設計階段找尋其他材料來取代，曠日廢時。因此，若能在SMT前，取得晶片與PCB翹曲相關資訊。將可事半功倍。宜特板階可靠度實驗室使用相關量測翹曲的設備，可以針對元件與PCB來模擬翹曲的程度，再去調整SMT的參數設定，確保SMT過程中有良好的焊接品質；如此可避免因不良焊接品質導致影響可靠度驗證以及不必要的成本開銷。翹曲量測的原理，是應用樣品上的參考光柵和它的影子之間的幾何干擾產生摩爾雲紋分布圖，進而計算出各圖元位置中的相對垂直位移，並可應用於模擬SMT回流焊溫度和操作環境條件、同時捕捉一個完整的歷史翹曲位移表現。而量測分析的速度非常快，約半小時就可得知元件在不同溫度的變形量，也能模擬溫度循環的環境，協助客戶與可靠度測試進行搭配，觀察產品在哪個溫度會達到最大的變形量，並能在測試中思考如何改善與預防。總結來說，在宜特板階可靠度實驗室觀察中，翹曲的問題勢必會持續存在，我們無法控制材料的特性，但如果透過篩選的方式，找出翹曲方向相同的零件與PCB，我們認為這不僅不會降低可靠度的壽命，也能協助IC設計業者找到完美翹曲比例，達到1+1>2的價值。 (本文作者為宜特科技零組件暨板階工程部經理)

2019 年 10 月 13 日 0

大數據結合主題專業知識　半導體製程分析更快/穩/準

智慧製造會應用大數據分析來提升現有的分析能力以及如預測性分析的全新能力，然後再運用資料(也就是大數據)在數量、速度、多樣性、準確性(即資料品質)和價值(分析)上的重大發展。這些得到提升的新能力(表1)被視為是延伸先進製程控制(APC)系列的一部分。半導體製造設備和製程分析的出現和發展，部分是因為三個關鍵產業挑戰而形成。這些挑戰已存在數十年，並非是智慧製造或大數據革命才有。但是，在某種程度上，這些是半導體製造業獨有的挑戰，這些挑戰分別為：設備和製程複雜性、製程動態和背景豐富性，以及不良的資料品質(在精確性和可用性方面)。這些挑戰導致半導體產業分析解決方案無法嚴格做到資料驅動。機台、製程和分析領域知識或主題專業知識(SME)也是大部分晶圓製造廠解決方案的關鍵組成部分。因此，半導體產業的製程分析目前和未來也將以此為考量來設計和運用。實際上，通常SME輸入機制在各方面都有正式的界定，從資料收集、資料處理、參數選擇、模型建構、模型和限值優化到解決方案實施和維護。定義維度能力識別分析方法過去十年中，分析方法呈現爆炸式成長，而且許多方法都是利用大數據機會開發而得。識別和歸類這些分析法的一個方法是定義分析的維度能力，以及指定或規劃與這些維度的相關分析能力。圖1提供半導體製造中與分析相關的維度分類。就這些維度來看，可從能力在每個維度中的價值來定義應用或分析。例如，主成份分析(PCA)(一種通常在多元分析(MVA)、故障偵測(FD)和設備健全監控(EHM)中使用的方法)是無監控且回應式分析；MVA通常為靜態和無狀態分析，並且不包含SME。圖1　分析維度能力，以及傳統半導體製造APC解決方案對這些維度的對應，唯象模型是表示製程知識的物理模型形式；這些都是使用統計數據進行調整或修改。在分析應用程式方面，當今晶圓製造廠中的FD大部分均為無監控、回應式、單變數、靜態和基於統計學的分析，並且在FD模型開發中結合SME。透過使用這些維度和其他維度的定義分析法和分析應用程式，可以為識別能力差距、提升機會以及(從長遠來看)改善路線提供框架。半導體製造APC應用程式近年來的發展體現了工廠控制方法從回應式到預測式(甚至是主動式)的轉變。這主要是依靠大數據的爆炸式成長，其中對於更大數量和更長久資料存檔的支援在某種程度上使得預測式解決方案能夠破譯多變數參數互動的複雜性、描述系統動態、拒絕干擾和濾除資料品質問題。在許多情況下，為利用大數據解決方案提供的平行計算和即時處理資料，必須重寫這些解決方案中的演算法。同時，還可以開發更易處理大數據的新演算法。例如，早期的預測式解決方案依靠單核CPU和序列處理，而大數據可使用偏最小二乘法(PLS)和支援向量機(SVM)在伺服器集群上進行平行計算。同樣，為處理更多資料而重寫自組織對應(SOM)和產生拓撲對應(GTM)等無監控資料探索技術，能夠讓使用者快速進行深入探索。同樣地，可以重寫隱馬爾可夫模型(HMM)和粒子群演算法等耗時的統計技術，大大提高計算效率。但是，過多的技術和大量的資料不一定會帶來更深入的了解和預測式能力。筆者認為沒有一種方法或多種方法組合是萬靈丹；相反地，應利用現有資料來自訂符合應用程式的方法，但是，我們認為SME將繼續引導解決方案的開發和維護。 AI/大數據分析迅速竄起 AI可用來描述感知環境並採取措施完成目標的任何裝置或分析法。現在，AI通常用於類比人腦功能的裝置或分析法概念(例如在自動駕駛汽車的應用中)。人工神經網路(ANN)這類分析的一個例子已經存在了數十年，且此類AI分析法在大數據發展中再度出現。例如，深度學習(一種與結構化ANN非常類似的技術)利用分層抽象實現品質更高、速度更快的大量資料分析。深度學習可用於解決大數據分析中的一些較高維度問題，包括從二維度影像(如晶圓圖)中提取複雜的圖案。深度學習技術得益於資料量大增，並使用資料驅動型受監控技術尋找資料中的關係。這些技術的主要缺點是相對無法在模型開發和維護中合併SME。所開發的模型通常不明確可用，因此難以評估，同時半導體製造分析中涉及的背景複雜性和動態阻礙深度學習使用大量且持續的資料量。近年來，研究工作的重點是結合SME和AI技術，該方法有望在未來應用於生產現場。另一種獲得極大關注的大數據分析能力是背景分析，該分析使用通常稱為「網路爬蟲」的解決方案。這些應用程式會挖掘背景中的資料，並尋找有關係的圖案或分析結果，例如接近故障的零件。然後，這些應用程式會以非同步方式通知如工廠控制系統的應用程式，以便能夠採取適當的措施。這種方法還會使診斷和預測更具有可重構性。大數據分析日益進步提升製造良率當邁向智慧製造時，顯而易見的一點是分析法將在實現良率的過程中繼續發揮更大的作用，同時可使產量最大化並降低成本。大數據的進步將推動這些分析法的發展，筆者認為，到目前為止所取得的進展已經提供一些重要發現，這些發現將有助這些分析法達到最大能力。第一個重要發現是，半導體產業期待開發或加強的許多分析法解決方案都可以利用相同的模型開發(靜態資料)和模型執行/維護(動態資料)結構。例如，用於PdM的6步模型開發流程(如圖2a和2b中所總結)可用於虛擬量測，甚至預測良率。使用通用的方法不僅能夠節省推廣這些技術所需的時間和精力，還能夠讓製造廠商交叉利用分析法持續進步。圖2a　使用MVA預測器及其部分的PdM方法，包括故障前時間範圍以及預測置信度或範圍的某種表示。圖2b　利用離線模型建構和最佳化提供合併SME機制的PdM方法，可用於多種APC預測能力。第二個重要發現是，智慧製造將使這些分析法的應用範圍延伸。例如，透過將診斷、控制和預測從晶圓製造廠內擴展到供應鏈中，可以更有效控制客戶需求並提高解決區域良率等問題的能力。第三個可能是最重要的發現為，SME將在半導體產業的分析法應用程式中繼續發揮重要的作用。應用程式將有所不同，但設備和製程專業知識仍然會是半導體製造分析解決方案的關鍵組成部分。 (本文作者皆任職於應用材料)

2019 年 10 月 12 日 0

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