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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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網路攻擊指數級成長　硬體安全機制保障IoT應用

話雖如此，幾乎每週都有主流媒體不斷提起有關數位安全性的漏洞，通常是涉及消費者信用卡資訊被盜或不當使用的損失。不幸的是，此類新聞僅是每天發生在網路安全遭受攻擊的成千上萬案例之一。安全威脅可用來竊取有價值的資料，造成大範圍的破壞，甚至更令人擔憂的是掌控關鍵的系統。從消費者的角度來看，分散式阻斷服務(DDoS)攻擊可能是最常見的威脅。2016年，Mirai殭屍網路(它造成了整個網際網路的中斷)是第一個讓組織意識到這類威脅的重要警訊。此後，Mirai的後繼者，如Aidra、Wifatch和Gafgyt，以及BCMUPnP、Hunter52和Torii53等新加入的殭屍網路，已經擁有數百萬個IoT設備的侵入許可權，以傳播他們的DDoS惡意攻擊軟體、加密貨幣挖礦軟體以及垃圾郵件的中繼代理。物聯網安全威脅綿延而生隨著部署和連接更多社會和工作的場所，造成安全威脅無處不在，而且規模越來越大。以智慧城市為例，在無所不在的無線通訊和機器/深度學習的基礎下，智慧城市背後的基本理念包括依需求調適的交通控制、跨電網的自動負載平衡管理和智慧街道照明。假設城市中智慧交通控制被一個假想敵攻擊，惡意控制交通流量的感測器、交通號誌燈、協調管控車輛的汽車網狀網路和控制設備等基礎設施的情境。利用無線網狀網路在重要的交通要道上控制交通號誌燈或車輛之間的通訊，已經不再是好萊塢大片中才會出現的場景，而是一項嚴肅的現實議題。另一方面，關注聯網醫療設備的興起，商店裡智慧標籤幫助零售購物的體驗，以及家庭和電器連接手機。如果可以用智慧型手機打開爐子、解鎖前門、解除警報系統，其他人的裝置可以嗎？上面的例子都與生活相關，但對於那些消費者看不到的案例呢？針對自動化製造環境部署的工業物聯網(IIoT)─一個安全性的漏洞會導致什麼樣的混亂，以及生產停機和設備損壞可能造成什麼樣的財務後果？隨著潛在攻擊面數量的指數級成長，物聯網的安全必須能夠全面普及、穩健以及快速恢復(圖1)。圖1　物聯網設備和威脅的指數成長為什麼物聯網安全不能只依靠軟體？試圖竊聽或非法獲取資訊並不是什麼新鮮事。最早記錄的事件包括1985年荷蘭電腦研究員威姆．凡．艾克(Wim van Eck)的努力投入。他透過截獲和解碼的電磁場顯示器竊取(讀取)資訊。他的開創性作為強調了一個事實：利用少量廉價的元件，仍可以繞過昂貴的安全措施達到目的。如今，這種非侵入和被動式的電磁側通道攻擊變得更加複雜，並且成為攻擊者眾多武器的其中之一。其他側通道攻擊方法包括微分功率分析(Differential Power Analysis, DPA)，通常與電磁側通道攻擊一起進行。透過這種攻擊方式，加密金鑰、密碼和個人身份等敏感資訊，可以在執行加密處理指示時，經由物聯網設備微控制器的電磁訊號被「洩露」。如今，寬頻接收器作為軟體定義的無線電應用已可以廉價取得，可用於檢測和儲存作業時間線上的電磁訊號模式。 DPA是一種稍微複雜的竊取方式。簡單的功率分析用於測量設備在操作過程中處理器的功耗。由於處理設備消耗的功率因執行的功能而異，因此可以透過放大功耗時間表識別離散功能。基於AES、ECC和RSA的加密演算法功能需要大量運算，並且可以透過功耗量測分析來識別。檢查功耗可以發現以微秒為間隔的密碼學經常使用各個數位運算，例如平方和乘法。DPA在簡單的功率分析中增加了統計和糾錯技術，以達成祕密資訊的高精度解碼。攔截透過有線或無線通訊方式傳輸的資料也可能會洩露機密資訊。隱蔽通道和「中間人攻擊」是利用監聽IoT設備與主機系統間的通訊，用來收集資料的有效方法。但對這些資料進行分析可能須放棄控制設備的協定棧，也可能洩漏操控遠端連接設備所需的私密金鑰。駭客使用的另一種攻擊技術是針對未受保護的微控制器(MCU)和無線系統晶片(SoC)設備植入故障碼。就最簡單的方式而言，該技術可能降低或干擾微控制器的供電電壓，並呈現不穩定的錯誤情況。隨後，這些錯誤可能會觸發受保護的其他設備打開保存機密資訊的寄存器，進而受到侵入。竄改系統的時脈訊號，例如更改頻率，植入錯誤的觸發訊號或更改訊號電平，也可能導致設備產生異常狀況，並傳播至周圍的IoT設備，造成私密資訊暴露或控制功能被操控的潛在威脅。這兩種情況都需要實質造訪設備上的印刷電路板(PCB)，而且是非侵入性的。由於許多IoT設備的保護措施都是基於軟體的安全技術，因此資訊安全容易受到入侵。標準密碼加密演算法，諸如AES、ECC和RSA之類的軟體堆疊，都運作在微控制器和嵌入式處理器上。如今使用價格低於100美元的設備和軟體，不但可以觀察功耗，也可使用DPA技術取得私人金鑰和其他敏感資訊。甚至不必成為這些分析方法的專家，就能利用現成的DPA軟體工具自動完成整個過程。諸如此類型的攻擊已不限於理論領域，現在已被全球的駭客廣泛使用。隨著各種攻擊面向的不斷增加，物聯網設備和系統的開發人員需要重新考慮其執行和整合安全防護功能的方法，如此才能具備更加穩健和快速回復安全的能力。 OTA更新確保硬體安全如果設計新的IoT設備，必須徹底檢查該設備可能面對的攻擊以及必須加以防範的威脅模式。嵌入式系統的設計規範通常始於產品要求的功能及其工作方式，從源頭審查安全需求並將其納入產品規格是謹慎的第一步。大多數IoT設備預計可以使用很多年，在這種情況下，必須透過空中更新(Over the Air, OTA)進行韌體更新，而僅此功能就需要考慮進一步的攻擊面。要防護所有攻擊面向，需要從晶片到雲端確實執行硬體安全的設計模式。 IoT硬體安全建置要素分析本節將探討一些硬體的安全技術，這些技術可為IoT設備提供可靠的安全機制。從晶圓廠開始即在硬體中實現安全性，並創建一個無法更改的固定識別證，這樣做的目的是嘗試破壞此類IC或設備的代價將遠高於攻擊軟體安全性漏洞的成本。在選擇微控制器或無線SoC時，嵌入式設計工程師應認知到，基於硬體設備安全的功能審查標準與其他設備，諸如時鐘速度、功耗、記憶體和週邊設備同樣重要。信任根對於任何基於處理器的設備，建立信任根(Root of Trust, RoT)是硬體驗證啟動過程的第一步。在晶圓廠製造IC晶圓的過程中，RoT通常作為根源的金鑰或映射嵌入到唯讀記憶體(ROM)中，RoT不可變，並在設備啟動過程時形成錨點以建立信任鏈。RoT還可以包含初始啟動映射，以確保從第一個指令執行開始，設備運作的是真正且經過授權的代碼。這種RoT可保護設備免受外來軟體的攻擊危害。安全啟動過程創建信任鏈的下一步是確保啟動設備使用安全的啟動過程。使用經過身分驗證和授權的RoT映射完成第一階段的啟動後，啟動的第二階段就開始了。隨後，安全載入程式驗證並執行主應用程式碼。圖2展示使用雙核心設備的方法，而且這個過程也可以使用單核設備進行。如果需要，安全載入器可以在代碼執行之前啟動更新過程。圖2　信任根和安全啟動過程另一種大幅提高基於硬體安全性的技術是使用無法複製的物理特性功能(Physically Unclonable Functions, PUF)。PUF是在晶圓製造過程中，於矽晶片內創建的物理特性。由於無法預測的原子結構變化及其對固有柵極或記憶體電子性能的影響，PUF為半導體元件提供了唯一的身分標誌。從本質上來說，不可預測/混亂的差異為每個IC創建了一個獨特的「指紋」，實質上是一個數位出生證明。它們不可複製，即使試圖使用相同的製程和材料重新創建一個相同的IC，所生成的PUF也會不同。利用PUF技術，包括單向轉換函數(利用空間可變性)或反覆運算的挑戰─回應機制(利用時間可變性)，從中提取可重複的加密金鑰。 PUF非常安全，並且具有防竄改能力。PUF可將安全金鑰儲存區中的所有金鑰進行加密，金鑰在啟動時會重新生成而不儲存在快閃記憶體中，而且必須對單一設備發起全面攻擊才能提取金鑰。 PUF包裝的金鑰也可經由應用程式處理，同時保持機密。這種技術和複雜性實質上需要侵入奈米等級的矽晶片，其目的是要進行反向工程或在執行PUF基礎下取得完全複製的分子變異，這對大多數(即使不是所有)入侵者來說都是難以做到的。也有晶片業者將硬體安全嵌入每個安全無線SoC和模組的核心。安全整合涵蓋整個產品生命週期，從晶片到雲端以及從最初的設計到整個生命週期結束(圖3)。圖3　設備在整個生命週期中，硬體安全應注意的事項安全元素藉由在硬體中提供安全功能，對手在嘗試入侵或攔截機密資訊時將面臨艱鉅、昂貴且徒勞無功的困境。具有全面硬體安全功能的安全性群組件，可將安全性與主機隔離。通常安全元素的屬性是經由獨立的晶片提供。安全元素具有四個關鍵功能以增強設備安全性：RTSL的安全啟動，專用的安全內核，真正的亂數產生器(TRNG)和鎖定/解鎖的安全調試。使用RTSL的安全啟動可提供可靠的韌體執行並保護免受遠端攻擊。專用的安全核心結合了DPA對策，其中包括使用隨機遮罩來保護內部計算過程，並將矽晶中執行的這些計算時序隨機化。TRNG使用不確定的高熵隨機值來幫助創建強大的加密金鑰，並且符合NIST SP800-90和AIS-31標準。安全調試鎖定調試介面，以防止晶片在現場作業時受到入侵，並允許經過認證的調試介面解鎖，以增強故障分析能力。 Silicon Labs提供了Simplicity Studio作為上述硬體安全功能的補充，Simplicity Studio為一整合的開發環境(IDE)，由一系列軟體工具組成，可簡化開發過程。Simplicity Studio的其他功能還包括查看設計的能耗設定檔和分析無線網路通訊的功能。Silicon Labs是安全物聯網聯盟(ioXt)的成員。ioXt使用國際公認的安全標準定義的認證過程，透過該過程對設備進行評估和評等以確保其安全運作。維持硬體安全可降低功耗除了實現強大的安全性並降低成本外，使用基於硬體的IoT安全還提供了降低功耗的優點。在軟體中執行加密演算法會為微控制器帶來巨大的運算負擔，增加功耗並縮短電池壽命。將加密處理分流到專用安全核心可實現更節能和更高性能的設計。所有連接設備的安全威脅無處不在，並且不斷變化。過去，基於軟體的安全技術運作良好，但已延伸為潛在的攻擊面。使用基於硬體的方法可實現安全性，現在並被認為是實踐整體和穩健安全機制的唯一可行方法。 (本文作者為Silicon Labs全球資安長)

2020 年 4 月 1 日 0

分比式電源提解方　衛星天線微型化邁大步

相控陣列天線技術的出現，使得衛星天線的尺寸得以顯著縮小，進而能整合在更多樣化的系統設備中。Phasor就是一家模組化、數位化相控陣列天線的領導開發商，其天線方案(圖1)可在航空、航海、陸地行動及國防應用中提供高穩定度、可靠的衛星連線。公司的電子控制天線建立在動態波束形成技術及系統架構最新發展的基礎之上。Phasor針對行動應用的寬頻及衛星解決方案，允許採用電子控制相控陣列天線實現高速雙向寬頻網際網路連線。圖1　美商Phasor已研發多款衛星用相控陣列天線模組，此為其中之一不過，相控陣列天線雖可大幅縮小衛星天線的尺寸，卻也帶來功率設計上的難題。因此，Phasor決定與電源模組供應商Vicor合作，利用Vicor的分比式電源技術來解決微型衛星天線模組所面臨的功率設計挑戰。天線尺寸明顯縮小　電源設計成為新難題 Phasor的天線由多個安裝在兩塊印刷電路板(PCB)上的小型模組所組成，上面的PCB正面是貼片天線陣列，背面是Phasor所開發的專用積體電路(ASIC)。下面的背板為系統提供電源、控制與通訊，其結構如圖2所示。圖2　Phasor相控陣列天線模組的拆解圖 Phasor開發的最新天線技術無需碟型衛星天線，可實現將纖薄、平坦的固態固定天線系統嵌入到交通工具頂部的應用。其天線單元的厚度不到25公釐，效能卻堪比2.4公尺或更寬的碟型天線。該天線的兩個主要特性是可整合性和可擴充性：可整合性使天線能夠適應大多數交通工具的外形；整個模組化架構的可擴充性有助於天線滿足未來的任何需求。當Phasor希望開發獨特的行動通訊系統時，它意識到其產品不僅需要將高功率密度與纖薄元件結合，而且還要在極低電壓下提供極大的電流。符合上述所有要求的解決方案是Vicor 的分比式電源架構(FPA)，兩家公司過去四年一直保持緊密合作關係，以確保所開發的產品符合Phasor的系統要求、充分滿足客戶需求。Phasor發現Vicor FPA系統在尺寸和密度以及提供模組化和可擴充的高效能方面均處於市場領先地位。分比式電源滿足低電壓/大電流需求今天，隨著高新先進處理器的負載電壓降至1伏特(V)以下，這些處理器需要更大的電流。負載點的密度和低雜訊對處理器效能來說日漸重要。系統設計人員面臨的持續挑戰是如何在不斷縮小的電路板中，以更快的暫態響應和更高的電源系統效率，穩定地提供更低的電壓。分比式電源架構可解決這些問題—它採用DC-DC轉換器的穩壓和轉換功能，將其分解為兩個組成部分。這有助於對各項功能進行全面最佳化：一個高效穩壓器和一個高密度電流傳輸器，適用於各種低電壓大電流負載。FPA由穩壓器模組(PRM)和電流倍增器(VTM)組成。這兩款模組相互配合，每款模組都能有效發揮其特殊作用，最終完成DC-DC轉換功能。 PRM能透過未穩壓的輸入電源提供穩壓輸出電壓或「分比式母線」。該母線可以對一個或多個VTM供電，不僅能將分比式母線電壓轉變為其負載點所需的水準，同時還可以提供隔離功能。因此，PRM-VTM晶片組可提供全面的穩壓隔離式DC-DC轉換器功能。分比式電源意味著在負載點有更多空間、功耗減半，而且穩壓功能的PRM可置放於距離負載點較遠，不會造成干擾的位置。 Phasor天線運行成功的重要因素是 Vicor的解決方案能將48V電源轉換成1.5V電源(新一代天線甚至更低)。Phasor所使用的ASIC為電源系統設計所帶來的主要挑戰是，必須在65安培(A)，甚至80A的電流下，實現這一變壓。 Phasor考慮過其它解決方案，但有幾個不足之處。首先，一些備選方案無法解決散熱等問題。由於Phasor的天線模組高度僅有25公釐，根本沒有安裝散熱風扇的空間，因此Phasor需要的解決方案不僅能進行傳導散熱，同時還能盡可能不產生熱量。其次，傳統變壓方法可能涉及多個具有多個不同相位的硬開關轉換器，才能實現65A的電流，這可能會產生大量的電磁干擾。VTM是一種諧振轉換器，因此與硬開關轉換器相比，雜訊極低。同時，對於供電與效率而言，Vicor解決方案優於傳統DC-DC轉換器。此外，Vicor提供的FPA解決方案在過去10年中已被多家大型處理器公司採用，得到了很好的驗證。分比式電源背後的元件：PRM和VTM PRM和VTM都是實現FPA的組件。PRM穩壓器採用已獲專利的零電壓開關(ZVS)升降壓穩壓器控制架構進行高效的升降壓調整並提供軟體啟動功能。在VIN=VOUT時，可實現最高效率；最新PRM可實現99.3%的峰值效率。 VTM電流倍增器是一款採用專有零電流開關／零電壓開關(ZCS/ZVS)正弦振幅轉換器(SAC)的高效變壓模組。其工作基於具有高頻譜純度及共模對稱性的純正弦波形。這些特徵意味著它不僅不會產生典型脈衝寬度調變(PWM)類轉換所具有的諧波震盪，而且產生的雜訊也極低。該控制架構將工作頻率鎖定至功率級諧振頻率，不僅支援高達97%的效率，而且還可透過有效消除無功組件將輸出阻抗降至最低。這種極低的無電感輸出阻抗使其幾乎可以瞬間回應負載電流的階躍變化。 VTM能夠以3.5MHz的有效切換頻率回應負載變化，即使幅度小於1微秒都沒問題。VTM的高頻寬消除了對大型負載點電容的需求。即使沒有搭配任何外部輸出電容器，VTM的輸出在因應突然出現的功率激增時，對電壓的擾動也非常有限。極少的外部旁路電容(低ESR/ESL陶瓷電容器的形式)足以消除任何暫態電壓過沖。未來挑戰：電壓更低、電流更大 Vicor和Phasor所做的工作是一項重大突破，有望創造出一個產值達到數百萬美元的市場。該市場的發展將有兩個重要元素：一是讓衛星通訊產業從現有的地球同步衛星網路服務轉型為寬頻服務；二是讓近地軌道衛星系統作為通訊骨幹，對地面提供寬頻服務的新產業誕生。對於這兩家公司而言，下一個挑戰是開發以更低電壓(1V)提供更大電流的技術。有了Vicor和Phasor的長期共生策略關係，不僅天線專家可讓模組化電源專家即時瞭解最新ASIC的電源需求，而且Vicor還可讓Phasor即時瞭解分比式電源的最新資訊。這兩家公司之間不斷發展的合作還在繼續。 (本文作者為Vicor台灣區總經理)

2020 年 3 月 30 日 0

六大感測器成就動力系統　汽車電氣化步步到位

動力系統感測架構剖析如圖1所示，動力系統中高度準確的電子感測器會負責監控相關條件以提升效率，系統中包含數個模組，各模組彼此獨立運作，並分別具備不同感測器和反饋控制機制。車輛效率主要視動力系統感測器和傳動器的精確度、精確度和反應時間而定。這些感測器可幫助傳輸感測資訊所需的封閉迴路運作，以進行引擎管理和變速箱控制(如表1所述)。圖1　HEV中的動力系統表1　動力系統剖析：與建構單元的關係及如何實現頂尖設計目標促進動力系統發展的主要因素為經濟效益與廢氣排放，兩者都會影響性能與行駛能力。在引擎和變速箱系統中，感測器與反饋控制機制透過監控激發來提高效率，並利用燃燒程序效率提升以減少廢氣排放；且感測器和反饋控制機制透過準確監控激發來提高效率，進而促進引擎和變速箱系統效率。為了增加電動車和油電混合動力車中的電氣化程度，工程師必須針對動力系統架構和控制裝置重新構思。此外，動力系統感測器在ICE車輛中扮演的角色也同等重要。如圖2所示，車輛電氣化最初從智慧型感測器開始。而減少ICE車輛廢氣排放的主要方式，是運用動力系統感測器與其性能。圖2　傳統內燃機引擎動力系統感測器可依提供的測量功能進行分類，如圖3所示。動力系統感測器通常可提供以下特性：．低功耗(~10mA)。．高準確性，亦代表提供精確的控制機制。．對激發改變具高靈敏度。．在汽車環境中強固耐用。．電磁干擾(EMI)電磁干擾相容性。圖3　依測量基礎分類動力系統感測器舉例而言，德州儀器(TI)汽車高溫感測器(HTS)參考設計可提供高密度、低成本、高準確的熱電偶類比前端。三種溫度感測器成就動力系統動力系統共有三種主要溫度感測器類型。熱電偶溫度隨著新型柴油引擎問世，對高溫感測器的需求也越來越高，因為排氣系統就在引擎正下方。這種配置需要具備高精確度、高解析度和高整合度的溫度偵測功能，而可承受和偵測高溫的排氣系統溫度感測器通常運用熱電偶，並以多個熱電偶溫度感測器和一個獨立模組來進行控制。熱敏電阻市面上新熱敏電阻提供高溫度範圍，以滿足高溫感測器的需求。以矽基線性熱敏電阻取代標準負溫度係數和正溫度係數類型，也是目前的趨勢。透過新式智慧型熱敏電阻，汽車動力系統的特定需求便得以滿足，可在廣泛的動態範圍中實現高線性。矽晶由於具備以下優點，矽晶溫度感測器在HEV/EV和ICE車輛中扮演著關鍵角色：．於廣泛的溫度範圍中提供高線性。．可在支援溫度範圍內維持精確度。．提供溫度感測器高解析度和第0級認證。．提供數位輸出介面，促進資料數位傳輸。．提供觸發警示功能，大幅提升控制作業效率。．成本低廉且執行簡單。壓力感測器多線束防短路整合式動力系統壓力感測器運用電容與電阻原理，搭配放大器、類比至數位轉換器、微控制器和數位至類比轉換器/數位介面，在一個晶片上進行訊號調整。一般來說，壓力感測元件在溫度方面多呈非線性，因此傳統壓力感測器訊號調整電路中包含溫度與線性補償機制；由於壓力感測器模組線路需要多個線束，因此最好能防止線束發生過電流、過電壓或短路等故障。舉例而言，汽車電阻橋壓力感測器參考設計和汽車電容式壓力感測器參考設計可助使用者避免線束故障。動力系統壓力感測器的基本考量包含：．訊號調整元件需具備較高的絕對最大額定值。．容許線束故障。．高靈敏、壓電電阻壓力感測器需求增加。在汽車應用中，動力系統壓力感測器的訊號調整必須讓感測器能在極惡劣環境中運作，並且能承受各種震動、溫度波動、各種電磁條件和撞擊。液位與濃度感測器以超音波維持系統運作動力系統液位與濃度感測器通常以超音波電容運作基礎。液位必須在車內數個位置進行測量，如水箱、油箱、液壓油箱、機油箱與尿素箱等，皆位於車輛動力傳輸系統內。為了讓控制迴路運作更有效率，必須監控這些液體的液位與濃度。以超音波法進行液體感測有以下優點：．縮短量測時間。．可在廣泛偵測範圍內驅動各種轉換器。．適合各種中型儲槽和中等距離。．可與高電壓電路介接，進而驅動轉換器以進入更深的儲槽中。．能夠整合各種保護級。．可使用控制器區域網路(CAN)介面。在排氣系統中，AdBlue噴射會在柴油微粒過濾器(DFP)之後執行，以減少廢氣中的氨氣濃度；液體濃度與液位感測器在液體濃度與adblue液位量測中扮演重要角色。磁性/電感奠定位置感測器運作基礎位置感測器是另一種運用在ICE、HEV和EV動力系統中的感測器，可在電動轉向、牽引反相器、自動變速和防鎖死煞車系統等重要操作下，測量轉速、角度、速度和開啟/關閉位置。供應商如TI的液位、濃度與流動感測超音波感測類比前端，以及汽車超音波訊號處理器和轉換器驅動器，皆支援這些超音波參數。位置感測器主要以磁性(霍爾式和磁電阻)與電感為運作基礎，依應用而有所不同(表2)。動力系統位置感測器的考量與需求包含：．在重要位置提供耐用性。．具備偵測較小變化的靈敏度。．提供高頻寬以進行速度感測。．整合式數位輸出。．輸入處低雜訊。．陣列感測器或其他靈敏度軸。．可耐受溫度與震動。．非線性磁鐵。．能夠實現高頻寬位置感測。表2　位置感測器類型(依使用原理分類) 電感式位置感測器可透過減少維修來提升耐用性與精確度。 RF排氣感測器提升精確度所有ICE車(包括油電混合車)皆採用排氣感測器。為了因應廢氣排放新規定，越來越多國家/地區皆針對廢氣排放訂立規範，對排氣感測器的相關要求亦隨之增加。如圖4所示，車輛排氣系統中有各種類型的感測器。過去的感測器採用化學方式，利用兩個電極和電極電位基礎來進行感測，這種化學式感測器需要較多維護成本和反應時間。圖4　汽車排氣系統內的感測器類型而新型射頻(RF)排氣感測器可縮短反應時間、降低維護成本並提升精確度；這類感測器的運作基礎是各種氣體都有其發生共振的吸收頻率，並由一個傳送天線和一個接收天線負責感測氣體。若想降低廢氣排放，TI的汽車RF煤灰感測器參考設計中有針對RF感測器在各種汽車排氣系統上的氣體偵測功能加以說明。排氣感測需具備以下條件：．符合第0級資格的產品。．由於每個排氣感測器都具備不同模組，因此需透過CAN協定與主要電子控制單元通訊。．高精確度。．降低維護成本。．高溫下的耐用性與耐受性。由於排氣感測系統位於引擎蓋下方，因此排氣感測器溫度範圍將近可達1,500°C。電流感測器三子系統重要需求不論是燃油引擎、HEV還是EV，電流感測器都是車輛動力系統中最重要的一環。磁性分流基礎可滿足車輛電流感測的需求，使用者可依感測器位置來選擇適當運作基礎。燃油車輛中的電流感測主要為12V，HEV/EV車輛則為48V，其中EV的範圍可從400V到600或800V。以下是電流感測各子系統的重要需求： ICE ICE的電流感測適用12V電池，其中精確度和高度整合是主要影響因素。這種電流感測器必須能在高溫下提供精確度；溫度和補償演算法可在廣泛溫度範圍內維持精確度，以避免獨立式電流感測器發生線數故障。 HEV HEV中的電流感測器適用於12V和48V電池、DC/DC轉換器和馬達控制。毫安培至千安培範圍內的電流感測對電池來說尤其重要，必須以共模電壓電流分流感測器來耐受48V電池；電池電流感測必須能在低電流下提供高準確性，才能進行電池充電狀態(State of Charge, SoC)和健康狀態(State of Health, SoH)計算；DC-DC轉換器電流感測需要更高頻寬，才能針對故障快速進行反應；馬達控制電流感測需高電壓轉換率和低反應時間。 EV EV的車載充電器、DC/DC轉換器、牽引馬達和400V至800V高電壓電池都需要進行電流感測。此外，也需隔離電流感測，以進行高電壓處理。分流式電阻器可提供磁性或強化型隔離、高頻率隔離和高線性。電阻器低功率消耗和隔離式放大器電流感測的設計廣受歡迎，其中EV高電壓電池的低側電流感測結果較為理想，必須透過低電流下的準確度、高整合度及廣泛動態範圍電流感測，來進行電池充電狀態和健康狀態計算。在精確感測非常重要的情況下，供應商如TI的汽車分流式±500A精確電流感測參考設計可在-40°C至+125°C溫度範圍內，為電池管理系統、馬達電流與其他汽車應用提供<0.2%的全幅範圍。至於其他用途，電磁閥和其他數個閥門也需要電流感測才能在整個溫度範圍內得到準確結果，因此必須減少溫度漂移和偏移，並須降低分流容忍度。在這種情況下，較理想的方式是採用整合式分流。感測器設計推動車輛電氣化進程針對EV與HEV中的高容量電池，如TI的汽車、mA至kA範圍、電流分流感測器參考設計亦說明如何利用匯流排式分流電阻器，偵測來自毫安培至千安培範圍的電流。隨著新汽車技術的推出和車輛持續電氣化，也對動力系統感測器與相關電子元件帶來許多影響。在HEV和EV中，電流和位置感測器的設計需求出現大幅提升(表3)；而具高度準確性的訊號調節器和高精確度的運算放大器，是讓動力系統感測器在嚴峻汽車環境下可靠運作的主要功臣；感測器訊號調節電子元件可幫助克服許多挑戰，如高溫和震動條件、EMI保護，以及汽車安全標準相符性等。表3　HEV/EV各類感測器及相關配置在最終分析中，可看到動力系統感測器已準備好面對本時代最大的顛覆性創新科技之一：車輛電氣化。但選擇動力系統感測器和相關訊號調節電子元件時，應仔細回顧基本的設計考量。 (本文作者為德州儀器汽車系統工程師)

2020 年 3 月 26 日 0

智慧聯網/資安/差異化兼備　智慧家庭趨勢六箭齊發

Navigant Research最新研究報告指出，智慧家庭平台的全球年收益預計將從2019年的32億美元增加到2028年的143億美元，年均複合成長率(CAGR)為18.1%。技術商如Silicon Labs耕耘新興智慧家庭市場多年，透過提供矽晶和軟體解決方案，並與各種設備製造商、通訊協定技術聯盟(SIG)和智慧家庭技術聯盟緊密合作，推動智慧家庭市場發展。隨著2020年的到來，人們也總結六項關鍵趨勢，這六大趨勢預計在未來一年中將嶄露頭角。從Smart到Intelligent 傳統上，「Smart」意味著使用者可透過語音命令調節燈光，或者在上下班時以智慧手機打開暖氣。這種聰明智慧很棒，人們都喜歡。但這只是邁向更遠大、更令人振奮旅程的第一步。物聯網裝置正變得更強大且智慧。外形尺寸不斷縮小。強大的通訊協定提供更廣的範圍和更高功效，消費者能夠在家中增加更多可連接的裝置。這些都意味著實現更複雜功能組合的可能性(甚至是期望)越來越大，多種設備可以無縫並智慧協同工作。舉個簡單的例子，當使用者與家人或朋友觀賞電影時。經由單一語音命令可以將電視和機上盒打開，並準備播放電影；同時可降下百葉窗，使燈光調暗，營造出類似電影院的氛圍。多重協定連接更普及談到智慧家庭連接時，沒有一種協定能成為絕對主流。這有充分的理由：藍牙、Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave、Thread和專屬網路都具備不同的特性，其各自在IoT連接中發揮作用。設備製造商將持續根據範圍、連接的裝置數量、功率限制，以及其希望整合之智慧家庭生態系統所使用的協定等因素來選擇通訊技術。這種使用最佳無線技術的方法持續推動對於多重協定連接的需求。例如Silicon Labs開發具備動態多重協定連接能力的無線IoT解決方案，該方案能支援Zigbee、藍牙和其他協定選項；每個協定對延遲和頻寬都有各自的要求，有效的通訊調度是成功利用動態多重協定連接的關鍵要素，如透過單一多重協定SoC進行設計，可以將無線子系統的物料清單(BOM)降低達40%、簡化印刷電路板(PCB)的設計，並藉由射頻共存方法消除多個無線電之間的潛在干擾。由此產生的多重協定智慧家庭產品對消費者更具吸引力，使其不再需要花費太多時間查找規格，以確保某些東西可以在設定後運作。展望未來，人們將看到用於智慧家庭的終端產品開始支援多重協定連接，使購買新產品時對包裝盒上會附有何種協定標誌而感到焦慮的消費者而言，選擇將變得更加容易；而它們都可以正常運作，這與人們的下一個智慧家庭趨勢非常契合。智慧家庭裝置優化使用者體驗即使使用者的裝置是市場上功能最強大的智慧家庭產品，若是安裝和使用體驗不佳就不太可能會得到迴響。市場上的競爭者盡可能讓智慧家庭裝置的設定和操作變得更容易。如Z-Wave SmartStart安裝系統就是一個例子，其使消費者能透過掃描QR Code，將新裝置增加到他們的網路中。人工智慧廣泛運用越來越強大的運算能力，使智慧家庭設備製造商能就近利用裝置附近的機器學習功能，而不是局限在雲端。這種將智慧遷移到邊緣的好處是可以減少延遲，並且打造反應速度更快和更智慧的系統；此外，還可透過限制家庭外部共用數據的數量和類型，提供更高的安全性和隱私性。差異化為裝置製造商技術突破口智慧家庭裝置的製造商對於如何使用先進的技術，改變人們的生活方式都有著某種願景，實現這個願景是他們的首要目標。這就是為什麼他們希望投入更多時間進行創新和差異化，而不是深入了解元件整合、無線認證等方面的細節。而結果是智慧家庭裝置製造商不斷尋找能夠提供開發工具，並且標準化跨越多重通訊協定設計過程的半導體和軟體供應商。這些實用工具可解決繁瑣的耗能分析、配置和連結優化等工作，使裝置設計人員的工作更加輕鬆。因此，可以為創新留出更多時間，同時加快產品上市時間。全面協作模式強化資安沒有深入研究安全性，也就無從談起智慧技術趨勢和物聯網。隨著越來越多的連接裝置蒐集更多資料，駭客發動的攻擊越來越複雜；加上精通科技的消費者愈發意識到這些攻擊和聯網家庭中存在的風險，安全需求(從裝置到雲端)正日漸成長。當然，挑戰在於實現安全性，又能免除對電池壽命、頻寬、CPU使用率和系統成本造成不能接受的影響。要確保IoT的安全，需要一種全面、協作的方法，包括半導體和軟體供應商、無線協定SIG、設備製造商、IoT服務供應商和雲端企業的整個生態系統。例如Silicon Labs的Z-Wave Security S2技術重新設計Z-Wave安全性的工作方式，致力為智慧家庭網路打造黃金標準，其使用橢圓曲線Diffie-Hellman加密技術和非對稱密鑰交換。關鍵為其在裝置上的代碼占用空間很小，為製造商提供新增所需功能的額外空間。S2補足其他針對IP網域的優化機制，這些機制使Z-Wave服務能夠實現端對端的安全性。智慧家庭市場令人振奮，對於設計和製造智慧家庭產品的人來說，網路協定的互連/互通越加容易；簡化開發和提升使用者體驗的新工具意味著他們能更快設計出更具吸引力的產品。另外，對消費者而言，好消息是他們將從更快的創新步伐、更廣泛選擇易用產品以及從生態系統互通性中受益，這將讓他們在2020年後實現越來越聰穎的智慧家庭生活。 (本文作者為Silicon Labs智慧家庭產品行銷經理)

2020 年 3 月 23 日 0

三合一電源架構實現高效充電　太陽能電動車前景可期

在印度標準局(BIS)、印度汽車研究協會(ARAI)、能源效率服務有限公司(EESL)等組織的協助下；印度政府已公布充電站的技術規格，此外AC-001、DC-001等原始標準也已經完成開發，並在特定地點部署充電站；除了低功耗AC和DC-001之外，最新規範也要求充電站必須配備多種規格的充電器，也就是AC Type 2、CCS和CHADEMO。不過這些系統完全仰賴電網供電，會因主要都會和半都會地區建物的供給而受限，而且電網是否準備充分足以應付這些額外負擔，也都還是問題。而這就是太陽能與儲存裝置可以切入的領域，不但可補足電網不足，還能在全國各處可行地點獨立作業。所幸印度已成功部署太陽能，且因地理條件，太陽能資源十分充足。一次性的安裝與資本支出可順利運轉至少20到25年，投入的資金只需短短幾年即可回收，之後的能源輸入便都形同免費。接下來將介紹一套可行的實作方法，來運用、儲存太陽能並將其應用於電動車的充電；本文還會略為提到能源的運用和儲存方法、分散式電池管理、能源轉換與連結，都是模組化、可擴充之太陽能驅動電動車充電站的基本要素。圖1為常見由太陽能驅動之電動車充電站實作的配置圖，主要元素均可一目了然。圖1　太陽能電動車充電站的功能方塊至於使用者的部分，基本上為終端使用者會用到的功能。資訊的交換和使用者互動都是在這裡進行，通常包含一個具備觸控感測功能的TFT螢幕、供驗證或支付用的NFC讀卡機，有時或許還有藍牙介面以提供更先進的功能；車輛可實體連接任何一種輸出埠─供小型車和電動三輪車使用的AC慢充、特定等級車輛的AC快充，以及DC快充。使用者必須驗證自己的身分、設定偏好的充電方式，並且等到充電完畢。不過越深入其後的功能越複雜，因為都由中央控制器所控制和監控，所以會牽涉到許多不同的模組。三供電來源共構能源管理系統這套系統有三種供電來源。首先最重要的就是太陽能板，規模分析並不在本文討論範疇內，但一般來說每小時最少要有數千瓦(Kilowatt)。太陽能板的額定輻照度通常在每平方公尺150W。太陽能板饋給的對象為最大功率點追蹤(MPPT)模組，這是一種直流對直流(DC-DC)的功率轉換器，內部可執行最大功率點追蹤運算法。一般來說這些裝置效率都非常高，電效率超過98%，其通常是多相的交錯式降壓或降升壓轉換器，輸入和輸出端都只要幾百瓦就能運轉。裝置可以隔離也可以不要，但因為法規或安全因素，大部分系統都會進行電氣隔離。它的輸出對象則是一個通用的直流匯流排，可從這裡將下游能源提供給負載，而系統可採類比、完全數位化，或混合類比與數位控制。第二種來源是電網，其並非必要供電來源，因為目的是使太陽能的利用最大化。不過在供電斷斷續續，或日照不足以提供全年或特定季節運轉的地區，電網就有助於滿足需求，因為系統基本上是一種太陽能儲存裝置，因此也可以利用系統本身在尖峰時刻補足電網之不足，或利用雙向的併網逆變器，擔任太陽能發電場的角色。若有適當政策將太陽能發電場或自用電廠所產生的電力輸出給電網，並採用淨計量電價的模式，就同時可以達到兩用效果。第三種來源，同時也是接收/儲存點，則是電池。最近的趨勢是利用電池續航力高的鋰電池來快速充電，放電深度與容積效率都非常高，也可以將電池放在地底下以節省建物空間。這些鋰電池組件會以適當的串並聯組合放置，並分為好幾個組列。電池的末端有一個接線盒，以及同時扮演監督者角色的終止裝置。每個電池都有一個資料埠，通常為CAN或RS485，都以菊環鏈模式輸出到終止裝置，終止裝置就能從最頂層了解每一個電池、組列或整個蓄電池組的健康狀態─這基本上是一種資料集中器和交換裝置，讓電池組件連接或中斷電路。此外，其還能和中央控制進行通訊，決定電池要充電還是放電。圖2很清楚描繪出電源系統的架構，這是一種模組化的系統，可擴充到適當規模，模組通常都可擴充，每個3~5kW且搭配通訊匯排流，多半是CAN或MODBUS/RS485。中央控制器隨時都可以根據功能需求來配置模組—無論是充電管理、負載管理或診斷檢查。中央控制器內部經過布建可偵測能源使用狀況，基本上就是每小時消耗、儲存和產生/輸出多少kW的電力；同時還能與工業標準的電度表通訊，達到計費、費率設定等目的。圖2　後段的能源系統架構 SiC提升電源轉換功率密度/效率 DC-DC轉換器模組接收DC匯流排的輸出。依照連結的車輛種類，還有與車輛電池管理系統規定電壓和電流相關需求，中央控制器會將DC-DC轉換器配置到通訊匯流排，這種選項通常用在DC快速充電，還可同時搭配多個DC-DC轉換器模組以達到負載。 DC-AC逆變器也是接收DC匯流排的輸出，但專門用於只能接受AC充電或一般慢充應用的車輛。這種雙向的逆變器可達到兩種功用：一是對DC匯流排輸出以滿足需求，二則是當充電站處於空轉狀態，抑或尖峰時段必須利用充電站來補強電網不足，便可反向對電網輸出電力。目前任何一種電源轉換模組的關鍵效率指數包括下列兩項指標：．高效率端對端>95%，為現今已經可以實現的數字。．高功率密度有助於縮小系統體積，因為建物空間是主要部署成本之一。以上兩點都可以藉由先進的晶片技術達成。寬能隙(Wide Band Gap)半導體，尤其是碳化矽(SiC)元件，能在高切換頻率、更高的接面溫度下運作，而且效率更高。除此之外，還可自動縮小磁性元件和電容器等被動元件的尺寸。因為有更好的磁性元件材料，在設計上得以縮小體積並降低耗損，因此可以處理更高的功率。中央控制器四功能確保穩定充電中央控制器為充電站的大腦，功能包含最基本的使用者/訂戶的辨識及互動，甚至是確保車輛以最適方式充電，結合高效能運算、聯網與感測功能，功能強大。主要功能如下：．使用者身份與支付就使用者而言這是最常見的功能，透過智慧卡、一次性密碼(OTP)、支援NFC功能之手機，甚至藍牙執行。所有次要系統都由面板的微處理器/微控制器(MPU/MCU)控制。．電源管理這是充電站最重要但也最不顯眼的部分。系統控制器會持續監測電源情境：也就是供與需，接著決定如何從供應端滿足需求。無論光靠太陽能是否足以供應負載，或必須結合太陽能和儲存的電力，又或是同時需要從電網提供部分輸入。有些情境下可能會出現供給過剩或需求過高的狀況，其有足夠的智慧功能，可透過更改上述各種電源模組的設定，根據實際狀況傳送電力。．聯網功能最新的充電站和相關部署，都必須連上雲端以進行遠端監測及控制；且必須定期與中央管理系統(CMS)對話、回報轉移狀況、參數、診斷結果和運轉數據；同時需要接收來自中央管理系統的運轉指令及設定。因此目前已有多種聯網選項，包括有線及無線。3G/4G、Wi-Fi、乙太網路，甚至是LoRa，都已經用來進行遠端監測。．保護、診斷和回報錯誤為了防止故障，系統具有動作迅速的保護機制，會因為大浪或雷擊等外部事件、運轉方面的問題、意外或刻意的誤用/濫用，或者是短路、超溫或過電壓/過電流狀況而驅動。為持續降低運轉成本並將故障時間減至最低，系統會自動回報可能經常發生的問題。模組化的建構方式讓系統可以準確指出現場有哪個故障部分必須更換，這樣技術人員就能在抵達現場前做好準備。以上簡單介紹太陽能電動車充電系統部署方式。讀者可以到位於印度諾伊達(Noida)的意法半導體印度開發中心，體驗可行的解決方案和各種子模組，也可以根據OEM代工業者的個別需求提供客製化的設計。電子行動和電動車的充電基礎架構是關鍵的焦點領域之一，相關研究也正如火如荼進行，希望解決上述所有功能模組的高效率問題。目前已有端對端晶片可讓電動車充電站得以成真，還有許多設計參考架構加速產品上市時間。 (本文作者任職於意法半導體)

2020 年 3 月 19 日 0

可編程架構靈活第一　FPGA DNN部署高速直進

本文概述演算法和架構方面的最新發展，並探討FPGA如何適應不斷變化的環境。 DNN加速部署因應環境變化當今工業革命的核心是推出許多機器學習(ML)的演算法，尤其是深度神經網路(DNNs)(圖1)。其在電腦視覺與語音辨識領域取得令人印象深刻的成果，且越來越廣泛地應用在其他任務中。DNN首先會透過已標記的資料集進行訓練，後續應用的其中之一是將其他資料進行推論，這個推論的過程通常被稱為部署，即是本文的重點。圖1　卷積神經網路的基本拓撲結構與DNN部署相關的大量運算和儲存需求需要加速。此外，根據不同的應用實例，可能會對準確度、成本、功耗、模型大小、傳輸量和延遲有不同的限制。擁有即時性且以安全為重點考量的應用，如AR、無人機控制、自動駕駛等，由於低延遲與資料傳輸量的需求，因此不適合使用雲端。在雲端運算和ML即服務的環境下，資料中心為成功處理大量的資料，面臨不斷成長的傳輸需求，為能源效率與營運成本帶來更多像是如何降低最多營運費用等挑戰。與嵌入式場景相比，雖然雲端服務延遲不那麼重要，但其仍然會直接影響到互動式應用的使用者體驗，例如Jouppi等學者在雲端服務中，將互動式使用者體驗的回應時間限制為7毫秒。由於上述這些挑戰，過去數年間不同DNN模型與加速器呈現極速的發展。考慮到應用需求的差異，目前DNN推論作業負載與硬體加速器架構領域的一大關鍵趨勢，為多樣性及快速演進發展。本文將概述演算法和架構的最新發展，並探討FPGA如何適應這種不斷變化的環境。 DNN趨向追求高效推論 DNN通常是由一個或多層建構的前饋運算圖，其中大型網路能夠包含數百到數千層；每一層皆由突觸互聯的神經元組成且都與權重相關。每個神經元運算其接受域的加權和，並且使用非線性激勵函數。電腦視覺通常使用卷積層，其接受域擴展到多個典型的二維特徵圖，這些特徵圖與多個典型的二維過濾器進行卷積，產生如圖2所示的運算虛擬碼結果。圖2　典型DNN運算的虛擬碼機器學習框架(如PyTorch、TensorFlow和Caffe)都是基於這些運算圖展示，針對訓練與推論將硬體的運算進行排程與配置。傳統意義上，機器學習研究的重點是如何提高模型精確度，並沒有特別考量推論的成本。這一點在像AlexNet與VGG這類較為陳舊的ImageNet獲獎網路中表現相當明顯，即便這些網路現在看來規模較大且過度參數化。然而，隨著機器學習和DNN進入實際應用，運算和記憶體需求成為其中一個主要的問題。上述問題激發最近一系列有關如何使DNN推論更有效的研究，同時精準度和運算的複雜度也會成為考量。以下簡述為提高DNN效率而提出的幾種方法。在大多數情況下，這些方法可被認為是相互獨立且可以組合的，儘管部分DNN可能不太適合某些技術。高效能拓撲結構 DNN的拓撲結構定義了其包含多少層、每層的類型和大小，以及各層之間的連接方式。一些拓撲結構由構造規則進行定義，該構造規則根據拓撲參數定義大小和層數。近期大量研究都提出DNN可透過緊湊的拓撲結構實現高精準度，例如透過少量的參數、少量的乘積累加(MAC)運算或兩者並用。最近的範例包括MobileNets、 ShiftNet、ShuffleNet，和Deep Expander Networks，其通常具有可控制精準度與運算量之間權衡的拓撲參數。而FPGA在這方面可以提供獨特的優勢，因為新型運算單元(例如移位和隨機排列)幾乎不需要運算資源，可透過重新配置元件中的可編程設計互連來實現。量化 DNN通常使用浮點運算進行訓練，但可以使用有限的數值，其通常可以直接量化到8位元(參考圖3)，或者重新接受訓練以使用更少位元(訓練量化)，進而得到量化神經網路(QNN)。量化方案可以是均勻或非均勻的，而根據網路的不同部分可以使用不同的量化方案。使用更少位元數需要更少的運算和記憶體，但可能會導致準確度降低。最近大量資料都提出更好的量化訓練技術。近期的方法如LQ-Nets，已經將浮點和4位元QNN之間的精準度差距縮小到1%以下。圖3　正弦波3位元量化函數 FPGA內部的可編程邏輯可提供獨特的功能，能夠以非常精細的位元度對運算單元的資源進行客製化，進而提供精確的位數來滿足應用需求。因此，此應用能夠發揮潛力來降低運算與記憶體的硬體成本。剪枝(Pruning) 神經網路的一部分可以被修剪掉而不會對準確度產生任何重大影響，對於某些層來說，準確度最高可達90%(圖4)。剪枝技術在如何選擇修剪部分(例如透過權值幅度或二階導數)，以及在選擇以何種精度執行修剪(例如單個突觸、相鄰突觸群或用於卷積的整體特徵圖)有所不同。修剪單個突觸會導致不規則的結構，而這些結構只能透過專用硬體來進行有效處理。雖然人們通常選擇較粗精度的修剪方法，但是精細度的修剪方法更進一步提供可與FPGA搭配使用的效能擴展性，進而縮減記憶體子系統，在提供運算引擎所需支援的同時，有效儲存稀疏表示(Sparse Representations)。圖4　突觸剪枝層間融合與分解數學等價或近似可以用來減少DNN層的運算和記憶體需求。例如，批次的標準化操作可以融合到前面的線性轉換層(卷積或全連接層)中。卷積可以用深度可分離濾波器(Filter)來近似表示基於奇異值分解的全連接層。其他技術則可以使用知識蒸餾(Knowledge Distillation)使高效能模型的訓練變得更加容易。Hoffer 等學者提出將DNN的最終分類層固定到Hadamard矩陣上的方法，該矩陣具有+1/-1的固定模式值，並證明此方法對幾個ImageNet網路的分類精準度沒有影響。精度/運算之間損益比較實測神經網路是函數近似器，高品質的近似器(Approximators)比低品質的成本更高。其中，在確定將多少記憶體和運算資源用於執行推論(使用神經網路)，以及所得推論的品質(例如網路對未見輸入影像的類別進行預測時的準確性)之間，需要作出權衡。雖然難以確定資源與精度之間的確切關係，但是透過對具有不同運算要求的神經網路進行訓練並觀察所得準確度，能夠以過往經驗探究其設計空間。圖5呈現的是設計空間探索的一種結果。(圖中兩軸上的數值越低結果則越理想。)使用不同的量化方案來生成具有不同運算成本(x軸表示為在整體運算中將使用多少FPGA LUT和DSP片的大略數值)和準確度(y軸)的網路。紅線是柏拉圖邊界(Pareto Frontier)與設計點，這些設計點在運算成本和準確度方面都是同類中最好的。在這種情況下，較低準確度的深度網路(ResNet-50，具有2位元權重和8位元激勵)的運算成本與誤率較低，優於較高精度的淺層網路(ResNet-18，具有8位權重和8位激勵)。圖5　運算成本與使用各種量化網路在ImageNet上排名前5的分類錯誤率深入推論加速器架構研析發展趨勢如前所述，神經網路對運算與記憶體的要求可能非常高。例如使用像ResNet-50這類熱門的DNN對每個單獨的輸入影像進行分類需要77億次運算。然而，從優勢來看，本質上DNN的高度平行化，可以加以利用。因此，各種形式的客製硬體架構正在演進發展，以實現這些演算法的部署。 DNN的推論運算包含多個平行級別，如圖6所示。這些平行級別可歸納如下：・連續層之間的粗精度拓撲平行與平行分支，例如在GoogLeNet或DNN整合中所發現的。・層內的神經元和突觸平行，例如多個輸入/輸出特徵圖(IFM/OFM)通道及卷積層中的畫素。・當分別查看權重和激勵的各個位元時，運算內部的位元層級平行級別。圖6　適用於運算DNN推論的平行級別推論加速器架構前景可期在為這些運算和記憶體高度密集型演算法優化硬體架構時，會出現以下問題：・如何進行最佳迴圈轉換和展開，以實現資料重複使用和運算效率最大化與記憶體瓶頸最小化？・如何在技術節點縮小導致收益有限的情況下提供效能可擴展性？・如何實現即時回應、功耗限制，以便在耗能較高的嵌入式應用場景中進行部署？除了標準的CPU以外，特殊應用硬體架構正試圖針對特定的應用限制進行優化，包括GPU、FPGA和AI ASIC。微軟創造了「DNN處理單元」這一術語，也可簡稱為DPU，作為這些客製架構的總稱。圖7描述了通DPU架構，其中典型的「痛點」以黑點標示。圖7　通用DPU架構中的典型「痛點」架構可以大致按照運算操作的基本類型、記憶體頻寬、平行級別、專業化程度和既有的準確度支援進行分類。雖然GPU最初是專注於遊戲和繪圖處理，並逐漸應用於高效能運算，但之後也越來越關注AI領域，並且將訓練加速作為其業界標準。 GPU被認為是向量SIMD處理器，如透過NVIDIA Volta系列中引入張量核(Tensor Core)和定點整數運算，為深度學習進行越來越大幅的客製化，尤其是採用NVIDIA最新Turing架構的INT4和INT8。DPU的ASIC解決方案旨在實現硬體成本最小化，並盡可能提升效能，例如Google的張量處理單元(TPU)。如前所述，TPU專門針對張量而不僅只是向量進行運算，並且為了充分發揮量化的優勢，還擁有客製記憶體架構與算數運算。除了TPU以外，越來越多公司正在打造客製硬體，包括Arm、Intel收購的Nervana、MobilEye和Movidius，以及GraphCore、Cerebras、Groq和Wave Computing等眾多新創企業。綜上所述，業界環境正在迅速發生變化。 FPGA在高效DNN的優勢 DNN的多樣性還展現在前面提到的各個平行級別上。因此，對於固定的硬體架構，如果以固定方式傳輸固定數量的平行運算元素，執行DNN的效率就會受到限制。例如，如果為了利用輸入特徵圖和輸出特徵圖(IFM-OFM)平行而建構固定的架構，那麼對於深度可分離卷積來說，可能會降低其利用率。特別是考慮到用來創建高效DNN的技術在快速發展，靈活應變能力是在不斷變化的DNN推斷環境中保持高效率的關鍵。在這種情況下，業界廠商如賽靈思(Xillinx)FPGA的主要特色在於提供的運算和記憶體資源具有靈活應變能力，並能實現大規模細精度平行。該元件支援多種DPU架構，這些架構能夠充分發揮多個平行級別的優勢，並根據特定DNN拓撲結構的要求和應用根據設計限制進行客製。在FPGA上運作的Soft DPU可以支援上述配置，並且能為每個特定的神經網路客製顯式記憶體管理及算數運算。圖8、圖9和圖10提供Soft DPU範例呈現出其架構的多樣性。每種架構的主要特色如下：對於特定的QNN，FINN可生成客製DPU，其中每一層都有專屬硬體，並採用晶片上通道連接到下一層，但會受到元件尺寸的限制。這樣可以為每一層客製精確度與運算資源，進而實現高效能的設計。層間資料流平行有助於實現低延遲與高傳輸量。FINN是可利用的開源程式碼。圖8　FINN是一種專用於每層運算資源與層間晶片上資料流Soft DPU 圖9　xDNN是一種具有高度可編程設計與效能優化功能的Soft DPU xDNN是一種具有固定精度的脈動陣列可編程設計堆疊架構。該陣列的規則結構支援高度的效能優化。其提供的工具流能夠將任何DNN應用到該架構，無需生成新的位元流或具備FPGA專業技術，即可將xDNN用於評估。圖10　BISMO為可支援不同算數運算精度且無需重新配置的Soft DPU BISMO是位元串列矩陣乘法的可編程設計堆疊，其透過序列化位精度維度但平行化其他維度，提供一個固定的架構，不但可以利用運作時的可變精度，同時仍然能夠提供高效能。精度更高的層需要更多的時脈週期(Clock Cycle)來執行，而BISMO為一款開源程式碼。在摩爾定律終結的驅動下，賽靈思使用的AI架構由具有客製指令集的軟體可編程設計AI引擎組成。此外，基於NoC的互連，在布建資源方面更進一步提升靈活性，這對於提高元件利用率來說至關重要。再者，除了神經網路本身，FPGA還可以提供感測器融合和靈活的I/O；FPGA不僅能夠增加電腦視覺的預處理和後處理，還可以為線上智慧提供整合所需的其他功能，使元件適用於使用者的應用環境。 FPGA架構更迭因應各種挑戰越來越多的應用採用機器學習演算法，為傳統運算架構帶來巨大的運算負擔。半導體產業透過許多代號為DPU的創新架構來因應挑戰。其中，FPGA可以發揮關鍵作用，在調整運算架構方面提供高度的靈活性，因此不僅適用於一般的機器學習任務，還適用於特定的神經網路拓撲結構。可編程設計元件可以提供客製演算法，實現儲存和運算資源最小化，進而提供進一步的效能擴展性或針對嚴格的延遲要求進行最佳化。最後，FPGA可以在I/O和感測器融合與電腦視覺的預處理和後方面提供高度的靈活性，有利於滿足客戶需求 (本文由賽靈思提供)

2020 年 3 月 16 日 0

架構空間/電源效率雙雙達陣　SIMO PMIC添可攜式設計新意

然而該方法與此類便攜、輕巧裝置的其他重要要求矛盾，尤其是對小尺寸的要求。本文將探討三種重要的可攜式應用，證明即使需要多個模組，圍繞單電感多輸出(SIMO)核心轉換器客製化的整合式電源管理方法，也能輕易解決此難題。圖1　無線連接的IoT設備傳統電源設計難題多傳統方案通常會使用多個開關調節器及相關電感或多個線性調節器。對於可攜式電源管理來說，SIMO架構可解決傳統方案電源效率低下和尺寸問題。相較其他方法，該方案可以更小空間提供更高功率，支援更長的電池壽命和更小的外型尺寸。雖然SIMO轉換器IC在整合度方面有所進步，但可能需要附加功能滿足更複雜的系統要求。這就帶來難題：有沒有可能將核心SIMO轉換器整合各種不同等級的協助工具，進而將整個電源管理系統在單個IC中實現？以下的案例分析將SIMO技術應用到三種截然不同的可攜式應用中，進而解決此疑問。圖2所示為典型的可充電電池系統。有交流插座頭存在時，交流插頭透過充電器為電池充電，同時透過SW2為負載供電；在無插頭的情況下，電池接管，透過SW1為系統供電。由於空間和成本限制，通常須使用多個LDO，同時利用單個開關調節器(BUCK)為最重的負載供電，且可能還需一個或多個LED驅動器，以支援IR遙控或RGB訊號。圖2　典型耳戴式設備電源流程圖以下針對三種不同應用對該系統進行客製化。可充電電池系統實現高效供電圖3所示為支援可充電電池系統的全整合SIMO PMIC方案，利用兩個升/降壓開關調節器(BB3、BB2)代替LDO(圖2中的LDO3、LDO2)，實現對兩個負載高效供電；第三個升/降壓調節器(BB1)代替圖2中的BUCK；整合的LDO1用於雜訊敏感的負載；而該方案亦整合LED驅動器。最後，圖2中的充電器和開關也整合到圖3中的充電器和電源通路模組中。圖3　使用SIMO PMIC1的可充電電池系統使用SIMO開關調節器相較使用線性調節器的方案，前者的電源效率和尺寸優勢較大，透過使用升/降壓調節器，即使在輸入電壓下降到輸出電壓以下時也能進行調節，進而用盡電池能量。電視或智慧家居等的可充電遙控器皆需電源管理系統，如充電器和紅外線LED驅動器，而SIMO PMIC為此提供使用者不同選擇。智慧電源通路供電模式至於圖4所示為PMIC中充電器和開關的配置。智慧電源通路電路在系統(SYS)和電池之間分配功率。當交流適配器作為電源時，輸入控制環路將系統電壓(SYS)調節至4.5V(VSYS-REG)。在此情況下，充電器(電晶體T2及其相關控制)由SYS接腳供電，並為電池充電；而當交流適配器不提供輸入電源時，電池透過T2為IC電路及系統負載供電。圖4　智慧型電源通路相比圖2的配置，由於T2既作為線性充電器(有交流適配器時)的傳輸電晶體，又作為開關(無交流適配器時)，因此此配置具有更高的矽效率。得益於其SIMO開關調節器和高效偏置LDO，小尺寸PMIC(採用2.15mm×3.15mm×0.5mm WLP封裝)以較小損耗提供電源，PCB空間僅為21mm2，不及普通實現方法的一半。圖5所示的方案布局考量到所有被動和主動元件，圖中的PMIC採用一個線性充電器(375mA)、一個三路輸出SIMO升/降壓調節器(共300mA)、一個LED驅動器(425mA)和一個LDO(50mA)，而雙向I2C介面允許配置和檢查元件狀態。圖5　SIMO PMIC1方案(21mm2) 此外，PMIC在待機模式的電流消耗僅為300nA，優於其他可用方案2倍以上的效率。此種能力及其較高效率延長寶貴的電池壽命，透過使用較小電池有效降低系統尺寸，同時延長兩次充電間的時間間隔。非充電電池系統　實現多功能監測圖6中更小的PMIC2可實現非充電電池系統所需的功能。圖6　採用SIMO PMIC2的非充電電池系統實際例子如活動監測儀和胰島素筆採用LED實現各種功能，通常由AA型或AAA型圓柱電池供電。小尺寸PMIC供電適用於活動監測智慧胰島素計量裝置有助於為胰島素筆加注正確數量的胰島素，並在加注結束時點亮LED，諸如身體活動、癲癇發作和睡眠監測儀等活動監測儀都同手錶般戴在手腕上，將LED發出的光調諧到各種不同頻率，穿透皮膚。光電檢測器則檢測血液和身體組織反射的調變訊號，提供關於病人物理活動的資訊，如心率、運動和呼吸。而SIMO PMIC是此類系統的選擇之一。圖7中的PMIC採用1個三路輸出SIMO升/降壓調節器(共300mA)、3個LED驅動器(每個3.2mA)和1個LDO(150mA)，而雙向I2C介面允許配置和檢查元件狀態。圖7　SIMO PMIC2方案(16mm2) 該PMIC(採用2.15mm×2.75mm×0.7mmWLP封裝)以較小PCB面積(16mm2)實現供電。而圖7所示的方案布局考量到所有被動和主動元件。此外，PMIC在待機模式下的電流消耗僅為300nA，有效模式下僅為5.6µA。非充電電池系統設計精簡化圖8中精簡型PMIC3整合3個升/降壓調節器，形成最簡單、較小尺寸的非充電系統實現方法。圖8　採用SIMO PMIC3的非充電電池系統最小PIMC適用於鈕扣電池/感測器考量濕度以及其他IoT感測器要求小尺寸及可靠的電源管理系統，以實現較小尺寸及最長工作時間和保存期限，具低靜態電流的SIMO PMIC是此類應用的良好選擇。如圖9所示的PMIC採用三路輸出SIMO升/降壓轉換器(共300mA)，而雙向I2C介面允許配置和檢查元件的狀態。該PMIC(1.77mm×1.77mm×0.5mm WLP封裝)以較小PCB面積(14mm2)實現供電。而圖9所示的方案布局考量到所有被動和主動元件。此外，PMIC在待機模式下的耗流僅為330nA，有效模式下僅為1.5µA。圖9　SIMO PMIC3方案(14mm2) PMIC設計解決電源管理挑戰本文討論實現電池供電設備的小尺寸和高效率電源管理系統面臨的挑戰，並提出客製化的整合方案，透過將支援既定的複雜電路選擇性整合到單晶片PMIC，可發揮SIMO架構空間及電源效率優勢，並將SIMO技術應用到三種不同的可攜式應用。對於每種情況，該SIMO PMIC皆根據應用客製化，獲得的最佳結果實現較小PCB尺寸和較長電池壽命：．第一款PMIC(MAX77278) 整合線性充電器、智慧電源通路、三路輸出SIMO升/降壓轉換器、LED驅動器和LDO，是可充電應用的良好選擇之一。．第二款PMIC(MAX77640) 整合三路輸出SIMO升/降壓轉換器、3個LED驅動器和1個LDO，為非充電應用提供客製化的方案。．第三款PMIC(MAX17271) 整合三路輸出SIMO升/降壓轉換器，專門為小尺寸、精簡型應用客製化。上述客製化的電源管理實現方案，較大程度發揮SIMO架構空間和電源效率優勢，為可攜式應用提供較小尺寸、較高效率的電源管理方案。 (本文作者皆任職於Maxim)

2020 年 3 月 15 日 0

雙AMR感測實現馬達精確角度測量　自駕系統安全再獲確保

半導體供應商如亞德諾半導體(ADI)便提供磁阻(MR)位置感測器產品和基於分流器的電流感測放大器產品，可使EPS和電子煞車系統中使用的無刷馬達實現高性能換相和安全運作。自駕趨勢使安全更被重視近年來隨著人們對於車輛安全性的要求越來越高，先進駕駛輔助系統(ADAS)也相應獲得進一步發展及推廣，其依賴安全氣囊保護駕駛及乘客安全之傳統被動系統輔助。這些新出現的系統，最初是為輔助駕駛在安全危急情況下作出正確決策，長期而言，則能替代駕駛作出決策。這些技術的進步亦引領汽車朝向半自動和全自動駕駛遞進，使電子控制單元(ECU)代替駕駛作出決策，以及讓執行器負責進行車輛轉向和煞車操控，皆為將駕駛車輛的任務移交給感測器、ECU和電力傳動裝置。此趨勢促使廠商開發更可靠、更智慧、性能更高的額外的電力傳動裝置解決方案，而這些解決方案皆須符合ISO 26262功能安全標準。考量風險的安全標準，其需對危險操作情況的風險進行定性評估，並在元件和系統設計中融入安全措施以避免或管控系統故障、並檢測或控制隨機出現的硬體故障或減輕影響。這些執行器系統通常使用無刷直流(BLDC)馬達驅動，由於這些系統對安全性相當重要，因此設計人員在設計解決方案的硬體和軟體時，須保證系統能滿足汽車安全完整性等級(ASIL)D級的高標準。 MPS確保馬達控制無刷直流馬達無電刷觸點，因此需使用馬達位置感測器(MPS)測量定子與轉子間的相對位置，以確保定子線圈按正確順序通電。馬達位置感測器在啟動時扮演重要角色，因為此時微控制器無可用的反電動勢確定轉子和定子的相對位置。傳統上阻塞換相(見圖1a)由三個霍爾開關組成，其用於指示無刷直流馬達中轉子的位置。由於人們要求提高BLDC馬達驅動器(包括EPS系統)的性能，尤其是降低其噪音、振動和聲振粗糙度等級(NVH)，以及提高其運作效率，因此阻塞換相逐步被正弦換相控制所取代。霍爾開關則可由安裝在馬達軸末端的雙極磁鐵前面的MR角度感測器代替(見圖1b)。在典型的應用中，MPS也被安裝在ECU組合上，而ECU則被整合到馬達外殼，且安裝於馬達軸末端。圖1　(a)BLDC阻塞換相控制和(b)BLDC正弦換相控制 ASIL等級反映系統安全性 ISO 26262於2011年導入，其作為一種安全標準，以解決與電氣安全相關系統故障可能造成的危害，之後由2018年版所取代。針對系統建置安全和風險分析，以確定系統的ASIL等級為必要的過程。而ASIL等級則透過審查系統於運作期間潛在危險的嚴重程度、暴露程度和可控性確定(圖2)，例如若人們對EPS系統實施風險和危害分析，可能會得出以下結論：基於這些事件(如轉向鎖止和自動轉向等)的嚴重程度、可控性和暴露性，將這些嚴重事件評定為ASIL D等級；同樣地，對於即將推出的電子煞車系統，則可採用相同邏輯確定不可控事件的嚴重程度，如煞車鎖止或自動煞車。圖2　ISO 26262 ASIL評級矩陣根據EPS或煞車系統示例，ASIL D系統評鑑可透過分解子系統實現，如圖3a、圖3b及圖3c所示。圖3　針對ASIL D系統的ASIL分解方案每個系統元件不須皆按照ASIL D標準和流程開發，以使ASIL D系統符合規格；但在進行系統等級的審核時，要求整個系統必須滿足要求，且可整合QM、ASIL A、B、C、D等級的子元件組成系統，且系統分解還應確保獨立性，並考量依賴或共因故障的可能性。傳統EPS系統拓撲架構及潛在問題典型的EPS系統拓撲結構如圖4所示。EPS ECU根據駕駛施加到方向盤上的轉向扭矩、方向盤位置及車輛速度計算所需的輔助功率。EPS馬達透過施力轉動方向盤，以減少駕駛操縱方向盤所需的扭矩。圖4　典型的EPS拓撲馬達軸位置(MSP)角結合相位電流測量資訊，用於對EPS馬達驅動器進行換相和控制。典型EPS馬達控制迴路如圖5所示，所需的扭矩輔助等級因駕駛條件而異，由車輪速度感測器和扭矩感測器決定；扭矩感測器測量駕駛或無人駕駛汽車中的馬達執行器施加至方向盤的扭矩；微控制器隨後使用MSP資料和相位電流資料控制提供馬達所需輔助的電流負載。圖5　典型的EPS馬達控制環路 MPS感測器故障可能導致或加重系統故障，如轉向鎖止或自動轉向，因此MPS為EPS系統中的重要元件，其中關鍵在系統需能綜合全面診斷感測器故障，以確保在MPS感測器出錯或發生故障時能夠繼續正常運作，而不會發生嚴重的系統故障，或者在出錯時系統能以安全方式停止運作。電流感測放大器通常用於間接精確測量馬達負載，一般應用於三個馬達相位中的兩個相位，提供額外診斷資訊(可作為整體系統安全保障措施的一環)。此外，高度準確的馬達位置和相位電流測量可以從系統層面改善EPS馬達的控制性能，實現高效、安靜、平穩的轉向，進而提升駕駛體驗，因此是系統中的關鍵元件。雙AMR感測器　確保穩定操作在EPS或其他安全性關鍵馬達控制應用中，可採用不同的方法來使ASIL D符合規格。以下示例便將雙重各向異性磁阻(AMR)馬達位置感測器和像是ADI的電流感測放大器整合到此系統中，以提供所需的性能等級和額外需要，從系統等級實現ISO 26262 ASIL D合規性。在圖6中，用不同技術(如霍爾、GMR或TMR)的另一個感測器對雙AMR感測器進行完善和補充。雙AMR感測器作為主(高精度)感測通道，第二個不同感測器技術通道有三個用途：．啟用「三選二」(2oo3)比較，以驗證當與其他系統輸入組合時，其中一個感測器通道是否出現故障。．在發生可能性極低的兩個AMR通道都故障的情況下，提供位置回饋。．在馬達極數為奇數的情況下，為微控制器提供360o象限資訊，用於馬達換相。圖6　適用於安全性至關重要的應用的馬達位置和相位電流檢測結構示例準確的角度測量將繼續由雙AMR感測器的兩個通道提供。額外的系統診斷，如馬達負載和軸的位置，可以從準確相位電流檢測放大器的動態狀態(反電動勢)間接推斷得出。若查看此感測器架構示例中所有可能的感測器故障模式，可以看出應始終有兩個位置感測器輸入可用於可靠性檢查。即使在兩個AMR通道都因常見故障原因以致同時故障，這種極不可能的極端示例中，仍然可以使用來自輔助感測器通道的降級位置感測資訊，以及電流感測器在動態狀態下提供之反電動勢資訊進行交叉比對，以確保系統基本功能繼續正常運作。這種系統等級的診斷功能將確保不會發生嚴重的故障模式，並且確保系統實現ISO 26262 ASIL D合規性，之後便可以安全關閉系統的電源，或者轉入跛行回家模式(Limp Home Mode)，以返回經銷商進行維修。感測器設計改善乘車體驗隨著用於提高汽車安全性的ADAS推出，以及全自動和半自動駕駛車輛的出現，人們開始要求更可靠、更智慧、性能更高的額外電力傳動裝置解決方案，同時要求需符合ISO 26262功能安全標準。供應商如ADI提供的馬達軸位置和相位電流感測產品，不僅能提高性能，實現更順暢、更高效的馬達控制要求，同時提供在EPS或煞車系統等安全性至關重要的應用中，能夠實現所需的額外高ASIL要求。而ADI提供的ADA4571-2雙AMR感測器為需要額外和獨立感測通道等安全性的重要應用設計，其為一雙通道AMR感測器，整合訊號處理放大器和ADC驅動器。該產品含兩個AMR(Sensitec AA745) 感測器和兩個放大器訊號處理ASIC；該感測器提供低角度誤差訊號，通常在0.1度範圍內，具備可忽略的遲滯現象、高頻寬、低延遲和良好的線性度。這些特性能夠協助減少轉矩波動和可聽見的雜訊，幫助實現順暢、高效的BLDC馬達控制。此外，AMR感測器可在飽和大於30Mt的條件下運作，並沒有磁場視窗上限，而且感測器能在高磁場條件下運作，因此解決方案能承受嚴苛環境的雜散磁場。至於ADI的AD8410電流感測放大器能夠在EPS和其他BLDC馬達控制系統中的分流電阻上測量雙向電流，為高電壓、高解析度和高頻寬的分流放大器，其用於嚴苛環境中提供所需的準確測量、診斷安全性的應用，幫助減少轉矩波動和可聽到的雜訊，實現順暢、高效的BLDC馬達控制(如EPS或煞車)，並改善駕駛體驗。 (本文作者為ADI汽車電氣化部策略行銷經理)

2020 年 3 月 12 日 0

強化能源效率/可用度/效能/安全　車用EPS晶片組超展開

其中如半導體商英飛凌(Infineon)便提供晶片組，適合未來數代EPS使用，包括所有主要的半導體元件，例如電源供應器、微控制器、半橋驅動器、MOSFET、CAN收發器及感測器。以上所有元件都已上市，使用者可由單一供應商的微調晶片組因應所有需求，有助於縮短開發時間及降低成本。電子動力轉向使用電控馬達輔助轉向。感測器偵測由驅動器觸發的轉向扭矩，然後將資訊轉送至電子控制單元(ECU)，計算所需的轉向輔助，並控制伺服馬達。為什麼要供應完整的EPS晶片組？目標是提供電子動力轉向系統所有必要的半導體元件，並進行微調使其達到高可用度，實現容錯操作或失效安全操作。結果協調運作的元件，將提供可靠的互用性及整合相容性。其中有一項重點就是保證功能安全，因此所有相關元件不僅要符合最高的汽車品質標準，也必須依據ISO 26262進行設計。 EPS展示器重安全/效能/整合英飛凌已開發的示範板中包含晶片組元件及機械展示器，可控制6相電動馬達。圖1顯示展示器配置，圖2為示範板及所有晶片組元件。其中包括電源供應晶片(OPTIREG PMIC、TLF35584)、3相半橋驅動器(TLE9183QK)、32位元微控制器(TC23x搭配200MHz及2MB快閃記憶體)、扭矩感測器(TLE4998C8D)、馬達位置感測器(TLE5309D)及角度感測器(TLE5014D)、MOSFET(採用SS08封裝)，以及CAN FD收發器(TLE9251VLE、TLE9252VLC)。圖1　電子動力轉向應用展示器圖2　體積小的示範板搭配EPS晶片組展示器的所有使用的元件都妥善搭配，並設計提供高度的功能安全、能源效率及整合密度。例如EPS系統預先指定使用安全電源供應器，並提供對應的監控及保護功能作為ASIL D功能，此外也獲得橋式驅動器支援。所有系統使用的感測器均依據ISO 26262設計，提供高測量精度。AURIX系列強大的微控制器可選擇用於效能、快閃記憶體容量、計時器架構及周邊設備。此外，MCU具有獲得ISO 26262支援的整合式安全/維安概念、硬體備援及硬體安全性(HSM模組)。最後，MOSFET提供非常低的導通電阻(40V時RDS(ON)為0.9m)，以及良好的切換效能，採用小巧堅固的封裝(SS08或sTOLL)。該展示器架構為6相系統，具備兩個獨立隔離的3相子系統，提供所需備援(圖3)。因此雙感測器、電源供應晶片、微控制器、半橋驅動器及MOSFET半橋，可由兩個獨立電池供電運作，實現容錯操作系統。兩個子系統互相獨立運作，每個系統提供一半扭矩至整個EPS系統。如果發生故障導致一個子系統失效，另一個子系統會按照比例接手EPS功能。圖3　以EPS晶片組為基礎的備援展示器架構方塊圖感測器備援系統提高車輛功能安全為了確保車輛具備高度的功能安全，需要具有備援的系統分割，以及高效可靠的感測器。這是唯一確保高可用度的方式，藉此讓系統在元件故障時仍舊維持完整功能。因此電子動力轉向系統的感測器，不僅要非常精準，也必須確保功能安全。這裡使用的感測器可於ISO 26262系統中應用。像是英飛凌便因應感測器備援需求，將兩個感測器整合在雙感測器封裝中(圖4)。圖4　TLE4998C3D、TLE5014D及TLE5309D等雙晶粒感測器，有助於簡單高效的備援實作而線性霍爾感測器TLE4998C8D可確保精準偵測轉向時的扭矩，較精確地掃描線性或角度位置，並以數位方式補償溫度和機械應力，確保在整個溫度範圍及使用壽命期間，都享有良好的穩定度。通訊協定可讓控制單元傳輸測量資料，TLE4998C8D以SPC(短PWM代碼)通訊協定整合兩個可獨立編程的線性霍爾感測器IC。為了彈性使用，使用者有多種介面可供選擇(SENT、SPC、PWM僅為單晶片)。 TLE5014D角度感測器也是雙晶片版本，有助於在系統設計中輕鬆實作所需備援；感測器可在完整的溫度分布及使用壽命期間，精準地運作，是動力轉向應用的理想選擇之一。感測器會預先設定，並針對溫度預先校正，協助使用者輕鬆實作。使用者也可在此選擇不同介面 (SENT、SPC、SPI及PWM)。雙感測器晶片TLE5309D在單一封裝結合AMR及GMR感測器，並具備診斷功能。雙GMR/AMR角度感測器可在關鍵安全馬達應用中，用於類比角度位置偵測。TLE5309D結合精確的AMR感測器，以及GMR感測器寬廣的360度量測範圍。感測器具備低傳播延遲(小於9微秒)，能夠因應電動馬達及電子動力轉向系統中有關速度及精度的要求。此外，感測器也能在70微秒內快速啟動，總耗電量也相當低。半橋驅動器電源供應器及電壓監控安全相關系統也需要監控電壓供應，以確保系統元件功能。電源供應及監控裝置TLF35584(圖5)可在遵循ISO 26262至ASIL D的情況下支援ECU設計。TLF35584相關的主要監控功能包括：產生供應電壓的欠電壓/過電壓監控、微控制器的外部看門狗(Watchdog)監控，以及AURIX MCU安全管理單元的外部監控。透過「安全狀態」輸出，讓系統享有不受微控制器影響的關斷路徑，就可整合監控前述監控功能的狀態；電壓監控則由自我測試(BIST)支援。圖5　針對AURIX微控制器及感測器最佳化的TLF35584QK/QV安全電源供應器，是EPS應用的選擇之一 TLF35584透過獨立控制器輸出向控制器提供電壓，並提供監控電壓用於微控制器(3.3V或5.0V，可選擇)、類比數位轉換器(ADC)、待機控制器、多個收發器及感測器。感測器可使用兩個獨立的追蹤器輸出，是設定安全相關感測器系統的必備項目。電壓調節是以包含DC/DC預穩壓器及線性後穩壓器的架構為基礎。為了支援冷啟動相關系統，TLF35584提供選用的升壓轉換器以便穩定輸入電壓，並可擴大功能範圍達到3V電池電壓。 TLE9183QK 3相半橋驅動器IC也是依據ISO 26262開發，具有各式各樣的保護及監控功能，包括「緊急操作模式」(Limp Home)功能。功率循環可由0調整至100%，沒有限制。其他功能包括三電流感測器放大器、低靜態電流運作模式，以及相位電壓回饋功能搭配SPI可編程閾值。安全微控制器具高度擴充與即時能力 AURIX系列的32元多核心微控制器，是依據傳動系統及汽車安全應用需求量身打造。該系列產品具備高度擴充能力(單、雙或三核心、80至300MHz、0.5至8MB快閃記憶體等等)，並以多種封裝選項供應。AURIX 系列具備高度即時能力，整合安全/維安功能，是各種汽車應用的平台選擇之一。其中包括引擎控制單元、變速箱控制、電動車與油電混合車控制，以及懸吊系統、煞車系統、電子動力轉向系統、安全氣囊與駕駛輔助系統。該架構開發程序遵循ISO 26262規範，其設計方式能以非常高效的方式實作ASIL D安全需求。微控制器結合多核心架構，以及專業的安全技術，例如安全內部通訊匯流排，以及分散式記憶體保護系統；特殊保護機制可整合不同應用領域的軟體，讓多項應用程式及作業系統在AURIX平台順利執行，即使ASIL等級不同也沒問題。此外也整合硬體安全模組(HSM)，提供高度保護避免遭到操控。市場追求可用度及可靠度高線控轉向英飛凌自2019年年中開始供應完整的EPS晶片組將，此外之後也規畫提升效能、整合密度(更多功能，縮小封裝尺寸)及進一步加強EMC耐受度，搭配新型微控制器(新一代AURIX微控制器)、電源供應IC、半橋驅動器及感測器，用於未來的EPS晶片組產品。至於未來的自動化階段方面(第三級以上)，電子轉向需求將增加。一般預期市場未來出現的轉向系統，不會採用目前在方向盤與轉向裝置之間使用的機械耦合。這種線控轉向(Steer-by-wire)概念需要更高的可用度及可靠度，該公司EPS晶片組以此為方向，企圖實現具未來性的轉向系統設計。 (本文作者Goran Keser為英飛凌科技汽車系統工程部門嵌入式軟體及演算法資深經理；Christoph Unterreiner為英飛凌科技汽車微控制器合作關係管理資深經理)

2020 年 3 月 9 日 0

電路控制架構兵分三路　USB PD應用電能傳輸再提升

與傳統USB標準相比，USB Type-C介面以更高的功率水準和更高的速度提供電源和數據交換。如表1所示，USB Type-C系統的優勢之一是能提供較大的電能給連接裝置。相比之下，傳統USB的最大供電電壓及電流被局限在傳統協議的5V/1.5A，因此僅能提供7.5W，而USB Type-C能夠提供高達5V/3A，最大15W的功率。另外USB Type-C可配合充電協議USB Power Delivery 3.0，依照負載的需求使其輸出電壓提升為12V、20V。若單純使用在電能傳輸上，最大輸出電流與瓦數的規定可配合大功率裝置的需求提升至5A及100W。由於輸出功率的提升，因此在許多行動裝置應用中例如手機，可以實現「快充」的技術，節省裝置的充電時間。表1 傳統USB和USB Type-C標準比較表「快充」的主要原理是在合理範圍內提高手機充電功率，為電池迅速補充大部分的電量。因為功率與電壓和電流大小呈正相關，因此藉由提高連結硬體介面的電壓及電流可以達到提升充電功率的效果。目前USB-C支援的USB Power Delivery 3.0充電協議，允許電壓和電流最高可達20V/5A。此外，新的USB-PD 3.0協議還支援可編程電源(PPS)，可以對輸出電壓和電流進行微調，甚至允許電壓低於5V，以供給其他低電壓裝置的需求。返馳式轉換器遍及USB電源供應器應用由於USB Type-C的發表，傳統電源供應器有了進一步的發展。常規的USB電源供應器僅提供固定的輸出電壓和相對較低的功率水準。但是，具有全新的USB Type-C硬體介面標準及充電協議USB Power Delivery 3.0的電源供應器，可支援各種範圍的輸出電壓和更高的功率水準。如圖1所示，搭配USB Power Delivery 3.0的電源供應器可為手機、平板電腦或筆記本電腦提供5V-19V DC輸出電壓。圖1 USB-PD應用示例現今市場上小於100W的USB電源供應器應用中，返馳式轉換器(Flyback...

2020 年 3 月 5 日 0

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