市場話題

人類文明正在朝全面電氣化的方向邁進，未來人們食衣住行育樂對電力的依賴將只增不減。電動車、電動機車等交通工具的全面電氣化，只是這個大趨勢的一部分，但對馬達相關應用業者來說，光是電動載具所帶來的商機，就已大到難以估計。 機會與挑戰總是相伴而生，在全面電氣化的社會裡，馬達應用將無所不在，但對相關應用開發商來說，如何降低開發成本、加快開發速度，以滿足更多變的市場需求，是最大的挑戰之一。唯有半導體業者、模擬工具商與馬達製造商攜手合作才能克服。 實現驅控一體設計　FPGA功能整合發威 安馳科技專案經理李冠民(圖1)指出，傳統上，馬達系統的控制跟驅動是分開的，控制的任務是由可編程邏輯控制器(PLC)來負責，驅動則由電力驅動單元(Electric Drive)來執行。但隨著半導體技術進步，晶片的整合能力越來越強，現在馬達系統的驅動跟控制已可以用單一晶片來實現。 圖1　安馳科技專案經理李冠民指出，新一代FPGA的整合能力，讓馬達驅控一體設計成為可能。 以賽靈思(Xilinx)推出的Zynq 7000 SoC為例，該元件跟傳統的FPGA有很大不同。傳統FPGA只提供大量邏輯單元，但Zynq 7000除了邏輯單元外，還有Cortex-A9核心、每秒取樣率達100萬次的12位元類比數位轉換器(ADC)等硬體單元。有了這些硬體單元，加上賽靈思提供的開源參考設計，開發者可以輕鬆實現驅控一體設計。 李冠民分析，驅控一體設計對馬達應用開發商來說，最明顯的好處在於設計更為簡化。以工業領域的馬達應用為例，以往的驅動控制板都採取多晶片設計，最基本款的控制板會使用中央處理器(CPU)搭配數位訊號處理器(DSP)的設計架構，高階版本則是CPU、DSP再加上FPGA，這使得控制板的設計跟走線變得十分複雜。但內含Cortex-A9核心的Zynq 7000可以直接取代CPU跟DSP，加上其本身具備的可編程邏輯資源，開發者還可額外針對某些算法實現硬體加速。 除了簡化設計外，對於某些對可靠度十分注重的馬達應用，以FPGA來實現其驅動控制，還可帶來一個額外的好處--滿足功能安全標準的需求。 首先，賽靈思的FPGA元件跟相關開發工具，在設計過程中，就已經滿足了IEC 61508-2010/ISO 26262-8-2011等國際標準對功能安全的需求。其次，FPGA內的邏輯資源也可以用來增加系統的功能安全，例如用邏輯資源來實作另一個異質架構的處理器，讓該處理器跟Cortex-A9的運算結果彼此參照，可進一步確保FPGA輸出的控制命令是正確可靠的。 李冠民總結說，對使用者來說，FPGA最大的優勢跟價值還是在靈活。因為可編程邏輯資源讓開發者可以視其需求來運用，不管是要提升功能安全或做演算法加速，或是有其他功能需求，都可以藉此實現。而FPGA難以開發的缺點，在近幾年也有很大的改變。現在賽靈思提供的開發環境比以往更友善，而且賽靈思本身也提供更多參考設計平台跟程式範本，讓使用者不用從零開始設計。這些都有助於推動FPGA在馬達應用上更加普及。 專家系統進駐MCU　馬達驅動開發更省力 除了FPGA之外，微控制器(MCU)在馬達驅動/控制應用中，也是十分常見的選擇，且由於其成本相對低廉，因此其應用範疇更廣。從洗衣機、冰箱等消費性電子，到工業馬達、車用馬達等領域，都能看到MCU的蹤影。隨著馬達技術不斷翻新，MCU進化腳步也不曾停歇。 恩智浦半導體(NXP)大中華區微控制器事業部市場經理李唐山(圖2)表示，馬達應用的種類非常多元，從家電、無人機到工業、汽車，都會用到馬達。這也意味著馬達本身就是一種多元化的產品，其對應的驅動、控制需求也是五花八門。作為MCU供應商，對應的解決方案數量當然也不會少。 圖2　恩智浦半導體大中華區微控制器事業部市場經理李唐山表示，馬達應用琳瑯滿目，適用的MCU解決方案也有所不同。 目前恩智浦旗下共有KV、DSC、KE與i.MX RT四大類MCU可以應用在馬達驅控上，各自有不同的目標市場。KV是內建ARM核心的MCU，並具有各式各樣的週邊跟介面，能滿足大多數馬達驅控需求；DSC則是原飛思卡爾(Freescale)的產品線，以DSP為基礎，主要面向高性能馬達驅控市場；KE則是以高性價比為主要訴求，具有眾多GPIO跟大容量Flash，鎖定通用型的馬達控制。i.MX RT的定位則比較特別，該系列晶片不僅內建Cortex-M7 CPU，而且還整合了LCD顯示跟音訊介面，適用在複雜的高階應用。 對馬達應用來說，耗電量與成本是終端產品製造商及使用者最關心的議題，因此，馬達雖然已經是很古老的技術，但為了追求上述目標，業界仍不斷發展新的馬達架構。在今明兩年，有一種名為永磁輔助同步磁阻(PMASR)的新型馬達即將開始運用在洗衣機這類家電產品上。 李唐山分析，這種新馬達的效率極高，而且結構簡單、稀土用量少、量產成本低，因此其應用前景備受矚目。但因為這種馬達只使用非常少量磁鐵，因此其驅動控制演算法的開發難度非常高，導致這種馬達的應用難以量產。但經過近幾年的努力，目前恩智浦已成功開發出適用在這類馬達上的弱磁演算法，並已申請專利。該演算法將可在部分KV跟DSC系列MCU上執行。 除了因應新型馬達所開發的解決方案外，為了簡化馬達應用的開發難度，恩智浦還開發了名為Kinetis Motor Suite(KMS)的馬達驅動開發套件。該套件可視為馬達驅動/控制的專家系統，所有馬達配置和控制都可以透過圖形化介面跟API來進行，即便是對馬達驅動不甚熟悉的新手工程師，在KMS的輔助下，也可以輕鬆上手開發。 模擬工具協助應用開發經濟效益不容小看 傳統上，各種產品的開發流程大致上都遵守設計、打樣、測試、量產的步驟，並且在前三個步驟不斷重複循環，待樣品的規格跟功能表現符合設計需求，才會進入量產。但隨著電腦模擬的能力跟精準度越來越高，在模擬環境中進行產品開發跟測試，已經是更有經濟效益的選擇。 安矽思科技(Ansys)應用工程師茆尚勳(圖3)認為，電氣化是未來人類科技發展的重要趨勢，許多原本不以電作為動力來源的產品，未來都會電氣化。在各類應用中，交通工具的電氣化最為明顯。原本使用汽油的汽車與機車，都已經開始掀起電氣化浪潮，這也意味著原本扮演輔助角色的馬達，不僅使用數量越來越多，在系統中所扮演的角色也會更加吃重。 圖3　安矽思科技應用工程師茆尚勳指出，在電氣化的浪潮衝擊下，馬達應用的開發過程將更加虛擬化。 對馬達設計製造商來說，這當然是個有利的趨勢，但隨著馬達的應用領域越來越廣，市場對馬達規格的需求也變得更多元。馬達設計製造商如果還用傳統的開發流程來設計產品，產品開發成本只會節節高升，而且開發週期還會拉長。 茆尚勳解釋，因為未來的馬達要滿足更嚴格的節能要求，從傳統直接驅動改為變頻驅動將是必然趨勢，但變頻驅動基本上是電子控制領域的專業，馬達本體則是機械設計專業。這意味著馬達製造商跟相關應用開發商，都必須找出提升跨部門協作效率的方法。 為解決馬達應用相關產業目前所遭遇的挑戰，Ansys提出以模擬展開馬達設計開發的新方法論。在傳統開發流程中，產品必須先做出原型，然後上動力機進行測試，取得各種必要參數或發現設計問題後，再回過頭修改設計。如此反覆進行，直到產品功能符合預期，可以量產上市為止。除了測試的時間跟成本外，光是製作原型就得花費新台幣數百萬元。 但透過Ansys完整涵蓋電路設計、電磁、熱分析的模擬工具來進行，設計人員可以在虛擬環境中發現產品設計可能出現的問題，並提前予以修改，因此產品開發速度可以明顯加快，更可省下昂貴的開模費用。茆尚勳估計，業者若願意投資模擬工具，只要開發兩款新的馬達就可回收。 除了經濟效益顯著外，以模擬來展開馬達應用設計還有另一個好處，就是同步完成數位雙胞胎(Digital Twins)的建置，因為應用開發或產品設計的過程，就是為實體產品建立虛擬模型的過程，當產品進入量產後，先前建置好的模型就是該產品的數位雙胞胎。若輔以工業物聯網跟感測器，從實際產品上收集資料，此模型就能用來提供產品故障的早期預警，實現預防性維護。 法規節能要求只增不減重型馬達邁向IE4 除了馬達設計與應用開發的方法正在面臨新變革之外，由於馬達是全球耗電量最大的電氣產品，因此世界各國政府均對馬達的效率展開緊迫盯人，藉由法規強制要求，讓未來的馬達能具備更高效率。因此，大型工業用馬達的本體設計也在與時俱進，並特別針對直流驅動的未來趨勢做好準備。 西門子(Siemens)大型驅動部門產品經理鄭志鴻(圖4)指出，用來驅動各種工業設備的大型馬達，其耗電量是非常可觀的。據統計，全世界大概有超過四成電力被用來驅動各種工業設備，而其中馬達所消耗的電力又占最大宗，因此世界各國對於大型馬達一直採取緊迫盯人的態度，希望藉由更嚴格的法規要求，提高馬達的效率，減少耗電量。 圖4　西門子大型驅動部門產品經理鄭志鴻指出，由於大型馬達消耗大量電力，因此世界各國大多對馬達的效率訂有強制性規範。 對於大型馬達，目前全球一共有三大主流標準，分別是歐盟的IE標準、美國的NEMA標準與中國的國標(GB)標準。這三大標準彼此之間大致可以互相對應，例如歐盟的IE2級相當於NEMA的Energy Efficient級、GB的第三級；IE3則相當於NEMA的Premium Efficiency級、GB的第二級。至於IE4，目前NEMA沒有對應的等級，但中國的GB第一級，已相當於IE4。台灣對於馬達能源效率的要求大致上依循歐盟標準。 為了追求更高的馬達效率，西門子在轉子、軸心與散熱上下了許多功夫。舉例來說，在大型馬達的轉子上，如果漆包線的纏繞越緊密，則效率越高；軸心材質的含銅量增加，也有助於提升馬達的效率。西門子目前已量產滿足IE4規範的馬達，可進一步滿足未來IE5規範的馬達，也已經研發完成，其主要改良就在漆包線纏繞跟軸心用料上。不過，漆包線纏得越緊密，表示漆包線用量越多，會對製造成本造成衝擊；同樣的，在軸心使用含銅比例更高的合金，也會使馬達的生產成本上升。 至於散熱，更是每家馬達製造業者都必須嚴肅面對的問題，因為熱是馬達最大的敵人。漆包線的電阻跟溫度成正比，當溫度上升，線路的電阻會增加，導致輸出功率下降。但馬達為了輸出足夠的功率來推動負載，會增加電流，這又會進一步造成更大的銅損，導致溫度上升，形成惡性循環。因此，高效率馬達通常會搭配冷卻風扇，來確保馬達本體的散熱性。 不過，鄭志鴻指出，近年來變頻驅動架構越來越流行，馬達的散熱設計也必須做出因應調整，才能實現良好的散熱。在變頻驅動架構下，馬達全速運轉的時間其實很短，大多數時候都是怠速運轉，但傳統的馬達風扇是同步風扇，也就是轉子在帶動軸心旋轉時，會同步帶動風扇旋轉，因此當馬達怠速時，風扇產生的氣流往往不足以冷卻馬達。久而久之，馬達的壽命會受到不小影響。解決之道就是把同步風扇改成主動風扇，確保馬達在任何時刻都有足夠的冷卻氣流。

人才培育為實現工業復興關鍵 達梭系統大中華區總裁張鷹提到，在投入推動智慧工業的多年經驗中，觀察到若是要實現工業復興，最大的挑戰是在人才的培育。在所有的科技到位之後，唯有好的產業人才投入，才能夠使該技術的影響力持續擴大。 工業復興的概念包含了模擬分析、虛實整合系統(Cyber-Physical System, CPS)、物聯網、雲端、巨量資料、智慧機械手臂系統等等多種軟硬體技術的整合。正是因為如此，台中市政府積極與達梭系統展開合作，更於2017年成立了「智慧製造試營運場域」。期盼在此試營運場域內，串連大台中地區機械業群聚之能量。張鷹強調，該場域不僅是最新工業技術的示範園區，更期盼能藉由各類技術的整合示範，進而達到「孵化器」的目的。 張鷹進一步說明，目前全球各國皆在大力推廣類似的概念；例如中國製造2025、德國的工業4.0等等。而台中市的執行力更是在大中華區首屈一指，自2017年6月達梭系統與台中市政府簽訂戰略框架後，至今已能看見相關計畫開始推動。 圖1　達梭系統大中華區總裁張鷹(右)提到，實現工業復興最大的挑戰是在人才培育。圖左為台中市政府經濟發展局專門委員江振瑋。 培育工業人才從高中職開始 台中市政府經濟發展局專門委員江振瑋認為，各行各業都缺乏專業人才，也常常聽到台灣製造業主抱怨機械業培育了非常多人才，甚至投入很多資源於在職訓練，然而人才依然以電子業為優先的就業選項。江振瑋進一步指出，據統計台灣一年只有9,000名工學院畢業生，而這些畢業生其實並無法滿足營造、土木、電子電機等等所有的工業需求。 因此，江振瑋表示，台中市政府在和中部27所大學合作，成立智慧機械大學聯盟之後，下一步計畫將是積極與技職體系合作。近期，台中市政府正積極與大甲高工、台中高工等技職學院接洽合作。 江振瑋認為，儘管在高中、高職階段，很難將過於深入、專業的技術納入課程之中，然而卻可以透過適當的課程讓高中職學生對於製造業就業環境具有相關的想像，以了解未來若是投入該領域可以實現何種理想。 江振瑋近一步說明，目前技職高工體系的管理權限已回歸到市政府教育局，因此，台中市政府亦開始與技職體系的教育課程密切合作。除了實體教材的重新整合之外，與達梭系統合作之後，也開始能導入AR/VR相關的虛擬數位化教材。 江振瑋補充，人才的培育是「智慧製造試營運場域」的重要任務之一。因此，在該場域設置了人工智慧(AI)與智慧製造創新學院。除了自主開設課程之外，也和經濟部、教育局、勞動部合作，舉辦智慧機械人才的培育課程。不僅是在教室授課，配合該場域的設置，更能夠提供各種精良的設備以供實體操作。也和達梭系統合作，提供了CPS、AR/VR的應用，讓教材更數位化。 從中心大廠開始推廣　衛星廠數位化更順暢 張鷹認為，由於政府的大力推動，可以預期台灣工業製造的發展在未來三年內能夠產生更大規模的進步。在以往，達梭系統所提供的軟體方案多與漢翔航太這樣的大型企業合作，然而近年來大量的新創產業與中小企業出現，因此協助中小型製造業者轉型，也是未來台中市政府與達梭系統共同的推廣方向。 由現有的大型合作廠商開始推廣至其衛星供應鏈，這將會是未來智慧製造滲透進中小企業的好方法。張鷹提到，達梭系統將製造產業領域分為12大類，其中包含航太、汽車、造船、生物科技等等，儘管航太的智慧製造轉型發展較早，然而在未來12個產業將同步推動，智慧製造技術將遍地開花。 江振瑋說明，目前台中市政府針對中小企業提出了許多輔導與補助，例如「青年創業一條龍」計畫，包含研發補助申請、貸款申請、創業小聚，就連創業相關的經營管理、稅務、法務也皆有推出培訓課程。

碳化矽(SiC)市場發展持續增溫。根據市調機構Yole Développement調查指出，全球SiC功率半導體市場將從2017年的3.02億美元，快速成長至2023年的13.99億美元，2017~2023年的市場規模年複合成長率(CAGR)為29%。其中，隨著汽車製造商未來5~10年內於主逆變器、車載充電器(OBC)，以及直流-直流(DC-DC)轉換器等裝置皆陸續採用SiC功率半導體，汽車產業將成SiC市場加速成長的關鍵推手，特別是電動車款的應用。 SiC市場加速攀升　電動車成主要推手 電動車(EV)市場持續蓬勃發展，根據Frost&Sullivan研究顯示，全球EV銷售量將從2017年的120萬輛增加到2018年的160萬輛，並可望在2019年進一步上升至約200萬輛；特別是中國大陸地區，未來5至7年內將成為EV最大市場。為提升電動車整體效能，達到更好的電源轉換效率，在矽(Si)元件已被認為逐漸逼近性能上限之刻，車商、半導體業者開始轉往發展寬能隙半導體，而SiC具備高切換速度、高耐壓與低損耗特性，因而備受汽車產業青睞。 Yole化合物半導體技術和市場分析師Hong Lin表示，SiC功率半導體的普及率，取決於汽車製造商的導入；目前已有汽車業者在主逆變器、車載充電器和DC-DC轉換器中，採用SiC功率半導體。像是特斯拉(Tesla)便已在旗下Model 3電動車中使用SiC金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)元件，來降低導通和開關損耗。 同時，Yole預估2018年全球將會有超過20家的汽車業者，在OBC中使用SiC肖特基二極體(Schottky Diodes)或SiC MOSFET；未來SiC功率半導體在OBC市場中有望以CAGR 44%的速度成長至2023年。另外，Yole預估將有愈來愈多的汽車製造商會在主逆變器中採用SiC功率半導體，特別是中國車商，近幾年更是紛紛考慮使用SiC功率元件，因此，2017~2023年，SiC功率元件在主逆變器市場的CAGR，更可能高達108%。 羅姆(ROHM)半導體台灣設計中心主任工程師蘇建榮(圖1)指出，SiC剛開發時，容易遇上兩個挑戰，分別是Body Diode的信賴性問題，因為當Body Diode通電時，會造成MOS RDS(on)上升；另一個是在SiC的MOS Gate加上偏壓時，會造成Vth偏移。目前這兩個技術挑戰已獲得解決，因而降低SiC的應用難度，普及率也開始提高，像是上述提到電動車中的肖特基二極體、OBC、PFC，或者是壁掛/直立式的電動車充電樁，都已開始導入SiC。 圖1　羅姆半導體台灣設計中心主任工程師蘇建榮指出，SiC普及率開始提升，電動車更是SiC主要應用市場。 擴增產能/攜手VENTURI車隊　羅姆力拓SiC市場版圖 如上提到，汽車產業成為SiC市場攀升的關鍵推手，為此，各半導體廠也開始積極布局。例如羅姆便與FIA Formula E電動方程式賽車的VENTURI車隊合作，提供該公司旗下SiC功率模組，搭載於驅動車輛的核心裝置－變流器中，提升車輛性能。 據悉，羅姆於2017~2018第3季FIA Formula E電動方程式賽事中，已提供了二極體(SiC-SBD)於VENTURI車隊，而從第4季開始，將改為提供整合電晶體和二極體的全SiC功率元件。此一元件與尚未搭載SiC的變流器相比較，體積減少了43%、重量減少了6公斤，讓VENTURI車隊的車輛體積更小，重量更輕。 另一方面，因應SiC需求逐步攀升，該公司也決定在日本福岡縣的筑後工廠增建新廠房，以滿足日漸升高的SiC功率元件生產需求。據悉，該新廠房為地上3層建築，總建築面積約11,000㎡。目前正在進行相關細部設計，預計於2019年動工，並於2020年竣工完成。 科銳SiC MOSFET助陣　電動車傳動效率大增 另一方面，為提升電動汽車動力傳動系統性能，科銳(CREE)旗下公司Wolfspeed近日也宣布推出新款1200V SiC MOSFET系列，可實現高電壓功率轉換，提高電動汽車動力傳動系統效率，讓電動車行駛距離更長，同時能夠降低系統成本，為消費者提供更好的綜合性能。 Wolfspeed總經理Cengiz Balkas表示，該公司開發的SiC產品組合，能實現尺寸更小、重量更輕的系統，進而提高每次充電後的行駛里程，這將有效減少電動汽車和汽油車在成本和性能方面的差距，並使汽車供應商和生產商更容易打造電動汽車生態系統。 據悉，新推出的C3M 1200V SiC MOSFET可承受大電流，能在1200V電壓條件下實現目前較低的漏源電阻RDS(on)及開關損耗，並提供更高的品質因數，使得消費者在單次充電之後，能夠行駛更遠的距離。 科銳首席執行長Gregg Lowe指出，全球對於電動汽車的需求日益成長，幾乎所有汽車生產商都宣布在其產品家族中推出新型電動汽車平台，而該公司透過採用新型技術，例如Wolfspeed新型SiC MOSFET產品組合，加快電動汽車的普及。 搶攻電動車市場　英飛凌SiC肖特基二極體發功 除上述所提的羅姆和科銳之外，另一電源晶片大廠英飛凌(Infineon)也瞄準電動車市場，於近期發布首款車用SiC系列CoolSiC肖特基二極體，可用於目前和未來油電混合車和電動車中的OBC。 英飛凌車用高功率部門副總裁暨總經理Stephan...

也由於智慧路燈的應用存在非常發散的想像空間，因此智慧路燈建置的前置作業必然十分複雜。台北市政府已宣示將推動智慧路燈建置，但目前還有許多執行細節其實尚未確定。資訊局會與各部門和產業界攜手合作，盡快把平台底層跟遊戲規則的框架制定清楚，並持續推動概念驗證，以便將智慧路燈的應用潛力發揮到最大。 智慧路燈前置作業千頭萬緒 台北市政府資訊局局長李維斌表示，路燈智慧化是智慧城市應用落實不可或缺的要素。藉由將各種資/通訊設備、感測節點與路燈共桿，無線網路的服務涵蓋跟品質將可以做得更好，而且還可以取得許多環境參數，例如人/車流量、空氣品質等，做為市府發現問題，進而設法改善的重要依據。另一方面，與燈桿共構的資通訊設備，也可以提供各種商業服務，促進產業跟經濟發展，並且讓服務提供者得以永續經營。 但也因為政府跟產業界對智慧路燈的期望跟想法十分發散，因此這個案子要進入實際建置，必須經過很長的討論，概念驗證的工作也必不可少。事實上，針對智慧路燈一案，目前資訊局跟台北智慧城市專案辦公室還有許多底層的工作要進行。 舉例來說，智慧路燈上附掛的各種電子設備都要用電，但目前台電只會在天黑後為路燈供電，白天是不供電的。光是這點，資訊局跟公園路燈管理處、台電就有很多協調工作要做，智慧路燈上的設備才能不間斷運作；而這些設備的電費帳單要怎麼算，則又是另一個需要討論問題。 另一方面，目前智慧路燈的燈桿設計也還沒有完全定案。位於內湖的實驗性智慧路燈採取外掛式設計，設備都外掛在燈桿外；但位在松山健康路跟三民路口的智慧路燈則採取內包式設計，設備會藏在燈桿內。這兩種設計各有優缺點，因此李維斌認為，未來很可能會視路燈所處環境採用不同的設計。但不管是外掛式或內包式，燈桿的設計細節都還需要跟供應商進一步討論。 至於在資料標準化方面，為了讓智慧路燈上所取得的感測器資料能夠互通，並便於進一步利用，統一資料格式標準有其必要。目前資訊局正在和台灣資通訊產業標準聯盟合作，制定能和國際OGC標準銜接的資料格式標準。 而在網路服務部分，有業界人士認為，智慧路燈將成為電信業者的兵家必爭之地。不管是要實現Wi-Fi分流、架設微型基地台或遠端天線(RRH)以強化4G行動通訊網路涵蓋，路燈都是非常理想的設備布建地點，因此電信業者料將對智慧路燈有很高的興趣。但這也意味著智慧路燈必須要有一定水準的回程/前傳線路(Backhaul/Fronthaul)頻寬，否則上述寬頻通訊設備即便布建到位，也是無用武之地。這也意味著資訊局必須跟電信業者攜手合作，而且網路建設的工程恐怕不小。 Sigfox/LoRa恐遭邊緣化 對此，李維斌指出，在網路通訊服務部分，資訊局確實跟電信業者有緊密的合作關係，但現階段應該會先以頻寬需求較小的NB-IoT網路為主。也因為如此，智慧路燈不一定每一盞燈都得布建實體線路，對於沒有外掛寬頻通訊設備的燈桿，採用Mesh網路拓撲來連接，也是可行的辦法。預計在第三季，北市府就會跟電信業者合作，在信義區開始布建NB-IoT實驗網路。 至於LoRa，雖然先前台北市也曾經為LoRa設立實驗場域，但目前看起來，只有少數利基型應用是成功的，例如翡翠水庫的智慧管理系統、河川水位監測。因此，在人口稠密地區的應用，未來應該會是以NB-IoT為主。但NB-IoT能不能支援智慧三表(水表/電表/瓦斯表)這種市場規模龐大的應用，還是得試了才知道。三表的安裝位置通常不會是開放空間，而且深入曲折巷弄，對無線通訊技術來說是很艱困的環境。 雖然李維斌話講得很含蓄，但筆者認為，業界人士不宜對LoRa、Sigfox等LPWAN技術的未來抱持太大信心。理由很單純，人潮就是錢潮，商業價值最高的市中心精華地帶，發展商業應用服務的潛力也最大，而這塊地盤已經被NB-IoT所佔據。 中華電信技術執行副總林國豐指出，無線網路的建置要從應用服務需求反推。先確定智慧路燈要提供哪些服務，然後再來思考該如何用最具成本效益的方式來進行網路布建。在智慧路燈這個合作案，中華電信目前準備端出智慧燈控、即時車流分析、智慧安防等應用，並且會用自家研發的IoT聯網平台作為資訊整合的後台。 但除了智慧燈控是所有智慧路燈都需要支援的基本功能外，車流分析、治安死角監控等應用，只會出現在某些特定場域，基地台設備也不會每支燈桿上都有。因此，林國豐認為，大多數智慧路燈其實不需要具備基地台等級的寬頻回程線路，只要用NB-IoT就足以提供穩定、可靠又低成本的網路連線。這也可以為中華電在進行網路布建時，提供很多彈性選項。 NB-IoT成為智慧路燈的標準配備，也意味著該標準將在LPWAN市場上取得極有利的競爭地位。智慧路燈是規模動輒數萬盞的大型專案，跟工業、農業等垂直應用相比，更具備創造規模經濟效應的能力。 業界人士表示，目前在LPWAN市場上，NB-IoT後來居上的態勢已經相當明顯。幾年前，由於電信業者沒有提供LPWAN服務，因此LoRa跟Sigfox等LPWAN標準還有很大的發展空間，但現在不只在台灣，世界各地的電信業者都已陸續投入NB-IoT，網路設備跟及終端裝置的需求量也跟著大幅上升。長此以往，NB-IoT解決方案的成本將會明顯下降，進一步促進其應用普及。LoRa跟Sigfox等其他LPWAN技術，未來可能只有在某些利基型應用有發展空間。 2019年展開布建　概念驗證持續進行 李維斌總結說，智慧路燈是推動智慧城市的重要基礎，也因為如此，更講究分工合作跟跨領域溝通，如此才能確保市府搭建出來的平台，能為上層的應用開發帶來幫助。資訊局的主要任務是做好底層硬體平台，並且把相關遊戲制定清楚，讓有意投入開發相關應用服務的廠商有所依循。 這是個需要花很多時間去推動的工作，而且工作項目十分繁複，因此2018年大概只能把基本規範定義清楚，2019年才有機會著手展開布建。但在此同時，各種實驗性計畫跟概念驗證工作會持續進行，以探索智慧路燈的各種應用可能性。 台北市副市長林榮欽則指出，自2019年起，台北市將開始進行智慧路燈布建，當年度預計將布建1.2萬盞智慧路燈，預算則為新台幣1.4億元。2020年則預計將布建9,000盞智慧路燈，預算約新台幣1億元。若這兩年布建的成果良好，需求增加，到2021年時，北市會推動智慧路燈的全面布建，將剩下的9萬盞路燈也升級為智慧路燈。據統計，目前台北市總共有16萬盞路燈，但其中有些路燈位置較為偏遠，可能不會有智慧化的需求，因此北市府評估後認為，台北市智慧路燈的需求總量應該在11萬盞上下。 從北市府規劃的布建規模跟預算來看，這些智慧路燈的造價其實跟現有路燈相去不遠。台北市政府提供的公開資料顯示，目前台北市所使用的路燈，依照燈桿高度不同，單價分別為新台幣9,000多元、1.25萬元與3.12萬元，而且此報價不含地下管線埋設費用。換言之，北市府的智慧路燈計畫顯然不包含網路建設，特別是與行動基地台息息相關的回程線路。 事實上，在電信民營化之後，網路建置已不全然是政府的責任，政府只需制定公平開放的遊戲規則，讓各家業者都能進駐到燈桿上，業者自然會解決網路問題。因為對業者來說，智慧路燈是布建網路基礎設備的理想站點，特別是在5G跟物聯網世代，為了實現理想的訊號涵蓋，遍布大街小巷的路燈，肯定是兵家必爭之地。

節能意識高漲，如何提高能源使用效率，已是產業界共通的發展課題。為此，半導體業者近年積極投入、研發新的元件和技術，力求提升高功率電源系統能源效率；而氮化鎵(GaN)因具備更高的開關速度、更低的切換損失等特性，因而躍居電源設計新寵兒。許多電源相關晶片業者紛紛將未來產品重心放在GaN的應用導入，像是伺服器電源、電動車、電源適配器，以及無線充電等，皆是GaN重點應用市場；而為提升GaN元件普及率，電源相關晶片業者所研發的解決方案也相繼出籠，GaN的市場因而蓬勃發展。 宜普/捷科攜手出擊　強拓無線充電版圖 宜普電源轉換公司(EPC)全力布局無線充電市場，並於Computex 2018與捷佳科技(jjPlus)共同展示新一代磁共振無線充電發射器--CPT030A。宜普電源轉換公司首席執行長Alexander Lidow(圖1)表示，有別於Qi或PMA的磁感應(Magnetic Induction)無線傳輸技術，jjPlus/EPC著重在技術質量更高、應用層面更廣的磁共振(Magnetic Resonance)無線傳輸技術。 圖1　宜普電源轉換公司(EPC)首席執行長Alexander Lidow表示，Si技術已經達到了性能極限，而GaN將是未來電子電力系統設計的關鍵元件。 Lidow指出，磁共振無線傳電的主要優勢是距離與輸出功率的優勢，另外磁共振的線圈又有高Q值的特性，主副線圈之間方向錯位的容許度也跟著提升，此一優勢可大幅增加充電的成功率。 捷佳科技總經理舒中和(圖2)則表示，傳輸更大功率、更遠的距離並在更大的面積上對多個電子設備供電，是無線電源傳輸系統的目標；而磁共振技術可以實現大面積電源傳輸、自由放置各個設備及可以同時對多個設備供電。 圖2　捷佳科技總經理舒中和透露，產品的功率規格提升，系統的轉換效率規格也必須跟著增加，這會是無線充電設計上的一大挑戰。 據悉，由EPC和捷佳科技共同發展的無線充電發射器CPT030A，是採用EPC旗下氮化鎵場效應電晶體(eGaN FET)，可使用單個發射器對多個採用不同配置的接收器供電。該產品具備大面積天線設計，可同時支援高度共振、最多共8個接收不同功率的電源接收單元(PRU)。 舒中和指出，市場對於無線充電的需求開始逐漸轉變，過去消費者想要的是5~7.5W的極短距離(低於1cm)，像是手機的無線充電；但如今已變成大多是15W以上的中距離(1cm~20cm)應用，因此，用於無線充電的功率元件效能、功率和傳輸距離都須要提升。像是該公司旗下磁感應發射與接收模組功率便從20W起跳，無線距離可達3.5cm，現已應用在小型機器人無線充電市場；未來還會推80W/3.5cm的產品，也將在2018年底推出傳輸距離長達20公分的傳輸模組，滿足市場需求。 Lidow則表示，除了提升傳輸距離外，進一步增加無線充電的傳輸面積也十分重要，像是該公司與捷佳於Computex 2018展出的無線供電桌面墊，就是以增加面積而達到一對多個供/充電的產品。此一大面積磁共振發射線圈甚至可以裝在傢俱、牆面或地板裡，而成為實現無線充電家庭與辦公室的重要供電來源。 GaN Systems攜手羅姆　推動GaN普及 和EPC相同，GaN Systems也積極拓展無線充電市場，於近期發布兩款全新無線功率放大器，包括功率範圍為70W至100W功率放大器GS61008P和功率範圍為150W至1kW的功率放大器GS66508B。 GaN Systems戰略銷售副總裁Paul Wiener表示，無線充電將愈加普及，而GaN可用來實現更小、更輕、成本更低，以及效率更高的電源系統，提供更自由和更快速的充電。 兩款新推出的功率放大器均具備電流/電壓控制，內置保護電路，EMI濾波等功能，而70W至100W功率放大器適用於消費市場，像是筆記型電腦、無人機、電動工具，以及智慧手機快速充電等；而另一款產品則適用於工業和運輸市場，包括運輸無人機、倉儲機器人、醫療單位與電動自行車等。 另一方面，為了推動GaN功率元件市場發展，GaN Systems也宣布與羅姆(ROHM)攜手合作，雙方將共同推動GaN功率元件的研發活動，針對工業設備、汽車電子及民生家電領域推出更多創新性的產品。 GaN Systems執行長Jim Witham指出，雙方合作將利用GaN Systems的GaNPX封裝技術，以及ROHM在功率元件的傳統封裝技術，聯合開發出新一代GaN功率元件，提供更多的電源解決方案來滿足市場需求，使越來越多的企業能夠實際體驗GaN在高功率輸出、高效率、小型輕量化方面的優勢。 瞄準中國版圖　納微於杭州開設研發中心 除了無線充電外，消費性產品(如電源適配器)也是GaN的主要應用市場，而要使GaN能用於消費性產品，就必須要作到「短小輕薄」。 納微半導體(Navitas)銷售和市場副總裁Stephen Oliver(圖3)表示，消費性市場對產品價格、體積非常要求，如果無法打造高整合度的GaN功率IC，便無法打進消費市場。高整合的GaN功率IC不僅切換頻率可更高，效率也再上層樓，因而能達到更好的節能效果，並同時實現小尺寸、低成本和更快速充電。 圖3　納微半導體銷售和市場副總裁Stephen Oliver認為，GaN在經過200V以下的市場驗證後，往600V發展會更為容易。 因應此一市場需求，該公司前陣子便發布專有的AllGaN半橋GaN功率IC，其採用iDrive單晶片技術，整合了所有半橋功能，提供高達2MHz開關速度，不僅提升充電速度，也大幅減少尺寸、成本和重量。 值得一提的是，該產品採用了主動箝位返馳(Active Clamp Flyback, ACF)架構進行設計，適合用於20~30W的智慧手機快速充電器、平板電腦、可穿戴設備等的外部適配器。 另外，看好GaN有望於中國市場快速成長，Navitas也宣布於中國杭州開設新的GaNFast研發中心，協助合作夥伴和客戶設計高效能的電源轉換器；運用GaN設計的電源轉換器和過往的矽(Si) MOSFET相比，能縮小50%的體積和減輕50%的重量，為行動終端設備提供更快的充電速度。 Navitas高級應用總監兼新研發中心負責人徐迎春表示，此一研發中心擁有產品設計經驗豐富的高水準應用工程師團隊，將專注於開發高頻、高效、高功率密度的電源系統，並協助客戶充分發揮GaNFast功率IC的關鍵性能和優勢。該公司擁有開發新型先進電源架構的工具、技能和資源，同時能夠確保開發高效率、優異的熱性能和EMI性能等關鍵技術指標，以符合客戶需求。 Navitas首席技術長Dan Kinzer則說，杭州是中國學術和創新的中心之一，與浙江大學電力電子中心和杭州、上海、蘇州等周邊客戶的研究機構有著密切聯繫，具備地利人和，而該公司的願景是利用性能出眾的GaN功率元件創造出高頻、高效、高密度的新型電源系統。 推動600V以上應用　英飛凌CoolGaN量產 相較於上述幾家電源供應商，英飛凌(Infineon)則是以600V以上的市場為主，並宣布旗下CoolGaN產品將於2018年底開始量產，目前已於市場提供具備高可靠度的GaN解決方案的工程樣品。 英飛凌高電壓轉換部門資深協理Steffen Metzger認為，GaN是電源管理的下一個明日之星，因GaN可降低營運支出及資本支出，提升功率密度實現更精巧輕盈的設計，乃至於減少整體系統成本，該公司將持續積極推廣GaN元件，而由英飛凌所研發的CoolGaN，在同樣的儲能空間下可達到兩倍的輸出功率，可釋出更多空間並提升效率。 據悉，CoolGaN...

當我第一次使用Google搜尋引擎的時候，我心中也有著同樣的震撼。只要輸入幾個關鍵字，就能夠得到想要的資訊？這在當時是多麼神奇的體驗！時至今日，Google更建立了2,000萬本書籍的檔案，只要輸入關鍵字，便能夠搜尋所有書籍裡面的內容。不僅如此，現在甚至連街景都能夠被搜尋，輸入關鍵字，就能看見你想去的地方。 Google所提供的搜尋服務不斷在進化，使用者對Google的預期也隨之越來越高。在過去兩年來，個人化的搜尋需求已經成長了60%，個人化的推薦系統功能儼然成為了現在使用者最需要的服務。 深度學習相挺　Google Play驚人數據分析有效率 舉例而言，在Google Play上有超過100萬個應用程式，在2017年更達到了820億的應用程式下載量，而在190多個國家中，有超過十億以上使用者在30天內曾使用Google Play。以使用者的角度來說，絕對會希望打開手機看見的就是與自身有關的資訊。若要徹底分析不同使用者的喜好、需求，再推薦相關的資訊給使用者，大家可以想像，如此龐大的資料量，將會動用到大規模的運算能量；這也就是Google必須使用深度學習來協助推薦系統建置的原因之一。另外，透過機器學習的協助，更能優化所有產品的介面。 以機器學習的角度來看，Google就是在建立一個函數，在輸入使用者資訊之後，能夠藉由運算分析得出一個結果。傳統的推薦方式是將使用者與應用程式配對，藉由使用者對於應用程式的喜好與評分，進而推測使用者偏好；這是一個二維向量的思考方式。然而，隨著單一使用者擁有多種裝置的情況逐漸普及，使用情境也開始擴大、變得複雜，形成一個由使用者、使用情境與應用程式所構成的三維向量，若又要能做到即時無延遲的推薦，勢必只有機器學習能夠解決這個問題。事實也證明，透過機器學習模型加入使用情境後，Google Play上應用程式的安裝率已有效提升了3.3%。 加入情境考量　個人化推薦系統再添挑戰 如同上文所提到，使用情境是推薦系統建構過程的一大挑戰(圖1)。一個使用者在智慧型手機與平板電腦上所習慣使用的應用程式可能大有不同，因此對於個人化推薦的需求也隨之有所改變。舉例而言，一個使用者在平板電腦上因為螢幕較大，可能有較多觀看影片、電影的需求；而在智慧型手機上，則是即時通訊與查收電子郵件的需求較多。因此，在不同設備上會有安裝不同應用程式的需求。 圖1　使用情境是推薦系統建構過程的一大挑戰。 若是將情境因素納入個人化推薦系統的考量之後，使用者的使用時段也將成為運算的重要考量。例如，使用者在晚間或許會較偏好使用遊戲類的應用程式，早上則是對於新聞類的應用程式較感興趣。又像是前段時間流行的精靈寶可夢遊戲，在風潮過後大家使用的頻率可能相對減少。這些動態性的時間因素，也會提高個人化推薦系統的建置困難度。 加入因果關係考量　推薦系統將再加分 要建立個人化推薦系統，必須結合以上提到的使用者、使用情境、使用時段與應用程式項目綜合配對考量。除此之外，通常在單一事件中，規模將與次數成反比，也就是所謂的冪次定律(Power Law)。在Google Play的案例中，指的是有80%的資料量是由20%的重度使用者提供，如果透過傳統研究方式去設計推薦模型，會讓重度使用者的意見在系統中被考量的比重較大(圖2)。因此，在Google團隊建置推薦系統時，也必須要平衡冪次定律(Power Law)所帶來的影響。 圖2　Google團隊建置推薦系統時，也必須要平衡冪次定律(Power Law)所帶來的影響。 另一方面，精進個人化推薦系統的另一要訣，是必須要重視變數間的因果關係(Causality)，而不只是考量變數之間的相關性(Correlation)。許多統計人員常將數據分析的重點擺放在相關性，這在個人化推薦系統的建置過程中是不夠的，更必須要考量變數之間的因果關係(圖3)。 圖3　精進個人化推薦系統的另一要訣，是必須要重視變數間的因果關係，而不只是考量變數之間的相關性。 在過去5年中，我持續思考著「如何判斷因果關係」這個難題。光是探討這個問題，在一年之中恐怕就有100篇以上的論文產出。雖然大部分的因果關係都是以時間為主要考量，但其實光是考量時間還不夠。真正要了解因果關係，必須執行不同的A/B測試(AB Test)，在不同的時間與情境之中，提供A或B選項讓使用者選擇。許多資料研究都是在做這件事情，用以推斷因果關係如何形成。 (本文由Google AI首席科學家紀懷新口述，記者程倚華整理)

諾基亞大中華區總裁王建亞表示，5G的建置投資不見得將高於4G，成本高低單看建置方式是採SA(Standalone)或NSA(Non-Standalone)架構而定。    然而可以想見的是，在未來，對於全球電信運營商而言，來自語音的傳統收入比例將會越來越少，然而數據營收比例將會增加。王建亞認為，未來絕對是以數據服務為主，也包含純粹流量服務與垂直應用服務，都將非常重要。 藉由諾基亞貝爾實驗室的研究和創新，諾基亞能從核心晶片、網路架構到管理服務整體開發完整解決方案。除此之外，諾基亞也正積極與全球各個產業領域的專家夥伴展開協作，共同打造了完善的物聯網生態圈(Nokia WING)。 其中，諾基亞採10奈米製程技術所開發推出的ReefShark晶片組，能減少一半的massive MIMO天線數，不僅增加了部署的選擇性，也將基頻單元的功耗減少了64%。 5G massive MIMO天線相當巨大，在導入ReefShark晶片組後，能順利做到基地台微型化，有效降低電信營運商的5G建設成本。 另一方面，具備機器學習功能的波束成形技術，除可讓網路「追蹤」行動裝置及擴大基地台覆蓋範圍外，也能為任何地點提供所需要的大規模容量。在未來，諾基亞的5G相關產品都將使用自家開發晶片，以確實掌握端到端的發展。 為開拓更多創新應用案例，諾基亞亦積極參與5G標準制定，以協助實現5G智慧港口、V2X車聯網、智慧工業自動化等應用的實現。 王建亞進一步說明，各種創新服務的出現，不僅是對於電信營運商的挑戰，更是各式跨產業的競爭。 諾基亞大中華區總裁王建亞表示，5G的建置投資不見得將高於4G，單看建置方式是採SA或NSA架構而定。