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宅經濟實現OMO體驗 抗疫雲端應用新常態降臨

隨著行動通訊技術正式邁入5G世代,許多人都在好奇,什麼會是5G的殺手級應用?或許在回答這個問題之前,應該先來關注,最近這半年以來,在全民防疫的非常時期,究竟有哪些企業及消費性的雲端應用嶄露頭角,未來在5G世代最有機會引領潮流? 宅經濟發燒 雲端應用快速推進 在抗疫期間,大家為了保持社交距離,被迫在家遠距工作或上課,使得網路流量與應用程式(App)下載量均同步攀高。根據愛立信(Ericsson)最新統計,在疫情蔓延實施禁令後,全球各地的網路流量成長20~100%之多,其中以家用固網的流量成長最多,行動網路的流量則增加10~20%,Wi-Fi或固網寬頻網路的平均使用時間,每天增加約2.5個小時。 另外,根據行動應用分析平台App Annie統計(圖1),2020年第一季全球用戶下載310億個新的App,較2019年第四季增加15%,應用商店支出則超過234億美元,創下歷史新高,全球手機用戶的每日平均使用時間較去年同期成長20%。 圖1   疫情期間行動用戶使用時間變化 在這波疫情的影響下,在家工作(Work from Home)或分流上班的比例大幅提升,讓視訊會議、遠端工作、協同辦公等相關的雲端平台及工具應用大受歡迎,包括ZOOM、Google Meets、Microsoft Teams、華為雲WeLink、釘釘(DingTalk)等App都在不同地區出現爆炸性成長,意外助長了商業工具類App的盛行,第一季全球下載量大增30%。 在消費性App方面,由於民眾閉關在家,對於遊戲、社交、休閒娛樂、健康、學習等應用的需求普遍增加。根據Sensor Tower發布的「Q1 2020 Store Intelligence Data Digest」(圖2),遊戲類App的合計下載量首度超過130億次,年增率逾5成,創下歷史新高,商業類及教育類App下載量都成長1倍以上,另外包括新聞、社交網路、閱讀類App也成長超過50%。 圖2   第一季各類型App下載量變化 5G、AIoT加持 數位應用開創新面貌 如果說2003年SARS爆發,帶動了e化的第一波浪潮,那麼2020年的新冠疫情蔓延,就是推動雲端平台與行動應用普及化的重要關鍵點。過去這些年來,許多產業都在朝向數位化、智慧化、雲端化、行動化的科技演進趨勢邁進,但不可否認的是,包括教育、醫療、運動、商業等許多領域,在數位轉型的道路上仍是明顯落後,觀望的比投入的多很多,直到近期新冠疫情的衝擊才積極回應。不管如何,這波疫情都帶給相關業者發展數位應用的寶貴經驗。 以數位教育為例,目前台灣的發展腳步恐怕遠低於一般人的想像。根據經濟合作暨發展組織(OECD)的教學與學習國際調查(TALIS),台灣的國中教師讓學生使用資通訊工具,進行專題或課堂作業比率僅15%,遠低於OECD國家的53%;另根據資策會產業情報研究所(MIC)統計,目前數位學習僅占整體學習方式的1~2成。 但台灣在疫情升溫後,各級學校都密集備戰,並針對線上補課、遠距教學、智慧教育等應用進行部署,疫情期間教育單位與師生較常使用線上學習、遠距課程等模式,取代傳統的課堂教學,自然會熟悉數位教育的使用習慣,而且發現到科技工具在教育價值鏈能夠發揮的特殊優勢。 尤其在5G網路的高頻寬、AI賦能與大數據分析的助力下,數位教育已經可以做到高度個人化、智慧化、互動化的程度,例如在安排課程之前,可以根據每個學生不同的興趣、能力、學習進度,透過AI找到最速配的老師、同學、教材及學習方式;在課程當中,可自動為教學內容呈現即時字幕、甚至即時翻譯,並可根據學生的臉部反應、互動狀況評估其學習興趣;課後還能用AI協助老師掌握學生的上課狀況並派發作業,並可辨識學生作業是否有抄襲之嫌。 善用數位科技工具 實現OMO體驗經濟 面對疫情的影響,損失最慘重的莫過於實體經濟了,包括實體零售、觀光旅遊業、實體展覽、演唱會、球賽都受到極大衝擊,但相關業者紛紛為此重新調整戰略,在疫情期間嘗試線上銷售或數位商業模式,未來解封後也會善用數位工具,實現線上線下融合的全新體驗經濟。 疫情期間各類型App使用量變化 以旅遊業為例,在各國實施邊境管制後,旅客根本無法出國,讓提供機票、訂房、體驗旅遊的網站毫無用武之地。不過,包括Airbnb、Expedia等平台業者立刻轉向提供線上體驗服務,Airbnb打造線上達人體驗,讓無法親臨該城市的旅客,也可以透過雲端平台跟著全球體驗達人如葡萄牙品酒師、魔術師、米其林主廚等,一起遊歷世界各地的有趣文化;Expedia則是推出「在家體驗世界」虛擬活動與行程,可以重返古羅馬競技場的榮耀、感受龐貝城的歷史悲劇、穿越凡爾賽宮的富麗堂皇,讓旅友們在家就能重溫世界的美好與多元。 雖然這是疫情期間暫時性的作法,但這樣的雲端體驗或虛擬旅遊,未來很可能成為旅遊業的常態,成為推廣實體旅遊的重要行銷手法。 舉例來說,旅客在訂購旅行團之前,可以先透過虛擬實境(VR)體驗當地的風光,在進入某個博物館或歷史景點時,則可透過擴增實境(AR)穿越時空看到幾百年前的3D場景重現。 另一方面,在疫情期間許多實體活動被迫喊卡,民眾無法親臨現場觀看精彩的球賽或演唱會,但未來如能善用5G、AIoT、VR/AR等科技工具,可以帶給觀眾前所未有的觀看體驗,也能真正把用戶從線上拉回到線下,參與更具沈浸式、互動式的情境體驗。 事實上,包括台中、桃園都在打造智慧球場,透過5G的高頻寬、低延遲、大規模物聯網等優勢,可以提供票券掃描座位引導、精彩賽事關鍵重播、即時戰術分析、AR擴增實境開場表演、多視角AR觀賽、即時AR互動抽獎遊戲、AI好球自動剪輯等功能,讓看球這件事也能處處充滿驚喜。 臺北流行音樂中心也與中華電信、HTC等業者攜手,提供5G及8K多視角高解析度現場直播,觀眾只要戴上VR 360全景顯示器頭盔,就能自行切換多種觀看視角,讓場內後方觀眾也能同步感受最前排觀眾相同的臨場感,甚至切換到後台或來自遠端的影像,擁抱前所未有的視聽體驗。
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電氣化/電動化加足馬力 車用電源設計效能零妥協

汽車電氣化、電動化的革命正加速上演,引發新的電源供應與管理設計轉變。最近的一個新發展即是48V電源架構的導入,與傳統的12V系統相較,48V系統滿足了以更低的成本和體積,提供更多的電力需求,並可顯著減少二氧化碳排放量,特別是在電動車的應用上,效益更為顯著。此外,自駕車的發展讓車用電子系統愈來愈多,也帶來電源設計上的新挑戰。 因應上述汽車發展的變化,半導體界已提出許多創新的電源技術與設計方案,其中,可實現更高功率密度的SiC和GaN等寬能隙功率半導體技術的引進,便是最明顯的例子;而針對車載處理器與ADAS系統對性能的要求,所研發出的新一代電源管理IC,也愈來愈受到車電系統開發商的青睞。本活動邀請相關領域代表廠商,深入解析這些新的汽車電源技術及其應用設計之道。 電動車近年快速發展,市場規模在2017年迅速突破100萬輛,貿澤電子(Mouser Electronics)亞太區行銷暨企業發展副總裁田吉平提到,原先預期2019年出貨量將持續大幅提升,無奈市場遭遇逆風,原因包括充電樁基礎建設未到位、整車價格過高、電池續航力不足等,都延緩了市場的發展腳步,不過人們對於電能的使用與依賴持續提升,也同時凸顯汽車電源技術創新與應用深具產業發展潛力。因此,貿澤電子邀集Vicor、Microchip、Toshiba Electronic、ADI、Maxim等國際重點電源技術廠商進行前瞻技術分享。 去中心化架構搭配48V傳輸系統 電動車電源設計過去是中心化(Centralized)的設計,電源由一個高壓核心透過傳輸架構提供相關元件使用,Vicor台灣區應用工程師張仁程表示,未來電動車將發展去中心化(Decentralized)的架構(圖1),以轉換效率94%為例,中心化的架構以3kW的供電源提供給各系統,將產生180W左右的傳輸與轉換損耗;而去中心化架構則透過多個分散且電壓降低到1kW的供電源,由於供電位置分散,且電壓轉換幅度相對較小,所以線損與轉換損耗幅度都降低,整體效率可以提升到97~98%,功率損耗僅約15W左右。 圖1 電動車電源供應去中心化(Decentralized)架構 分散式架構設計還具有電源模組封裝彈性(Packaging Flexibility)、電源轉換幅度小更接近傳輸電壓、散熱系統成本降低、供電系統備援、降低傳輸線路成本與重量等優勢。而在48V供電系統中,Vicor也致力於零電壓轉換(Zero Voltage Switching, ZVS)設計,張仁程認為,正弦振幅轉換器(Sine Amplitude Converter, SAC)拓撲結構就是其中的關鍵,該架構是一個處於BCM模組核心位置的動態、高效能引擎。透過SAC的高工作頻率,可使用較小的變壓器來提高功率密度和效率。 核心工作電壓提升SiC廣泛導入 寬能隙功率元件是近年來電源技術的熱門討論焦點,碳化矽(SiC)導通電阻RDS(ON)在工作溫度範圍內,變化不會超過30%,適合在高電壓、高溫與高功率環境下工作(圖2)。Microchip嵌入式解決方案工程師Sam Liu說明,未來幾年電動車有幾個明顯的發展趨勢,包括電壓將從400V提升到800V;馬達控制部分,也將導入SiC元件取代Si IGBT元件,以達成更高能量密度、效率、接面溫度與更小的模組尺寸;更高效率的供電到傳輸系統的電壓轉換;電動車內部的系統充電與外部的充電樁充電都需要更高效率,所以SiC將更廣泛導入這些系統的應用。 圖2 主流功率元件工作電壓與電源頻率範圍示意 Sam Liu強調,Microchip可以提供700V與1200V SiC模組、晶片與部分1700V元件,以達成上述幾個電動車的發展趨勢,未來更將1700V的完整解決方案納入。另外,Microchip的30kW三相Vienna功率因數校正(PFC)功能、SiC分離元件和SP3/SP6L模組驅動參考設計/驅動板,最高效率可達98.6%,總電流諧波失真小於5%,可有效協助系統開發人員縮短開發週期。 電源元件強化車輛電氣化效能 電氣化近年成為汽車產業發展的重點,而且變成不可逆的趨勢,台灣東芝電子零組件(Toshiba Electronics Components)將相關技術分成環境(Environment)、安全(Safety)與資訊娛樂(Infotainment)三個部分,並分別提供相關零組件解決方案。該公司系統元件與數位行銷部處長蔡佳言說,改善環境的解決方案特別強調高效能、小型輕量化與功能安全性,如馬達控制IC、光電耦合器、功率MOSFET、IGBT等元件。 另外,在安全性應用,蔡佳言提到,目前先進駕駛輔助系統分成感測、辨識、決策、控制幾個部分(圖3),而Toshiba Electronics Components則是專注於辨識功能的元件,可提供高辨識率、低功耗且適用於多個影像辨識系統的影像辨識處理器。而在資訊娛樂部分,則是提供車用遙控門鎖(Remote Keyless Entry, RKE)、ETC晶片、車用音響功率放大器(Car Audio Power Amp)與車用乙太網路AVB/TSN解決方案等。 圖3 先進駕駛輔助系統ADAS運作機制 DC/DC雙向控制系統轉換更順暢 車輛電氣化的過程中,48V電源傳輸系統越來越被重視,目前有許多車輛採用48V與12V的雙電池系統設計,ADI...
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留意X世代帶來的高齡商機

文 | 萬岳憲 資策會MIC產業躍升事業群總監 隨著年齡的增長,X世代愈來愈強調「活在當下」,他們很在意個人的工作權益,同時也重視個人的生活品質,他們所學習到的工作知識與溝通技巧,跨越了類比與數位兩道鴻溝,養成強調效率的行事風格與特色,想要在最短的時間內得到最多的資訊,然後一定會在這些資訊中,找到他想要的答案。 未來十年,想要賺X世代的錢,就要了解他們的思維和行為,當絕大多數的社會機制都聚焦在探討高齡者的醫護安養制度與終老環境時,不妨讓我們擴大視野,認真的觀察理解,即將跨入熟齡初老族群的需求是什麼,為他們創造一個邁向健康餘命的友善生活空間。 今年六月,商周出版社彙整資策會MIC有關高齡社會商機的研究成果,出版發行《不老經濟》一書,探討許多值得國內產業借鏡引用的商機案例,從高齡者的「怕生病、怕沒錢、怕無聊、怕尷尬、怕無能為力、怕死後不安」等6個商業契機切入,介紹近40餘個目前已經萌芽的商機趨勢。 例如,日本知名的電玩遊戲公司科樂美(Konami)從「怕生病」的商機出發,透過旗下所經營的運動俱樂部,成立「OyZ People運動學校」。OyZ的命名是取自「開放(Open)、年輕(Youth)、活力(Zip)」的字首,目的是要協助高齡會員敞開胸懷,擴大交友範圍,喚醒沈睡的年輕活力。因此,設計了60歲以上會員的專屬健身課程,採用小班制教學,讓熟高齡會員在專業物理治療師或健身教練的陪同下運動,打破一般美式俱樂部型態的混齡運動形式。 從職場退休的高齡者,一旦失去每個月依賴的固定收入,就容易產生「怕沒錢」的恐懼感,而且有許多研究指出,持續與社會互動工作的高齡者,更能夠獨立的健康生活,也更有助於延長「健康餘命」。因此,日本Sugi藥局導入命名為「銀髮夥伴」(Silver Associate)的工作型態計畫,先由這群平均年齡70歲的員工,自由決定工作天數、時數及時段,再由總部媒合分派至各分店工作,彈性的工作時段選擇,吸引更多的高齡者參與投入。 雖然彈性自由的零工型態,會產生較高的管理成本,但是卻吸引更多來店的高齡消費群,與高齡顧客的交流互動也更為密切。Sugi藥局至2018年4月,已經僱用了430位高齡員工,分布在以愛知縣為主的103家分店,最高齡的員工是81歲。 日本電玩遊戲公司Konami旗下的運動俱樂部,打破美式混齡運動形式,為高齡族群設計了專屬健身課程 多數高齡者的生活步調,在退休後被強迫改變,所以必須重新學習建立優質的「老伴、老友、老本、老趣、老健」的五老生活,才不會讓自己落入無聊孤寂的生活空間。日本零售通路永旺(Aeon)公司發現,過往積極培養的死忠客戶,特別是鄰近購物中心的居民結構已經改變,年齡層有逐漸攀高的趨勢,為因應高齡者「怕無聊」的商機,所以就調整購物中心的營業型態,配合高齡者的生活步調,著重安排心靈與知性的服務內容。 例如,將營業時間調整至早上7:00開始,並提供交誼廳的空間,安排專業人士帶領高齡者,做健身操或有氧運動,甚至舉辦商場繞行健走(Mall Walking)活動,除了讓高齡者快速認識商場內的最新銷售商品外,同時也透過各項活動來促進高齡者的友誼交流。Aeon公司的員工與高齡者互動後,還發現許多高齡者仍然保持著求知欲望,所以就為他們安排,許多過往較少接觸的講座活動,例如本來偏好清酒,對紅酒沒有興趣的高齡者,參加各類型的紅酒講座後,就逐漸接受紅酒的品嚐方式,反而創造出一批新的死忠客戶,也相對增加了紅酒的銷售量。 所有的熟高齡者都無法避免「緩慢退化」的過程,但是這個過程會影響外觀及身心功能,當差異性與外界愈來愈顯著時,害怕成為他人負擔的心理,反而成為「怕尷尬」的主要來源。美國可爾姿(Curves)健身房發現,熟高齡女性不會因為有新穎的健身器材、高級飲料吧、優質游泳池等因素,而選擇前往健身房運動,甚至還寧願宅在家裡,跟著運動錄影帶的指示運動。經過調查,原來女性會員不願意讓男性看到自己笨拙運動的模樣,或是不願意碰觸男性使用過的器材。 針對發現的問題,可爾姿公司規劃全新的健身服務,強調「沒有男性、沒有鏡子、不用化妝」的3M(no Man, no Mirror, no Makeup)與「趣味、快速、有效健身」的3F(Fun, Fast, Fitness)經營原則,提供平價舒適又完全沒有男性的健身空間,熟高齡女性在專屬的環境裡,跟著女性教練的節奏,放心的與其他女性會員一起運動健身,成功的運用差異化區隔優勢,吸引更多的熟齡女性會員參與。 英國歐睿國際(Euromonitor International, EI)觀察未來的高齡消費趨勢,他們認為未來的高齡者,最需要的是「被重視的尊嚴」。這項調查結論是來自於全球的高齡化勞動力趨勢,這群行動力仍然優於同齡者的高齡族群,他們想要跟職場裡的中年人一樣,被有尊嚴的對待,他們不喜歡被時時提醒,做任何事情都有年齡的限制,他們更想要的,是被要求去表現自己,他們知道自己正在逐漸變老,但是不希望被別人告知已經變老,他們願意享受獨居的生活,但是不能接受一個被社會拋棄的生存空間與感受。 前面提到的案例,都是運用同理心的角度,思考熟高齡者的生活需求,重新規劃符合他們的生活消費環境,透過品牌命名傳遞價值主張,讓熟高齡族群感受到被尊重的親切感,創造因為「被尊重」而重視服務的商機。 台灣即將在2026年進入「超高齡社會」,其實已經有部份企業,留意到這波即將襲來的銀髮商機,特別是餐飲業。我就在某家火鍋店的菜單上,看到特別為高齡者規劃的套餐,剛好鄰桌在詢問套餐內容,我就稍微留意的傾聽服務員的介紹,突然聽到服務員使用「老人餐」這個詞彙,我立刻低頭再看一眼菜單,上面寫著「耆老餐」,跟服務員使用的名詞不同。再抬頭看鄰桌的高齡者,很可愛的用食指,指著自己的鼻頭說:「對!就是我吃的老人餐」。我對著這個幽默微微一笑,繼續用餐。直到結完帳要走出店門時,我才悠悠的對店長說:「這個套餐,應該叫做『敬老活力餐』才對啊!」
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瞄準車用前裝市場商機 羅姆攜手勇昇/偉詮推ADAS影像解方

羅姆半導體副總經理周建光表示,羅姆看好車用商機,下一個車用電子發展重點是功率元件,期望滿足車用能源需求,並預計五年內達到50%以上的總營收來自車用電子。此次羅姆與勇昇科技、偉詮電子攜手,推出數位電子後視鏡解決方案E-mirror,從影像技術著手補助駕駛安全。 左起為偉詮電子業務副總莊明冬、羅姆半導體副總經理周建光、羅姆半導體副總經理陳宗鼎、勇昇科技業務部經理柯志信 市售電子後視鏡的功能多延伸自行車記錄器,只能記錄車子前後鏡頭的影像,羅姆半導體副總經理陳宗鼎提及,E-mirror搭載影像顯示控制器、ADAS處理器與三顆鏡頭。透過羅姆的控制器晶片處理影像,能合成三個鏡頭的畫面,並進行畫面校正與快速的解析度處理。羅姆半導體資深工程師俞復中進一步說明,E-mirror的三分割畫面有助於顯示更寬廣的視角,同時使用螢幕顯示(On-Screen Display, OSD)將胎壓、油量等資訊顯示在後視鏡螢幕上,並提供異常示警功能。 陳宗鼎認為,汽車影像是未來趨勢,E-mirror從ADAS的需求切入,做出架構簡單的產品,兼顧平價與快速的特性。勇昇科技業務部經理柯志信說明,有些ADAS系統採用毫米波或雷達偵測路況變化,但是一個不含處理器的雷達就要價台幣1200~1300元,且毫米波誤報的問題也時有所聞。而使用影像解決方案,完整的產品價格大約台幣350~400元,在成本上極具競爭力。 針對E-mirror的安全規範,俞復中解釋,產品符合AEC-Q100標準,其他的法規將依照車廠與不同國家的要求進行認證。現階段美國、日本及歐洲規定電子後視鏡必須在汽車發動兩秒內顯示影像才能符合車規,而E-mirror在車輛啟動後0.5秒即可顯示。柯志信表示,目前E-mirror的銷售已經跟台灣的車廠洽談合作,朝向中高階車款的前裝市場布局,有望成為特定車款的標配。
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功率半導體現快充商機 GaN挾高效能進軍消費市場

氮化鎵(GaN)成為電子產業的熱門技術,圍繞氮化鎵的產品、可靠性和解決方案是目前業界關注焦點。其中2020年是消費類充電器,特別是快充市場快速發展的重要時間。隨著市場不斷成熟和趨勢日益明確,消費者對小尺寸和高功率快速充電器的需求越來越大,市場前景可期。GaN快充的其中兩個重要技術指標就是高功率密度和高效能。高功率密度呈現在同一額定功率下的小體積,而高效能則表現於節能環保和更低的工作溫度上。氮化鎵零組件由於具有極高的開關速度及同一晶圓下的小導通電阻,使得更高的效能和開關頻率快速充電成為可能。 2020年採用氮化鎵零組件的快充技術進入快速發展階段,根據產業調查顯示,作為消費類電子指標的手機產業中,目前已經有華為、小米、OPPO等多個知名品牌推出了使用氮化鎵的快充產品。電商方面,更有多達20個品牌先後推出氮化鎵快充產品。本文將探討充電器的技術發展趨勢和氮化鎵功率零組件在高功率、小型化需求下的巨大市場前景。 圖1總結了兩個常見的功率段下,充電器的主要電路和功率密度以及效能指標要求。針對75W以下(30W~65W)的充電器,目前主要電路為單端準諧振(Quasi-Resonant,QR)返馳或主動鉗位返馳(Active Clamp Flyback, ACF)兩種電路。最高效能指標要求接近94%,功率密度要求20W/in3。而高於75W(100W~300W)的充電器,目前基本採用兩級電路方案,前級是功率因數校正電路(PFC),後級為LLC諧振或其他隔離DC/DC電路。最高效能目標要求達到95%,功率密度要達到22W/in3以上。與傳統矽(Si)基功率零組件相比,新材料的氮化鎵零組件具有更高的性能,為充電器,特別是快充產品的小型化和高效能帶來新的可能。 圖1 充電器市場拓撲電路和技術指標 氮化鎵效能高於矽基零組件 氮化鎵零組件由於其寬能隙特點,它的主要優勢在於高開關速度和低開關損耗上。另外,相比同一晶圓大小的功率零組件,氮化鎵功率零組件具有低於矽基零組件的通態電阻,因此系統層面可以帶來更高效能、低工作溫度和小體積的特點,非常適用於小體積、高功率密度的充電器產品設計。總結已量產的氮化鎵功率零組件與目前市場上較優的矽基MOSFET進行比較,可以發現氮化鎵零組件在具有較低的通態電阻下,同時兼具更低的驅動電荷Qg、漏柵極電荷Qgd和輸出能量Eoss,使得高頻率高效能成為可能。 圖2是典型的準諧振(QR)返馳電路拓撲,由於它的低成本和較高可靠性,多用於充電器電路中。在電路中為了提高充電器的功率密度,一個直接的方法就是增加開關頻率來降低變壓器等元件的尺寸。然而提高開關頻率以後,必然將帶來額外的零組件開關損耗和升溫。QR返馳電路主要有兩個與開關頻率相關的損耗,頻率越高相應損耗越大: 1.在功率零組件關斷瞬間原邊電流達到峰值電流,功率零組件在硬關斷過程關閉,存在電壓電流交疊的關斷損耗。可以由零組件驅動電荷Qg和漏柵極電荷Qgd參數來評估。 2.在零組件開通時刻,由於此時電流基本為零,因此不存在開通電壓電流交疊開關損耗,但QR返馳電路在高壓交流電壓輸入(230Vac)條件下零組件開通瞬間漏源極電壓並不為零,所以存在由於內部寄生電容放電產生的放電損耗。它可以由寄生電容對應的輸出能量Eoss參數來評價。 圖2 典型的準諧振(QR)反激電路拓撲和開關過程中的損耗 評價一個功率零組件特性重要指標是品質因數(Figure Of Merit, FOM),它綜合評估零組件的通態和開關特性,越小的FOM代表越優的零組件性能。其中Input FOM表明了零組件在同等通態電阻下,零組件的開關過程中電壓電流交疊損耗,它是硬開關電路評估零組件最重要的指標,例如QR返馳電路的關斷損耗就可以用這個指標來比較。如圖3所示,在相近通態電阻(50~60毫歐)條件下,氮化鎵零組件的漏柵極電荷Qgd僅為矽基零組件的6%,導致開關過程中氮化鎵零組件電壓電流交疊損耗遠小於矽基零組件,約為矽基零組件的五分之一。 圖3 氮化鎵和矽基零組件總電荷比較,以及交疊開關損耗比較 QR Flyback FOM表明QR返馳電路中在同等通態電阻下零組件在200V下寄生電容產生的放電損耗,這裡電壓條件為200V是因為,當輸入交流電壓為高壓230Vac條件下,QR返馳電路功率零組件漏源極電壓約為200V條件下開通,將在此條件下產生寄生電容影響的開通損耗。圖4可以看到,在相近的通態電阻下,氮化鎵零組件的Eoss僅為矽基零組件的60%左右,導致開通電容放電損耗遠低於業界良好的矽基零組件。因此總結分析,氮化鎵零組件在各方面零組件性能上均優於矽基MOSFET零組件,適用於高頻化高效應用,實現優異性能。 圖4 氮化鎵和矽基零組件的輸出能量Eoss比較 產品應用及可靠性測試 從研發工程師的角度分析,在研發充電器產品時主要關注以下三個方面:第一是產品的可靠性,代表零組件在產品壽命中具有高的可靠性和低的失效率,滿足產品的設計壽命;第二是低成本,除了零組件自身成本以外,還需要考慮整體的BOM成本和生產成本;第三是產品能夠快速推向市場,縮短產品設計周期。 例如廠商GaN Systems一直致力於氮化鎵功率零組件的研發和生產,目前已經擁有完整的產品應用領域、高效工作電流和優良封裝的氮化鎵產品線。其中針對快充市場,GaN Systems推出650V 5×6毫米PDFN封裝的氮化鎵零組件,通態電阻從150毫歐(GS-065-011-1-L)到450毫歐(GS-065-004-1-L),可以用於30W到300W的充電器產品中。可靠性方面,GaN Systems按照JEDEC標準的產品認證流程,具有部分測試高於JEDEC標準的測試項目和延長測試時間的倍數。同時基於氮化鎵零組件自身特性,增加了多個額外可靠性測試項目,比如高溫開關動態壽命測試,以確保氮化鎵產品的可靠性和工作壽命。 EZDrive驅動方案 對於增強型氮化鎵零組件驅動,驅動電壓為6V左右,關斷電壓可以為0~10V,而傳統的帶驅動的充電器控制IC輸出驅動電壓一般為12V,因此為了和控制IC的驅動電壓配合,需要進行驅動電壓的電平轉換。其中GaN Systems提出了低成本的EZDrive電平轉換電路,透過簡單的四個小分離元件(RUD/CUD/ZDUD1/ZDUD2)實現驅動電壓的轉換,採用該電路後,氮化鎵零組件驅動實測波型VGS沒有任何過充和干擾振盪(圖5)。 圖5 EZDrive電平轉換電路和驅動波形 使用EZDrive電平轉換電路配合氮化鎵零組件驅動的另一個優勢在於,其驅動電阻Ron和Roff外置(圖6),可以透過驅動電阻來控制漏源極驅動電壓斜率dv/dt進而優化EMI設計。和其他單晶片整合驅動GaN方案相比,氮化鎵零組件加上EZDrive電平轉換電路具有更強的靈活性,並充分利用控制IC內部整合的驅動,實現低成本驅動氮化鎵零組件,同時由於驅動電阻外置,可以控制開關dv/dt斜率達到優化電磁干擾(EMI)設計的目的。 圖6 EZDrive電平轉換電路控制漏源極電壓上升和下降斜率dv/dt 氮化鎵充電器解決方案 採用氮化鎵功率零組件,能夠為充電器特別是快充產品的小型化、高效能、低溫度和低成本帶來可能,將會帶來新的市場機會。為了加速氮化鎵產品的設計與開發,GaN Systems推出針對快充等充電器市場的解決方案,方案覆蓋了30W到300W的功率等級,包含多個充電器常見功率和電路拓撲(準諧振QR返馳/主動鉗位返馳ACF/LLC諧振/功率因數校正PFC等),這些方案都採用了氮化鎵零組件實現高效能和功率密度。圖7是整合650V 5×6毫米PDFN封裝的氮化鎵零組件和EZDrive驅動電平轉換電路的子板(Daughter Card)。可以利用子板快速取代TO220等封裝矽基MOSFET零組件,以評估氮化鎵零組件在性能上的優勢。其中EZDrive電平轉換電路利用四個小分離元件(R1/C1/D2/D3)實現氮化鎵零組件與傳統驅動器或控制器IC的低成本相容。 圖7 氮化鎵5×6毫米PDFN零組件及EZDrive電平轉換電路小子板參考設計 65W高功率密度(18.5W/in3)PD方案是針對快充市場新推出的整體解決方案(圖8),其攜帶了150毫歐氮化鎵零組件(GS-065-011-1-L),採用準諧振電路達到低成本、高頻率解決方案。方案最高效能接近94%,滿足CoC V5 Tier2的效能和待機功耗要求,帶殼高殼溫低於65度以下。除了兩層PCB板低成本設計、高效能和高功率密度之外,方案通過安規標準及EN55032 B類EMI傳導和輻射的全面測試,支援USB-C多種協定輸出,協助使用者縮短產品設計周期,產品快速推向快充消費市場。 圖8  65W PD快充參考設計 如圖9所示,300W高功率密度AC/DC充電器方案使用GS66504B氮化鎵零組件,電路採用同步升壓PFC和LLC諧振電路中,實現了最高95%的效能,34W/in3的功率密度,滿足EN55032 B類EMI傳導要求。其中LLC諧振軟開關電路開關頻率達到500kHz,展現氮化鎵功率零組件在高頻軟開關電路下的獨特優勢。 圖9...
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寬能隙材料觸發電源革命 量測軟體角色更吃重

高效能、低損耗的開關元件,對於馬達控制電路跟切換式電源供應器而言,是不可或缺的核心元件,以往這類開關元件都是以矽為基礎的MOSFET跟絕緣柵雙極電晶體(IGBT),但氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)這兩種寬能隙(WBG)材料的出現,正在逐漸改變這個市場的樣貌。 與矽相比,GaN跟SiC具有更低的導通電阻、更高的切換頻率,同時也能承受更高的電壓。這使得基於寬能隙材料的電源供應器跟馬達驅動設備,外觀尺寸將變得更小巧,但輸出功率卻比基於矽開關的設備還要更高。對電源產業來說,這些特性不只讓既有的產品性能更優異,同時還為相關業者開拓了新的應用市場。 量測儀器業者也從這波新材料導入所觸發的電源產業革命中,看到的新的機會與新的挑戰。由於應用更多元化,原本提供切換式電源產品,主力應用在PC、伺服器與消費性電源市場的業者,開始接觸到電動車、能源等新的垂直產業,但這些產業都有自己行之有年的產業標準跟規範,且還在與時俱進當中。如何讓工程師快速熟悉相關規範、簡化量測作業,甚至縮短產品開發時程,也成為儀器供應商的責任。 新應用、新挑戰與新機會 是德科技應用工程部專案經理蕭舜謙(圖1)指出,對電源量測來說,寬能隙元件的出現,最直接的影響就是其開關頻率比矽要高出一大截。以往以矽為基礎的MOSFET或IGBT,開關頻率往往只有數百KHz,最高也不過在1~2MHz之間,但寬能隙元件的開關頻率可以達到數十MHz,以後還有可能會拉得更高。 圖1  是德科技應用工程部專案經理蕭舜謙 因此,要開發基於寬能隙元件的電源應用,開發者第一個要面對的,就是儀器的速度必須跟上元件的開關頻率。但開關頻率拉高,除了令既有的電源量測儀器要跟著升級之外,設計工程師還會需要使用新的儀器,例如網路分析儀、EMC測試儀等。因為頻率跟雜訊是連動的,當頻率高過一定門檻之後,電源工程師應對電磁干擾(EMI)的方法,也必須跟著轉變。此外,開關頻率提高,也會讓工程師更難用傳統量測設備取得CV特性、S曲線等電源相關的關鍵參數。因此,電源應用開發只需要示波器跟電源探棒的想法,會越來越難套用在新一代電源的開發上。 如果把電源技術應用型態的拓展也納入考量,則電源設計者面對的問題將會變得更複雜。以往在開發電源供應器時,通常只需要做靜態量測跟功能性量測,動態量測的需求不多。但如果是電動車、能源等產業,這些產業奉行多年的標準,如JEDEC、IEC等,都會要求進行靜/動態同步測試,雙脈衝測試因而成為基本需求,這會用到任意波形產生器跟對應的軟體。且不同垂直應用還會有該產業必須遵守的標準規範,產品必須通過標準合規測試,才有機會進入市場。因此,把上述種種因素加總起來,電源相關產業的產品研發人員,正面臨一個新時代,需要新的設計工具跟儀器來輔助。 是德科技行銷處資深專案經理吳哲樂(圖2)則補充,在開發新一代電源的過程中,開發軟體、模型分析工具的重要性,會比以往更加重要。因此,在是德針對電源應用所推出的PD1000A平台中,除了對應的儀器硬體外,還有大量的軟體工具。這些軟體包含建模軟體和一系列電源電路模擬工具,讓工程師能更輕鬆地建立模型。而包含曲線追蹤、S參數與雙脈衝測試儀硬體的測試套件,能夠從實際的WBG元件取得量測結果,再利用先進的建模軟體,建立是德科技獨有的尖端WBG元件模型。這些模型之後亦可用於是德提供的先進設計系統(ADS)軟體,以模擬並分析高頻元件對於設計可靠度和EMI的影響。在完成第一個原型之前,設計人員可隨時變更設計,藉由省下不必要的設計週期,節省時間與成本。 圖2  是德科技行銷處資深專案經理吳哲樂 整體來說,電源設計團隊如果要開發基於GaN或SiC的新一代電源,且產品的目標應用不是傳統的電源供應器市場,開發者會面臨許多以往不曾遇到的挑戰,儀器供應商必須提供對應的Turnkey方案,才能發揮儀器供應商的價值。而測試軟體跟分析工具,則是這整套Turnkey中,不可或缺的一環。 寬能隙商機來臨 晶圓/元件測試最先有感 太克科技(Tektronics)資深技術顧問陳思豪(圖3)則指出,寬能隙材 料的革命,影響的不只是電源設備的設計開發,更上游的半導體晶圓測試,也需要有所因應。而台灣由於有很完整的晶圓代工跟封裝產業鏈,因此相關晶圓級/封裝級測試,需求已經有所反應。 圖3  太克科技資深技術顧問陳思豪 針對功率元件的晶圓級/封裝級測試,最主要的測試儀器是精密電源量測單元(SMU),而隨著功率元件從矽逐漸轉變為WBG材料,儀器要量測的基本參數其實沒有太多改變,諸如IV曲線、CV曲線、S參數,以及反向電流特性等。但因為大功率是WBG元件一個很重要的特性,因此WBG元件測試的電壓、電流需求,普遍比以往的矽元件來得高,進而促使太克發展出支援高功率、大電流測試的Keithley 2600 PCT系列儀器。 不過,在元件測試端,就跟在系統測試端的情況類似,測試軟體所扮演的角色也越來越吃重。除了基本的測試項目外,為了確保元件可靠度能滿足特定垂直產業需求,不管是晶圓測試還是封裝測試,都需要額外加測很多測試項目,有時加測項目可以達到上百項。因此,利用軟體來實現測試自動化,甚至是用客製化軟體來幫客戶滿足特定測試驗證需求,變成儀器商一個很重要的價值所在。 另一個有趣的觀察點在於,WBG元件測試設備跟軟體的需求,其實不完全來自半導體晶圓廠或封裝廠,有一部分台灣的電源OEM廠商,也開始採購原本用在半導體測試領域的解決方案,以便在採購的元件到貨時,進行進料檢驗(IQC)跟元件分級。陳思豪認為,這是台灣電源產業發展的好現象,顯示有些電源業者已經開始轉往高品質、高附加價值的產品線,而不再只是一味追求低成本。 至於在應用系統的測試方面,太克科技業務經理吳道屏(圖4)則認為,WBG元件所帶來的新技術需求,主要出現在電源探棒上,畢竟對示波器或RF測試儀器來說,量測電源應用訊號跟雜訊所需的頻寬,其實都遠低於目前最先進的高速介面跟無線通訊技術,但電源探棒的需求,是電源系統量測所特有的。 為了因應大功率發展趨勢,電源探棒的性能必須更上一層樓,否則隨著元件上的電壓越來越高,加上要做動態量測,電源設計工程師工作的危險性會隨之大增。事實上,電源量測本來就是有相當風險的工作,因為開關元件會有反向電流,當高側跟低測在切換時,萬一不慎同時導通,出現短路,不僅元件燒毀,正在量測待測物的工程師也會有人身安全的問題。 此外,由於WBG元件的切換速度很快,倘若探棒上的寄生電容沒有相對應的降低,示波器量測到的波形就會跟著失真,讓設計人員無法取得真實的波形。所以,探棒技術的革新,其實是讓WBG元件的應用研發得以開展的關鍵要素。針對WBG元件的應用測試,太克研發出IsoVu探棒系統,該探棒使用光學技術實現完全的電隔離,共模耐壓超過2000V,且寄生電容的容值遠低於傳統探棒,使其成為量測高壓、高頻切換WBG元件的理想選擇。
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滿足消費應用需求 GaN快充市場潛力不容小覷

手機/平板/筆電的螢幕尺寸、應用程式等功能快速成長,每人擁有的電子設備與穿戴裝置增加,導致電源需求同步提升,多接孔且充電快速的充電器順勢成為市場熱門的應用之一。同時面對矽材料在能量密度等方面的理論極限,為提升電源的轉換效率與功率密度,氮化鎵(GaN)逐漸成為受到製造商關注的功率半導體應用。投入GaN產品研發的廠商中,部分製造商專攻200V以下的消費電子市場,而GaN快充便是消費電子產品中商品化最為快速的應用。本文將整理GaN在消費性電子市場的應用分析與發展挑戰,探究GaN在消費電子市場的潛能,以及未來應用方向。 GaN快充應用看漲 今年GaN快充應用的熱潮,從1月CES 2020的參展狀況可略知一二。GaN System台灣區業務總經理林志彥(圖1)描述,CES 2020中,約有50-60家的台灣及中國的消費電子配件品牌參展,並推出超過100件採用GaN的產品。納微半導體(Navitas)銷售和市場副總裁Stephen Oliver(圖2)認為,2020年即是GaN在智慧型手機/平板/筆電快充產品的應用快速發展的一年。過去幾年間,從統計數據中可以發現,螢幕與電池的尺寸持續增加(圖3),同時Oppo、Vivo、聯想(Lenovo)、小米已推出手機搭載65W以上的充電器,代表使用者需要快充滿足逐漸增加的電源需求。除了先前主攻售後市場的AUKEY、Anker、RAVpower及Belkin,其他製造商如聯想、三星(Samsung)、Oppo與小米採用GaN快充作為售後的手機配件,甚至可能將其提升為原廠標配(圖4)。 圖1 GaN Systems台灣區業務總經理林志彥 圖2 納微半導體銷售和市場副總裁Stephen Oliver 圖3 2017-2020年智慧型手機及電池尺寸變化   資料來源:Navitas 圖4 2020年Q2 OEM廠商充電器分布   資料來源:Navitas 除了GaN快充產品在消費端需求顯著,製造商同時看好GaN高效率、低導通損耗、外型小巧且適用於高頻率的材料特性。Yole化合物半導體/新興材料技術與市場分析師Ezgi Dogmus解釋(圖5),技術上,GaN在系統整合方面有兩大主要趨勢:系統單晶片(SoC)、系統級封裝(SiP)。針對技術平台,有兩種為了GaN部署的半導體基板:採用藍寶石基板的GaN-on-sapphire、使用矽基板的GaN-on-Silicon。兩種技術都發展良好,可望在明年成為熱門應用。整體而言,GaN快充系統的成本、尺寸及效能,將會創造比其他充電產品更大的市占率。 圖5 Yole développement化合物半導體技術與市場分析師Ahmed Ben Slimane(左)、Yole  développement化合物半導體/新興材料技術與市場分析師Ezgi Dogmus(右) 廠商競爭刺激產量 面對新應用如GaN快充,產品成功最重要的關鍵在於開創市場,讓技術被市場接受並且獲利。Stephen Oliver提到,相較於使用矽,採用納微GaNFast功率晶片的充電器,在整合GaNFET/驅動器/邏輯與數位電路的前提下,可以達到充電速度加快三倍,同時體積減少一半,兼顧性能與價格的優勢。例如廠商AUKEY使用GaNFast晶片製造61W的快充,其體積比蘋果充電器小65%。 如果著重觀察消費市場對新技術/產品的接受度,價格便是驅動需求的主因。林志彥舉例,小米已推出的GaN快充電源售價約台幣700元,成為市場高度接受的產品之一。此外,長期而言,小體積的GaN所需材料少於矽充電器,因此若產量提高甚至進入自動化生產階段,價格將更有明顯的競爭優勢。 生產方面,消費電子產品通常由製造商設定價格、效能與外型規格標準,快充也是如此。Yole分析師說明,GaN作為一項新技術,主要的挑戰在於價格與採用率,而這些又都受限於OEM廠商的嚴格要求與市場布局。截至2020年第二季的GaN市場持續波動(圖6),GaN仍具突破與成長動能。Yole分析師預估,接下來的18個月內,市場會維持相似的浮動狀態,因此國際大廠如三星、華為在產品標配中採用GaN快充的規畫中激烈競爭,蘋果(Apple)可能也會加入戰局,廠商間的競爭將會大力刺激市場銷量,同時導致GaN快充產量上升且價格快速下降。 圖6 功率GaN裝置市場營收趨勢  資料來源:Yole 現階段的GaN快充功率以65W為主流,Stephen Oliver表示,接下來三至五年間,GaN快充的研發必然朝著功率密度更高、充電更快的方向前進,例如聯想預計在今年九至十月左右推出搭載90W電池的手機。新型態的消費者更依賴電子設備提供的工作與娛樂功能,但生活節奏加快、設備的電池容量增加,無法等待漫長時間的來完成充電,因此不斷增長的充電速度即是因應市場需求,Stephen Oliver認為未來功率GaN晶片的市場規模可達10億美元。此外,多接孔的USB-C充電器也會在產業中掀起風潮,滿足現在常見同時持有多個電子設備的消費者的充電需求。 2025年GaN市場上看七億 隨著三星、華為、小米等手機製造商規畫將GaN快充放入標配,Yole分析師觀察到GaN快充高度的市場潛力。GaN已經開始部署在超過45W的快充中,仰賴其小尺寸且高度整合的電源系統,形成高功率密度的應用。接下來三年內趨勢將指向系統單晶片及系統級封裝技術,驅動GaN在消費市場的進展,且GaN充電器的尺寸會持續縮小並伴隨成本下降。 整體而言,Yole分析師預測GaN市場在2025年會超過七億美元,2019~2025年的年均複合成長率(CAGR)則為76%,代表2025年在GaN的整體市場中,將有超過80%的占比來自消費市場(圖7)。林志彥進一步說明,GaN System在市場布局上關注的消費電子、儲能系統、資料中心、工業控制與電動車五大領域中,其中進展最快的即是消費電子市場,能在成本降低次激需求提升的前提下,快速達到量產。2021年下半年,各家廠商高階的手機/筆電型號,極有可能會將GaN充電器/變壓器納入標配規格。 圖7 功率GaN裝置市場規模分析(按應用區分)  資料來源:Yole 除了手機配件,GaN還有其他具有商機的應用場景。Yole分析師表示,GaN的性能表現與外型尺寸帶來優勢可應用在以下幾個領域: ‧ LED驅動器:GaN架構的成本才是受到採用的主因,其裝置GaN有機會用在大於50W的高階、高功率LED驅動器中。 ‧ D類音效功率放大器:國際廠商如EPC、英飛凌、GaN...
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專訪太克Keithley部門資深技術顧問陳思豪、張志豪 脈波量測確保3D感測光源品質

以整個3D感測的市場發展而言,太克Keithley部門資深技術顧問陳思豪指出,未來幾年無論是臉部辨識或車用光達(LiDAR),年複合成長率(CAGR)都超過20~30%,VCSEL擁有較低的消耗功率和較好的圓形對稱輸出模態,能夠有高品質的單模輸出光源。在3D感測的應用中,如果要增加檢測距離或是提高解析度,高輸出功率且模態穩定的光源非常重要。 與其他雷射光源相較,VCSEL的穩定性與耐候性都較好,太克Keithley部門資深技術顧問張志豪表示,光源影響系統表現甚鉅,甚至在晶圓階段就需要進行量測,然而每片晶圓上雷射晶粒的數量眾多,無法做到普測,如何透過快速的抽樣測試準確判斷雷射晶粒的品質,以免完成系統設計之後才發現晶粒的發光出現問題,就是現階段的重大挑戰。 太克Keithley部門資深技術顧問陳思豪(左);太克Keithley部門資深技術顧問張志豪(右) 陳思豪說明,太克的脈波產生器將高電流/高速脈波產生器的功能以及傳統SMU的測量功能和全部功能整合在一台儀器,每個接腳並列測試最多擴充32個TSP連結節點。達到10μs的10A@10V脈波寬度和完整的1MS/s數位化功能提高應用的生產力,範圍從桌上型特性到高度自動化脈波I-V生產測試。可以自動產生10μs電流脈衝,無需手動調整即可進行VCSEL測試。 該脈波產生器的控制迴路系統無需手動調整高達3μH的負載變化,可確保在任何電流量(最高10安培)下輸出10μs至500μs的脈波時,張志豪強調,脈波均不會出現過沖和振盪。由於脈波上升時間<1.7μs,因此可以正確分析受測裝置或電路的特性,其高完整性脈波輸出,無需在任何電流量下調節。
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功率密度優勢顯著 GaN HEMT挺進大功率市場

相較於矽材料,以GaN材料實作功率元件,可以明顯拉高切換速度,從而讓電源設計者在電源設備中採用更小的電容、磁性元件,獲得提高功率密度,降低損耗的效益。然而,天底下很少有毫無缺點的選擇,作為功率應用領域的新興材料,GaN的可靠度與安全性,終究還是未經時間考驗,對於許多產品生命週期很長的大功率設備供應商,如生產伺服器電源、馬達驅動單元、電動車充電器的業者而言,要在產品中導入GaN元件,必須從長計議。 相較之下,消費性產品的生命週期短,市場對產品的可靠度要求不會像工業、汽車產業那麼嚴謹。只要成本結構對了,終端產品上市跟普及的速度很快。舉例來說,目前消費者已經可以在3C通路跟電商平台上購買到各種基於GaN HEMT的USB快速充電器,雖然價格仍比基於矽元件的同類產品略高,但其外觀小巧易於攜帶,輸出功率又有過之而無不及,對消費者來說仍是有吸引力的選擇。 這個現象也顯示,GaN功率元件的成本結構是相當有競爭力的。只要讓客戶建立信心,GaN功率元件在汽車、工業、資料中心等大功率應用領域,也有不小的發展空間。 熬過醞釀期 大功率應用逐漸浮現 GaN Systems台灣區業務總經理林志彥指出,雖然目前GaN HEMT元件最廣為人知,出貨量也最大的應用,是各種針對零售市場推出的快速充電器配件,或是筆記型電腦的電源供應器,但該公司過去幾年除了耕耘消費性電源應用市場外,其實也花了很多心力在非消費性產品上。舉例來說,資料中心所使用的各種高功率電源設備、電動車上的車載充電單元、工業類的馬達驅動設備、機器手臂等,也都有許多客戶正在設計導入,或是已經有產品量產上市。 事實上,非消費性產品導入GaN HEMT元件的時間點,並不晚於消費性產品。例如西門子(Siemens)的馬達驅控設備,就已經採用GaN Systems提供的方案,還有許多其他不方便透漏的設備客戶,也已經推出基於GaN HEMT元件的伺服器電源、逆變器(Inverter)等產品。還有些車廠客戶,也看上GaN在功率密度上的優勢,而決定與GaN Systems合作,共同發展22kW的車載充電器。 但工業或汽車領域的客戶,對元件的可靠度、安全性,要求都比消費性產品的製造商來得更嚴謹,因此其評估、測試與研發的週期,往往得花上兩到三年。以西門子的馬達驅控設備(圖1)為例,從元件性能/可靠性評估到產品設計、測試與量產,就花了近四年時間。但也因為前期作業紮實,因此從產品量產至今,業界對GaN元件最有疑慮的可靠度問題,至今完全沒有出現過。對GaN功率元件來說,這是一個相當重要的成功案例,有助於建立客戶對GaN元件的信心。 圖1 西門子已經在馬達驅動設備中導入GaN HEMT元件 另一方面,由於前期評估跟設計導入要花極大的心力,因此工業或汽車客戶只要導入某款元件,在終端產品漫長的生命週期中,都必須確保該款元件供應無虞,這使得客戶額外重視元件是否有第二供應來源。也因為這個緣故,GaN Systems與羅姆(ROHM)在2018年中結盟合作,讓兩家業者可以共同滿足客戶需求。 工業、汽車等非消費性產品需要較長的醞釀期。成本、供應鏈是否健全,乃至元件本身的技術特性,都是客戶在設計導入時需要考量的面向。但經過過去幾年的努力,已經有越來越多工業與資通訊電源設備開始採用GaN HEMT元件,電動車應用也已經有了初步成果。GaN功率元件應用開枝散葉,將是指日可待。 成本將是GaN最大優勢 包爾英特(Power Integrations, PI)行銷副總裁Doug Bailey(圖2)則表示,對於同時需要高效率跟小尺寸的電源設備來說,GaN元件所能創造的效益最為明顯。除了消費性的NB電源跟USB快充之外,伺服器跟電動車的電源系統,也是PI非常看好的應用市場。 圖2  包爾英特行銷副總裁Doug Bailey 事實上,GaN作為電源開關,其特性幾乎是全面性地勝過基於矽的傳統元件,只是目前跟矽開關相比,GaN開關的成本還略為高出一截。如果GaN跟矽的價差能持續縮小,可能絕大多數的電源應用都會考慮採用GaN開關。 那麼,GaN開關的成本,有沒有可能直逼矽開關呢?林志彥認為,這個可能性是存在的。事實上,目前GaN HEMT的市場行情,已經很貼近基於矽的MOSFET。如果是小量採購,GaN HEMT的報價約比MOSFET高出一成多,但若是百萬顆等級的大規模採購,跟MOSFET的報價應該是相去無幾。 至於跟另一種寬能隙材料--碳化矽(SiC)相比,GaN的成本優勢會更為明顯。SiC在散熱跟耐高壓方面,表現確實是優於GaN,但SiC的材料成本相當高昂,而且因為結構的關係,不容易微縮,這使得SiC元件不僅起始價格就比GaN高出一大截,降價的速度也不如GaN。 Bailey認為,由於GaN與SiC的成本落差相當明顯,許多高功率應用的開發者都對GaN展現出濃厚興趣。只要針對高功率應用研發的GaN HEMT開發成功,相信許多高功率應用的設計者,都會很快轉向GaN。事實上,高功率GaN HEMT的進展相當快,絕大多數電動車廠都已經拿到高功率GaN HEMT的工程樣本並展開評估,因此,GaN元件在電動車市場上,應該會有十分可觀的成長。 大功率應用更需高整合方案 在GaN元件積極搶攻高功率應用市場的同時,元件的設計將跟著出現哪些變化?林志彥認為,驅動器(Driver)與HEMT的整合,將是必然發生的趨勢。事實上,對消費性電源而言,GaN HEMT與驅動器是否一定要整合,還有討論空間,因為消費性電源的功率低,GaN HEMT的開關速度不須推到極限,以便在開關損失跟開關雜訊之間取得最好的平衡。此外,由於消費性電源的GaN HEMT開關頻率不必拉得很高,因此驅動器到開關之間的距離較長,仍是可以接受的。 舉例來說,對消費性電源來說,GaN...
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智慧醫療方興未艾 AI抗疫喜迎順時鐘效應

2020年1月底以來,新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情蔓延全球,抗疫儼然成為所有人齊心面對的共同目標,其中科技防疫更是扮演關鍵角色。正因人工智慧(AI)在防疫、診斷、醫療、藥物開發及協作等方面的成效受到肯定,等於幫政府、業界及民眾做了大量的市場教育,可望加速AI在醫療產業的落地應用,對於AI的其他行業應用也勢必將帶來「順時鐘」效應。 AI賦能 防疫科技工具無所不在 從新冠疫情爆發之後,經常在生活周遭或媒體報導中發現各種防疫科技工具,例如機場及車站必備的紅外線熱影像偵測儀、旅遊景點發布警示的無人機、協助消毒的機器人、具備居家照護功能的智慧監視器等,這些裝置有一個最大的共同點—都是AI應用裝置。 事實上,AI早已深入人們生活的不同領域,但如果不是疫情的爆發,可能沒有那麼深刻注意到AI對生活產生的深遠影響。 舉例來說,大家都很習慣公共場所設有非接觸式紅外線熱影像體溫偵測儀,但很多人並未注意到,這類偵測儀過去可能會偵測到動物、手上的熱飲料而發出警訊,甚至可能有動物或車輛亂入,如今加入AI人臉識別或人體移動辨識功能後,就能更精準鎖定人臉進行額溫測量,不會誤判而造成民眾困擾。 另一方面,如果要偵測民眾是否有戴口罩,毋須指派更多人力,只要採用「視訊監控口罩人臉偵測系統」,透過AI、機器學習及電腦視覺技術,就可精準感應人臉的關鍵部位,進而判斷口罩配戴的狀況,即使人臉過小、角度偏移或有遮蔽物,也不會發生誤判,民眾不需特地停下腳步、或刻意走到鏡頭前,可大幅提高檢測效率,這就是AI厲害的地方。 防疫期間每個公眾場所都勤於消毒,但這項工作不僅辛苦、有害人體,也有一定的感染風險,如果派上防疫機器人,就可大量減少人力。這類智慧機器人不僅有殺菌、消毒、清潔的功用,還有智慧導引及運送的功能,在院內走動時會自動轉彎、避開障礙物、抵達目的地,運送醫療器材或文件檔案也不是問題。 圖1  醫療健康AI主要應用與產值 非接觸式當道 遠距照護/智慧測溫受青睞 為了避免人與人之間的實體接觸,許多非接觸式的醫療應用大行其道,包括遠距醫療、智慧照護的使用量大爆發,也讓AI工具在醫療領域的重要性與日俱增,不僅提供醫護人員相關數據與決策判斷,也可協助醫療資源更有效地配置。 舉例來說,有廠商像是愛微科(iWEECARE)就研發出全球最小的智慧體溫貼片產品添寶(Temp Pal),改變傳統量測體溫的方式,以小型體溫貼片搭配雲端監測系統(圖2),其具備自動、遠距、連續監測體溫與預警的功能,透過藍牙傳輸體溫資料到手機App,可在第一時間發現發燒症狀,同時支援一對多,可監測多人的體溫,減少護理人員定期巡床量測體溫的時間,可明顯提升隔離檢疫工作的照護品質。 圖2  智慧體溫偵測平台 醫療機構或健康照護的室內場所,幾乎都設有監視器,但監視器如果升級成AI功能後,就可透過電腦視覺及機器學習技術,偵測出醫護人員或患者是否有按規定消毒或洗手,藉此降低院內感染的機率,同時還可進行室內場域的個體移動足跡分析,用來監測獨居長者的活動狀態,達到遠端照護的目的。 防疫期間所有藥局為了發放口罩,藥師幾乎都是疲於奔命,但如果藉助AI藥物辨識系統,未來藥師將可更輕鬆,也更可保障民眾的用藥安全。目前愈來愈多大型醫療院所已經導入智慧調劑台,藥師可藉由視覺、聽覺、感知等AI提示,透過不同發光模式、位置指示燈、語音指示、抽屜自動裝置、手勢感應等裝置,以便正確取藥,藥師或護理人員不用擔心拿錯劑量或藥物失竊等問題。 針對老年人或慢性病患,業者也推出了具備AI藥物辨識功能的智慧藥盒,拿到藥袋後,可透過App掃描QR code,將用藥資訊及藥品圖片同步上傳雲端及智慧藥盒,再透過AI影像辨識功能藉以辨識藥物,藥盒會透過語音告知這次吃了什麼藥,同時在App記錄用藥資訊,避免錯漏服藥、服錯藥量或減少用藥等情況。 健康社群應運而生  全民攜手對抗病毒 在疫情蔓延期間,民眾對於各種防疫資訊及健康知識的需求高漲,也讓許多健康社群平台大受歡迎(圖3)。例如「WaCare我的健康社群」就邀請許多醫療專家入駐,提供許多與新冠疫情相關的影片,例如如何戴口罩最有效,同時設立疫情專屬即時論壇討論區,協助在線上幫民眾解答疑惑,未來則以打造遠距健康生態系為目標,可透過AI推論引擎與機器學習技術,建構主動式的個人健康風險評估,讓民眾在風險發生前提早獲知預警。 圖3  醫療數據平台的來源 另外,專注在遠距醫療服務的「醫生馬上看」App,為偏鄉、海外人士、留學生、出國旅遊的會員提供遠距醫療服務,不管何時何處都能透過手機App使用專業醫療諮詢,其內建病歷系統可減少緊急醫療時的溝通時間。目前該平台瞄準企業、保險公司、信用卡等客戶,讓企業員工、旅遊平安險客戶、信用卡用戶在出差或出國旅遊時可以安心出遊。 事實上,由於防疫期間居家檢疫或隔離的民眾有遠端醫療的需求,衛生福利部近期還特別放寬通訊診療法的適用範圍,讓醫生在醫院可透過電腦、行動裝置的視訊進行遠端診療及開藥,不再僅限於偏鄉地區或緊急醫療所需,儘管法規的鬆綁只是短暫性,但包括主管機關、醫療院所、醫生、民眾都對通訊診療有更多的認識及實戰演練的機會,對於未來的遠距醫療、線上看診的建置推動,應有一定的正面效果。
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