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物聯網裝置高成長2030年達500億

根據產業研究機構Strategy Analytics的最新研究,截至2018年底,全球聯網設備數量達到220億。企業物聯網仍然是領先的市場,占據一半以上的市場比重,行動/PC占據四分之一以上。然而,該報告預測,在智慧家庭採用率進一步快速成長的推動下,家庭將成為未來幾年成長最快的領域,特別是在尚未開發的地區。該報告得出的結論是,物聯網收入機會仍然不確定,特別是對於服務供應商而言,希望從物聯網中受益的公司最重視他們應該優先考慮哪些項目、活動和營收模式。 Strategy Analytics預測到2025年將有386億台設備聯網,到2030年將進一步成長至500億台。某些部門(如聯接的運算設備)將出現低成長或下降,而其他部門(如媒體設備)將繼續穩步成長。可穿戴設備和聯網汽車將維持高度成長動能,但相對於其他細分市場,也會維持一定的成長性。 服務供應商可能會關注物聯網的大規模,並假設收入會自動流向他們的方向。Strategy Analytics認為,哪些應用和服務將推動營收成長,以及增加多少。此外,還需要進行更多的研究,以了解此生態系統將如何發展以滿足未來消費者的需求。到2025年,隨著全球連網裝置的安裝量接近400億,半導體顯示器製造商、相機、記憶體、電池和其他支援技術供應商將面臨巨大的商機。人工智慧將在行動、家庭、汽車和運算平台上普及。優化跨多個設備、作業系統和使用者界面的用戶體驗將是一個關鍵的戰場。  
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PUF技術提升加密性 嵌入式安全IC防護力大增

2018年,電信巨頭Telefonica在所公布的一份報告中警告說,由於防禦網路犯罪的措施仍然落後於物聯網(IoT)方案的發展,帶來了災難性後果。這不僅僅涉及到資料隱私,或者數位身份的安全。在接下來的幾年中,人們的生活將被連接到互聯網的設備所包圍,這些設備將人們執行的每一步都數位化、將日常活動轉化為資訊、透過網路散播,並根據這些資訊與人們互動。人類的實際生活從來沒有如此接近數位世界。 然而,安全性漏洞仍然有增無減。信用報告巨頭Equifax在2017年發生了大規模資料外洩,駭客獲取了美國居民的姓名、社會安全碼、生日、地址及部分信用卡號碼,以及英國和加拿大居民的個人資料。2019年春天,大規模的勒索軟體攻擊事件對歐洲、南美洲、亞洲和北美洲的至少150個國家的電腦產生了影響,導致醫院、大學、製造商、企業和政府機構出現問題。2016年秋季,由於遭受到基於Mirai惡意軟體的僵屍網路攻擊,CCTV攝影機和DVR造成大規模斷網事件。對於每一次廣為人知的重大事故,都有許多較小的事件令消費者和企業擔心。隨著越來越多的產品和系統接入網路,駭客的技術變得越來越高,每個垂直行業都存在亟待解決的風險。例如,考慮一下以下場景: 工業:從之前的獨立系統向現在全部聯網的系統轉移,使設備容易受到遠端攻擊。 衛生保健:該行業存在敏感性資料相關的隱私問題、資料完整性問題,以及醫療設備/裝置的認證操作。 銀行:隨著網路銀行成指數級成長,機構不再能現場保證身分真實性,風險大大提高。 零售:行動設備採用開放式架構,但其功能又相當於金融/支付終端,所以必須確保交易和通訊安全。 通訊:端對端安全是防止各種攻擊的必要條件。 汽車:還記得2015年Jeep汽車被白帽駭客遠端控制的事件嗎?汽車將很快成為有輪子的電腦,其受攻擊風險仍然非常高。 設計早期階段構建安全性效果佳 忽視設計安全的風險是巨大的:收入損失、品牌聲譽損失,甚至人身傷害。發生破壞之後的亡羊補牢之舉往往效果小且見效緩慢。事實證明,越在設計的早期階段構建安全性,效果越好。基於硬體的安全已被證明比基於軟體的相應措施更有效。值得慶幸的是,採用安全IC的硬體方法並不一定需要太多的人力、資源或時間。 雖然可能面臨產品快速上市且要求開發成本足夠低的巨大壓力,但破壞造成的相關成本更高。如表1所示的假想終端產品,上述的安全問題最終會帶來更多的費用。 基於硬體的安全在一定程度上提供了可靠性,因為網路犯罪分子難以更改設計的實體層。此外,實體層的存在使得惡意軟體不可能滲透作業系統並潛入設計的虛擬層。從設計週期之初開始,即可將安全性整合到設計的底層以及後續所有層。 利用安全IC,例如從內部、不可變記憶體中執行程式碼的微控制器,防止試圖破壞電氣元件硬體的攻擊。微控制器的ROM儲存被認為是信任源的啟動代碼,因為程式碼不可修改。因此,這種不可更改、受信任的軟體可用於驗證和認證應用軟體的簽名。利用從底層就基於硬體的信任源方法,可將設計的更多潛在進入點關閉。 嵌入式安全IC成安全防護關鍵元件 安全微控制器和安全認證器等嵌入式安全IC提供整體方案,保護從每個感測器節點到雲端的整個系統。然而,並非所有安全IC都是相同的。例如,由於成本、功耗以及要求複雜的韌體開發,有些安全微控制器就不適合IoT設備或端點。於是出現了一些加密控制器能夠實施嵌入式、聯網產品的完全安全性,且無需任何韌體開發工作,例如,Maxim的MAXQ1061 DeepCover元件。作為輔助處理器應用於初始設計,或者整合到已有設計,保證資料保密性、身份真實性和設備完整性。 對於安全認證器,元件應提供一組核心的固定功能加密操作、金鑰儲存以及其它適合IoT和端點安全的相關功能。憑藉這些能力,安全認證器即可保護IP、防止複製以及對周邊、IoT設備和端點進行安全認證。 建立信任源不可少 在評估嵌入式安全技術時,還應該考慮哪些因素?內置加密引擎和安全引導載入程式的安全微控制器,可有效防止密碼分析攻擊、物理篡改和反向工程化等威脅。Design SHIFT是一家總部位於美國加州門洛派克市的數位安全和消費產品工程公司,其ORWL安全桌上型電腦需要此類特性。該公司設計ORWL時,要求安全認證和防止物理攻擊兩種功能,需要強壯的信任源安全。 透過PUF技術增強保護 在安全IC中可以看到一項更先進的加密技術,即物理不可複製特性(PUF)。PUF依賴於IC元件的複雜且可變的物理/電學特性。由於PUF在製造過程中產生的隨機物理因素(不可預測、不受控),實際上不可能重複也無法被複製。整合PUF技術的IC帶有與生俱來的數位指紋,可用作唯一的金鑰/密碼,支援提供安全認證、識別、防偽、硬體-軟體綁定以及加密/解密的演算法。 例如Maxim的PUF電路依賴於基本MOSFET元件類比特性來產生金鑰,而元件的類比特性是自然隨機發生的;該方案被稱為ChipDNA技術。這種專利方法可確保PUF電路產生的唯一二進位數字值,在隨溫度和電壓變化以及元件老化的情況下保持不變。 高水準的安全性在於該唯一的二進位數字值實際上未儲存在非動態記憶體晶片的任何位置,而是需要時由PUF電路生成,使用後立即消失。因此,與之前的安全元件容易遭受對非動態記憶體的侵入式物理攻擊從而獲取金鑰不同,基於PUF的元件不容易受到這種類型的攻擊,因為本來就無金鑰可偷。此外,如果基於PUF的元件遭受侵入式物理攻擊,攻擊本身會造成PUF電路的特性發生變化,進一步阻礙這種類型的攻擊。ChipDNA PUF技術已證明其在製程、電壓、溫度和老化方面的優異可靠性。此外,對基於NIST6的隨機性測試結果的PUF輸出評估已經成功完成,結果合格。 圖1所示為ChipDNA PUF技術的不同用途:內部記憶體加密、外部記憶體加密和安全認證金鑰生成。 圖1 ChipDNA PUF技術的不同用途。 以Maxim採用ChipDNA PUF技術的安全IC「DS28E38」為例,其設計用於提供高成效的入侵式物理攻擊防禦。特點包括: .基於FIPS186 ECDSA的質詢/回應安全認證 .ChipDNA安全儲存資料,可選的ECDSA-P256私密金鑰資料來源 .2Kb EEPROM陣列,用於用戶記憶體和公開金鑰證書 .帶認證讀取的僅遞減計數器 .唯一的工廠程式設計唯讀序號(ROM ID) .單觸點、1-Wire寄生介面,提供通用、堅固且非常可靠的互連方法,實現在之前無法實現的領域進行安全認證。 DS28E38只是第一款採用ChipDNA PUF技術的產品。Maxim正在強化其整個嵌入式安全產品線,包括安全認證器和安全微控制器,未來將提供多款採用ChipDNA技術的新產品。 當今的嵌入式安全IC提供整體式解決方案,從一開始就可以採用多級安全措施保護設計,支援加密演算法,篡改檢測以及其它諸多保護。特別是PUF技術,提供極其強大的機制防止侵入式和非侵入式攻擊。無論如何,駭客無法盜竊一個並不存在的金鑰。 (本文作者為Maxim Integrated嵌入式安全部門執行總監)
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5G設備開發挑戰多 射頻模擬工具重要性大增

6GHz以下的5G服務已準備進入商轉,5G用戶端裝置與微型基地台的市場需求很快就會到來,但由於5G導入了MU-MIMO與波束成型等技術,使得天線的數量大幅增加,且為了使天線獲得最好的共振效果,天線在產品中擺放的位置比以往更加講究。這些因素都使得5G用戶端裝置與微型基地台的設計,比過去受到更多條件限制。 另一方面,採用毫米波頻段的下一波5G通訊,將為射頻子系統設計帶來更大的考驗。由於頻率太高,其訊號在電路板上傳輸的損失太大,因此射頻元件供應商紛紛投入開發天線整合封裝技術,但這也使得封裝測試必須面臨新的考驗,因為封裝完成的元件成品,萬一效能表現不如預期,要依靠量測數據找出根因會變得相當困難。 在這個情況下,電磁模擬工具的重要性大增。透過模擬工具的輔助,不管是終端產品的整合設計,或是RF元件廠在進行封裝設計時,都可以在虛擬環境中藉由參數設定,預先得知實體產品原型出爐後大致上的性能表現,進而省下大量開發時間跟成本。 散熱/損耗為5G天線設計兩大難題 安矽思(Ansys)HFSS產品經理Matt Commens(圖1)指出,跟現有的通訊技術相比,5G通訊所使用的頻段明顯高出許多,而且採用了波束成型、MU-MIMO等先進射頻技術,對天線的設計跟配置帶來很大的挑戰。高頻意味著訊號會有更大的損耗,複雜的MIMO技術則使得裝置必須內建更多天線,這些因素都使得5G設備的設計,變得遠比4G產品更為困難。 圖1 安矽思HFSS產品經理Matt Commens指出,在5G應用開發跟部署的過程中,模擬工具的重要性更勝以往。 也因為5G產品在設計過程中需要考量的因素更多,模擬工具在產品開發的過程中,重要性更勝以往。設計工程師必須在模擬工具所建構的虛擬環境中,針對各種可能的設計參數進行模擬,才能加快產品設計速度,提高產品設計符合預期的機率。 以高頻電磁場的應用設計來說,工程師最關心的議題有二,一是訊號損失跟其所衍生的副作用--熱的分布情況;二則是天線配置對電磁波場型的影響。Ansys的高頻電磁場模擬工具HFSS是一款可以求解任意三維結構電磁場的模擬工具,無須掌握身號的電磁場知識和反覆嘗試不同的網格剖分,就能取得高精度的模擬結果。 舉例來說,天線罩跟天線本體的距離、天線罩的材質等,都會影響到天線的性能表現;天線的位置、使用者手持的方式,也會影響天線的訊號收發,這些變數都可以在HFSS裡面完成模擬。另外,結合Ansys的熱模擬跟應力模擬工具,設計人員也可以輕鬆掌握由訊號損失轉變而成的熱,在系統中會如何分布,又會對天線造成何種影響。 除了5G終端設備的開發者之外,對IC設計跟電信業者來說,模擬工具的重要性也比以往更為重要。在IC設計端,由於高頻訊號的衰減太大,因此天線跟射頻前端(RF)在印刷電路板上的繞線距離要越短越好,或是直接讓訊號跳過PCB走線;如果是毫米波通訊,則基本上天線都必須整合到晶片封裝裡,這使得IC設計者也必須開始關注跟射頻電磁場有關的問題。至於電信業者,則可以在進行網路布建跟規劃的時候,利用電磁場模擬工具搭配城市的3D地圖,進行基地台訊號涵蓋的模擬,提升網路覆蓋的品質。 此外,材料供應商在發展新材料時,也可以把模擬工具反過來利用,得知新材料的特性。5G射頻會使用到許多新的材料,但材料供應商在開發新材料時,必須對材料進行大量量測作業,才能掌握新材料的特性。藉由模擬工具輔助,材料開發商只要設定好對應的材料測試環境,量測某幾項關鍵參數,再把資料餵回模擬工具,模擬工具就能藉由已知的資料反推出許多沒有量測,甚至難以靠量測取得的材料特性參數。這對於材料廠商發展新材料,縮短研發時程,也能帶來很大的幫助。 Commens總結稱,隨著5G時代的到來,模擬工具的使用客群一定會比以往更為廣泛。從最上游的材料、晶片供應商到中間的系統設計/整合,再到電信商的網路布建,模擬工具能幫得上忙的地方非常多。因此,未來電磁模擬工具的應用普及率,勢必將節節高升。 搶食5G商機 達梭系統不缺席 5G跟車用雷達的興起,在射頻技術領域掀起革命。由於這兩種應用所使用的頻段都比以往來得高,因此其波長均已達到毫米波水準,與以往的射頻訊號在物理特性上有著極大差異。硬體開發者為了克服毫米波所帶來的挑戰,紛紛導入新的設計架構與材料,例如將天線整合到晶片封裝,或是在PCB板上使用導波材料,但這也使得硬體設計變得更加複雜,設計開發時將面臨更多不確定性。 達梭系統(Dassult Systems) Simulia電磁模擬解決方案顧問趙桐(圖2)表示,目前5G主要發展頻段有二,一是6GHz以下,二是24GHz以上的毫米波頻段。這兩個頻段的天線設計各面臨新的設計挑戰。與4G比較都是更高的頻段,電磁波長更小,天線尺寸跟隨波長變得更小,小到5G天線更多是一個含晶片的模組。當然在天線結構種類上也與4G不同,5G天線需要用到相位陣列天線,這種天線還是有一些關卡要突破。 圖2 達梭系統Simulia電磁模擬解決方案顧問趙桐認為,高頻跟多天線共存,是未來行動裝置設計上最大的兩個考驗。 談到5G天線的設計挑戰,無論是手機還是任何5G電子設備,假設實際尺寸不變,在更高頻率條件下的電尺寸相對於4G時代產品更大。所以在毫米波28GHz頻段,天線實際尺寸和手機尺寸,甚至人體尺寸,基站尺寸,差別更大,這種尺寸上的差異對天線安裝後的整合性能分析增加相當大的難度。 除此之外,在這兩個頻段上的天線設計要求更寬的頻寬,寬頻帶才能得到高速率。單就這電尺寸和頻寬兩方面的難題來講,5G天線對電磁類比的演算法選擇就提出了挑戰。傳統的有限元頻域演算法在寬頻類比和電大尺寸的計算上會顯得更吃力,時域演算法更適合寬頻類比。所以三維模擬工具是否能夠結合時域頻域演算法,場源激勵法,高頻近似演算法,硬體加速以及支援多種天線結構的設計流程,是5G新天線設計和產品設計的關鍵。 因為5G本身就有兩個頻段的天線,智慧終端機除了5G,還要支持Wi-Fi、GPS、藍牙、3G、4G等功能,所以伴隨著多天線共存而來的干擾,以及硬體設計要如何布局等長久以來智慧終端機研發避免不了的問題,在5G時代會變得更有挑戰性。 車載系統亦為必爭之地 除了行動通訊裝置或小型基地台之外,汽車亦為模擬工具業者非常重視的市場。除了5G帶動汽車聯網風潮所創造的車載無線通訊需求之外,毫米波雷達也是促使車廠跟相關子系統供應商開始在設計流程中採用更多模擬工具的原因。事實上,毫米波雷達所使用的頻段比5G預定使用的頻段還高,最高可達77~79GHz,因此訊號衰減、散熱等問題,同樣困擾著相關業者。除此之外,車載系統的工作環境跟行動通訊設備截然不同,因此相關設計者不只需要高頻電磁場模擬工具,還需要結合其他物理模擬工具,才能準確而完整地模擬毫米波雷達在真實世界的運作狀態。 這也使得Ansys跟達梭系統等產品線涵蓋面廣,能執行多重物理模擬的工具供應商,在這個領域有相對顯著的競爭優勢。例如Ansys除了HFSS之外,還有RF和SI Option工具,可以應用在毫米波雷達設計上,同樣的,達梭除了SIMULIA CST之外,還有原本就專為汽車設計模擬所開發的CATIA。趙桐透露,CST已經開始與達梭的其他汽車設計解決方案合作、整合,不斷的推出車載系統的完整解決方案。
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NIWeek盛大展開 5G毫米波半導體測試有看頭

美商國家儀器(NI)所舉辦的年度大會NI Week,於台北時間21日正式展開。對台灣的讀者而言,首日最重要的展出重點在於該公司正式發表其針對5G毫米波測試需求所設計的向量訊號收發器(VST),並已與半導體測試設備大廠東京威力科創(Tokyo Electron)、探針卡大廠FormFactor及機械手業者Reid Ashman合作推出適合5G毫米波元件量產使用的晶圓測試系統。 隨著晶片製造商競相將5G毫米波技術商用化,相關晶片的開發商面臨艱鉅挑戰。不僅要加速產品開發時程,更要對晶片進行完整測試,找出KGD,否則在封裝時可能會在Bad Die上浪費大量成本。因為毫米波RF IC將會採用AiP封裝,把天線整合到晶片封裝內,使得AiP封裝的單價比目前RF晶片所使用的封裝高昂許多。 NI發表的新一代VST可同時適用在研發實驗室跟量產生產線上,簡化了量測跟自動化作業的負擔。該VST整合了RF訊號產生器、訊號分析器,可在高達44GHz的頻段上提供1GHz瞬間頻寬。這些規格特性使得該款VST非常適合用來量測5G毫米波訊號。 此外,新的VST原生整合於NI的半導體測試系統(STS),因此可以和其他半導體測試設備輕鬆結合,構成完整的自動化測試系統。在NIWeek期間,NI便發表了一套與東京威力科創、FormFactor、Reid Ashman共同推出的毫米波RFIC自動化測試系統。 由於NI的毫米波VST具備整合式切換功能,最高可支援32個通道,不僅可以精準測量波束成型、相位陣列等5G毫米波通訊的必要功能,量測速度也遠比一般專為實驗室研發所設計的解決方案來得快,因而使NI能夠拔得業界頭籌,與合作夥伴率先推出可應用在量產上的5G毫米波測試方案。 值得注意的是,雖然業界一直傳出,5G毫米波的量測將從傳統接觸式量測走向OTA非接觸式量測,但在晶圓級測試端,OTA技術與其配套的發展並不順遂。反倒是傳統接觸式量測,能取得更好的量測結果。NI這次與其他半導體設備大廠共同推出的解決方案,就是採用接觸式量測。 NI半導體測試研發總監Joel Sumner表示,由於業界的5G毫米波方案面臨相當緊迫的上市時程壓力,在晶圓測試階段,恐怕已經等不及OTA技術成熟,因此接觸式量測方案還是比較實際的技術選項。採用毫米波VST的自動化晶圓級測試系統,將鎖定晶圓代工廠與IC封測廠作為主要客戶。
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看好8K電視市場 康寧推出Oxide面板技術

隨著顯示器產業不斷向8K電視、高效能筆記型電腦,還有平板電腦等中大型尺寸沉浸式顯示技術發展靠攏,氧化物半導體(Oxide)市場也成為生產新一代高效能顯示器的重大機會。因應此需求,康寧推出新款玻璃基板Corning Astra Glass,以滿足消費者對畫面更明亮、更新頻率更高、影像更逼真的需求。 台灣康寧顯示玻璃股份有限公司總經理曾崇凱表示,康寧非常看好8K電視的成長力道,隨著8K電視需求成長,也推動了高效能顯示器的發展。目前全世界前五大的面板客戶均已投入高效能顯示器的市場,而舞台就在2020年冬季奧運,各大廠商摩拳擦掌,可以期待在冬奧看到高效能顯示器大幅度的成長以及更多元的應用。 康寧玻璃科技集團資深專案經理蘇柏樺更進一步說明,Corning Astra Glass是基於Oxide薄膜電晶體(TFT)技術的玻璃基板。由於高效能筆記型電腦、平板電腦以及8K電視要求玻璃基板需要兼具熱穩定與尺寸穩定特性以提高產量,同時達到所要求的解析度。所以康寧選擇使用Oxide TFT技術,低漏電流屬性能在低更新頻率的情況,讓靜態影像不會出現閃爍畫面;尺寸變異(TPV指標)小且厚度變異(TTV)低,加上玻璃下垂量少,使螢幕效能再提升生產更順利。 另外值得一提的是,針對目前不斷成長的可撓式OLED面板,康寧也有Lotus NXT Glass,可用於生產OLED面板。由於生產OLED面板需要能夠耐高溫不變型的玻璃,康寧對此也不斷地對產品進行優化。蘇柏樺透露,因為需要禁得起彎折,目前可撓式面板材料皆是塑膠為主,玻璃僅是輔助生產的工具。但是用於手持式裝置耐刮也是重要的特性之一,玻璃具有耐刮的特性,但是要能夠彎折須要將厚度縮減得更薄,而康寧現在也已經投入開發相關技術。
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搶攻邊緣運算市場 耐能新款AI晶片亮相

人工智慧(AI)已成為全球科技產業的下一個兵家必爭之地,為搶攻邊緣運算市場,耐能近日發表首款名為「KL520」的AI晶片系列,將神經網路處理器的功耗降至數百mW等級,為各種終端硬體提供高效靈活的AI功能。 耐能創始人兼執行長劉峻誠於發布會上提出「Edge AI Net」的概念,他表示,透過新推出的KL520晶片,期能夠將生命賦予終端設備,實現去中心化、離線本地處理、主動智慧等目標;而耐能也因此成功實現AI在雲端及離線終端上的互補,完成從提供IP到AI晶片的新里程碑,開啟AI應用於不同層面的更多可能性。 據悉,新推出的KL520晶片,具備「可重組式人工智慧神經網路技術」,會根據不同任務進行重組,減少運算複雜度,保證在不同的卷積神經網路(CNN)模型上的使用,無論是模型內核(Kernel)大小的變化、模型規模的變化,還是影像輸入大小的變化,都能保持高效率使用運算(MAC)單元。 此外,該產品也可滿足高效運算需求,其數據格式按運算需求靈活調整,致使在計算過程中實現更高的「數據計算vs.數據讀寫」比例,減少記憶體數據搬運的能量耗損。同時,透過耐能模型壓縮技術可有效減小模型大小,大幅降低在終端部署時的儲存成本,也大幅降低了記憶體頻寬的需求,並可提供較為通用,可同時支持語音及2D、3D影像的AI需求。 KL520晶片其餘特色還包括:低功耗(平均功耗僅300~500mW)、體積小;算力最高可達350GOPS,可作為協處理器使用,增加系統端的AI運算能力,毋須更換主晶片,即可快速於系統端導入智慧應用;適用於結構光、雙目視覺、ToF及耐能自主開發的輕量級3D感測技術等。 目前該晶片甫推出便獲得多家合作夥伴採用,包含鈺創科技、鈺立微電子、奇景光電、研揚科技、全科科技、和碩科技等。劉峻誠透露,未來將持續與戰略伙伴合作,落實產業應用,而2019年第四季還會推出用於智慧安防市場的第二款AI晶片。
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妥善權衡DSP與MCU運算資源 IoT應用兼顧成本與續航力

由於IoT裝置一般都需要兩種功能,因此必須登入至少兩組內核。這對充電後可用時間要求不高的高冗餘裝置可能無關緊要,但對多數IoT應用就成為大缺點;後者需要的是能以高成本效益及長充電週期滿足前述兩種需求的優化混合處理器。針對處理器的真正需求進行詳細的分析,結果顯示這樣的解決方案不僅可行,且在各種物聯網應用中皆具有競爭力。 以共享自行車或滑板車為例,這些設備必須追蹤定位,因此須要採用以GNSS定位的內建裝置;這些設備同時還必須在遠離藍牙覆蓋或Wi-Fi接入點的位置進行通訊,因此行動接入是理想的平台;由於通訊流量不大故最好採用NB-IoT協議;受到日益高漲之安全及隱私要求影響,會需要一定程度的本地計算能力,且其程度可能大到出乎意料。 總結而言,簡單設備必須支持4G或5G、GNSS、應用程序、加密及安全指定位址空間/安全開機,並且要密集部署在許多個城市。企業成敗取決於這些設備的可用性和成本,盡可能降低成本和功率(維護極小化)成為企業存亡的關鍵。 數位訊號處理/控制間須平衡 這些應用的計算需求值得進一步探索,特別是在數位訊號處理和數位控制間的平衡。以NB-IoT連接、GNSS和安全標準的底層演算法為始,將資產追蹤器裝置(頻率為100MHz左右)的活動分解為DSP功能(基頻數據機和實體層控制的某些部分)和控制功能(協議堆疊、安全性和一般內務處理性)。NB-IoT通訊流量不大的輕量級應用,可以發現下列的循環模式: .數據機PHY(大部分為DSP)~35% .L1控制(DSP及控制)~25% .協議堆疊(大部分為控制)~40% 此處可見循環均勻分布於訊號處理和控制之間,混合型處理器因此為可行的選擇。不能同時運行這兩種功能是否會對效能產生影響?不見得,因為這些都不是高性能應用程序。在需要速度的應用(如最新版的eNB-IoT)通常可藉由功能序列化以降低淨能耗;每個循環輪流快速運行後停止是能源管理的常見做法。 將分析範圍擴大,針對聲音處理和語音控制進行研究,例如智慧型音箱、無線耳塞、可穿戴設備、聲控裝置,以及由玻璃破碎等特殊噪音觸發的安全裝置。在這些應用中有不同的需求組合:用於音樂播放的音頻編解碼器(如Dolby)、語音/聲音拾音降噪和神經網路處理,以識別觸發短語或用於設備控制的少量詞彙。 此處採用Dolby Atmos及自有的降噪和語音識別基準,按循環區分活動產生下列粗略的分類: .音訊編解碼:7成控制、3成DSP .降噪:9成DSP(多個篩選)、1成控制 .RNN/LSTM神經網路:6成DSP、4成控制 這些實例雖然DSP活動偏多,但控制元件仍有相當比例,因此混合內核仍有意義。 雖然合併這兩個功能於單一處理器看起來非常有說服力,實務上卻不僅止於在控制器中加幾個MAC而已。DSP必須滿足高階DSP應用(例如最新通訊標準)的需求,亦即需有16×16和32×32 MAC、SIMD,以及對GNSS浮點和雙精度的原生支持。由於NB-IoT和各種GNSS標準不斷進化,因此本架構必須非常靈活才能在軟體層面進行調整;同時,這樣的解決方案必須是高效能的控制器、支持非常緊湊的代碼(DSP在計算方面效能欠佳)和高效的開箱即用C開發支持,才能以連接傳統、開源和生態系統代碼源。 (本文作者為CEVA處理器架構總監)
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部署大量自駕車 七項關鍵挑戰仍待克服

汽車業界目前正在尋找能把今日的自駕車原型,變成可以安全部署自動駕駛解決方案所需的科技創新。此一科技必須能夠對應目前我們仍無法達到、以及生產安全的第四級(Level 4)與第五級(Level 5)自駕車的關鍵挑戰。在這篇文章中,將提出這些關鍵的挑戰,並且探究汽車製造商可用且符合其所需時間框架的解決方案。 我們正經歷自駕車系統以前所未有的速度成長後所帶來的複雜性,而且運算處理必須在不與耗電量、熱特性、大小、成本、安全與保全等挑戰妥協的前提下,跟上這波成長動能。 除了這些技術上的挑戰之外,另外還有許多有關消費者與主管機關對於全自動駕駛接受度的辯論。例如,美國汽車協會(AAA)最新的調查顯示,有73%的美國駕駛害怕駕駛全自動駕駛的車輛。另一個社會與技術上的挑戰則是,馬路上很難出現自駕車與人類駕駛汽車共存的情況(因為人類的行為,可能會讓自駕車的演算法疲於應付)。那麼,我們就來探究想要大規模且安全地部署自動駕駛車,必須考量的挑戰。 自動駕駛價格考量 已經有人指出倘若第四級與第五級自駕車在2020年生產,價格與一般的車輛相比,可能會多出7.5萬美元到10萬美元。這個價格甚至可能還低估了,因為考量要達到第四級與第五級自動駕駛所需的感測器數量,總成本可能會超過10萬美元。為了讓購買這些車輛變得可行,價格有必要大幅調降,才得以讓消費者負擔得起。 如此高的價格可能意謂第一批真正完成部署的自駕車,將是行動即服務(Mobility-as-a-Service, MaaS)、共乘車隊或者是無人駕駛計程車隊(Robotaxi)的一環。藉由取代人類駕駛的成本以及高出消費者自用許多的使用率,這些單位可以建構足以支持這些較為昂貴車輛的商業模式。 第三級自駕仍須駕駛保持警覺心 如同圖1所示,第三級是從ADAS進展到自駕必須跨出的第一步。不過,目前針對第三級自駕以及有關車輛及駕駛的需求,仍然有一些辯論。要成功部署第三級自駕,在車輛的自動駕駛功能啟動後,仍然需要駕駛保持警覺。 圖1 自動駕駛發展進程 這會引發一項有趣的議題,因為身為駕駛的我們會本能地假定我們雙手放開方向盤後,就不用再留意它了,接著可以開心地收發電子郵件、發送簡訊等,這些動作都會讓我們的眼睛與心思離開馬路。不過,有了第三級自駕,車輛可以隨時要求駕駛人重新取回掌控權。 然而,這又引發另一個議題,已經分心的駕駛人需要多少時間才能重握方向盤、重新掌控車輛,以紓緩自動駕駛系統當下無法立即應付的情況?一些汽車製造商正在討論是否要跳過第三級,以便克服此一挑戰。 此外,若從責任的觀點來看,自動駕駛系統跳過第三級會讓系統更加容易辨識駕駛人是否正在掌控車輛,或是車輛正在自動駕駛。目前也有人討論使用擁有駕駛艙內攝影機與先進軟體演算法的先進駕駛監控系統,來判定駕駛人是否已產生警覺,並且適合重新取回掌控權;倘若答案是否定的,系統就會啟動適當的警告,以便讓駕駛人回到完全準備好要自己開車的狀況。即使汽車製造商決定跳過這一級,從第三級要跳到第四級所需的科技複雜性會更為巨大。 感測器數量大增推升運算需求 要從ADAS進展到自動駕駛,須要更高度知曉車輛周遭的一切事物,車輛上的感測器數量會大幅增加(圖2),並且需要多組光達、攝影機與雷達感測器,以便實質上取代並強化人類的視覺以及對情況的認知。這些感測器不但價格不菲,而且要瞭解它們所「看到」的東西以及汽車外面情況演變所需的運算力,與較簡單之ADAS功能,如自動跟車與緊急煞停所需的運算力,大不相同。 圖2 要提升到全自動駕駛,感測器數量將會明顯提升。 軟體複雜度更高 目前推出大多數的自駕車原型機,實際上都在測試處理湧入車輛之大量資訊、以作出下一步正確決定,以及採取行動所需之更高的感測器複雜性與軟體演算。這樣的處理需要相當數量的軟體,依據我們目前的估測,需要10億行的指令才能帶動一部完全自駕的車輛。 執行如此大量的軟體所需的運算力,比較類似於伺服器的效能,離傳統汽車嵌入式處理比較遠。這會帶動一個趨勢,便是朝擁有更強大應用處理器與加速器叢集的更高效能、多核心SoC系統整併發展,而不是獨立CPU。此一整併需要軟體架構進行大幅度的修改,同時也會造成軟體的複雜度劇烈增加。 此一軟體應用的複雜性,甚至遠高於已經搭載滿滿之自動駕駛功能的最先進客機,原因是自駕車輛需要應付混亂的馬路上充滿無法預測的人類駕駛以及行人。反觀相對空曠許多的空中,負責飛行的都是專業的飛行員。 因此,必須進行即時運算的大量演算處理,以便瞭解發生在汽車周遭的一切事物,如此一來,所有自駕運算元件所需的龐大軟體堆疊才能做出正確的決定,並且安全地執行這些決定。如此龐大的複雜性有助於形成共用且統一的平台架構,以便在上面建構便於升級且可移植的軟體堆疊。 自駕車安全信任受考驗 如上所述,近期的統計顯示73%的美國駕駛人對於搭乘全自動駕駛的車輛有所恐懼,且令人吃驚的是,高達63%的美國成年人表示自己走路或騎腳踏車時倘若路上有自駕車輛,他們會感到比較不安全。這也引發一個全新且有趣的挑戰,即為如何取得消費者的信任,不管是身為自駕車乘客身份,或是與自駕車共處的用路環境。 安全是許多汽車系統的關鍵,且在駕駛人需要時可能運作所有的功能,都有嚴格的安全標準與認證把關,例如煞車與轉向等。當我們增加車輛的自駕性能,我們實際上也在利用由許多異質運算元件,以及稍早討論過的10億行指令所組成的複雜運算系統,來取代人類駕駛對於安全的決定權。我們如何保證如此一套高度複雜的運算系統,可以執行達到最高乘客與環境安全標準? 隨著許多功能整併到強大的多核心SoC上,亦同樣會出現能夠在單一SoC上支援混合關鍵性應用的需求。這種情況下,某些應用需要最高水準的功能安全性,因為它們執行的是與攸關生命安全的功能,但同時也會混合運行關鍵性較低的應用。想要把所有的軟體都拉升至最高的功能安全性水準是不可能的,所以我們需要可以支援這些不同安全水準的運算與軟體架構在同一個SoC之中,而毋須針對每一個應用,另外建置專用的SoC。 耗電/散熱技術須持續提升 進入現今自動駕駛車原型的運算系統,基於現成的伺服器技術。伺服器技術的挑戰是其大小、耗電量與散熱特性,都不適合用在汽車上。針對所有特性,有必要讓它顯著降低。一般認為耗電量必須要減少十倍;大小必須縮小五倍,若這兩個目標都達成,成本與散熱會顯著減少,也會讓冷卻方式更加簡單也更為可靠。這些改進將帶來自動駕駛車輛的真正部署,不管是在消費市場或是無人駕駛計程車隊市場。 強化車內乘客體驗 目前愈來愈明顯的趨勢是,消費者想要在車艙內享受到更強化與更豐富的車內體驗(圖3)。隨著我們進化到更高階的自駕階段,車內人員會從駕駛變成乘客,而他們對於資訊、娛樂與連接性的需求,會變得愈來愈像是在自己家中或辦公室裡。 圖3 消費者對於車內娛樂體驗要求越來越高。 在我們到達完全自動駕駛之前,將會出現有趣的駕駛與環境資訊的複合,並與娛樂及生產力功能彼此混合的情況。這將產生有趣的挑戰,也就是把安全與既有的饋送資訊混合,同時要確保駕駛安全資訊,不會因為要顯示其它形式的資訊而有所折扣。 若把時間向前推進接下來5~7年,到達更高度自動駕駛的世界,屆時螢幕將顯示不同的資訊,包括來自自駕系統的駕駛資訊、媒體體驗、駕駛監控系統、車內感測器資訊,而這些都將協助達成更為個人化的車內體驗。這需要高處理量能力才能把資訊送到各個螢幕,也需要高頻寬連接性以及更加強化的安全性,特別是與例如駕駛警告資訊等關鍵資訊有關的安全性。 (本文作者為Arm車用解決方案與平台總監)
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2019年功率元件產業規模再創新高達171億美元

根據產業研究機構IC Insights的2019年光電-感測/致動器-離散元件(OSD)報告,功率電晶體的銷售額成長率達到兩位數,2018年成長14%,達到創紀錄的163億美元,繼2017年成長11%的紀錄後,再度創下歷史新高。光電、感測器/執行器和離散元件的市場分析和預測。功率電晶體的強勁成長進入2019年第一季,全球銷售額與2018年同期相較成長了近10%,但預計2019年下半年成長率將大幅放緩。2019年功率電晶體的銷售額將成長5%,達到創紀錄的171億美元,然後在2020年下降2%,達到168億美元。 在過去兩年中,功率電晶體收入受到強勁的單位出貨量和由於設備短缺導致的價格上漲以及沒有足夠的製造能力來滿足需求的推動而走高。IC Insights的2019年O-S-D報告顯示,2018年功率電晶體出貨量在2018年成長8%,達到創紀錄的628億顆,該公司預計今年的整體產能將增加6%,達到667億顆。功率電晶體的平均銷售價格在2018年成長了近6%,其中一些廣泛使用的元件(如Power MOSFET)的交貨週期在去年下半年超過40週,而正常市場條件下為8週。 功率電晶體製造商在過去一年中穩步增加了製造能力,但大多數供應商仍在努力趕上2019年第一季的需求。大多數功率電晶體產品的供貨吃緊狀況,將在下半年紓解,原因是全球經濟放緩以及2020年初設備出貨需求成長放緩。如果不解決,中美之間日益激烈的貿易戰也可能對2019年的電晶體市場產生負面影響。 根據新的O-S-D報告,2018年除了一個功率電晶體產品類別外,所有類別的產品銷售都成長,但射頻/微波功率電晶體除外,其年度下降了近1%。2018年功率電晶體銷售成長最強勁的是40~100V應用的功率FET,成長了21%,絕緣柵雙極電晶體(IGBT)成長20.3%。其他主要的功率電晶體在2018年表現出強勁的銷售成長:功率FET用於高達40V的應用(+17%);功率FET適用於100~200V應用(+16%);和IGBT功率模組(+15%)。報告稱,場效應電晶體(包括模組系統中使用的電晶體)占2018年總功率電晶體銷售額的58%。IGBT產品總量(模組和離散電晶體)占2018年功率電晶體銷售額的32%。 在2017年和2018年連續兩年兩位數的成長泡沫之後,預計未來五年內功率電晶體市場將恢復到中低個位數百分比範圍內更正常的成長,除外OSD報告預測2020年將下降2%。預計2018年至2023年期間,功率電晶體的銷售額將以3.3%的年複合成長率(CAGR)成長,預計全球產業規模將達到192億美元。  
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全力衝刺電動車市場 Cree擴大產能/攜手福斯集團

碳化矽(SiC)供應商Cree積極布局電動車市場,除投資10億美元擴大SiC產能,打造採用先進技術的自動化200mm SiC生產工廠和材料超級工廠,加速從矽(Si)向SiC的產業轉型,滿足EV電動汽車和5G市場需求外,近期也宣布成為大眾汽車集團(Volkswagen Group)未來汽車供應鏈(Future Automotive Supply Tracks, FAST)項目SiC碳化矽獨家合作夥伴。 Cree首席執行長Gregg Lowe表示,汽車、通訊設施領域持續採用SiC來驅動創新,並產生巨大效益。但現有的供應卻無法滿足市場對於SiC的需求。因此,Cree宣布迄今為止在生產製造的最大投資,這項在設備、基礎設施、公司人力方面的巨大投入,將顯著擴大產能。與2017財年第一季度(也就是Cree開始擴大產能的第一階段)相比較,能夠使SiC晶圓製造產能提高30倍,SiC材料產量增加30倍,以因應未來市場需求。 據悉,這項計畫將為Wolfspeed的SiC業務提供附加產能。通過增建現有的建築設施,使其能成為面積253,000平方英尺的200mm功率和RF射頻晶圓製造工廠,以邁出滿足預期市場需求的第一步。4.5億美元將用於North Fab;4.5億美元用於材料超級工廠(Megafactory),而1億美元則用於伴隨著業務增長所需要的其它投入。Cree指出,新的North Fab將被設計成能夠全面滿足汽車認證的工廠,其生產提供的晶圓表面積將會是目前現有的18倍,而初步開始階段將進行150mm晶圓的生產。 另外,除了宣布擴大產能外,Cree與福斯汽車集團合作,成為其FAST項目SiC碳化矽獨家合作夥伴。FAST目標旨在推進共同合作,比以往更為快速地實施技術創新。福斯汽車集團和Cree將建構一級(Tier one)緊密合作,通過功率模組供應,為未來的福斯汽車集團旗下汽車提供SiC解決方案,而Cree大幅提高SiC晶圓產能,也有利於雙方的發展。 福斯汽車集團採購負責人Michael Baecker表示,該集團計畫在未來10年發布近70款新電動車型,預計在未來10年,基於福斯汽車集團電動汽車平台生產的汽車數量將從1,500萬輛增加至2,200萬輛;而一個有效的產業生態網絡是取得成功的關鍵。SiC的採用將加速汽車產業轉向EV電動汽車,以實現更高的系統效率,為EV電動汽車帶來更長的行駛里程、更快的充電,同時降低成本、重量和節約空間。
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