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廣播擴展功能更強大 藍牙5成信標設計利器
有了這些新的功能,加上藍牙5的智慧手機上市,鼓勵著設計人員開發零售和室內定位的信標(Beacon)應用,這類應用在新版本的藍牙推出之前都未能實現。而且新一代具成本效益、超低功耗且功能強大的系統單晶片(SoC)、開發工具、應用範例及參考設計,協助設計人員更容易採用這個協定增強技術。
信標發展歷程
低功耗藍牙4.0、4.1及4.2版本所支援的基礎信標技術定義了一種簡單的服務,能有效地利用藍牙進行交換資訊的一面。由藍牙裝置發送定期廣播訊息(發現新資料訊息),該訊息會啟動配對請求,隨後進行資訊交換。相反的,信標的廣播訊息則會包含保留位址,該位址將該廣播訊息識別為不請求配對,隨後是可直接作用的固定長度短資料封包。在零售應用中,當消費者接近信標時,會自動接收短信標通訊,但是以往受限於單一廣播封包中的負載限制於31個位元組,因此在「非連線」廣播中可傳送的資訊量受到很大的限制。
然而,現在使用的藍牙5改善了這個問題,例如零售商以往只能對智慧手機發送出單一的網址,讓消費者必須連線才能取得更多訊息;但現在能利用廣播擴展功能支援的255位元組的封包來直接傳送關於特價或新商品等特定資訊。在其他方面,室內導覽現時大行其道,因為消費者不需要安裝特定的手機應用程式(App),也不用設定連線來接收這些特定位置的資訊。
藍牙5的廣播擴展性能還促進定位系統升級到更新層次(知道行動實體的位置,可實現人和資產追蹤,這是一種日益流行的應用)。使用「訊號強度特徵」(RSSI)方式,可估算信標到接收器的距離來進行定位。依照發射訊號強度及它隨著距離減小的速率,可進行簡單的估算,以取得接收器與信標的距離。在指定區域範圍內,可以比對信標的訊號強度,而地圖(有時候稱為特徵)則可利用智慧手機版應用程式取得。
舉例來說,北京升哲科技有限公司推出的「雲子」是一款符合Apple iBeacon規格的信標(圖1)。該信標包含多個感測器,包括用於跟蹤信標運動的加速器,以及光和溫度的感測器。該信標可用於觸發智慧手機接收接近通知,辨識出連線中的對象是否正在移動,並廣播發送周圍環境的光和溫度等資訊。而日本富士通推出了一系列符合Apple iBeacon及Google Eddystone規格的信標,所提供的三種型號均具備嵌入式加速器和溫度感測器以跟蹤信標的精確動作,並為使用者提供環境反饋。
圖1 來自北京升哲科技有限公司的「雲子」信標符合Apple iBeacon規範。該信標可以附加在任何位置或物體上,然後根據各方來的訊息廣播定位資訊。
藍牙5信標技術起步
市面上雖然有許多低功耗藍牙的系統單晶片產品可用於無線產品的實現,但是將當今複雜信標應用的特定要求列入考慮的話,適用的產品範圍就縮小了。這些要求包括以下:
1.能與藍牙5核心規範相容。
2.具備成熟且經驗證的RF協定軟體堆疊。
3.符合Apple iBeacon和Google Eddyston規範。
4.低功耗(可延長電池壽命)以最大限度減少維護工作,尤其於高節點數安裝的專案。
5.高鏈路預算(發射器的輸出功率及接收器的靈敏度(dBm)以確保適切的範圍和連線的穩健性。
6.可支援應用程式和協定堆疊執行無線下載更新(OTA)的快閃記憶體(通過定期的韌體版本修訂來延長產品使用壽命)。
7.適合緊湊型設計的小型尺寸。
8.嵌入式ARM微控制器以提供足夠的開銷(Overhead)來執行堆疊和應用。
9.高性價比。
10.成熟且易於使用的開發工具。
11.能提供良好RF性能的硬體參考設計。
12.需有良好的技術支援,包含討論熱烈的開發者論壇在內。
為此,藍牙晶片供應商開始研發低功耗藍牙SoC。以Nordic Semiconductor為例,該公司所推出的nRF52810 SoC,可與藍牙5標準晶片相容,具有64MHz、32位元ARM Cortex M4微控制器,還提供了100dBm鏈路預算、2.4GHz多協定無線電,而且在輸出功率0dBm下的Tx以及1Mbps傳輸速率下的Rx相應電流值僅為4.6mA,電池壽命長。
不過,雖說nRF52810 SoC已屬於完整的低功耗藍牙解決方案,但功能齊全的系統還需要搭配其他零組件,例如印刷電路板(PCB)、電源、用於調諧電路的被動元件、用於定時的天線和晶體。此外還需要技能和經驗來實現阻抗匹配和天線定位等重要要求。晶片製造商的參考設計可提供協助硬體設計,參考設計是為第一個原型獲得合理射頻性能,並為特定應用縮短更佳化硬體程序的好方法,因此,Nordic便提供相關應用(包括PCB布局和BoM)的參考設計。
對於沒有射頻硬體設計經驗的人而言,另一個方法是購買用於組裝和測試的開發套件(DK),大部分的晶片製造商都有提供這樣的產品。就這部分而言,Nordic提供的nRF52-DK可以和PC或Mac連接來進行開發,而且為使用nRF52810 SoC開發信標原型工作提供需要的所有硬體。
該開發套件經由連接器可以簡單接入這個SoC所有的I/O和介面,包括四個可由使用者編程設計的LED和按鈕。該開發套件另一個方便的特性是與Arduino Uno(修訂版三)標準相容,因此能搭配使用多家協力廠商們已商用化的擴展板,以增強功能。
藍牙5信標App建立挑戰多
雖然各個低功耗藍牙SoC供應商的開發方法均有所不同,但他們的軟體都基於工廠提供的藍牙5/低功耗藍牙RF協定堆疊。設計人員的任務是為信標編寫應用程式,當中存在著一些需要克服的挑戰,包括:
.信標非藍牙技術聯盟(SIG)認可的「規範」(表示經測試和驗證的應用軟體)。
.信標使用廣播頻道的方式和其他BLE應用不同(也就是不建立配對程序,而是直接向範圍內的設備廣播資訊)。
.信標的應用程式碼需要遵守Apple iBeacon和Google Eddystone規範,以確保與Apple及Android手機之間的互通性。
.若是沒有適當的維護,在信標的應用程式編譯期間,供應商的BLE協定堆疊可能會被破壞,從而延長了除錯過程。
而為了替設計人員消除大部份的複雜性,晶片商如Nordic使用獨特的軟體架構,將RF協定堆疊(稱為疊構/SoftDevice)與應用程式清楚分隔。這個架構可協助設計人員專注於應用程式碼的品質,因為設計者知道協定堆疊不會在設計過程中損壞;而在程式編譯期間,開發工具負責管理RF協定堆疊和應用程式及之間的鏈接,並為高效可靠的堆疊運行維持不可或缺的相互依存度。
此外,Nordic DK的低功耗藍牙SoC主機層在交貨時是空白的。所需的疊構可以從該公司網站下載,格式為預編譯的二進位檔案,並可使用nRF Connect移植到DK的SoC。nRF Connect是Nordic的一個跨平台工具,可以針對BLE進行測試和開發,並提供PC和行動裝置版本,設計人員可以使用BLE連接,分別從PC或智慧手機與原型通訊;而對於使用nRF52810 So設計的信標,可使用S112疊構,因為它是一個與藍牙5相容的協定堆疊,用於開發高性能BLE應用,僅占100kB快閃記憶體。
總結來說,藍牙4、藍牙4.1和藍牙4.2,再加上Apple和Google的信標規範,鼓勵了設計人員為機場、博物館和畫廊等公共場所提案零售用和定位的初期設計。但是在這些版本的核心規範中,廣播頻道有限的封包負載可能會妨礙創新。藍牙5技術的廣播擴展技術將信標使用領域推升到新層次,實現了以往無法實現的零售和室內導覽信標應用。
對於沒有經驗的人來說,要去利用這項協定增強技術似乎會感到不安,不過透過與BLE產品供應商合作,可以克服許多挑戰以實現信標技術,簡化了設計上的挑戰,使設計人員能夠加速藍牙5信標應用的設計過程。
藍牙5廣播擴展功能再提升
低功耗藍牙在頻帶寬度83MHz、2.4GHz的ISM頻譜分配中,於2MHz頻道間距裡容納了40個無線電射頻頻道。在當中,有3個頻道是用做廣播用途,分別為:37(2402MHz)、38(2426MHz)和39(2480MHz),而其餘37個頻道(0到36)通常在連接後用於傳輸資訊。設備使用廣播頻道在範圍內對任一個的「觀察者」設備廣播資訊,宣告它們的存在。而在觀察者設備「發現」廣播設備後,可以在沒有正式連接的情況下接收它所發送的資訊。
藍牙5技術可提供較長的資料封包和較低的無線傳送速度(如125kbit/s),但同時採用擴展範圍操作,如此一來可能導致3個廣播頻道變得擁擠。這可能是信標應用所面臨的主要挑戰,因為設備通常會使用這些廣播頻道向附近的智慧手機發送訊息。
藍牙規範提供了廣播擴展功能來克服這個難題。現在,廣播訊息開始以廣播封包的方式發送給一個或三個主要廣播頻道,多餘的廣播封包則會被卸載容納到正常的頻道上(就如同一個次要廣播頻道)。更好的一點是,廣播擴展功能允許多個訊息鏈結起來的廣播封包最大可延長到512位元組(圖2)。
圖2 在藍牙5面世之前,廣播封包僅限於該技術所允許的三個廣播頻道。頻繁使用將造成壅塞。有了廣播擴展功能,廣播資料封包可以卸載到正常的資料頻道上,作為次要廣播頻道。
而且,廣播擴展還帶來了稱之為定期廣播的功能。該功能包含了利用「非連結」(Connectionless)廣播方式,以固定時間間隔方式,同時送給多個已同步的設備。有了定期廣播,掃描設備將更為一致地「關注」廣播者,並且可更頻繁地更新訊息。和先前版本相比,藍牙5的廣播量高達八倍,因此非連結廣播方式獲得進一步的提升。連接設備可以利用這些增強功能來發送更多資訊,並可利用次要廣播頻道進行連接,分擔主要廣播頻道的負擔。
(本文作者為Nordic產品行銷經理)
IEK迎2030年人才大勢 AI驅動新就業市場
有別以往以歐美先進國家為主的觀點,工研院近日於亞洲國家調查各國對2030年各領域前瞻科技的布局與影響,藉此了解亞洲與全球在中長期技術前瞻與市場需求之差異,期盼以科技創新帶動產業翻轉,進一步打造台灣產業競爭力。
科技人才的培育與人才及產業之間的銜接,亦是未來將面對的重大課題。展望2030年,國際人力資源與企業管理顧問公司萬寶華認為,有將近七成的未來工作至今尚未出現。儘管如此,但隨著科技創新已經可以明顯感受到企業營運、人才職能與學院教育皆已開始隨之變化。
AI創新工作型態
工研院產業科技國際策略發展所產業分析師黃筱雯(圖1)指出,透過輔助型人工智慧(AI),能夠為人類節省更多時間心力,快速完成SOP工作。然而,隨著人工智慧自主能力越來越強,會由現在正蓬勃發展的人機協作,逐漸走向機器自主的時代,屆時,人類與機器之間的角色將出現大變動,可自主感知、分析、評估與決策的機器將成為主流。
工研院產業科技國際策略發展所產業分析師黃筱雯指出,透過輔助型人工智慧,能夠為人類節省更多時間心力,快速完成SOP工作。
儘管AI將在某部份取代人力,然而,AI也將驅使創新工作型態出現,創造更多工作機會。根據麥肯錫全球研究院(MGI)研究指出,科技創新對於就業機會將造成影響,其中由短期看來確實會帶來工作消失、人類失業等衝擊;然而若以長期影響看來,科技創新所創造的工作數將遠勝於消失的工作數。原因就在於科技創新除了催生原產業的新商機,還會促使其他產業轉型升級,創造新的工作機會。
黃筱雯舉例,個人電腦的出現曾為就業市場帶來了龐大的衝擊。然而回顧這段歷史,我們可以看到自1980年代至今,這40年來美國當地所創造的淨工作數達到1,575萬;其中,在PC產業出現的全新型態工作大約占了其中的20%,若是將範圍擴大到所有產業來看,其實個人電腦創造了將近八成的全新型態工作。
麻省理工因應AI需求打造學院
根據PwC資誠研究報告指出,近年來,有越來越多的全球企業執行長開始擔心無法獲得數位經濟時代所需要的關鍵技能;並且有超過九成的執行長認為,現今人才需要特別強化快速學習、傾聽與溝通這類的職場軟技能;除此之外更有過半數的執行長擔心無法招募到優秀的數位人才。在數位經濟、科技創新浪潮下,企業該如何掌握商機成為關鍵所在,對於人才而言亦是如此。
在產業的變動下,未來企業所需要的職務分類、工作內容、人才價值皆必須重新定義。「人機協同而非取代」將是未來產業發展的重要關鍵因素。端看企業如何在數位科技與人之間取得最佳平衡點。
黃筱雯進一步分享,為因應未來的工作環境,跨足雙重領域的整合型人才在未來將更加重要,也因此,美國麻省理工學院(MIT)於今年開始,耗資10億美元打造AI學院。該學院的目標在於將AI應用於所有研究領域,並鼓勵學生雙重領域的學習與應用,同時幫助學生系統性學習與思考。該學院企圖打破傳統大學教職聘僱的傳統機制與思維,同時打造MIT全學院的共享結構。也就是說AI學院將扮演其他五所學院(理學院、工程學院、建築學院、管理學院、人文藝術與社會科學院)的跨域橋樑。該學院預計將於2019年9月正式招生營運,屆時便能看到人工智慧教育的新典範出現。
專訪資策會智慧系統研究所所長馮明惠 跨域共通平台推動製造業升級
傳統中小型製造業者,在科技發展的腳步下,是十足的弱勢族群,不僅製造方法落後、效率低,對於生產資訊的蒐集與經驗累積,都極為土法煉鋼。工業4.0智慧製造的內涵,非常重要的精神就在於少量多樣的彈性化智慧生產,此也契合中小型製造業生產模式。然而,資源相對缺乏的中小企業在導入新興資訊科技的過程中相當無助,政府與法人的協助更加重要。
跨領域合作為王道
物聯網的興起正式推動資訊科技產業的第三波變革,資策會智慧系統研究所所長馮明惠表示,從四、五十年前第一波以PC為主的資訊硬體到第二波的App經濟,近年走入全聯網時代,裝置多了感應、通訊、控制甚至分析的功能,於製造業就是提供製造設備單機、產線、整廠的聯網,然而推動的真正關鍵成功因素必須兼顧深度與廣度,除了整合水平領域的資源建立具互通性的平台之外,也要深入垂直產業的領域知識,建立夥伴關係,以共享、共創的精神發展平台,最後發展適當的商業模式,讓解決方案可以實際運作、持續成長。
資策會系統研究所長期發展資訊軟體技術,在智慧製造的推動上,馮明惠強調,為建構工業物聯網完整價值鏈,開發公版聯網平台NIP EI-PaaS核心技術,運用共同的網路、管理等模組,設計可視化的分析平台,將重要的生產訊息簡易呈現,並具備完整的管理功能,物聯網雲平台是智慧製造生態系統的骨幹,可以協助台灣製造業快速的邁向智慧製造。
摒棄過去單兵作戰的思惟,為了解決物聯網應用破碎化的難題,馮明惠強調,該平台發展的過程中,為了擴大技術廣度,網路安全功能與該會資安所合作,領域知識與數位所合作,硬體技術與工研院資通所合作,產業應用則與研華一起,共同發展NIP EI-PaaS平台。為了深入垂直產業,也與手工具公會、機械公會、工具機公會等攜手,完成平台的共通性與垂直領域深化。
按部就班推動產業轉型升級
另外,資策會系統所為提供機台、設備連網,也發展了機台聯網閘道器軟體Chameleon,專門用於連接產線PLC設備並將資訊回傳至後端資料庫,大幅降低生產資訊取得門檻,更新、自主維護容易。結合物聯網雲平台,協助在產線上的業者進行轉型,包括擁有產線的製造業者與產線設備供應商,從生產面與設備面同步進行提升與轉型。總結發展的過程,深入領域知識並進行跨領域結盟才能真正發現產業需求,透過不斷地溝通、分工與合作的手段達成預期的目標。
在平台就位之後,產業轉型升級之路才要正式展開,馮明惠說明,包括人才培訓、提出廠商投入誘因如補助也很重要,而嚴謹的推動步驟包括:前期的技術研發,提出產業可用的解決方案;第二步是發展試行場域,並組織產業聯盟,以打群架的概念,讓更多志同道合或有共同需求的廠商可以導入;再與策略合作夥伴建立可營運的機制,讓政府科專計畫可以商業化,並且建立可獲利的商業模式。
前述步驟可以說是加速階段,如果能夠順利推展已是成功模式,接下來就可以大幅發揮產業轉型效益,正式進入起飛的階段,馮明惠說明,第五個步驟就是產業鏈(Eco-system)的發展,包括產業上下游與產業群聚,可以發揮產業成長綜效,至此產業轉型可以宣告成功。最後一個階段是發展產業標準,將產業實力進行大規模的擴散與輸出,若能成功推展有機會建立產業典範,只是就目前看來還有很多值得努力的地方。
持續發展平台/連網/運算技術
物聯網時代垂直領域是技術應用主要的對象,所以深入了解領域需求,而且尊重該領域的專業是一大重點。展望未來,馮明惠說明,台灣有很好的霧端或邊緣(Edge)端的技術,如何在與領域需求結合的前題下,透過邊霧運算,讓裝置的價值更為凸顯,雲霧協作非常重要。另外,物聯網本身是一個龐大的網路,在5G的架構下,大規模物聯網通訊與低延遲、高可靠度的通訊技術是各界現階段發展的重點,著名的「電車難題」就需要低延遲網路與高效能運算技術合作解決,也是系統所接下來主要的任務之一。
未來高效能運算技術像是「量子電腦」已經有很多研究單位投入,系統所會結合平台與運算技術,配合長期以來公部門,包括中央部會與地方政府的支持,提供國內產業發展所需的解決方案,持續協助國內產業升級。
資策會智慧系統研究所所長馮明惠表示,物聯網平台NIP EI-PaaS,與水平、垂直領域專家合作,完成共通性與垂直領域深化。
跨進企業管理端 數位分身推升營運動能
數位化趨勢銳不可擋,各領域企業也開始進入數位轉型以提升營運動能並實現更多創新應用,數位分身(Digital Twin)因而備受青睞,且不斷演進,變得更具影響力,從生產端拓展至組織管理端,形成「組織企業分身(Digital Twin of an Organization),進而提升整體企業營運效率。
數位分身指真實世界中某個實體或系統的數位表徵。Gartner預估,到了2020年全球將有超過200億個聯網感測器和端點,並可能會有數十億個物件擁有數位分身。企業組織未來將於開始使用實體或系統時就打造數位分身,並隨著時間演進而不斷更新其功能,包含蒐集正確資料並加以視覺化、利用正確的分析技術和規則,或者針對商業目標做出有效回應。
Gartner大中華地區資深合夥人龔培元表示,事實上,數位分身並不是一項全新的技術,這項技術過往通常應用於生產端、廠房等,透過感測器及電腦模擬管理有形的實體,例如噴射引擎或風力發電機,像是西門子(Siemens)、PTC等都有相關的解決方案。
然而,隨著數位化時代到來,企業紛紛進行數位轉型,數位分身應用範圍也因而逐漸拓展至物聯網、工業生產設計之外。Gartner副總裁暨傑出分析師David Cearley指出,數位分身的應用可望發展到物聯網之外,未來企業將同時為組織實施數位分身。組織數位分身是一種動態的軟體模型,藉由營運或其他企業資料,來了解組織如何運作商業模型、連結現有狀態、部署資源並針對改變做出回應,以提供顧客所期望的價值。
龔培元則補充說明,從ERP的角度來理解,數位分身指的是業務模式和數據已經在系統內,藉由人們輸入的不同場景,系統將結合深度分析,使企業的操作虛擬化。虛擬化的分身環境結合AI,整合人、物跟流程,幫助提升競爭力。例如在公司業務改組或職位重新分配時,有了數位分身的協助,執行速度跟精準度能提高。
總而言之,因應數位轉型並提升營運動能,數位分身已開始走入企業內部,推動,組織數位分身能有效推動商業流程效率,還能創造更具彈性、更靈活、回應能力更高的流程,自動針對狀況的變化做出反應。龔培元說,目前使用物聯網的企業當中,已有24%採用數位分身。
智慧音箱市場正夯 韓電信商布局各有千秋
韓電信商看重智慧音箱市場
韓國三大電信業者自2016年由SKT推出第一款可支援韓文語音的智慧音箱產品「NUGU」後,KT與LGU+亦於2017年陸續推出智慧音箱產品「GiGA Genie」及「U+ our home AI」。根據韓國中央日報報導,截至2017年底全韓國已經售出超過100萬台智慧音箱,其中,電信營運商的智慧音箱產品市占超過7成。另一方面,韓國聯合新聞引用國際調研公司Canalys的統計指出,韓國將成為全球智慧音箱的第5大市場,預期2018年將銷售300萬台。
智慧音箱為韓國三大電信商近期應用人工智慧的重點產品,各電信商也調整組織結構與內部資源分配,以持續投入人工智慧相關發展(表1)。為集中資源進行人工智慧相關研發,SKT在第一款智慧音箱推出後,於2017年初成立專責機器學習與深度學習技術開發的單位「T-Brain」。
2017年12月SKT組織改編後,設置人工智慧(AI)研發中心,將T-Brain納入,並延攬具備Apple語音助理Siri開發經驗的Kim Yoon擔任中心負責人。同時,SKT宣布未來三年將投入45億美元建構人工智慧、自駕車、物聯網等相關產業生態。
KT在行銷策略部下設置智慧音箱GiGA Genie事業組,負責GiGA Genie的行銷、新興服務開發及業務合作等。在研發部分,由KT融合技術院服務研究所中的AI技術中心主導,負責人工智慧策略制定、研發與專業人才育成等。LGU+亦設置直屬於CEO的AI事業部,強化人工智慧布局能量。
在研發投入方面,針對智慧音箱所搭載之人工智慧語音助理技術開發,三家業者所採取的策略亦有所差異。SKT透過自主研發,開發人工智慧語音助理系統Aria;KT除透過內部研發外,亦與國內外產研界合作,如與韓國電子通訊研究院在語音辨識技術上合作,並投資擁有自然語言辨識/理解技術的美國新創企業SoundHound。LGU+不自行開發語音助理系統,選擇與韓國第一大入口網站業者Naver合作,在智慧音箱中導入Naver的人工智慧語音助理平台Clova。
韓國三大電信商搶市各有優勢
三家營運商雖競相推出智慧音箱產品,但各業者對於智慧音箱的產品定位有所差異。SKT將智慧音箱視為展現其人工智慧技術的平台之一,由於SKT在2014年收購曾經為MP3大廠之一的iRiver,所以本身具備音響產品開發與製造能量。在智慧音箱NUGU上採用的是iRiver子公司Astell&Kern的喇叭,第二代產品也交由iRiver負責製造。同時,其智慧音箱產品以音響功能為出發點,所以SKT在第二代產品NUGU mini進行設計改良,透過縮小產品尺寸與內建電池,讓智慧音箱可以在戶外或汽車內使用,滿足更多使用情境。
KT為韓國IPTV第一大業者,市占率超過20%,因此由家庭影音娛樂角度切入智慧音箱產品,將智慧音箱作為機上盒產品推出,因此在產品設計上與SKT的智慧音箱大異其趣。KT智慧音箱GiGA Genie具備HDMI、S/PDIF等介面,讓影音訊號可以透過GiGA Genie傳輸至電視,第一代產品在外接攝影機後,甚至可做為家庭監控系統使用。GiGA Genie的製造由韓國機上盒製造廠商KAONMEDIA所負責。
LGU+部分,根據LGU+2018年3月公布之營運狀況顯示,LGU+已擁有超過100萬Home IoT用戶。智慧家庭領域為LGU+近年發展新服務之重點領域,因此該業者將智慧音箱定位成智慧家庭的控制中樞,強調與LGU+其他智慧家庭產品間的連結。硬體方面,LGU+推出的智慧音箱U+ our home AI,製造端選擇與過去為LG品牌代工藍牙耳機產品的Bluecom合作,另外,LGU+也提供Never子公司Line旗下的智慧音箱產品「Clova Friends」讓用戶選擇。
韓國三大營運商對於智慧音箱產品與服務的差異,也反映在各家銷售策略上。SKT為韓國第一家推出智慧音箱產品的業者,第一代產品NUGU定價約為226美元。商用前期為初探市場水溫之產品,促銷折扣最高達60%,僅銷售硬體裝置,不收取其他服務費用。第二代產品NUGU mini將產品尺寸縮小,定價約為90美元,目的則是透過壓低價格爭取更高產品市占率。
KT的GiGA Genie為整合智慧音箱、機上盒功能之產品,第一代提供兩種銷售方式,第一種為單機購買,定價約為272美元;第二種與既有機上盒租用方案相同。用戶在訂閱KT的IPTV服務時,可以選擇傳統機上盒或GiGA Genie,若租用GiGA Genie,需支付約11美元月租費,可依照綁約期間長短給予折扣。第二代則不提供單機銷售,僅提供IPTV用戶租用,裝置月租費與傳統機上盒完全相同。另外,針對IPTV高資費用戶另提供免收取裝置月租費之優惠,藉此提升用戶使用意願。
LGU+的智慧音箱定價約為135美元,與KT相同,除單機販售外,另提供與LGU+服務綁定之優惠。LGU+為刺激IPTV與智慧家庭用戶數成長,對於新加入IPTV服務的用戶,免費贈送智慧音箱裝置;針對IoT@Home智慧家庭服務用戶,同時租用三種以上裝置如IP Cam、智慧開關、智慧插座等,也可免費獲得LGU+的智慧音箱。
從服務面觀察,可由服務開發與既有應用服務兩層面探討。在服務開發方面,三家營運商目前仍在探索符合智慧音箱使用場景的服務,其中又以KT最為積極。該業者開放GiGA Genie AI...
2017~2021車用電子CAGR 6.4%成長率奪冠
儘管自動駕駛汽車遭遇了一些挫折,但車用電子成長仍然是半導體產業發展的主要動力之一。預計2018年汽車電子系統的銷售額將成長7.0%,2019年將成長6.3%,這是六大半導體應用中近兩年的最高成長率。預計2018年汽車相關電子系統的銷售額將從2017年的1,420億美元增加至1,520億美元,預計2019年將增至1,620億美元。此外,汽車電子預計將實現年複合成長根據IC Insights的最新調查結果,從2017~2021年,年複合成長率(CAGR)為6.4%,再次超過所有其他主要應用類別。
總體而言,車用半導體預計將占2018年全球電子系統市場總額1.62兆美元的9.4%,比2017年的9.1%略有成長。多年來,汽車部門僅逐步增加,預計將增加到2021年,預計占全球電子系統銷售額的9.9%。雖然2018年占電子系統市場的比例很小,但預計到2021年,汽車將成為成長最快的應用。
中型和入門級車型以及售後市場產品的新進展更為廣泛,在半導體領域,這對於類比IC、MCU和感測器製造商來說尤其是個好消息,因為大多數汽車系統都需要大量的半導體元件。值得注意的是,汽車特殊用途邏輯元件預計今年將成長29%,僅次於DRAM市場,預計今年汽車應用專用類比市場將成長14%。同時,記憶體(特別是DRAM和Flash)在車輛中使用的新汽車系統解決方案的開發中越來越重要。
5G帶動典範轉移 手機龍頭換人坐坐看
以過去三十年行動通訊發展的經驗觀察,每一代新行動技術都會造成巨大的破壞,市場領導者容易在轉移的過程中失去地位,在大多數情況下永遠無法恢復昔日的輝煌。根據產業研究機構Strategy Analytics最新研究顯示,目前全球前三大智慧手機廠商(三星、華為、蘋果)的市占率在5G時代很可能會面臨衰退。
隨著每一代新產品(GSM、WCDMA、LTE)的出現,行動終端的設計與應用都會產生明顯的變化。諾基亞在2G中達到頂峰,在3G中損失了1/3市占率,在4G世界中消失了。同樣地,在從2G的巔峰到3G的過渡期間,摩托羅拉失去了其全球手機市場市占率的五分之四。而現有的領導者三星則是抓住了2G到3G發展的機會,使其市占率提升一倍,並成為全球領導者。
華為在4G時代嶄露頭角,憑藉其快速追隨產業領先者的能力,與價格合理的技術口號飆升至全球第二。Strategy Analytics認為,像小米、Vivo和OPPO則是未來值得觀察的品牌。小米現金豐富,在中國,印度和歐洲擁有強大的影響力,很快將在美洲與各種智慧設備展開激烈競爭。
Strategy Analytics認為,當消費者越來越不願意花費800到1000美元在新手機上時,4G時代真正的贏家蘋果,其iPhone的高價策略可能必須要進行調整,只是5G手機目前除了高速傳輸之外,其他的應用情境相對模糊,消費者對於手機功能與硬體的升級期待值越來越高,在研發成本難以調降,如何在售價與硬體功能上取得平衡,同時挖掘5G時代的最新應用,將是所有手機品牌業者的共同課題。
MCU小兵立大功 嵌入式系統安全受保障
網路攻擊顯然有可能破壞涉及國防、醫療保健、金融及我們日常生活中的所有層面。更令人擔憂的是,這些攻擊的頻率和強度似乎都在加強。嵌入式系統容易受到多種網路威脅的攻擊,開發人員需要找到相應途徑來防止這些攻擊,這其中必須要防範的關鍵問題包括:偽造、逆向工程、惡意軟體注入或韌體調換、竊聽、身份盜用、未經授權之網路連接和未經授權之重複使用等。
安全性為嵌入式系統基本設計要件
嵌入式工程師需要開始採用整合的系統設計方法,其中安全功能是整個系統特性之基本組成部分。因此,應該在開發週期的最初階段關注安全問題,而不應該將其認為是次要的臨時添加功能。在實施安全策略時應包括軟體和硬體考量。
傳統上講,軟體是防止未授權訪問的第一道關卡,這裡最常見的防範機制是使用密碼、加密和身份驗證等等。但是,一些技術高深的駭客正在嘗試新的方法來攻擊網路系統和子系統,如果無法保護和驗證系統啟動過程,就會成為駭客攻擊的其中目標之一。如果攻擊成功破壞了系統,存放的惡意軟體就可以在啟動ROM中長時間處於潛伏狀態。而MCU現在自稱具有安全功能,可以減輕各種形式的駭客攻擊。這些包括內建的安全和強大的加密/認證引擎、密鑰管理、篡改檢測和防護、外部記憶體保護和通訊協定的加密/解密等等。
晶片製造商目前正在利用幾個精心設計的方案來保護安全密鑰免受駭客攻擊或以其他方式被篡改。例如片上篡改檢測/保護機制可以屏蔽裝置免受侵入式探測;另外,系統可以使用專用匯流排來傳輸安全資料或密鑰。還可以採用許多策略來保護外部記憶體的內容,例如直接從外部記憶體保留的安全執行,而毋須將資料加載到處理器的嵌入式記憶體中或在操作中解密,這允許應用在主處理器和異地記憶體上操作,同時仍保持完全加密性。
關於網路安全,無線和有線網路通訊都有可能被截獲。實際上,一些通訊協定具有眾所周知的安全漏洞,駭客已經在設法利用這些漏洞。安全程度較高的通訊協定除了驗證發送器和接收器真實性之外,通常還具有加密和解密通訊串流的功能。在這些情況下,為了獲得更高安全性,將會損失一些性能方面的優勢,如果需要避免或盡量最小化這種性能方面的折衷,可以整合硬體加速器用於加密算法作為通訊協定的一部分。這樣一來,需要折衷的不再是性能和安全,而是成本和安全。
MCU扮安全防範要角
如前所述,一些MCU採用硬體加密加速器來執行安全功能,而不會影響整體系統性能。其中一個例子是德州儀器(TI)旗下TM4C129E的Crypto Connected LaunchPad,這是一款基於ARM Cortex-M4F的120MHz微控制器板,專為安全雲端連接、建築/工廠自動化、智慧電網和工業控制而設計。該板的核心TM4C129E 32位MCU包含三個重要安全功能,分別是資料加密標準(DES)加速器、進階加密標準(AES)安全模組和Secure Hash Algorithm。
DES加速器模組能提供硬體加速資料加密和解密功能,它可以運作單DES或三重DES(3DES)算法,並支援ECB、CBC和CFB操作模式,以提供進階的片上安全功能。AES對稱密碼模組在硬體中使用128位元、192位元或256位元密鑰,用於加密和解密目的。Secure Hash Algorithm包括使用64Bytes密鑰的HMAC操作,這將驗證消息或資料檔案。
Maxim MAXQ1061 DeepCover安全加密控制器IC能夠實現篡改檢測和安全啟動功能。此IC的多個篡改檢測功能可確保晶片包含資料的安全性,其密鑰管理可防止未經授權的存取,而片上密鑰生成則基於亂數生成器和證書驗證,從而阻止駭客與晶片通訊。此外,128位AES引擎支援AES-GCM(相容SP 800-38D標準)和AES-ECB(相容SP 800-A標準)模式,這種標準的相容性提高了晶片安全性。最後,透過簽名驗證機制能夠強制執行安全啟動,如果沒有簽名,駭客將無法存取主機處理器的資料。
相較於傳統在標準微處理器上運作的軟體,Microchip的ATECC608A系列硬體加速器IC在處理安全算法時速度可快十倍到一千倍。這些算法包括基於ECC和ECDSA協定的完全非對稱(公共/私有)密鑰加密簽名解決方案,並符合NIST標準P256主曲線,支援從高質量私有密鑰生成到公鑰驗證的完整密鑰生命週期。得益於ECDSA代碼簽名驗證和可選的儲存摘要/簽名(Digest/Signature),因而可提供安全啟動功能,惡意軟體將無法更改對系統至關重要的任何引導資料。
總而言之,嵌入式處理器安全性是一個多層面且非常複雜的問題。隨著物聯網普及和成長以及嵌入式系統幾乎無處不在的發展,複雜的安全攻擊給開發人員帶來了嚴峻挑戰。目前MCU設計的進步意味著可以在這些裝置上執行更多安全功能和操作;透過內建加速器或協同處理器通常可執行這些操作,毋須降低系統性能。
(本文作者任職於貿澤電子)
麥克風市場競爭烈 找出差異化是關鍵
語音應用快速攀升,MEMS麥克風的重要性也日愈俱增,各大MEMS麥克風供應商也加緊提升麥克風效能;而在市場競爭日趨激烈之下,如何為MEMS麥克風找出更佳的「賣點」,成為供應商的一大挑戰。對此,意法半導體(ST)便採用SiP封裝的方式,將麥克風與其他感測器相整合,除了因應更多創新應用之外,還可降低終端產品業者的開發時間和複雜度。
意法半導體亞太區產品行銷經理陳建成指出,提高SNR、AOP和相位一致性等參數是MEMS麥克風不變的發展趨勢,而在各家業者技術和產品規格相差無幾的情況下,如何找出新的「賣點」,是供應商須不停思考的事情。
陳建成進一步說明,以遙控器為例,為了提升消費者使用體驗,遙控器上面可能不僅有語音功能,可能還增添了體感功能,讓消費者揮動雙手也能操控(例如換頻道、遊戲互動等)。而要達到上述功能,遙控器上不只需有MEMS麥克風,還需要有加速度計;而ST的優勢便在於有完整的MEMS感測器產品線,不論是麥克風、加速度計、溫度/環境感測器等皆有生產,因此可採用SiP封裝的方式,整合麥克風與加速度計,進而減低終端產品業者的商品開發時間與複雜度。
陳建成表示,原本用SiP封裝整合MEMS麥克風與其他感測器多是用於工業市場(測機台震動頻率和噪音等),但隨著語音控制在大眾消費市場快速興起,從原本的手機、電腦慢慢擴散到其他裝置,如電視、喇叭等,且各種消費裝置上的感測器愈來愈多的情況下,便逐漸將此一作法移至消費性產品,不僅簡化終端產品的設計難度,也藉此在競爭激烈的MEMS麥克風市場中找出差異化的優勢。
邁向自動駕駛 集中式運算成大勢所趨
要實現自動駕駛,感測元件如毫米波雷達(Millimeter Wave Radar)、光達(LiDAR)和影像感測器(Camera)等皆不可或缺,如何將這些感測器所收集的資料整合、分析是日後發展主軸。對此,賽靈思(Xilinx)汽車事業部資深總監Willard Tu表示,智慧汽車的發展十分活躍,而目前大部分車輛都採用「分散式運算系統」,但最終將轉化為「集中式運算系統」。
Willard Tu指出,目前每家OEM可能都有不同的感測器配置組(攝影機、雷達、光達及超音波等),當資料一旦聚合起來,就能進行一定的預處理,在感測器將資料傳輸至中央控制單元中其他處理元素前,對其進行最佳化。
Willard Tu說明,在集中式運算解決方案中,所有感測器資料都聚合在中央節點上,而在這種情況下,All Programmable FPGA技術能顯著降低效能要求與系統成本,並能改變SoC的功能,讓其支援相互排斥的功能,例如駕駛監控與自動代客泊車、全景低速和高速物體檢測等。
除此之外,OTA(Over The Air)晶片也扮演加速自動駕駛發展的關鍵角色。Willard Tu指出,目前OEM製造商要求所有ECU和感測器都必須做到OTA,也就是能支援「Over The Air」升級。由於ADAS仍在經歷創新的階段,每隔3到6個月就會有重大進步,而OTA晶片能夠最大限度地因應這種變更;其他系統採用固定的硬體方案只能進行軟體升級,但採用OTA晶片則能達到軟硬體的升級,為開發人員帶來更高的創新靈活性。
Willard Tu舉例,LV3或LV4的智慧車輛仍須要監控駕駛行為,某些情況下可能需要將控制權交還給駕駛,這就需要採用「駕駛監控」系統。當駕駛一旦離開車輛,車輛可以通過對軟硬體進行重新編程來改變運算SoC的功能,進而達到「自動代客」泊車功能;而透過靈活的軟硬體功能,僅使用一個SoC,就可以落實這兩種操作,並降低效能需求,也減少熱管理需求及成本。












