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智慧家庭市場正逐漸擴大當中，研究單位IDC指出，該市場將持續成長，預計到2022年，該市場規模將會成長18%，市場上將會有940萬台智慧家庭設備。對於網狀網路(Mesh Network)的需求也逐漸增高，然而主流通訊協議目前尚未出現定論，因此許多設備廠商會將多種通訊協定同時導入至產品之中。因此，多通訊協議(Multiprotocol)晶片的重要性也日趨增加。 在智慧家庭應用之中，網狀網路具備許多好處。芯科科技(Silicon Labs)資深應用工程師林仕文指出，其中最大的優勢在於網狀網路可以延長連線距離，因此儘管為數不多，也有許多廠商將Mesh架構應用於戶外連線應用。也由於網狀網路可透過經由許多節點的方式傳輸，因此一次傳輸的用電量較小，能有效節電。另一方面，也由於資訊可透過多節點傳輸，因此若有節點損壞資訊依然可以透過其他節點傳輸，能有效提升智慧家電的可靠度。 林仕文進一步解釋，全部節點皆可互相連接的Full Mesh架構是最為理想的網狀網路結構，但目前在市面上叫為多見的是在中央設置一個集線器(hub)的Star Network架構。 不同的無線連線技術各有優勢與缺點，能在不同的應用場景之中發揮所長。林仕文說明，隨著智慧型手機的普及，人們普遍習慣使用智慧型手機來做到智慧家庭的控制。因此，當使用者回到住所時，可以利用手機透過Beacon感測解開智慧門鎖，在進到家中客廳時再透過Zigbee將電燈打開。在智慧家庭使用情境之中，將涉及到多種通訊協議。 林仕文指出，若要做到多通訊協議模組，底層必須要有一顆強而有力的IC支援，因此芯科科技推出了ARM Cortex-M4產品，該產品支援2.4 GHz與sub-GHz，亦具備省電機制。更能使的廠商的備貨程序更家單純，同時降低產品的材料成本(BOM Cost)。

固態光達(Solid State LiDAR)開發商Quanergy Systems近日宣布旗下固態光達生產線已通過IATF 16949認證，這是繼7月初獲得ISO 9001認證後又一里程碑，在獲得這些品質管理認證之後，該公司將開始批量生產S3固態光達。 Quanergy首席執行長Louay Eldada表示，該公司生產線獲得IATF 16949認證是一個重要的里程碑。隨著車廠和車用電子技術未來在自動駕駛的發展上會有越來越密切的合作，能否生產車規級的固態光學雷達至關重要。 據悉，國際汽車工作組(IATF)16949認證代表了對汽車業內組織的品質管制體系要求。為了符合認證，Quanergy的固態光達生產線經過了5個階段，一共113項任務的全面定量評估，這些任務是基於嚴格的汽車行業要求和通過統計過程控制(SPC)和測量系統分析(MSA)獲得的數據而設定。Quanergy品質和可靠性副總裁Bruce Shibuya說，IATF 16949認證為Quanergy打開了許多大門，通過這個極其嚴格的認證，也意味著確保了Quanergy產品的質量和可靠性。 Quanergy指出，該公司若想實現將車規級固態光達推向市場的目標，獲得IATF 16949認證是關鍵的步驟。車規級固態光達須採用嚴格的生產製程，必須透過可顯著降低感測器故障率的測試；雖然認證過程平均需要24個月，但憑藉Quanergy在產線上的自動化設施，該公司只用18個月便通過該認證的資格要求。

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。

由於手機產業飽和而過了一段發展停滯期，砷化鎵(GaAs)晶圓市場因新興應用帶動重拾成長動能。根據市調機構Yole Développement(Yole)最新研究報告指出，2017年至2023年GaAs晶圓的年複合成長率(CAGR)為15%，其中光子學應用CAGR更高達37%。 GaAs四大應用包括：RF、光子學、LED和PV。GaAs為最成熟的化合物半導體之一，GaAs無處不在，成為每個手機中功率放大器的基石。在2018年，GaAs RF業務預估將占GaAs晶圓市場的50%以上。然而，由於手機市場逐漸飽和且晶片尺寸縮小、整合度不斷提升，過去幾年市場成長趨緩。 自2017年以來，GaAs晶圓在光子學應用中尤為突出。當Apple推出採用GaAs雷射發射器的3D感應功能的新款iPhone X時，為GaAs光子市場的成長點燃引擎。到2023年，光子應用的GaAs晶圓市場規模預計將達到1.5億美元。 另外，基於GaAs的ROY和紅外線LED應用也很有潛力，Yole估計，2017~2023年，整個GaAs LED市場的年複合成長率達到21%，到2023年超過GaAs晶圓產量的一半以上。  

瞄準3D NAND市場商機，NAND Flash廠相繼於於2018下半年推出QLC架構的3D NAND Flash。除了英特爾(Intel)與美光科技(Micron)於日前宣布，雙方聯手開發的4bits/cell(QLC)3D NAND快閃記憶體開始投產與出貨外；近期三星(Samsung)與Western Digital也相繼發表QLC 3D NAND Flash布局計畫。三星將開始量產款首款搭載QLC快閃記憶體的消費性SSD，而Western Digital則宣布已成功開發出第二代4-bits-per-cell 3D NAND架構，目前已開始送樣，預計今年量產出貨，並於旗下SanDisk品牌之消費性產品率先使用。 三星電子記憶體銷售和市場營銷執行副總裁Jaesoo Han表示，隨著該公司將產品陣容擴展到消費性電子市場和企業市場後，4-bits SSD產品將會迅速普及，擴展到任何市場。 三星指出，4-Bit QLC快閃記憶體能夠讓SSD達到540MB/s的持續讀取速度，以及520MB/s的持續寫入速度；且QLC架構的快閃記憶體可以讓這些SSD產品從 1TB起步，最高達到4TB的容量。目前已開始量產的消費級SSD，一共有1TB、2TB和4TB三種規格。 另一方面，Western Digital則宣布已成功開發第二代96層的BiCS4 3D NAND　Flash。透過專為96層BiCS4產品導入的QLC技術，已成功使單顆粒3D NAND的儲存容量高達1.33 Tb(Terabits)。 Western Digital矽晶片技術與製造部門執行副總裁Siva Sivaram指出，透過Western...

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...

動力鋰電池及材料整體技術路線將遵循高能量密度、高功率、長壽命和高安全方向發展。三元/二元正極由於能量密度高適合用於乘用車，而鋰鐵正極由於高安全性適合用於商用車。三元動力電池(方形VDA)能量密度目前已達220Wh/kg以上，循環壽命超過1,500次。規劃2020年能量密度目標300Wh/kg，2025年350Wh/kg，2030年達到500Wh/Kg。而在電巴、物流等應用之商用車鋰鐵電池能量密度目前為150Wh/kg，2020年目標160Wh/kg，而壽命要達到8年循環壽命6,000次以上。快速充電LTO電池能量密度目前為70Wh/kg，循環壽命10,000次以上；2020年能量密度目標120Wh/kg。 依一般構想，電動汽車在白天行駛，晚上可慢速充電五小時，如此也充分利用了晚上的低廉電價。但在實際生活中，受傳統習慣、生活節奏、物業管理等因素，用戶本身更願意接受快速充電。在同一個電池中，能量密度與快速充電可以說是不可兼得的兩個性能。而目前看來電池追求高能量密度是主流。當能量密度足夠高，一台車裝載的電量夠大，足以避免所謂「里程焦慮」，電池快速充電性能的需求就會降低；但電動車在「里程焦慮」無法突破的現階段，快充是一個可以發展的方向。另一方面，即使電池之電量提升至足以克服里程焦慮，但如果考慮電池成本，那麼購買較小電量並具快充性能的電池，也是不錯的選擇。 電解液護電池穩定與安全 鋰電池依「搖椅型(Rocking Chair)」的原理運作(圖1)，亦即帶電鋰離子在正負極之間運動，實現電荷轉移，給外部電路供電或者從外部電源充電。充電過程中，外電壓載入在電池的兩極，鋰離子從正極材料中脫出，進入電解液中，同時產生多餘電子通過正極集流體，經外部電路向負極運動；而鋰離子在電解液中從正極朝向負極運動，穿過隔膜到達負極；並經過負極表面的SEI(Solid Electrolyte Interphase)膜嵌入到負極石墨層狀結構中，並與電子結合。在整個離子和電子的運行過程中，對電荷轉移產生影響的電池結構，無論電化學的還是物理的，都將對快速充電性能產生影響。 圖1　鋰二次電池充放電機制示意圖 快速充電的原理主要是確保鋰離子快速從正極脫出，再快速嵌入負極。除正負極材料之外，電解液對於快充鋰離子電池的性能影響也很大，尤其電池在快充大電流下容易升溫，電解液要保證電池穩定和安全性，此時電解液要滿足以下幾個特性：不能分解；導電率要高；對正負極材料是惰性的，不能反應或溶解。如果要達到這幾個要求，關鍵要用到添加劑和功能電解質。比如三元快充電池的安全性受電解液影響很大，必須在電解液中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護，才能一定程度上提高電池安全性。對於電池來說，如果要提升快充性能，需要在電池整體的各個環節中都下功夫，包括正負極、電解液、隔離膜和結構設計等。以下從正負極材料角度來探討。 快充正極製造材料各有挑戰 實際上，各種正極材料幾乎都可以用來製造快充型電池，主要需要的性能包括電導、鋰離子擴散、壽命、安全、適當的加工(均漿、塗布、滾壓及裁切製程)性能。當然，不同正極材料要解決的問題也有所差異。 舉例而言，磷酸鐵鋰側重於解決電導、低溫方面的問題；而顆粒表面進行碳包覆，顆粒適度奈米化，顆粒表面改質而形成離子導體都是最為典型的策略。三元/二元材料本身電導已經比較好，但是其反應活性太高，因此三元/二元材料更多在注重安全性和抑制與電解液的副反應的技術，例如表面進行奈米改質或是摻雜金屬元素；畢竟目前三元/二元材料的一大罩門就在於安全，而近來的電池安全事故頻頻發生，也對安全方面提出了更高的要求。目前研究結果顯示乘用電動車三元大型方形電池之能量密度提升至200Wh/kg以上時，電池不易通過穿刺、過充等安全規範，安全性變成一大問題。 除了可使用電解液安全添加劑，使電池在不正常升溫初期，阻斷導電通路，避免熱暴走之外，目前已有幾家電池廠採用三元混摻15~30%磷酸錳鐵鋰LMFP(圖2)技術，可以在本質上降低正極材料和電解液之反應熱(圖3)與反應性，有效提升三元電池安全性。 圖2　泓辰公司磷酸錳鐵鋰(LMFP)正極材料之充放電圖 圖3　三元混摻15~30wt.%磷酸錳鐵鋰可以在本質上降低正極材料和電解液之反應熱。 負極是快充鋰電池關鍵 鋰離子電池充電的時候，鋰離子向負極遷移。而快充大電流帶來的過高電位會導致負極電位更負，此時負極迅速接納鋰離子的壓力變高，生成鋰金屬樹枝狀結晶(Dendrite)的傾向會變大，一旦鋰枝狀結晶成長而穿過隔離膜，就會碰觸正極而造成短路，引發燃燒爆炸危險。因此快充時負極不僅要滿足鋰擴散的動力學要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題，所以快充電池實際上主要的技術困難點為鋰離子在負極的嵌入。 1.碳材 目前市場上占有率最大(90%左右)的負極材料是克電容量約360mAh/g之石墨，根本原因是便宜，以及石墨的加工性能與能量密度方面都比較優秀，缺點相對較少。石墨負極在電池化成時，表面會和電解液反應而形成一層SEI膜，它會增加電阻抗。在電流增大時，SEI會有一定程度的破裂，促使電極材料和電解液再反應，並進一步增加電阻抗。阻抗增高使得電池溫度升高，同時會伴隨著一些副反應，如電解液分解、電極上產生沉積物等，都會造成電池容量逐漸衰退。一般而言，負極決定鋰電池之壽命。由於石墨負極表面對於電解液較為敏感，因此石墨表面必須進行改質，提高其結構穩定性。此外，由於鋰離子(充電)嵌入石墨之速率較(放電)遷出的石墨低很多，所以必須促進鋰離子嵌入石墨內的擴散速率，才能有效提升石墨充電速率。 硬碳和軟碳類材料近年來也有不少發展。此類材料克電容量約230~270mAh/g，嵌鋰電位較石墨稍高，材料為非晶質(Amorphous)結構，且粉體中有微孔，因此反應動力學性能良好；但是材料首次充放電效率(80%)偏低，且成本較高，因此目前用量遠不及石墨。傳統石墨負極材料的大電流充放電能力可藉由顆粒細化、表面披覆非晶質碳軟碳(Soft Carbon, SC)(圖4)及混摻軟碳(圖5)來改進，突破了石墨不能快速充電的技術瓶頸。此外，目前市面上有所謂的石墨烯鋰電池，它是在電池中加一些可以提高電池快速充放性能的石墨烯。石墨烯是一種僅由7層以內碳原子構成的薄片。1毫米厚的石墨片大約包含300萬層石墨烯，這種網狀的二維晶體材料具有極好的導電性與導熱性。 圖4　傳統石墨負極材料藉由顆粒細化及表面披覆非晶質碳來改進快速充電性能。 圖5　傳統石墨負極材料藉混摻軟碳來改進快速充電性能 2.矽(Si)及矽氧(SiO) 矽或矽氧之電容量是石墨的5倍以上。其與碳之複合負極材料是下世代高能量電池重要的發展方向，Tesla電動車內松下的新型18650圓筒形電池已經開始應用此類材料。矽的快充性能差，它在充放電過程中，會和鋰隨電壓變化而形成不同的相，必須將顆粒奈米化以增加與鋰離子的反應速率及覆碳以增加導電性。如何在奈米化追求性能與電池加工性的要求方面達到一個平衡，是一極具挑戰性的工作。 3.鈦酸鋰(Li4Ti5O12) 快速充電性能最佳的負極材料是鈦酸鋰Li4Ti5O12。鈦酸鋰的優點為高功率、高安全性及長壽命；主因是尖晶石(Spinel)結構之鈦酸鋰材料晶體結構穩定，充放電所導致的體積變化率極小(不到0.2%)，因此循環壽命極優(>20000 Cycles)；此外，Li4Ti5O12電位為1.5V(vs.Li)，不會和電解液反應形成SEI，電池內阻抗不會上升。但其缺點為能量密度低。因此鈦酸鋰電池對於續航里程要求較高的場合並不太適用。 鈦酸鋰是尖晶石(Spinel)晶體(圖6)，含有八面體和四面體位置的一種立方體結構，這樣的組合形成了尖晶石狀的骨架結構。每個單位晶格總共包含56個原子，其中有24個陽離子和32個陰離子。其化學式為AB2X4，其中A陽離子和B陽離子分別位於8a四面體和16d八面體的位置。X陰離子(氧)位於立方體中最密堆積32e的位置；另外，16d八面體和8a四面體共邊；8a四面體也和16c八面體共面。為更清楚表達鈦酸鋰結構，可將方程式寫為LiO4，即Li位於8a四面體位置，另外1/3的Li和全部的Ti位於16d八面體位置，O則位於32e位置。鈦酸鋰在充放電過程中會發生Li4Ti5O12+3Li++e-<=>Li7Ti5O12的相變化反應。其放電機制如下(Core-Shell Model，如圖7)：活性物質表面發生還原反應(Ti4+→Ti3+)並由Spinel結構的Li4Ti5O12相變化為Rock-Salt結構的Li7Ti5O12，也就是呈現外殼Rock-Salt而核心為Spinel，此時的放電因兩相共存而為1.55V平台。隨著放電時間增加，外殼增厚核心變小，最後完全相變化成為單一Li7Ti5O12相的顆粒後，電位開始下降，從1.55V降至約0.7V。 圖6　鈦酸鋰尖晶石結構圖 圖7　鈦酸鋰充放電機制(Core-Shell Model)圖 Li4Ti5O12和Li6.5Ti5O12之晶格常數分別是8.358和8.356A，也就是說鋰離子進出時，其骨架結構幾乎不發生變化，因而具有良好的循環性能。 鈦酸鋰負極材料電容量為165mAh/g，而在10C(6分鐘)及20C(3分鐘)快充電容量為160mAh/g及145mAh/g，如圖8。粉體的一次粒徑~100奈米/二次粒徑~15μm(圖9)；比表面積<8g/cm3，振實及壓實密度分別達1.2及2g/cm3以上。 圖8　鈦酸鋰(台灣中油公司)充放電圖 圖9　鈦酸鋰負極粉體材料(台灣中油公司) 鈦酸鋰電池的技術挑戰之一是高溫脹氣，主要原因是鈦離子在充放電過程中其價數於+4與+3之間變化，此氧化還原反應催化分解電解液而生成氣體，必須靠鈦酸鋰粉體表面鍍層或高溫功能型電解液改善。 4.鈦鈮氧化物(TiNb2O7, TNO) 鈦鈮氧化物具單斜晶結構(圖10)，密度4.3g/cm3，充/放電體積變化率~7.22%，平均工作電位~1.6V，電容量達270 mAh/g以上(圖11)，較鈦酸鋰高60%以上，且同樣具快充、長壽命性質，可望成為下世代快充負極材料。 圖10　鈦鈮氧化物單斜晶結構 圖11　工研院開發鈦鈮氧化物負極材料之充放電圖 動力鋰電池發展鈦酸鋰為要角 應用石墨負極顆粒細化、表面披覆非晶質碳軟碳(Soft Carbon, SC)及混摻軟碳技術，鐵鋰電池可進行5C充電，過程用時7分12秒，完成20%至80%的充電，而20%到100%充電，耗時13分8秒。在保持磷酸鐵鋰高能量密度、高安全性、長壽命等優點基礎上，達成5C倍率快速充電。能量密度方面，5C速能型產品在70Wh/kg以上，3C高能型產品在115Wh/kg以上。而在三元體系的快充電池方面，目前已達成15分鐘從5%充電到85%電容量，能量密度190Wh/kg，循環壽命超過2,500次。 鈦酸鋰可搭配不同正極材料，如LiCoO2、LMn2O4、LiFePO4、LiMn1-xFexPO4、LiNi0.5Mn1.5O4、NMC三元等正極材料，工作電壓範圍從2V至3.2V如圖12。鈦酸鋰電池目前搭配一般正極例如錳酸鋰或三元，能量密度在60~70Wh/kg; 遠低於一般動力鋰電池的120~180Wh/kg。主要原因為負極LTO電壓高(1.5V)，造成電池電壓低。因此，必須搭配高電壓(5V)正極才能將電池電壓及能量密度提升。 圖12　鈦酸鋰搭配不同正極(Tsutomu Ohzuku, IMLB 2006) 鈦酸鋰電池具五分鐘以內快速充電能力及超過20年20,000次循環壽命，非常適合應用於風力、太陽能發電之大型儲電系統，以及汽車怠速啟停(Idling Start & Stop, ISS)系統方面。近三、四年來因應節能減碳的需求，汽車廠商發展應用於微混合動力汽車的怠速啟停系統，可提升燃油效率4~15%，由於成本低，市場成長快速。鋰電池因具備較佳的瞬充效率及淺充放循環壽命，已導入怠速啟停系統。微混合電動車電池模組的能量(360Wh)不大，但需要高功率放電達6KWh，-30℃低溫冷啟動達17C，快速回充達6C的能力。這對傳統以純石墨為負極材料的鋰電池是無法做到，主因是鋰離子嵌入石墨之擴散速率低，負極板在電池快速充電會容易有鋰金屬析出，造成的電池安全問題。 日本東芝公司之SCiB錳酸鋰(LiMn2O4, LMO)-鈦酸鋰電池(LMO/LTO)，其電池能量密度為68Wh/kg，目前已被用在多家車廠之ISS系統。Denso所製造的「ene-CHARGE」啟停系統(圖13)，亦採用東芝製造之3Ah SCiB鈦酸鋰電池製作12V啟停電池模組，目前每年出貨超過50萬套。 圖13　日本鈴木旅行車採用由東芝SCiB LTO電池所組成之Denso...

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。