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AR/車載HUD帶動微型顯示需求大爆發
在擴增實境、汽車抬頭顯示(HUD)應用的帶動下,研究機構Yole Developpement預估,在2020~2025年間,全球微型顯示器市場將以17%的複合年增率(CAGR)成長。到2025年時,全球微型顯示器市場的規模將達42億美元。
據Yole分析,目前微型顯示器最大的應用是企業應用(Incumbent Application),許多企業都已經導入AR設備,以提高員工在現場工作的效率。但這個市場已經趨於飽和,在2020年,此一市場的規模已達18億美元,到2025年時,仍將維持此一規模。
帶動微型顯示器市場大爆發的動力,主要來自車用HUD與消費性AR設備。目前這兩種應用所使用的顯示技術,絕大多數是基於DLP跟LCOS的投影技術。但許多業者都在積極投入OLED on Si、MicroLED,盼藉由相關技術突破,把HUD跟消費性AR的市場做得更大。
Yole認為,這些技術具備改變市場的潛力,且將在未來兩三年內出現重大突破。因此,設備OEM廠商必須做好相關準備。相較於企業市場幾乎沒有成長,車載HUD市場在2020~2025年間的CAGR將達到107%;消費性AR市場的CAGR則為110%。
意法半導體新推網路處理器 藍牙5.0安全性一把罩
意法半導體(ST)推出BlueNRG-2N藍牙5.0認證網路處理器,可降低功耗、支援最新藍牙功能、提升資料輸送量,同時加強隱私安全保護。BlueNRG-2N網路輔助處理器預裝藍牙通訊協定,可以幫助主控制器建立藍牙連線。該輔助處理器不僅可以簡化產品開發流程,廠商還可單獨調整主系統的性能、功能和成本。因此,智慧醫療穿戴式裝置、PC外部周邊、遙控器、燈具、工業和家庭自動化等產品的設計人員可以優化其微控制器選擇,以滿足特定產品的型號需求。
意法半導體推出集便利性、擴充性與Bluetooth 5.0功能和安全性於一身的BlueNRG-2N網路處理器
BlueNRG-2N最新藍牙強化功能包括支援資料長度擴充,該功能可將韌體無線更新(Over-The-Air, OTA)速度提升到原來的2.5倍,並將應用級資料傳輸速度提高到700kbit/s。此外,BlueNRG-2N還支援了Bluetooth LE Privacy 1.2,毋須主處理器介入即可頻繁地更改位址,以防止裝置被追蹤,這些功能不會增加系統的功耗。
BlueNRG-2N預裝數位簽章藍牙LE協定堆疊,節省開發成本的同時,保持無線升級的彈性。內建影像驗證技術會驗證下載的韌體,只讓通過數位簽章的韌體影像檔執行,以加強網路安全性。相較前幾代BlueNRG產品,新一代產品的功耗更低,發射電流和接收電流亦更低,在停機模式下,執行BLE協定時,運作電流僅900nA。在降低功耗的同時,還能保持強大而可靠的射頻性能,射頻輸出功率可設定,最大+ 8dBm,鏈路預算高達96dB。
BlueNRG-2N是意法半導體新的低功耗藍牙晶片相關產品,可滿足各種無線系統設計的要求,主要產品特性與BlueNRG-2藍牙5.0認證系統晶片(SoC)相同,系統晶片同樣具備一個可程式設計Arm Cortex-M0微控制器,因此,同一元件可以執行主要應用程式和藍牙通訊協定。使用BlueNRG晶片的開發人員可以利用便利的STM32線上開發環境(Online Development Environment, ODE),包括STM32CubeMX GUI外掛程式,來啟動開發專案。
作為BlueNRG系列的私人網路絡輔助處理器產品,BlueNRG-2N現已量產,並納入意法半導體的10年產品供貨計畫。BlueNRG-234N採用2.66mm x 2.56mm WLCSP34晶片級封裝;而BlueNRG-232N則採用5mm x 5mm QFN32封裝。
聯網/感測相輔相成 智慧自駕願景更近一步
完全不須人類介入操作的第五級自動駕駛,是汽車業者正在全力追求的目標,而車聯網、車載感測與自動駕駛決策系統,則是實現第五級自動駕駛不可或缺的三大關鍵技術,唯有這三項要素均成熟到位,第五級自駕的願景才有可能實現。
進軍車聯網市場 OmniAir認證不可或缺
德凱(DEKRA) EMC/RF技術處資深總監蕭鴻凱(圖1)表示,汽車搭載聯網技術,已經有很長的發展歷史。從2G時代開始,就已經有基於行動通訊技術所衍生出來的M2M通訊應用,包含導航、資通娛樂系統、eCall等功能。而隨著自駕車成為各大車廠競相追逐的目標,聯網功能在未來的汽車裡,只會扮演更重要的角色。
圖1 德凱EMC/RF技術處資深總監蕭鴻凱指出,聯網功能將成為未來汽車的標準配備。
為滿足第五級自動駕駛的要求,未來的汽車不僅本身要具備各種感測能力,車與車(V2V)、車與道路基礎建設(V2I),甚至車對行人(V2P),乃至車對萬物(V2X),都需要具有雙向通訊能力,以便讓車輛得以利用其他車輛、路側設備甚至行人身上的手機、穿戴裝置所提供的資料,更全面地掌握道路狀況。而且,車聯網的網路延遲要非常低,方能讓自駕系統因應瞬息萬變的環境做出正確的判斷。
由於車聯網要連接的物件種類繁多,因此車聯網其實是多種技術的混和。除了基於3GPP行動標準一路演變而成的C-V2X之外,還有另一個已經相當成熟,以802.11p為基礎的DSRC技術。未來的車聯網,應該會是兩種技術系統並存的局面。
C-V2X還可以細分成兩種,一種是需要透過行動網路基地台連接,藉由uu介面(Uu Interface)實現的網路模式(Network Mode),另一種則是透過PC5介面實現的直接連線模式(Direct Mode)。直接連線模式的應用情境與DSRC有比較大的重疊性,因此直接連線模式將會與DSRC出現競爭。DSRC早在十多年前就已經發展出來,但也因為如此,與C-V2X的直接連線模式相比,DSRC能提供的頻寬相當有限,無法滿足未來車聯網的需求,這也促使DSRC陣營必須發展下一代標準802.11bd。依目前的時程規畫來看,802.11bd標準將在2022年5月制定完成。
蕭鴻凱分析,雖然C-V2X看似後發先至,但其實目前市場上並沒有太多對應的晶片解決方案。與C-V2X實作有關的技術規範,主要分散在3GPP R14與R16標準中,R15對C-V2X並無太多著墨。但持平而論,實現C-V2X所需的技術規範,要到R16才算完備,因此晶片商在推出基於R14的C-V2X晶片方案後,大多選擇跳過R15,直攻R16。由於R16標準才剛凍結,因此基於R16的C-V2X晶片,或許要等到明年才會問世。
值得注意的是,對有意開發車聯網硬體設備,如車載單元(OBU)、路側設備(RSU)及通訊模組的廠商而言,除了要掌握前面提到的技術標準外,還有負責把關設備互通性(Interoperability)的OmniAir Consortium及其所提出的OmniAir標準,也十分關鍵。
為了確保車聯網硬體能夠彼此互通,OmniAir Consortium已在第一版OmniAir標準中定義了超過80個測試項目,並在第二版中添加了實地測試與網路資安的要求。德凱做為OmniAir授權測試實驗室,除了擁有對應的測試能量外,同時也是具有主辦插拔大會(Plugfest)的經驗。在2019年9月底到10月初,德凱便曾在西班牙的測試場域中,針對C-V2X與DSRC的OBU與RSU裝置進行實地測試。今年由於疫情的影響,插拔大會雖仍會在9月底至10月初之間舉行,但改為遠端舉辦,有意參與者必須先把自家的待測產品寄送到主辦單位,再由主辦方對待測品進行合規性(Conformance)、互通性、資安進行驗證,並且也會有實地測試項目。
實現精準車外感測 電源品質不容輕忽
除了藉由車聯網讓汽車得以接收其他車輛、路側設備所蒐集到的路況資訊,提供自駕系統參考外,自駕車本身也必須搭載各種感測技術,以便對自身周遭的環境狀況進行即時掃描,進而判斷下一步該如何動作。
毫米波雷達、影像感測器、光達與超音波聲納,是目前汽車上最常搭載的感測技術,相關感測元件的供應商也不少。但對車載感測設備的開發商而言,除了要選擇性能跟規格可以滿足需求的感測元件外,為這些元件供電的電源晶片,或是其他週邊類比電路,重要性往往不下於感測元件本身。
羅姆半導體(Rohm)台灣技術中心工程師粘成允(圖2)表示,汽車搭載的感測器數量持續增加,加上車身上適合安裝感測器的位置,在感測角度等條件的限制下,其實就只有少數幾個「黃金地段」可以選擇。在此情況下,如何把感測模組的外觀尺寸微型化,對相關製造商而言,也是非常重要的。
圖2 羅姆半導體台灣技術中心工程師粘成允表示,電源等類比周邊元件的好壞,將直接影響感測模組的尺寸與性能表現。
要達到縮小感測模組外觀尺寸的目標,電源的選擇十分關鍵,因為電源往往是決定外觀尺寸最重要的變數。舉例來說,如果電源效率不高,就會衍生出散熱問題;如果電源設計的整合度不夠,大量的外部元件,特別是體積龐大的輸出電容,更會影響整個感測模組的外觀尺寸。因此,針對各種車用感測器,羅姆的產品發展方向是提供更高效率、小型化與支援更大輸出電流的電源晶片,以滿足雷達、影像感測器與光達的需求。
舉例來說,在小型化方面,羅姆已經發展出Nano Pulse、QuiCur與Nano Cap線性穩壓器(LDO)等技術,Nano Pulse主要是藉由提高開關頻率,讓電源的外部電感元件可以縮得更小,進而縮小整個電源系統的尺寸;QuiCur與Nano Cap則是以減少外部電容數量或縮小電容尺寸為目標,讓電源系統的尺寸變得更小巧。
至於在超音波聲納方面,除了電源晶片外,羅姆也在研發聲納專用的訊號處理晶片,盼藉由更低的雜訊水準、更強的抗干擾能力,以及速度更快的中頻(I/F)電路,延長聲納的工作距離,並提高聲納的解析度。目前的車載聲納感測器通常可以偵測3公尺以內的目標,解析度則是50公分,羅姆希望藉由新的解決方案,將聲納的工作距離延長到8公尺,解析度則進步到10公分。
駕駛監控列入歐盟NCAP評價項目
雖然車聯網與車外環境感測技術在最近幾年有飛快的進展,但業界普遍認為,由於自動駕駛攸關所有用路人的生命安全,必須格外謹慎,故第五級自動駕駛要在開放場域全面普及,最快也要等到2030年左右。在此之前,駕駛人仍是影響行車安全的最大變數,如何利用科技減少駕駛人為疏忽所導致的車禍發生,將是車廠最大的課題。
意法半導體(ST)技術行銷經理林國志(圖3)指出,絕大多數交通事故之所以產生,都跟人脫不了關係。舉凡超速、酒駕、闖紅燈或不守交通規則、分心駕駛或開車打瞌睡這些危險駕駛行為,每年都奪走成千上萬條人命。因此,不管是歐洲或美國,交通主管機關都很希望能利用新科技降低駕駛人的安全風險,減少車禍事故產生。
圖3 意法半導體技術行銷經理林國志認為,在Euro NCAP的要求下,未來幾年駕駛人監控的需求將出現大爆發。
另一方面,在自動駕駛發展的過程中,利用科技對駕駛人狀態進行監控,也有其必要性。因為除了第零級全人類駕駛與第五級全自動駕駛之外,從第一級到第四級,一台車事實上是由兩個駕駛操作,一是人類,另一個則是自駕系統。在從自駕模式切換回人類操作之前,自駕系統必須確定人類駕駛已經準備好接手控制車輛,否則在換手時會非常危險。
因為上述兩個因素,歐盟新車安全評鑑協會(Euro NCAP)已經決定,自2025年開始,沒有搭載駕駛人監控系統(DMS)的新車,最高只能拿到四星安全評價,無法取得五星滿分。此一決定使得DMS成為許多車廠目前正在積極評估導入的技術。
針對即將興起的DMS需求,意法決定將原本應用在工業相機的全域快門(Global Shutter, GS)影像感測技術介紹到汽車應用領域,並依照車用場景的需求,為車載GS影像感測器添加高動態範圍(HDR)功能。
全域快門最大的優勢可以一口氣讀取整個感測器陣列所取得的資料,大幅縮短曝光時間,連帶縮短照明光源的啟動時間。相較之下,一般常見的捲簾式快門(Rolling Shutter, RS)影像感測器必須逐行讀入影像資料,其曝光時間較長,且在感測器送出所有資料之前,照明光源都必須維持在開啟狀態。
快速取得完整影像的能力可以帶來許多優勢,一是省電,二是減少光源產生的熱雜訊對影像感測器造成干擾,三則是藉由縮短曝光時間,確保被攝物的影像不會因為晃動而造成輪廓模糊,導致後端演算法無法正確判讀影像所代表的意義。
除了全域快門技術外,由於車輛所處的光線環境相當複雜,因此DMS所使用的影像感測器,必須支援HDR,否則感測器在明暗對比太強烈的場景會取得部分過曝、部分曝光不足的影像,影響影像判讀的結果。
各地路況大不同 自駕系統必須在地化
有了完善的聯網跟車內/外感測能力後,作為自駕車的大腦,自駕系統自然是未來汽車不可或缺的要素,也是歐美日各大車廠與科技巨頭競相投入的目標。不過,就像在美國天天開車上路的駕駛人,來到台灣不一定敢開車上路,自駕系統在研發過程中,如果只以歐美的道路環境做為測試基準,遇到全然不同的道路環境,原有的控制策略未必行得通。
工研院資通所副組長鄭安凱(圖4)根據工研院所累積的實地測試經驗,智慧決策是一個非常需要在地化研發的環節,因為每個地方的道路狀況跟用路人習慣都不一樣,一個在歐美日道路環境中訓練出來的決策模型,不見得能直接套用在東南亞的道路環境。因此,如果能發展出通過在地化考驗的決策系統,就有跟車廠合作的空間。
圖4 工研院資通所副組長鄭安凱指出,自駕決策系統研發的在地化,是一個不容小看的議題。
對智慧決策系統的開發者而言,最大的挑戰是如何利用感測器蒐集到的資訊,預測2~3秒後會發生什麼事,進而制定出最好的行駛路線跟動力控制策略。因此,在決策模型的開發過程中,除了要知己(自身車輛所處的狀況),更要知彼(路上其他車輛、行人的行為模式),對未來事件的預測才會精準。
眾所周知,相對於歐美日的道路上,絕大多數是四輪車,但台灣跟東南亞的馬路上,存在大量摩托車與腳踏車,而其行為模式跟四輪車是截然不同的。此外,台灣跟東南亞的道路相對狹窄,人口密度又高,因此自駕車開在路上,特別是比較狹窄的巷弄內,遇到路邊突然有行人竄出來的機會是很高的,如果在開發智慧決策系統時沒有把這些東南亞的道路環境特性納入考量,潛在的問題可不小。
但由於AI影像辨識技術快速進步,現在的自駕系統,已經可以對行人或其他車輛的意圖跟未來動向進行預測。以行人為例,只要利用人體骨架影像辨識加上姿態語意分析,就可以從行人肢體的一些小動作,預測他未來的動向或可能採取的行動。同樣的,其他在道路上行駛的車輛,也可以利用車尾燈辨識跟物件追蹤技術,預先判斷其意圖,進而讓決策系統得以超前應變。
依情境選擇藍牙SoC BLE彈性設計實現軟硬整合
在藍牙傳播中,低功耗藍牙已可保護大量的連接設備插座(Socket)。而在無線設計中選擇低功耗藍牙的最關鍵原因之一,是其無處不在,且大多數IoT終端節點都由電池供電,因此較長的電池壽命就顯得極為珍貴。
儘管聽起來方向似乎很明確,但是選擇低功耗藍牙裝置首先要評估其設備文檔。例如,考量無線SoC的接收或發送模式中的運作電流。許多低功耗藍牙SoC文檔顯示的的電流消耗為數毫安培。如芯科科技(Silicon Labs)的EFR32BG22 SoC在0dBm時的無線電接收電流為2.6mA,發射電流為3.5mA,而這些數字僅與SoC RF收發器有關。在SoC等級,這些電流則稍高一些,分別為3.6mA和4.1mA。一個常見的錯誤是僅依靠SoC電流消耗的射頻數位(Radio Number)來判斷。設備文檔的首頁通常必須透過對資料手冊的全面分析來驗證。
另一個範例是以每兆赫微安培為報告單位的CPU功耗。在密集運算應用的情況下,此數位資料可能成為決定性的選擇標準,且通常是CPU在最高頻率時的最佳情況下才可取得。換句話說,當SoC CPU的工作頻率與製造商產品資料手冊中指定的頻率不同時,可證明資料表中顯示的數值可能非常不準確。
第三個例子是深度睡眠電流,這對於電池供電的終端產品相當重要。該數字通常在數百奈安培至幾微安培之間。而更重要的是須確保深度睡眠電流的數字與保留的RAM大小維持相關,並且包含即時時脈(RTC)電流的消耗。RTC與精準的睡眠時脈源結合在一起,是為了維持低功耗藍牙正常工作所需的時序。在上述SoC的案例下,資料手冊的首頁提到了EM2模式下的深度睡眠電流為1.40μA,保留了32KB RAM,以及RTC從低頻晶體振盪器(LXCO)開始運作下,有關EM2模式的情況。資料手冊的電流消耗部分則提供了更多資訊。因此,資料手冊中的功率數位缺乏標準化可能會造成錯誤的比較,最終導致選擇錯誤的元件。
依應用需求彈性選擇SoC
評估低功耗藍牙SoC時考慮應用需求很重要。大多數供應商都試圖以負責任的態度來展示他們的數據,但是設備在多種不同應用場景中提供的數據不可能適合所有案例,說明了終端應用知識的高度重要性。
選擇低功耗藍牙SoC時,工作電流和睡眠電流是關鍵的指標。必須將這些電流數據帶入與應用環境緊密匹配的模型中,以產生對平均功耗的合理評估。此類模型通常包括開/關工作週期,並且能認知低工作週期會選擇具有最低深度睡眠電流的SoC,而高工作週期則會選擇具有最低工作電流的SoC。
另一個參數可能是終端產品的環境溫度。低功耗藍牙SoC在25℃時的洩露電流與85℃或更高溫時的洩漏電流明顯不同。高溫下的洩漏電流可能是工業應用中的關鍵選擇標準,例如子計量表(Sub-metering),因為其需要在高溫下確保電池壽命。
在電池供電的終端產品中,該應用的另一個重要元素涉及所用電池技術的類型。電池供電給最新整合的低功耗藍牙SoC上DC-DC轉換器。使用DC-DC轉換器將顯著降低整個SoC的工作電流消耗。一些複雜的SoC可能整合獨立的DC-DC轉換器用於射頻和CPU。這種做法提供一種優化的解決方案,但此趨勢明顯只能有一個轉換器可極小化SoC的成本。
最後,需要瞭解如何使用晶片內外(On-chip/Off-chip)記憶體。低功耗藍牙終端節點的常見要求是執行軟體的空中下載(OTA)更新。根據傳輸影像的大小,外接快閃記憶體可能成本更低。但事實證明,其增加的功耗和潛在的安全問題可能比使用晶片內建快閃記憶體要高得多。OTA更新的詳細分析將有助於確定最合適的記憶體物料清單。
近年來,低功耗藍牙SoC大幅降低總工作電流消耗,同時保持了更低的深度睡眠電流。原因是矽技術從較大的幾何尺寸(0.18μm,90nm和65nm)轉移到了更優化的技術節點(55nm和40nm)。40nm製程與晶片內建DC-DC轉換器整合的結合,減少了SoC的總體電流消耗(圖1)。
圖1 合併晶片內建DC-DC轉換器的低功耗藍牙SoC範例
例如,當禁用晶片內建DC-DC轉換器而從晶片內建快閃記憶體運行Coremark時,Arm Cortex-M33 CPU要求54μA/MHz的功耗。當啟動相同的DC-DC轉換器時,相同的操作僅需要37μA/MHz的功耗。
在深度睡眠模式下,保留RAM至關重要,因為它是大部分功耗預算的來源,且當低功耗藍牙SoC必須返回到工作模式時,保留RAM可以加快啟動速度。從設計角度來看,低洩漏SRAM的使用能讓矽設計人員將深度睡眠電流保持在1μA的範圍內。選擇低功耗藍牙SoC的另一個關鍵考慮因素是每個SRAM的大小可能有所不同。選擇保留RAM大小的能力將有助於大幅減少深度睡眠模式下的功耗。如前述SoC在32KB的晶片內建RAM產品中即整合了可獨立選擇的SRAM。
最後,時脈門控和電源門控技術的結合使低功耗藍牙SoC可以根據其工作模式完全關閉設備的某些部分功能。這些功能的啟動是自動的,應用開發人員幾乎無法看到詳細的資訊。
軟體套件整合硬體設計
大幅減少低功耗藍牙應用的功耗,需要對無線電作業進行高度優化的調度,並在保持協定所需的精準時序中,大幅減少最低能耗模式下花費的時間。為了精確控制發射功率,低功耗藍牙堆疊整合DC-DC轉換器的配置。堆疊來自軟體發展套件(SDK),與整合式開發環境(IDE)結合。IDE包括一個網路分析儀,可直接從SoC無線電獲取資料。同時能量監控器將功耗與代碼位置相關聯,包含視覺化的GATT配置器,以實現標準藍牙SIG設定檔或自訂服務。這些工具允許開發與硬體設計完全整合的低功耗藍牙應用程式,使開發人員可以專注於選擇影響功耗的高階設計。此外,SDK整合了安全的引導載入程式,可支援OTA和序列介面以進行韌體更新。
先進硬體和強大軟體的結合,使得應用開發人員可以在多個裝置上執行自己的基準測試。這是在選擇低功耗藍牙SoC之前所推薦應採取的方法。雖然最初耗時較多,但這種方法已證明是非常有價值的,可協助發現因硬體功能短缺或軟體功能不佳所導致的潛藏挑戰。
標準化基準測試策略的開發還可以幫助開發人員對各個供應商的設備進行比較。嵌入式微處理器基準聯盟(EEMBC)開發的IoTMark-BLE基準設定檔,提供了評估功耗的有用工具,其建構了真實的IoT邊緣節點模型,由I2C感測器和經由睡眠、廣告和連接模式作業的低功耗藍牙射頻所組成。儘管IoTMark-BLE基準可能並不適合所有案例,但它可以成為各種適合的應用情境方案的開發基礎。
簡而言之,如果同時比較供應商的產品資料手冊,可能會導致代價高昂的誤解和錯誤陳述。在比較SoC中的板載和外部DC-DC轉換器模組時,低功耗藍牙SoC必須在系統層級上進行分析說明。透過協力廠商基準的比對,通常可以協助確認比較分析的真實樣貌。
(本文作者任職於Silicon Labs)
中芯遭逢出口管制 台美韓晶圓代工產能更吃緊
中芯國際發布正式公告,針對美國商務部向其供應商發出信函,對於向中芯出口的部分美國設備、配件及原物料會受到美國出口管制規定進行說明。TrendForce 旗下半導體研究處指出,與中芯有最直接供應關係的美系半導體設備供應商包含應材(Applied Materials)、科林研發(Lam Research)、美商科磊(KLA)將首當其衝,除此之外,荷蘭商艾司摩爾(ASML)也因其零件主要源自於美國而在限制範圍內;相較之下,矽晶圓及半導體化學原物料主要由日系及歐洲供應商為主,初步判斷衝擊較小。
根據TrendForce統計,目前晶圓代工市場仍以台廠以65%市占居冠,其次則為韓國的16%及中國的6%。中芯在全球晶圓代工市占率約為4%,全球排名第五,在中國地區則位列第一,也是中國目前唯一在14nm以下先進製程發展藍圖較為明確的晶圓製造商,作為中國半導體製程領頭羊,面臨上游設備及原物料斷炊危機,將對其先進製程的發展以及中國半導體設備自製之路造成嚴重的衝擊。
中芯恐遭非陸系客戶抽單
觀察中國半導體自主化的發展,目前主要中國廠商包含北方華創(清洗、沉積、蝕刻)、中微半導體(沉積、蝕刻)、上海微電子(光刻、檢測)、中電科(離子注入及化學機械研磨)等,雖然各項製程皆已有中國廠商可自主供應,但值得注意的是,在光刻及檢測製程上目前仍僅有上海微電子可供應最先進達90nm的設備,因此90nm以下製程,亦即12吋廠設備基本上仍需仰賴美系供應商的支援,預估未來5-10年內達成半導體設備自給的可能性極低。
中國廠商在90nm以上製程仍能倚靠中國設備廠自給的前提下,此波制裁主要衝擊將發生在12吋廠的發展,雖然中芯短期內仍能依靠現有產線持續運作,但未來將面臨無法新購機台進行擴產的窘境,其28nm以上成熟製程的擴產,以及14nm以下先進製程發展計畫恐怕都將被迫放緩。此外,非中國客戶恐將為了降低風險而轉單至非陸系晶圓廠,包含格羅方德(GlobalFoundries)、台廠台積電、聯電、世界先進、力積電與韓廠三星(Samsung)。
根據TrendForce調研,中芯前兩大非陸系客戶高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)投片產品皆以8吋廠0.18µm製程生產的PMIC為主,目前已陸續向台廠提出增加投片量的要求,但由於現有晶圓代工8吋產能皆普遍已滿載,若此時要求加單,恐怕導致供不應求的市況將更加嚴峻,漲價態勢恐持續至2021年。此外,兆易創新供應Apple Airpods所使用的NOR Flash亦在SMIC以65/55nm製程製造,恐怕也將轉單至台廠華邦、旺宏等。 TrendForce表示,美國對於中芯的斷供影響恐大於福建晉華與華為,雖然近年來中國設備廠已迅速藉由與國內晶圓製造廠合作加緊練兵,但相較於晶片生產製程技術已逐步拉近與國際大廠的距離,中國設備廠的發展腳步仍落後國際大廠。因此,中芯未來若少了國際設備的支援,先進製程的發展與演進將遭受阻礙,而整個中國半導體產業的發展也將隨之受到衝擊。
擺脫慘業之名就看MicroLED LED/面板產業重兵集結
在中國廠商挾大量資源進駐LED與LCD面板產業後,由於相關技術先天上不若半導體複雜,進化的速度也相對緩慢,因此中國業者快速走完學習曲線後,很快就對全世界其他國家的LED跟面板業者造成巨大壓力。
一代LCD面板霸主三星顯示器(Samsung Display),甚至已制定了退場時間表,有意在2020年底退出LCD面板市場,轉而將資源集中在獲利能力更好的OLED面板上。
LED產業的情況也是類似。對照明應用而言,主流LED晶片在發光效率、出光角度方面已經夠好,雖然還有精益求精的空間,但額外的規格提升無法創造有吸引力的差異化。使得整個LED產業陷入激烈的價值戰,供應商必須以經濟規模,而非技術上的領先,作為生存武器。
前些年LED跟LCD產業所遭遇的困境,完美詮釋了一代管理學大師Peter Drucker曾提出的論點--不創新,就等死(Innovate, or Die)。然而,創新不是標新立異,必須有好的題目、方向,才值得投入資源。如今,LED跟LCD產業終於等到了這樣一個題目,也就是當下話題不斷的MicroLED顯示。
LED攻占超大型商用顯示 證明技術有潛力
其實,將RGB LED整合在印刷電路板(PCB)上,形成顯示畫素,再將多片PCB拼接成一個超大型顯示器,已經是十分成熟的技術。許多展覽或大型會議場地,都已經可以看到LED顯示器的身影(圖1)。
圖1 以RGB LED組成的LED顯示器,在許多大型展覽或會議場地,已經相當常見
相較於以LCD面板拼接成電視牆,這類LED顯示器最大的特性在於可實現幾乎無接縫的拼接畫面,對視覺的干擾最小。但由LED晶粒所組成的畫素,尺寸比LCD的畫素大上至少數十倍,因此對觀看者來說,除非距離夠遠,否則顆粒感會相當明顯,是其美中不足之處。
但即便如此,LED顯示技術在大型商用顯示領域攻城掠地,證明了以LED做為顯示畫素的想法不僅在技術上可行,市場接受度也存在。對LED跟面板產業而言,這是很重要的啟示。如果能把LED晶粒尺寸進一步微型化,LED顯示的畫質可以非常細膩,進而打開超大型商用顯示以外的其他應用商機。
從LED供應商的角度,倘若以LED作為顯示畫素的概念獲得廣泛接受,不僅有助於應用出海口的多元化,同時也能協助消化LED晶粒產能,讓市場供需更為健康。因此,原本交集不大的台灣LED廠跟LCD面板廠,共同踏上以微型化LED實現顯示面板的探索之路。
容易的事沒價值 LED微型化考驗眾多
然而,要以微型LED實現顯示面板,是相當高難度的工程挑戰,特別是MicroLED,目前還有許多技術問題是沒有解答的。庫力索法(K&S)總經理張贊彬(圖2)分析,以目前的技術進展來看,從LED演進到MiniLED的路徑已經相對明確,就連最令業界困擾的巨量轉移製程,也已經有可用的解決方案,例如K&S就與Rohini合作,共同推出精度、速度都可符合客戶需求的MiniLED貼裝機PIXALUX。
圖2 庫力索法總經理張贊彬
但如果要從MiniLED跨到MicroLED,其挑戰就是整個產業鏈層級的挑戰。在最前段的MicroLED生產方面,為了把晶粒尺寸縮小到20μm、甚至10μm以下,LED磊晶業者必須對設備、廠房進行大量投資,並導入許多半導體等級的設備,如興建Class 100或Class 10等級的無塵室、導入原子層沉積(ALD)製程及新的晶圓接合機台等。
此外,LED磊晶廠若下定決心進行相關設備投資,考量到長期的成本競爭力,最好順勢淘汰6吋晶圓,改用8吋晶圓生產。這些升級需求加總起來,相當於興建一座全新的半導體級晶圓廠,其總資本支出可達數億美元之譜。對LED業者來說,這是相當大手筆的投資。
由於生產MicroLED所需的資本支出不下於半導體晶圓廠,技術難度也是半導體等級,LED晶粒廠進行資源整合,是很合理的策略選擇。日前台灣兩大LED晶粒廠晶電跟隆達宣布換股合併,共同成立富采控股時,便期許兩家公司能整合資源,在Mini/MicroLED顯示、智慧感測與三五族半導體元件上做出成績。
至於在後段面板組裝方面,最大的問題還是卡在巨量轉移上。目前的組裝技術可以滿足MiniLED面板的組裝需求,但如果要組裝MicroLED面板,速度還是太慢,需要發展新的技術。這也是巨量轉移技術之所以在最近幾年備受矚目,許多大廠都自行投入研發,造成技術流派百家爭鳴的原因。
此外,組裝前要如何對MicroLED進行EL測試,避免把損壞的晶粒轉移到面板上,發現問題後又得浪費時間進行修復等,乃至更細節的晶粒分類、混合等,這一系列問題的解法,目前都沒有業界主流或共識,即便有MicroLED顯示器廠商宣稱已擁有量產能力,其技術跟機台設備,大概也都是個別業者自行發展出來的。
整體來說,前段LED晶粒生產的問題,相對好解的,例如愛思強(Aixtron)的8吋MOCVD機台已經商品化,Picosun也已推出適合LED製程使用的ALD機台。但機台到位是一回事,如何找到最好的使用方式跟生產參數,還是要靠LED廠去摸索,沒有機台廠能提供Turnkey方案。
正因為Mini/MicroLED顯示應用有相當的技術門檻,讓相關技術更值得投資。有LED業界人士認為,太容易做的事情通常價值不高,因為其他競爭對手很快就會走完學習曲線,導致市場陷入價格戰的局面。台灣LED產業對Mini/MicroLED大力布局,就是因為要繼續在過度同質化的照明市場外找到新的藍海,倘若這片新藍海一下子又變成紅海,何必這麼辛苦?
MiniLED顯示明年可望量產
至於在顯示面板端,由於MiniLED與未來的MicroLED顯示,都具備容易大型化、可搭配多種基板材料的優勢,故除了台灣的群創、友達之外,原本將未來押寶在OLED技術的韓國面板廠,也開始推出基於MiniLED的大型顯示器。不過,群創執行副總經理丁景隆(圖3)評估,韓國面板業者在MiniLED上面的產品發表,應僅止於技術宣示,距離量產還有一段距離。
圖3 群創光電執行副總經理丁景隆
事實上,就MiniLED顯示而言,要在實驗室裡做出可以對外展示的原型設備並不困難,但如何做到可以在生產線上量產,並且把生產成本壓低到市場可以接受的水準,才是真正的考驗。至於MicroLED顯示,目前確實還有許多技術關卡需要攻破,只能列為長期發展目標。但群創的觀點是,只要穩扎穩打,先在MiniLED顯示的商品化做出成績,待未來產業鏈各環節都準備好,從MiniLED顯示升級到MicroLED顯示的轉換過程,就會自然發生。
那麼,MiniLED顯示究竟何時會量產上市呢?丁景隆透露,群創目前的規畫是在2021年第一季將MiniLED顯示推向小量試產,至於大規模量產的時程,則得看客戶端的需求而定。群創的對MiniLED顯示的期待很高,希望藉由這項技術,進一步讓顯示器攻占現有顯示技術還沒辦法進駐的場景,例如把公司會議室裡的大片玻璃窗或購物商場的柱子,都變成顯示器。但要做到這一點,除了顯示技術要到位之外,也需要系統整合商的配合,相關商業模式也得重新探索。因此,MiniLED顯示的量產,除了技術問題外,也有生態系統建構的問題。
月前群創舉辦2020年新品發表會,整場發表會的主秀,便是該公司首次對外公開的AM MiniLED顯示器(圖4)。該顯示器利用低溫多晶矽(LTPS)製程,在柔軟的塑膠薄膜基板上形成TFT驅動電路,再搭配MiniLED形成RGB畫素,最終構成整片顯示器。由於使用塑膠薄膜作為基板,該顯示器不僅可撓可捲,而且極度輕薄,若安裝在冷氣出風口,甚至還會隨風飄動,具有容易安裝、容易攜帶等現有LED燈板、可撓式OLED顯示器望塵莫及的優勢。
圖4 群創光電日前公開展示的AM MiniLED顯示器
從採用可捲式設計這點,就能看出群創在MiniLED顯示領域的企圖心。可捲式顯示器一直是顯示器產業的「聖杯級」挑戰之一,因為如果要實現顯示器無所不在的願景,硬式平面顯示器顯然無法做到這點,可撓式面板也有曲率的限制,遇到曲率過大的表面,不見得能適用。可捲式面板的場域適應能力,則是最優秀的。
丁景隆指出,在大尺寸顯示器領域,至今僅有樂金顯示器(LG Display)曾經以OLED技術展示過可捲式(Rollable)的概念,但尚未能成功商品化,推測其可靠性及成本可能面臨巨大挑戰。而群創堅信AM miniLED作為PID公眾顯示器的先天優勢終將勝出。此外,由於Mini/MicroLED顯示是自發光顯示,對比度不會比OLED遜色,又沒有OLED材料容易劣化的問題,也不會有烙印,因此,如果要挑選一項顯示技術作為LCD的接班人,群創認為Mini/MicroLED的機會,會比OLED要大得多。
除了優先鎖定大型顯示器市場的群創外,也有其他顯示技術業者將目光放在市場規模更大的中小尺寸顯示器市場。但由於中小尺寸市場對價格更敏感,因此對相關業者而言,如何把面板的生產成本壓到最低,才是首要課題。
錼創顯示科技執行長李允立便指出,MicroLED是很有潛力的顯示技術,除了大尺寸應用外,在中小尺寸與消費性應用上,也有許多機會。不過,如果要將MicroLED推向消費市場,成本會是最大的門檻。
過去幾年,錼創在大股東的支持下,已耗費數千萬美元,發展出巨量轉移、修復、檢測等MicroLED關鍵技術,也開始有小量出貨的實績。假以時日,MicroLED面板生產良率100%並非遙不可及的目標,加上晶粒成本在未來幾年可望因產能大量開出而明顯降低,MicroLED面板在消費性應用領域,是很有競爭力的。
而為了進一步強化MicroLED面板的成本結構,錼創將MicroLED與PCB結合,發展出PixeLED Matrix技術,可達成無邊框、任意拼接、曲面、以及具有高亮度及超小間距的電視牆,未來可擴展應用至車用領域。李允利認為,以目前的電子技術來看,PCB是最成熟、最有成本競爭力的系統構裝方法。採用PCB背板,可以為MicroLED顯示應用帶來更多成本優勢。
半路殺出程咬金? 晶圓代工廠可能加入戰局
值得注意的是,雖然Mini/MicroLED被台灣的LED跟LCD業者寄予厚望,認為是沉潛多年後力拼逆轉勝的契機所在,但在本屆SEMICON Taiwan展期間,筆者在與多家設備供應商聊到LED相關議題時,都提及某家台灣的晶圓代工廠,很可能會挾其資本與技術優勢,突然進軍MicroLED產業。但由於這些設備廠都與客戶簽有保密協定,因此不方便點名究竟是哪一家晶圓代工業者。
有設備業者分析,在LED照明應用還沒起飛之際,許多晶圓代工廠都曾經有過LED夢,只是在中國業者進入市場後,LED晶粒的利潤空間大不如前,讓晶圓代工業者紛紛懸崖勒馬,中止相關事業發展計畫。畢竟,在晶片製造本業的獲利空間如此豐厚之際,何必耗費資源在不賺錢的LED業務上。
然而,MicroLED的出現,雖然為LED晶粒業者帶來比較好的利潤空間,卻也重新吸引晶圓代工業者的關注。畢竟,晶圓代工業者當年之所以放棄LED,主要原因是LED的獲利空間太差,而非晶圓代工廠沒有生產LED晶粒的能力。
事實上,如果MicroLED晶粒生產的未來趨勢是改用8吋MOCVD,在成本面上,晶圓代工廠或許比LED磊晶廠更有優勢。晶圓代工廠早有8吋晶圓生產所需的各種配套設備跟無塵室,而且折舊攤提都已結束。就算要添購8吋MOCVD機台,其資本支出跟先進製程相比,也是非常便宜的。因此,晶圓代工廠商會不會因為MicroLED有利可圖,突然加入戰局,打亂原有的產業態勢,恐怕是LED跟LCD業者必須密切關注的議題。畢竟,最有威脅性的競爭者往往不是老對手,而是突然竄出來的新面孔。
但無論如何,Mini/MicroLED為陷入營運逆風的台灣LED、LCD產業帶來新的希望,是不爭的事實。台灣相關領域的業者,不管是在研發投資還是產能布局上,已經很多年沒有如此活躍跟積極。
某位已經赴中國面板產業發展的台灣顯示器業界老兵便感慨,前些年台灣面板產業的投資嚴重不足,反而是中國廠商在OLED、柔性顯示這類技術/產品創新上不斷加碼,導致台灣面板業界的研發人才不得不離鄉背井,到中國尋找做新題目的機會。如今看到台灣的面板產業重振旗鼓,而且跟中國面板同業走在不一樣的技術路徑上,對台灣的面板業,乃至整個光電產業的健康發展,是比較有利的。
新興應用前仆後繼 GDDR/HBM高效能記憶體潛力大
在今日的資料經濟中,每天有極大量的資訊產生、被儲存和處理。資料產出的深入洞察可創造驚人的價值,並更進一步提升效率。記憶體科技的創新正是讓資料洞察從無到有的關鍵。本文旨在探討今日與未來市場對於高效能記憶體的需求,使讀者了解現階段的市場挑戰,以及高效能記憶體對於各種資料密集與頻寬密集型的應用均不可或缺的原因。
高效能記憶體市場趨勢/流變
AI、機器學習、深度學習、無人自駕車、高效能運算、虛擬實境、擴增實境等應用,使下一代遊戲不只是熱門詞彙。
這些應用的使用量大幅成長,皆需用到非常大量的資料—這些資料不僅量大,還必須被快速和重複分析,而占用極大的系統頻寬(圖1)。筆者相信,2020年是決定下一代高效能記憶體技術發展的關鍵年。
圖1 各領域針對資料使用量不斷上升
打造高效能記憶體系統
雖然專用於繪圖卡快速渲染之同步動態(Synchronous Dynamic)繪圖用雙倍資料傳輸率(Graphics Double Data Rate, GDDR)記憶體技術已發展多年,但本文僅探討2008年GDDR5出現後的進展。當年,市場需要以已知的設計方法和原料,以及可負擔的封裝方式,來提高記憶體的資料傳輸速率。GDDR5從512Mb開始、成長到8Gb的密度,最後達到每引腳8Gbps的最高資料傳輸效能。若要計算系統頻寬的話,以典型的繪圖卡配置(8顆元件、32位元介面)而言,每引腳傳輸速率8Gbps的GDDR5可提供8GB的訊框緩衝(Frame Buffer)與256GBps的系統頻寬。市場雖一度可以接受這樣的效能,但不久後便追求進一步提高頻寬。
2015年美光(Micron)與NVIDIA合作,在GDDR5X中導入JEDEC的創新標準,將每引腳最高的資料傳輸率增至12Gbps。之後的兩年期間,GDDR5X稱霸高階繪圖卡市場。例如NVIDIA Titan X(32位元介面、12顆元件、每引腳資料傳輸率11.4Gbps)的系統頻寬便達到547GBps。
或許,GDDR5X最重要的成果是,它奠定了GDDR6的框架。GDDR6於2018年秋季問世後,效能立刻在市場上顯現。當NVIDIA於2018年、AMD於2019年推出8Gb GDDR6時,美光為兩家公司的產品發布夥伴,滿足市場對高效能的需求。GDDR6現仍在產品預期生命週期的相對早期階段,目前,每引腳最大資料傳輸率為16Gbps。使用GDDR6的系統最高頻寬預計可達768GBps(32位元介面、12個元件、16Gbps的每引腳資料傳輸速率)。GDDR6不只是高效能的解決方案,也是適用於多種不同應用的成本優化方案(表1)。
講到高效能記憶體,就不免提到高頻寬記憶體(HBM)。HBM不但與運算元件緊密整合,還能同時降低功耗和拉高頻寬,填補記憶體方案的缺口。HBM透過堆疊記憶體元件提高密度,並以較低時脈達成較高的I/O數,進而提供高頻寬,並具備較低功耗。HBM是一種強大的高效能記憶體,但由於產品本身的複雜性,也是成本相對較高的方案,因此HBM鎖定需較高頻寬,且成本敏感度較低的應用(圖2)。
圖2 高頻寬記憶體運用堆疊的記憶體元件,達成高密度與高I/O數
GDDR與HBM是高效能記憶體市場中的關鍵產品,接著探討主要的市場趨勢。
新市場趨勢與應用層出不窮
在列舉高效能記憶體的應用時,遊戲(Gaming)通常是最先浮現腦海的應用。雖然遊戲的重要性不容小覷,但有些新興的市場趨勢與應用也讓繪圖產業的需求水漲船高(圖3)。
圖3 新興的市場趨勢與應用也讓繪圖產業的需求水漲船高
人工智慧/機器學習與GPU
繪圖處理器(GPU)過去多半僅用於遊戲領域。但是,隨著AI在各產業區塊的爆炸性發展,GPU已是創造價值和效率的利器。GPU普遍都需要高效能的記憶體。機器學習與深度學習訓練所用的演算法需執行複雜的數學及統計運算,而GPU已被證明可較CPU更快解決這些繁雜的計算。在討論AI時,必須區別推論(Inference)和訓練(Training)兩種不同的需求。AI訓練是運算非常密集的工作,系統頻寬越高越好。AI推論則較常見,對頻寬的要求低於AI訓練。訓練與推論都是未來不可或缺的一部分。兩者合併運用下,可創造出高品質的神經網路。GPU及其尖端記憶體正被應用於AI、機器學習和深度學習上,讓這些應用以人類所不及的準確度,解決更多真實世界的難題。
高解析度影片
下一個驅動高效能記憶體成長的是4K/8K內容。高階遊戲不斷推動繪圖技術在高解析度與回應速度上的創新突破(零延遲/零緩衝)。今日許多頂級的遊戲設備均搭載4K解析度,未來更將達到8K或更高解析度。專業的遊戲玩家常同時使用多台顯示器,其中不乏4K+的螢幕(因為工作負載高,對於繪圖卡與大訊框緩衝區的需求也會增加)。
由於影像解析度增加,視訊渲染未來仍需大訊框緩衝區與高頻寬。隨著媒體內容與遊戲的串流應用在全球日益普及,資料中心的資料處理能力也需日漸提升。
遊戲創新
雲端遊戲的運作仰仗資料中心。那些資料中心內的伺服器多搭載GPU,以優化效率。Google Stadia、NVIDIA GeForceNow、PlayStation Now與Microsoft Project xCloud都是近期出爐的一些新型雲端遊戲平台。雲端遊戲預計將快速成長,並持續推動創新。光線追蹤(Ray Tracing)是視覺繪圖領域中夢寐以求的技術。從光源追蹤光線及設計出逼真照明環境的能力,一直是繪圖產業在過去20多年間努力的目標。在NVIDIA和AMD最新的繪圖卡產品,以及即將上市的PlayStation 5與Xbox Series X遊戲機上,這種渲染技術終於落地。
PC遊戲正驅策遊戲市場中頂級規格的發展。由於PC可每年或更頻繁地更新硬體,專業玩家普遍偏愛PC遊戲。PC遊戲持續帶動繪圖功能強化(4K/8K、光線追蹤與可變速率著色),以及對於最高回應時間(最低緩衝/延遲時間)的需求。如上面關於高解析度影像的討論,專業遊戲玩家有時會同時使用多台最高規格的顯示器;在這樣的配置下,玩家需不斷更新系統,才能保持競爭力。
為了達到最佳效能,玩家傾向選用內建不只一張繪圖卡、而是搭載多張平行運作繪圖卡的遊戲設備。
AR/VR
無論在PC遊戲或主機遊戲的世界裡,虛擬實境(VR)都已是許多不同遊戲的熱門選項。從早期較簡單的型態開始,VR繪圖技術和功能現正突飛猛進,並滲透至諸多新領域中。隨著品質精進,遊戲將繼續以健康的速度成長,但更亮眼的成長將來自一些令人振奮的新領域。
在醫療產業中,VR和擴增實境(AR)都可望成為教育訓練的利器。目前,已經有些有趣的應用(運用AR)將虛擬物件融入真實環境,以輔助醫療教學。如美光繪圖卡解決方案不局限於遊戲領域,將觸角延伸到垂直產業,包括專業繪圖、高效能運算、車載應用與網路等。
建築、工程與建造是VR與AR顯而易見的下一波灘頭堡。對許多領域來說,能夠在實地參訪或建構實體建物前,先虛擬地「看到」或甚至遊覽某地或建築、並了解物件將如何與所在環境互動,前景都令人倍感期待;教育領域的VR與AR的應用可望大幅成長。與醫療訓練一樣,講師和專家在教學中也可運用虛擬物件、提供虛擬的範例和與虛擬元素互動。
高階AR與VR頭戴裝置需搭配強大的PC和繪圖卡,才能達到最高設備規格。HTC Vive Pro最低規格的顯卡是NVIDIA GeForce GTX 1060或AMD...
顯示真實世界 Xilinx發表FPGA時序控制器解決方案
近年來,感光元件與顯示器持續發展高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)技術,希望呈現更貼近人眼所觀察到的真實世界,業界晶片、顯示面板、PC、系統廠商均參與制定HDR標準。在同一個場景,人眼可以感受到的明暗變化範圍較大,相較於目前的感光元件能夠看到更明亮的光位、更深黯的暗位,以及最亮與最暗的明顯對比,賽靈思(Xilinx)發表FPGA時序控制器(Timing Controller, TCON)解決方案,提供顯示器廠商更豐富的顯示效果。
圖1 高動態範圍HDR是結合廣色域WCG與高亮度範圍HLR
為了呈現更貼近人眼所觀察到的真實世界,忠實表現出從太陽光射到無光射陰影處這樣大的範圍,各家影音製造廠商無一不以提高影像的動態範圍為目標,Xilinx大中華區核心市場事業部市場及業務開發總監酆毅表示,HDR可以還原更多的圖像細節,在較暗色度區域獲取更多的細節表現,顯示出更多的深度和內容。
酆毅強調,HDR的概念,非常容易被誤解為高對比或高亮度,但真正的HDR應該是廣色域加上高亮度範圍,事實上是一個二維色度範圍,再加上一個一維的亮度範圍,兩個整合在一起,變成三維的概念。以圖1(左)為例,傳統的高解析顯示器所能看到的是REC709,是這個圖裡最小的三角形。但是UHD或者4K,是外部這個更大的三角形。到了8K,或者REC2020,能看到的是更大的三角形。對於亮度範圍,一般稱為伽馬曲線,對於攝影機的採集內容,實際上是一個光電傳輸函數,對於顯示器來說,是一個電光傳輸函數,所謂的光電轉換和電光轉換,正好是相輔相成相轉換的。
不同的顯示技術有自己的電光轉換曲線,與顏色表現曲線,以目前主要的三種顯示技術LCD、OLED、MicroLED為例,酆毅提到,OLED的亮度約800nits,MicroLED則可以做到4000nits,量子點可以做到1000nits。但是對於黑色表現來說,OLED可以做到接近於0或0.0001,但是量子點或LCD螢幕,則可能做到0.005,也就是說每一種螢幕的色度空間和亮度範圍,動態範圍是不一樣的,可以把它分解成兩部分,一個是亮度轉換,另外一個是顏色轉換。
顯示器基於其顯示原理與技術架構,都必須要進行顏色轉換,面對不同的顯示技術,必須解決TCON晶片裡面的色調映射和色量轉換問題,而這個轉換是根據每個顯示技術的不同,螢幕的種類不同和每個面板廠的設計不同而有所差別。酆毅指出,由於FPGA邏輯的可程式設計性,不管是LCD的演算法、OLED演算法、MicroLED演算法,FPGA TCON可以搭配任何面板、背光與介面。
TCON的影像處理就是色域色調的轉換,有些TCON還會整合圖像的縮放功能,比如說smart TCON。傳統的TCON架構是四級的設計,包括三個晶片;搭配FPGA的TCON設計,結構可以簡化成三級,少掉V-by-One晶片,只剩下兩個晶片,可以在FPGA設計裡完全被剔除掉,可以簡化智慧電視的設計。
瑞薩採用晶心科技RISC-V 32位元CPU核心
瑞薩電子日前與晶心科技(Andes Technology)進行技術IP合作。晶心科技提供以RISC-V為基礎的嵌入式CPU核心,以及相關系統單晶片(SoC)開發環境的供應商。瑞薩選擇AndesCore IP之32位元RISC-V CPU核心,嵌入其全新的ASSP中,該產品將於2021年下半年開始為客戶提供樣品。
瑞薩採用晶心科技RISC-V 32位元CPU核心
晶心科技總經理林志明表示,MCU供應商瑞薩電子已經將晶心的RISC-V核心設計到其預燒錄的特殊應用標準產品中。瑞薩和晶心都有相同的願景,就是RISC-V將成為SoC的主流CPU指令集架構(ISA),並欣然迎接RISC-V時代。這不但是晶心科技代表性的里程碑,也代表開放原始碼RISC-V ISA作為主流運算引擎時代的來臨。瑞薩的客戶將會得益於為21世紀運算需求而建構的現代化ISA。
瑞薩物聯網與基礎設施事業部執行副總裁兼總經理Sailesh Chittipeddi則認為,晶心科技的RISC-V核心IP,提供可擴展的性能範圍,可選擇的安全功能,以及客製化的選項,讓瑞薩能夠對未來的特殊應用標準產品,提供創新的解決方案。客戶如果正在為現有或新興的應用產品,尋找經濟的替代方案,就會因此而得益於上市時程縮短與開發成本降低。
瑞薩以RISC-V核心架構為基礎的預燒錄設計ASSP晶片,在交貨時還結合專用的使用者介面工具,來設定應用產品的可程式參數,可提供客戶完整、最佳化的解決方案。這項功能可消除初期對RISC-V開發和軟體的投資障礙。此外,由瑞薩在各地具有特殊專業知識的合作夥伴所組成的大規模網路,將可提供集中化的客戶支援。
用電大戶條款110年元旦上路 伊頓新推儲能/UPS整合方案
經濟部能源局在今年8月預告再生能源發展條例第12條「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源設備」,也就是俗稱「用電大戶條款」指出,目前「用電大戶」門檻標準仍維持5,000瓩,這些用電大戶通常是半導體、面板或石化產業等,涵蓋500多戶、300多家企業。這些用電大戶需要在5年內建置10%再生能源設備,相當於裝置容量500瓩的綠電。但伊頓電氣台灣區總經理宮鴻華認為,建置再生能源設備需要額外土地來布建,不僅增加企業投資電力設備的成本,且台灣地狹人稠,較難再擁有具大面積的土地來建置太陽光電、風力、潮汐或地熱能等綠能設施。
因此,該條例也同意企業可以「設置儲能設備或購買一定額度之再生能源電力及憑證」,否則需要繳納代金來替代。此外,能源局也表示,在2021年元旦辦法正式實施之前,企業已經建置再生能源設備者最高能夠減少20%義務量,甚至提前在4年或3年前完成建置,建置比例可以從10%降低9%、8%。
為了順應「用電大戶條款」規定,UPS大廠伊頓在SMICON Taiwan 2020首次展示儲能兩用系統EnergyAware,能夠把原先UPS設備升級,同時兼具儲能系統,提供4大功能,包括契約容量管理、時間電價管理、調頻輔助服務和後備電源等,並且能利用3種模式來運行,包括一般雙轉換模式,提供供電給負載和基本UPS功能;雙轉換模式與削峰填谷模式,電池放電供應部分負載所需電力,能夠減少對電網的用電需求,來達到削峰填谷的效果;雙轉換模式與輔助服務模式,除了前述模式外,電池充電也可做為用電裝置,吸收電網多餘電力,提供整體系統穩定。
EnergyAware提供3種系統運轉模式
這套系統不僅能夠維持供電穩定,在發生斷電情況時,在2毫秒內轉換由儲備電力供電而保持不斷電,也可以利用不同模式來提升供電效率,降低企業的用電成本來符合法規依據,宮鴻華認為,全球都在吹起一股能源轉型風潮,台灣也是其中一員,EnergyAware除了協助企業可以在有限空間建置合適的投資,做到電價削峰填谷,提升經濟效益外,也可以幫助台電電力需求量調度,維持備載容量裕度,並減少耗能與碳排放,實踐永續發展的目標。
由左至右為伊頓電氣台灣區研發經理林正浩,伊頓電氣東亞區業務總監林鈺培,伊頓電氣台灣區總經理宮鴻華,伊頓電氣台灣區行銷與技術支援協理江嘉倫












