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SiFive近日於Linley Fall處理器大會上推出全新高性能IP產品組合，其分別為SiFive U8系列核心IP和經過優化的HBM2E+解決方案，滿足各應用領域(如汽車、人工智慧、物聯網等)等終端運算需求。 SiFive首席執行長Naveed Sherwani表示，全新SiFive U8系列微架構的推出是一個重要的里程碑，可擴展的亂序RISC-V處理器可用於特定領域的應用，滿足汽車、資料中心和邊緣AI等需求。 據悉，新推出的SiFive U8系列核心IP基於RISC-V指令集架構，是一種超純量(Superscalar)設計，具有可擴展的亂序執行通道(Out-of-order Pipeline)以及可配置的選項，供即時或應用處理器使用，滿足用戶對高效能運算產品的訂製需求。 另外，SiFive U8系列提供每瓦特超過1.5倍的面積效率和性能，且擁有可運行Linux作業系統的記憶體管理單元，以支援通用應用處理器設計，以及用於關鍵任務操作的即時模式；並且具有可選的浮點單元、訂製的指令擴展功能和RISC-V向量擴展支援，使其無論是在汽車、AI邊緣或終端應用程式，都可以針對應用案例進行相應的配置和訂製。 至於SiFive HBM2E+ IP，則用於支援運算密集類型的工作負載，包括高性能運算、資料中心和邊緣AI設備中的深度學習處理，不僅易於整合至各式新設備中，並能使用可擴展的介面支援Chiplet設計和性能，進一步優化CPU到記憶體的路徑。 此外，SiFive HMB2E+解決方案已通過先進的7nm技術驗證，可提供高達400Gbps的記憶體頻寬，也就是每個引腳高達3.2Gbps的傳輸速率。與類似容量的DDR類型記憶體相比，HBM的堆疊特性不但占據較小的空間(可實現更小體積)且能達到更低功耗，並且擁有更高拼寬，十分有利於處理密集的深度學習運算。 簡而言之，隨著人工智慧開始往邊緣發展，本地資料處理的效率和速度也須大幅提升，而SiFive新推出的處理器核心與記憶體介面相結合，可滿足各式高運算應用，例如資料中心、汽車系統、工業物聯網(IIoT)、消費性產品等。 SiFive發布全新U8系列IP。  

固態光源(Solid-State Lighting, SSL)不是新技術。實際上，它們自1960年代就已經存在。但是，直到最近25年，才開始出現大規模應用。根據產業研究機構Yole Développement(Yole)估計，整個SSL產業規模將從2018年的204億美元成長到2024年的323億美元，2018~2024年複合成長率為8%。 Yole表示，成長將主要由LED技術推動。但是，LED的產業比重將從2018年的約84%下降到2024年的73%。除了LED之外，其他SSL如智慧手機中的VCSEL則是更具成長動能，智慧手機最多可以整合三個VCSEL模組：帶泛光照明器的3D識別、微型投影機和ToF(Time of Flight)。2017年發表的Apple iPhone X及其光學感測器為VCSEL廠商帶來了新機會。未來，則有如LiDAR或3D感測器之類的新應用，也深具市場成長潛力。 在這種動態的背景下，Yole表示，在未來五年中，LED的營收將繼續在可見光應用上蓬勃發展，其中通用照明將占大多數約45%。汽車照明和直視型顯示器是其他蓬勃發展的LED應用。LED產業很大一部分在不可見光LED市場，UV和IR LED突出了幾種高潛力的應用(即氣體感應和水消毒)。但是這些需求仍在發展中，並且需要一些時間才能實現。 同時，雷射二極體(LD)產業蓬勃發展。邊射型雷射(Edge Emitting  Laser, EEL)產業規模將從2018年的25億美元，成長至2024年的51億美元。在智慧手機整合前置3D攝像頭的驅動下，VCSEL可能會在2018年至2024年期間實現5倍的市場營收成長。另外，EEL在同一時期將經歷強勁但穩定的成長，這主要是受光收發器和電信基礎設施發展的推動(約占EEL市場機會的55%~65%)。  

英特爾(Intel)近日發布Tremont微架構，相比英特爾前一代低功耗x86架構，Tremont微架構的每週期指令數(IPC)顯著提升。此一架構專為提升緊密型(Compact)低功耗產品處理能力而設計，而採用該架構的處理器將可協助用戶端設備實現更新穎的外型、物聯網創新應用以及資料中心產品等。 英特爾Tremont首席架構師Stephen Robinson表示，Tremont是該公司迄今為止最先進的低功耗x86架構。該公司在設計時著眼於一系列現代化複雜工作負載，同時兼顧聯網、用戶端、流覽器、電池等因素，以全面高效地提升性能。簡而言之，該產品是一款專為提升緊密型低功耗系列產品處理能力而設計的CPU架構。 高性能架構是晶片擷取和處理資料的基礎，而低功耗解決方案對於實現更小外形設計的創新設備更是重要。為此，新推出的Tremont微架構將同時整合英特爾龐大IP產品組合中的其他技術，以支援新一代產品；同時，借助英特爾Foveros 3D封裝技術，Tremont可在Lakefield中整合更多矽IP，從而加快打造如近微軟雙螢幕筆記型電腦Surface Neo這樣的突破性創新設備。 另外，英特爾Tremont在指令集架構(ISA)、微架構、安全性、電量管理等方面均有所提升。其每週期指令數(相比前一代低功耗x86架構有著顯著提升，因而有望成為開發新一代跨用戶端、物聯網和資料中心領域產品的全新選擇；並且具有獨特的6路前置集群(雙3路集群)亂序執行處理單元，因此可以更高效地為後端提供高輸送量，這對提升性能而言極其重要。 Tremont微架構將可實現更低功耗、更高處理效能。  

許多製藥廠商採用自動化方式進行前期生產、後段包裝，以及包裝之後的檢測過程，以減少因人工檢驗而導致效率低落和巨額的人事與管理成本。為了達到品質要求，許多廠商結合機器視覺系統及自動化機台(生產線機器)，透過圖形分析、顏色辨識、條碼辨識以及字元檢測，以實現最高品質及最高效益的生產線流程。 近年來，各地製藥廠商紛紛轉型，部署全自動化生產線。其中，液態藥瓶生產製造及檢測過程歷經層層關卡，借助機器視覺系統、總體檢測效率及檢測準確性都較以往的人力大幅提高。針對此需求，有廠商推出USB 3.1彩色工業相機，能夠在高速運轉的生產線上捕捉到每個經過藥瓶的圖像，然後經過後端圖像軟體分析，進行良品與不良品的篩選，同時也可以記錄圖像資料，以便後序可以快速查詢、追溯和檢索品項。 圖像記錄檢測瓶裝藥品　相對位置標準更準確 液態藥品裝瓶後，通常須要經過個檢測環節，來判斷藥液裝瓶是否夠量、瓶口是否有破損、瓶蓋是否壓裝到位，以確保藥量正確、藥瓶封裝完好，以及瓶內的真空度正常。因此在對瓶裝藥液進行檢測前，製藥商通常會先利用圖像感測器紀錄正常瓶口的特徵和藥液的標準位置。當每瓶藥液經過檢測鏡頭前時，相機會捕捉當前被檢測物體的特徵，然後將捕獲的圖像與先前拍攝的樣本圖像進行比對。檢測標準採用相對位置標準，因此不會因瓶子在傳送帶上受到微弱跳動的影響做出錯誤判斷。 USB 3.1工業相機監控/分析/優化製藥流程 USB工業相機現今已被廣泛安裝在機器輸送帶上，代替人眼進行判斷和測量，因為它能夠在高速移動過程中捕獲清晰的圖像，並能快速且準確地進行圖像資料的傳輸和處理。USB 3.1工業相機能在較為惡劣的環境下長時間連續運行，並能保證穩定、可靠的性能和準確的拍攝效率，較過去USB 2.0傳輸更為快速。將USB 3.1工業相機用在製藥過程中時，可以用來監控、分析和優化製藥流程，確保藥品品質，提高生產率。 空藥瓶在運送過程難免會碰撞缺損，為避免瓶內有碎玻璃混進以及之後瓶蓋無法密合，在填裝藥液之前可運用工業相機進行垂直瓶口檢測(圖1)，第一步篩選過濾有缺損或破碎瓶口的空藥瓶。為清楚呈現所拍攝之瓶口，業者所推出的USB 3.1相機搭載感光元件，提供高畫素及低噪點圖像品質，可捕捉快速透過產線的每一個藥瓶，拍攝後的圖像則可即時傳送至小電腦，透過電腦自動比對正常樣本圖像，之後小電腦便可下指令至自動化機器，將不符合標準的藥瓶送入廢品區淘汰。 圖1　使用垂直相機進行瓶口瑕疵檢測。 當藥瓶經過自動化機器填充完液體藥品後，便直接封口。一般醫療用藥液會有內塞先封住瓶口，接著再使用機器將外蓋(鋁蓋)內壓密合，以確保瓶內藥液不受污染或變質。先透過彩色工業相機垂直拍攝瓶蓋顏色，獲得的圖像傳輸至電腦，透過事先儲存設定的色彩，進行顏色比對，來辨識所經過的藥瓶是否正確。 接著，在下一個關卡架設側拍相機，取得的圖像經過量測軟體或程式來辨別液位高度，同時上下比對瓶蓋位置，確認是否每個瓶蓋都已密封。在此兩關卡上，不合格的藥瓶則如瓶口檢測後的結果，由小電腦自動下指令至自動化機器，送至廢品區。 而除了藥瓶檢測，許多製藥商會在藥瓶瓶身或瓶蓋上貼上或嵌入標籤號碼、日期或相關的藥品名稱。使用具高效穩健條碼辨識演算法的相機，能迅速地偵測並辨識任何方位的一維與二維條碼；也可設定只掃描特定的條碼圖形及方位；或設定感興趣區域(ROI)加速偵測及解碼效率。製藥廠商只須利用工業相機讀取標籤上或噴塗在包裝上的一維或二維條碼，就可以即時獲得藥品的詳細成分、生產日期等資訊。 機器視覺結合自動化生產提高製藥品質 上述條列機器視覺在藥瓶檢測的部分應用，然而機器視覺用以提高製藥工作的效率和準確度仍需仰賴與自動化製藥生產系統緊密結合，才能達到提高品質，提高效率和降低成本的目標。也由於藥瓶檢測常與自動化機配合使用，端看不同藥廠的需求以及不同廠家自動化機所提供不同的功能，對於機器視覺相關的應用也有不一樣的變化。然而，對於要求高品質和高可靠性的製藥廠商而言，USB 3.1工業相機的設計，在製藥過程中滿足了高速、高解析度、高畫質影像、完整色彩重現及高穩定性等需求。 (本文作者任職於兆鎂新)

資料量暴漲　高效運算方案需求殷切 賽靈思工業、視覺、醫療及科學(ISM)市場經理翁羽翔(圖1)表示，工業物聯網以及醫療物聯網領域的資料呈爆炸性成長，每天產生2.5 Exabytes的資料量，而全球90%的資料在過去兩年中產生。在資料產生如此迅速的情況下，像是隱私、資訊安全性、數據處理的延遲和反應能力、資料管理的成本(傳輸、儲存、處理)，以及可靠的網路連結等疑慮也逐漸浮現。 圖1　賽靈思工業、視覺、醫療及科學(ISM)市場經理翁羽翔表示，工業物聯網的資料呈爆炸性成長，發展工業物聯網的業者需要一套全方位的解決方案。 簡單來說，在工業物聯網、智慧製造等應用場景當中，雲端越來越無法負荷需要大量且即時的傳輸與運算需求，加上並非所有的環境都有強大的網路連結，雲端運算的效益在這樣的情況之下將會大打折扣。 因此，邊緣運算便應運而生，以補足雲端運算的缺口，降低資料傳輸、儲存與處理的成本。另外，當企業獲得的資料越來越多，隱私問題也隨之受到更多關注，而這與資料安全性密不可分。資料的安全與否可能隨著時間而變化，即使現在是安全的，但隨著運算能力的增長和駭客技術的精進，安全性也會隨之減弱。 也因此，發展工業物聯網的業者需要一套全方位的解決方案。為此，賽靈思旗下的Zynq SoC產品系列提供完整的解決方案堆疊，透過提供安全的連接、控制、線路、軟體與AI，輔以產業生態系中廣泛的專業技術來協助客戶開發所需的產品與應用；且該產品還提供一個共通的嵌入式平台，具備FPGA的可編程性且能同時支援IT與OT的需求，在設計時就將安全性納入考量。 另外，賽靈思也針對工業電腦提供加速解決方案「Alveo加速器卡」，其具備低延遲優勢，能優化所有作業負載並適應不斷變化的演算法，可輕鬆應用於雲端與在地(On-premise)部署，適用於機器人運動規劃、資料庫卸載、動態錄影與影片分析、基因體分析等應用。 同時，賽靈思也整合雲端框架，提供雲端與邊緣協作的AI平台。其中包含整合AWS Greengrass框架並透過鎖定更強大的嵌入式設備，將應用從雲端移到邊緣以提供低延遲、低功耗但高效能的邊緣AI。 翁羽翔指出，隱私、資料安全、資料管理和運算效率是ISM領域普遍考量的問題。隨著物聯網時代的到來，企業若能妥善運用資料將為他們帶來許多優勢，也能大幅提升營運效益。為此，該公司在工業領域的戰略核心，便是協助客戶有效地運用資料，實現更精準的診斷、決策結果。因此，該公司運用邊緣AI針對客戶的問題痛點提供運算資源，除了能夠降低功耗、提升效能與效率外，在沒有網路連線的情況下也依然能正常運作；並兼顧軟硬體升級，透過靈活應變的解決方案協助工廠延長其資產的壽命，進而提高投資報酬率。未來該公司也將持續致力於提供客戶高效能、高穩定度、低延遲、低功耗並兼具安全性的解決方案。 確保資訊保密　私有雲方案需求增 另一方面，因應工業物聯網衍生而來的資訊處理、保密需求，研華科技則是以旗下「WISE-STACK解決方案」應戰。研華科技工業物聯網事業群副總經理蔡奇男(圖2左)表示，近期發現產業客戶對於保護自身的產業專屬知識(Domain Knowledge)或是隱私需求大幅提升，因而提出能夠做到資料保密的完全私有雲環境的WISE-STACK解決方案，亦即將整套研華WISE-PaaS物聯網雲平台搬到私有雲環境中，讓客戶在享受公有雲服務的同時，也能擁有私有雲的保密，協助客戶輕易進行在地部屬。 圖2　研華科技工業物聯網事業群副總經理蔡奇男(左)表示，客戶愈來愈重視自身產業專屬知識(Domain Knowledge)、隱私的保護，因此對私有雲方案需求明顯增加。 WISE-STACK是研華科技旗下的私有雲解決方案，其為高整合度的系統，可提供完整的雲端體驗和開發工具，具備端到端的安全功能，確保客戶數據和AI模型的安全性與隱私；且該產品經過嚴格的設計和測試，可滿足需彈性擴張、高數據吞吐量的AIoT應用。該產品還可無縫整合所有WISE-PaaS服務，使工廠、製造業者等可更輕鬆的實現工業物聯網規劃。 然而，隨著數據量與日俱增，除了增加邊緣強化方案之外，落實「資料分流」也是確保數據隱私的一項重點。 銳鼎科技黃茹鈺總經理指出，為落實數據保護，未來業者須朝「資訊分流」發展，也因此，混合雲可說是必然趨勢。如同前面所說，通常業者須保密的資料多是自身的產業專屬知識，像是客戶資料、製程機密參數等，這些數據是拓展生意版圖的重要命脈，可存於私有雲之中；而至於訂單時程、機台運作狀況等資訊，則是可上傳至公有雲，不僅能讓合作夥伴或是客戶清楚了解目前的運作狀況，也有助於決策判斷。 蔡奇男則進一步說明，目前工業領域的業者、製造業者等近來對於私有雲的需求明顯增加，不過隨著數據傳輸需求日益增加，未來業者勢將朝公私有雲混合(也就是混合雲)的方面發展。如上所述，目前業者需要私有雲的原因在於確保隱私、保護自有的行業專屬知識，但是當企業發展到一定規模的時候(中大型企業)，其數據開始須和外部合作夥伴進行整合或連結，以發展更多服務時(如遠程診斷或設備維運)，就必須將資料上傳至公有雲。換言之，未來趨勢將以混合雲為主，因此研華不僅擁有WISE-STACK解決方案，同時還具備WISE-PaaS架構可支援混合雲應用。 因應未來工業物聯網發展，蔡奇男表示，行業專家的系統整合商(Domain-focused Solution Integrators, DFSI)是協助產業躍向物聯網下一階段極為關鍵的要素之一，更是工業物聯網市場中價值貢獻度最高的一環；他們不僅能協助終端客戶建置、維運系統，更得熟悉如手工具、工具機、廢水處理等各專業領域需求。因此，該公司近幾年不僅加強與行業專家系統整合商的密切合作，更以少量投資方式，積極育成行業專家系統整合商。 總結來說，隨著工業物聯網加速發展，資料呈現爆炸性的成長，也因而衍生運算、隱私等難題。為此，半導體業者和工業電腦也加快布局腳步，透過全面、完整的軟硬體解決方案，以克服上述挑戰。

格芯(GlobalFoundries)和台積電(TSMC)宣布撤銷雙方之間及其客戶的訴訟。兩家公司已經達成全球專利交互授權協議，隨著雙方不斷在半導體研發上有龐大的投資，故範圍涵蓋雙方全球現有及未來十年內申請的半導體專利。 格芯在2019年8月時在美國和德國提起了多個法律訴訟，指控台積電所使用的半導體製造技術侵犯16項格芯專利。這些訴訟分別向美國國際貿易委員會(ITC)、美國聯邦法院德拉瓦分院和德州西區分院以及德國杜塞爾多夫地區法院和曼海姆地區法院提交。 在提起法律訴訟的同時，格芯還申請了法院禁制令，以阻止總部位於台灣、在半導體生產領域處於壟斷地位的台積電使用侵權技術生產的產品進口至美國與德國。這些法律訴訟要求格芯指名台積電的主要客戶以及下游電子公司，後者在大多數情況下才會包含了台積電侵權技術產品的實際進口。格芯還基於台積電使用格芯專有技術而產生的數百億美元的銷售額而向台積電提出了巨額的損害賠償請求。 而在格芯提出訴訟不久後，台積電也隨即做出反擊，於2019年9月在美國、德國及新加坡三地對格芯提出多項法律訴訟，控告格芯侵犯台積公司40奈米、28奈米、22奈米、14奈米以及12奈米等製程之25項專利。台積公司在此訴訟之中要求法院核發禁制令，禁止格羅方德生產及銷售侵權之半導體產品，亦對非法使用台積公司半導體專利技術與銷售侵權產品之格羅方德尋求實質性的損害賠償。 訴訟中的25項台積公司專利涉及多種技術，包括FinFET設計、淺溝槽隔離技術、雙重曝光方法、先進密封環及閘極結構、以及創新的接觸蝕刻停止層設計，這些特定技術涵蓋了成熟及先進半導體製程技術的核心功能。 然而，就在雙方交鋒不久後，這場專利戰爭就在近日閃電落幕。雙方宣布撤銷雙方之間及其客戶的訴訟，且已達成全球專利交互授權協議，範圍涵蓋雙方全球現有及未來十年內申請的半導體專利；同時，該協議也保證格芯和台積電有營運自由，而雙方的客戶也確保可繼續獲得完整技術和服務支援。 台積電與格芯訴訟戰閃電和解。 台積電副總經理暨法務長方淑華表示，半導體產業的競爭一直以來都相當激烈，驅使業者追求技術創新，此次決議是相當正面的發展，使我們持續致力於滿足客戶的技術需求，維持創新活力，並使整個半導體產業更加蓬勃昌盛。 格羅方德執行長Thomas Caulfield則指出，此項協議認可了雙方智慧財產的實力，使兩家公司能夠聚焦於創新，並為雙方各自的全球客戶提供更好的服務。同時，該協議也確保了格羅方德持續成長的能力。

台灣積體電路製造股份有限公司(TSMC)與格芯(GlobalFoundries)今(29)日宣布撤銷雙方之間及與其客戶相關的所有法律訴訟。隨著台積公司和格芯持續大幅投資半導體研究與開發，兩家公司已就其現有及未來十年將申請之半導體技術專利達成全球專利交互授權協議。 此項協議將確保台積公司及格芯的營運不受限制，雙方客戶並可持續獲得兩家公司各自完整的技術及服務。 格芯執行長Thomas Caulfield表示，很高興能夠很快地和台積電達成協議，此項協議認可了雙方智慧財產的實力，使兩家公司能夠聚焦於創新，並為雙方各自的全球客戶提供更好的服務。同時，該協議也確保了格芯持續成長的能力，對於身為全球經濟核心的半導體業而言，也有利整個產業的成功發展。 台積公司副總經理暨法務長方淑華表示，半導體產業的競爭一直以來都相當激烈，驅使業者追求技術創新，以豐富全球數百萬人的生活。台積公司已投入數百億美元資金進行技術創新，以達今日的領導地位。此項協議是相當樂見的正面發展，使我們持續致力於滿足客戶的技術需求，維持創新活力，並使整個半導體產業更加蓬勃昌盛。

布局Level 3以上自駕車，現代汽車集團(Hyundai Motor Group)日前宣布研發首個基於機器學習的智慧定速巡航控制系統(SCC-ML)，該技術會將駕駛人的行為模式納入其自動駕駛行為中，進而為駕駛人創造自定義的體驗。 現代汽車集團副總裁Woongjun Jang表示，新的SCC-ML技術改進了先前ADAS技術的智慧性，並大幅提高了半自主功能的實用性，現代汽車集團將繼續致力於創新AI技術的開發工作，以引領自動駕駛發展。 智慧巡航控制(SCC)為ADAS提供了基本的自動駕駛功能和核心技術，也就是當以駕駛員選擇的速度行駛時，可與前方車輛保持距離；而新研發的SCC-ML技術將AI和SCC結合到一個系統中，該系統可自行學習駕駛員的模式和習慣，透過機器學習，智慧巡航控制系統能以與駕駛人相同的模式自主駕駛。 另一方面，除了研發新一代智慧巡航控制系統外，現代也宣布與零件大廠Aptiv合作，投入16億美元資金創建合資企業，搶攻自駕車市場版圖。雙方共同聲明指出，此合資公司將推動SAE 4級和5級自動駕駛技術的設計、開發和商業化；該合資企業將於2020年開始測試完全無人駕駛系統(SAE 5級)，並於2022年開始為機器人自動化廠商、車隊營運商和汽車製造商提供自動駕駛平台。同時，該合資公司將以韓國作為關鍵技術中心、汽車改裝基地和自動駕駛行動服務平台的試驗場域。 現代積極布局自動駕駛市場。  

5G、AI和物聯網(IoT)技術不斷進化，讓萬物智聯應用加速擴大蔓延，工業領域更掀起智動化和智慧製造等新風潮，這些發展在在牽動嵌入式系統與工業設備的設計變革，並帶來新的開發與部署挑戰。舉例來說，工業應用產品往往必須依照個別產業的需求進行深度客製化，因此工業物聯網雖然整體規模龐大，蘊含誘人商機，但對相關設備製造者來說，要進入這個市場，將面臨形形色色的挑戰。為此，恩智浦(NXP)半導體推出完整的解決方案，涵蓋面遍及核心處理器、微控制器到各種介面與安全元件，滿足工業與物聯網設備開發者的各種需求。 恩智浦台灣區業務經理卓正民(圖1)表示，該公司目前的市場目標主要可以規劃成四大領域，分別是汽車、工業與物聯網、行動裝置、通訊基礎建設(如家庭閘道器、智慧城市/零售、語音助理等)。現在中美貿易戰持續進行中，而這對台灣來說是個不錯的機會，因為台灣目前較處於中立地位，在貿易大戰上未停歇的情況下，有不少工業與物聯網相關商機開始轉向台灣，因此，本研討會聚焦在工業和物聯網，期能透過恩智浦的技術、產品協助台灣業者布局。 圖1　恩智浦台灣區業務經理卓正民表示，汽車、工業與物聯網、行動裝置、通訊基礎建設是該公司四大市場規劃。 i.MX產品線滿足多元應用開發需求 因應智慧製造、IIoT設計，恩智浦備有i.MX系列產品。恩智浦應用工程部經理簡志達(圖2)介紹，i.MX系列相當多元，有商規、工規以及車規，因此可以滿足許多應用，像是機器視覺、工控人機介面(HMI)、行動裝置、高階消費性產品等。 圖2　恩智浦應用工程部經理簡志達指出，i.MX系列相當多元，可滿足機器視覺、工控HMI、行動裝置、高階消費性產品等不同應用市場。 據悉，i.MX系列可分為i.MX RT系列、i.MX 6系列、i.MX 7系列、i.MX 8系列以及i.MX28系列。各個系列的產品有著各自的規格、特性，可滿足不同應用市場。 i.MX RT系列為交叉處理器，具有即時功能和MCU可用性，適用於下一代消費和工業物聯網應用；i.MX 6系列為通用解決方案，提供汽車、消費和工業應用的均衡特性、性能和可擴展性；i.MX 7系列為低功耗解決方案，適用於安全、可穿戴和可攜式物聯網應用；i.MX 8系列為強大的解決方案，具有先進的神經網路處理、圖形、機器視覺、視頻、音訊、語音和安全關鍵應用；至於i.MX28系列則是具備電源管理和連接功能，適用於汽車、消費和工業應用。 值得一提的是，i.MX 8系列處理器為2018年發布，旨在於實現更多物聯網創新設計(滿足語音、影音和音訊需求)，讓使用者享受更為便利、感官更為豐富的使用體驗。 該系列處理器可整合A/V與機器學習，滿足設計人員對於統一平台的要求，便於其打造語音指令控制的互聯產品；且兼具處理技術和邊緣運算能力，能夠有效管理並縮短智慧互聯裝置回應命令和詢問的時間。此外，該系列處理器也非常適合管理照明、恒溫器、門鎖、居家安全、智慧灑水器等各類系統與設備，能夠讓使用者享受直覺簡單、迅速回應的智慧家庭體驗。 簡志達表示，i.MX系列處理器有三大價值，首先是值得信任的供貨。產品的使用壽命長達10~15年、產品(硬體、軟體、硬體加速器)具備保密性和安全性、獲得標準認證(AEC-Q100、JEDEC等)；以及透過零缺陷管理(Zero-defect Methodology)、ULA、Low SER FIT等方式讓產品更具可靠性。 第二價值為具備極大的平台擴展性，像是Pin腳兼容性和軟體可移植性、高整合性以及可製造性；第三個價值為可支援/啟用各種軟體，如Linux、Android、 Windows-embedded、RTOS等，並適用各種應用領域，包括語音、影像、機器學習、感測器、電源管理、連接等。 i.MX RT實現人機互動 恩智浦資深應用工程師陳則理(圖3)則從工業與人機介面領域切入，說明i.MX RT系列處理器如何開創人機互動新體驗。陳則理表示，現今不論是消費或是工業領域，人機互動的應用越來越多，像是臉部辨識、語音助理等，意味著人機介面的設計需求明顯增加。 圖3　恩智浦資深應用工程師陳則理說明，人機互動應用越來越多，為此，該公司備有i.MX RT系列處理器，可創造新的互動體驗。 因應此一需求，恩智浦備有i.MX RT系列解決方案，該系列產品具備低功耗應用處理器和高性能微控制器的優勢，可實現更佳性能、即時操作、更高整合、簡單易用等目標，適用於音訊(如麥克風)、消費性產品(智慧家電/攝影機等)、家庭與樓宇自動化(溫度/安防/照明等)、工業運算設計(PLC/工廠自動化/條碼測試器等)、電機控制和功率轉換(3D印表機/無人駕駛等)。 另一方面，因應日漸增加的語音助理和人臉辨識應用，恩智浦也進一步添加i.MX系列處理器產品線，於近期發布i.MX RT106F產品與基於i.MX跨界處理器打造的「Alexa for MCU Solution」語音解決方案。 i.MX RT106F基於恩智浦的OASIS臉部處理引擎功能，在價格和效能方面皆有突破，運用神經網路演算法進行臉部檢測、辨識與防範詐欺，且處理時毋須連接雲端。以MCU為基礎的臉部辨識解決方案可實現臉部和表情辨識時所需要的精準度與低延遲，它將一切功能結合於超小外形以適用於各類現有應用。與應用處理器方案相較，基於RT106F的解決方案可節省一半或更多的總系統成本。恩智浦目前正與OEM廠商積極合作，以求儘快推出該解決方案的評估和開發套件，該解決方案將於2020年第一季全面上市。 而為了能夠使更多人體驗語音應用，Amazon目前正積極推動「Alexa Built-in...

然而，每項多樣化產品都會對接受治療的患者有著不同程度的風險影響，這促使美國食品藥品監督管理局(FDA)和歐盟(EU)醫療器材指令(MDD)CE標籤工作組，要求器材製造商通過各種產品設計來管理此風險。 醫療器材設計考量 工程團隊在設計醫療器材時，不僅應考慮開發出能在臨床應用中發揮效用的器材，還需保護患者的安全(如符合硬體電氣設計的IEC-60601-1、1-4與符合軟體生命週期流程的IEC-62304)、確保能順暢地在系統中傳遞資料(如符合HIPAA)以及包含日誌記錄和產品更新方法的器材生命週期(如符合FDA CFR 21)。 這些對安全與預期運作的考量並非僅針對醫療器材產業，它們也適用於人們與用於提高自動化水準的機器設備協作的其他產業。在工業領域，機器人已不再只是操作人員的奴僕，而是正日漸成為真正的獨立合作方，不過它們的宗旨還是以人類的安全為首。例如在汽車領域，隨著車輛自動化水準不斷提高，人類駕駛也迅速對日益增強的安全功能產生依賴。 在工業自動化領域，能直接影響系統安全的機器設備設計屬於「功能安全」範疇。「功能安全」旨用於滿足這些要求的一套特定標準和設計方法。雖然功能安全設計方法規定了預期運作路徑和失效路徑，但我們必須意識到有人可能會蓄意修改系統的預期運作，這使網路安全威脅不斷提升。 因此，當今要全面解決開發生產醫療器材的風險管理問題，功能安全和網路安全都必須被視為患者總體安全內在組成的一部分。系統設計可以有網路安全而沒有功能安全，但不可以只有功能安全卻不考慮網路安全。本文分兩個主題進行討論，即功能安全和網路安全： 1.功能安全概述和可用於達到不同安全完整性等級(SIL)的常見設計方法。 2.實施安全等級(SL)可能產生之威脅的網路安全評估概述。 功能安全旨在降低風險 功能安全旨在運用相關標準中規定的實踐(Practice)與規則監督設備的主要功能，減輕對人和/或環境危害風險的系統。一般來說，功能安全會持續監控受控設備(EUC)，當機器設備運作發生異常(例如機器故障)或外力導致的危險狀態時就會啟動。設備製造商在設計時會進行危險與風險評估，確認需要採取何種風險緩解措施。 功能安全系統可用簡單的設計，譬如加裝在電源上的限位開關(Limit Switch)，也可用複雜的設計，像是在製造場域內監控是否有人穿越黃色安全線的光達(LiDAR)系統(例如在組裝產線上太靠近移動中的卡車底盤)。足球是可以用來形容功能安全的一個貼切比喻，包括美式和英式足球在內。球員是受控設備(EUC)，裁判是安全相關系統。裁判掌握比賽規則並控制比賽，根據各種發生的情況停止和再次開始比賽，更重要的是對犯規的賽隊或球員進行處罰。 醫療器材設計功能安全不可缺 在美國，聯邦法規要求醫療器材製造商在有預備上市的醫療器材產品時必需通知FDA。根據「美國聯邦食品、藥品和化妝品法(FFDCA)」的規定，這被稱為「售前通知」或「510(K)通知」。根據該條款，FDA可依據具體應用，援引先前已在市場上合法銷售的器材，以實質等同(Substantial Equivalence)為由放行新器材的銷售。 然而，實質等同性在功能安全方面有些問題，因為設計本身及用於建構實質等同功能的器材物理屬性均有其獨特性。對於那些不屬於FDA控制範圍的器材和機器設備，當地政府要求製造商需從UL(前身為保險商實驗室)等獨立機構取得認證以符合安全標準。這種獨立性能讓標準在技術和市場力量的作用下發展演進，將利益衝突降到最低。 功能安全系統的目的在於降低風險。在機器設備功能異常時，功能安全系統有責任讓機器設備進入「安全狀態」。這意味著安全系統的可用性(系統在未來仍可運作的機率)是降低風險的重要因素。若功能安全系統在需要時發生故障是嚴重的事情，為了讓功能安全系統能在一天24小時可全天候的使用，功能安全系統的設計測試受到國際標準控制，並由獨立認證機構驗證。 圖1呈現的是受控設備(EUC，深灰色)和功能安全系統(淺灰色)之間的關係。功能安全系統隨時觀察EUC的運行。在圖1中，安全狀態指斷開致動器的電源。如果EUC的動作超出可能導致危險狀況的邊界，功能安全系統就會切斷致動器的電力。安全功能可以被視為一個獨立安全網：如果安全功能失效，EUC還是可以繼續工作，但它是在沒有安全網的情況下運作。 圖1　安全功能(淺灰色)與受控設備(深灰色)之間的關係 安全功能三個模組 安全功能本身通常由三個模組構成(圖2)，其中包含：感測器驅動邏輯控制器的輸入，然後由邏輯控制器驅動致動器。由這三個模組共同構成安全功能，有時也稱為「安全迴路」。此外，這三個模組也用於確定安全完整性等級(SIL)或安全迴路品質。 圖2　安全功能的三個模組 失效/降低風險與安全完整性等級 「失效(Failure)」在產業中被定義為終止正確的服務，其中「故障」(Fault)為導致功能失效的異常狀態，「誤差(Error)」指預期/正確值與實際值之間的落差。失效可分為兩大類型，安全失效不影響安全迴路的運作，也不會將設備過渡到「安全狀態」。危險失效則會影響「安全迴路」運作，也就是故障造成的誤差會引發失效。 IEC 61508 根據電氣/電子/可編程電子系統功能安全標準(IEC 61508)，共有從SIL1到SIL4的四種安全完整性等級，其為依據對監控受控設備的功能安全系統或安全迴路的風險降低能力而客觀定義的標準，細節請詳見表1。 有兩個因素決定安全完整性等級。首先是系統能力，它是一個品質指標，透過質化測量設計中由人為失誤所引發的潛在缺陷之數量。該指標是由提供證據證明標準中規定的流程得到遵循而決定。第二個因素是採用診斷指標減少隨機硬體故障，系統的安全完整性等級由兩個指標間的最低者決定。 醫療器材須定義安全狀態 設備製造商有責任根據設備的運作方式及製造商對危險和風險的評估，定義什麼是安全狀態。在某些情況下，安全狀態可以切斷馬達主電源或是機器設備主電源，讓內置的被動措施接手消除系統中的能量。具體情況取決於危險的類型。 像MRI這類的醫療器材，由於切斷電源後患者能離開該設備，因此這可以算是一種安全狀態。但對於重症加護病房的病患監護儀等其他類型的醫療器材，將切斷器材電源作為安全狀態可能會提升患者的風險。對於人工心肺機或生命支援呼吸器等重症加護設備，這個問題就更加嚴重，若將斷電當作安全狀態很可能造成患者身故或重傷。 有兩個條件可能導致系統進入安全狀態。第一個條件是安全功能檢測到受控設備或某種外部活動導致危險狀況；第二個條件是安全功能本身發現安全迴路中的系統故障。在EUC發生失效，造成安全迴路驅動EUC進入安全狀態的情況下，EUC設計本身需具備冗餘，才能被繼續使用。對於器材無法過渡到安全狀態且安全迴路失效的情況，安全迴路本身需要使用冗餘架構。這樣可提升安全迴路的可用性，進而提升受其保護的EUC的可用性。 遵循上級功能安全標準確保可用性 隨著時間推移，所有系統失效的機率都十分的高，而這一點對安全迴路而言更是重要的考量點。系統失效的兩個主要原因是隨機硬體故障和系統性失效。因為硬體故障的發生是隨機的，所以設計用於檢測系統失效的功能安全系統必須具有高可用性。 為了協助這些系統的設計，上級功能安全標準「IEC 61508：電氣/電子/可編程設計電子安全相關系統」羅列出設計這些系統的建議架構清單。該標準介紹了檢測安全迴路運作失效的措施，並針對依據安全功能所需之故障運作狀態的情況添加冗餘。 系統性失效可以採用標準中所提出的，經完善測試且先進的措施，透過設計流程得以減輕；該流程必須獨立管理，以避免受到系統製造商內部利益衝突的影響。現今有大量此類流程被投入使用，圖3所示的是IEC 61508標準提出的V模型，而圖4所示的是ISO 26262中業界一流的軟體設計流程。 圖3　摘自IEC 61508:2010第3部分的軟體設計流程 圖4　摘自ISO 26262:2018第6部分的設計流程 每個流程中，左邊為設計程序，右邊為驗證程序。V模型左側顯示的是專案定義與設計，右側顯示的是使用V模型底部的單元編碼進行的專案測試與整合。在測試基礎完整前不得開始實際的單元編碼。 該流程的第一步是全面理解最終狀態的面貌。這個層面的設計會產生需求列表。在這些需求完成審核且被接受後，就會產生架構規格，再根據架構規格創建功能模組(工作分工)和支援需求的介面。在完成對架構的定義、細化並經同行審核後，就會產生為每個模組及其介面的測試需求。在同行完成測試需求的審核和驗證後，就會開始進行測試台編碼。 此時，設計團隊可能已經用掉時程表上一半的時間，但卻連一行應用代碼都還沒有開始編寫。剩下的時程是為測試台進行編碼。測試台完成後基本上就已成功在望，因為設計團隊現在很有把握其編寫的功能代碼在設計上是正確的。最後就是單元編碼、驗證和確認，在這個流程中產生缺陷的可能性已經很低，但仍取決於當初設定的需求是否夠全面。擁有越完善的需求設定和與需求對應的測試台，發生缺陷的機率就越低。 第二個考量是隨機硬體故障。檢測和在某些情況下糾正隨機硬體故障的措施取決於電子裝置的故障方式。就位元化積體電路而言，故障原因包括製造差錯、外部粒子撞擊或元件的金屬遷移耗損。隨機硬體故障可能是永久性或暫時性的，根據故障的性質，它們可能對機器設備行為造成影響，可能導致危險失效，也可能不會對機器設備的運作造成影響。後者這種情況被視為「安全失效」；而被稱為「診斷功能」的措施是被設計用於檢測這些故障並在某些情況下糾正它們。最常用的診斷功能有： ．湧泉碼： 在現今所有的手機通訊系統中用於重組和糾正手機在基地台和設備間發生隨機訊號干擾時遇到的傳輸故障。 ．記憶體保護： 在現今運作的每台運算伺服器中用糾錯代碼(ECC)檢測和糾正受損記憶體資料。 ．冗餘： 安排一套與主要功能平行運作的額外資源。 在這三者中，冗餘是最完善的可用診斷功能，但也是成本最高的。參考圖5和圖6，最常見的冗餘類型包括「二取一」(1oo2)和「三取二」(2oo3)兩種術語。 圖5　「二取一」(1oo2)安全架構 圖6　「三取二」(2oo3)安全架構 全盤了解安全架構實現高穩定性方案 圖7所示的例子之中，1oo2安全架構用於診斷功能強化，形成能確定兩個通道中哪一個有故障情況的「二取一」診斷架構(1oo2D)，而此一架構能用於代替2oo3架構。 圖7　使用交叉通道診斷(1oo2D)的1oo2安全架構示例 在這個例子中有兩個安全通道：深灰色的安全通道A，淺灰色的安全通道B。每個通道都有自己的電源和時脈。而賽靈思的Zynq UltraScale+提供可配置在獨立場域中的功耗監測器和系統監控(Watchdog)計時器，用於監測設備中的其他場域。這些監測器是標準認證中的必備條件。最後，每個通道擁有大於98%的診斷機率，且每個通道使用不同的CPU和設計架構以增加多樣性。這種多樣化的環境運用不同的架構強化系統功能。 從整體架構來看，通過在各個通道間比較結果，能以大於99%的診斷機率檢測出單一故障(例如一個電源、一個時脈生成器或記憶體失效等)。一旦檢測到故障，依據通道狀態得到的診斷結果將通知正常通道和Voter發生故障，Voter隨即遵循正常運作通道所得的結果。 IEC 60601 60601標準用於規範可能導致危害的潛在有害排放，但沒有充分說明安全迴路品質(SIL)的系統性方法，以及如何將導致危害的設備置於安全狀態。風險管理流程留給醫療OEM廠商自行處理並使用ISO14971標準的文件進行調整。雖然這是個好的開始，但問題仍然存在，也就是用於減輕風險的安全迴路應具備怎樣的品質。 IEC 61508標準提出的準則和流程可用於任何電氣/電子或可編程設計的電子系統，毋須考慮安全迴路的最終應用。這意味著通過使用用於滿足特定標準的SIL水準的安全迴路設計，就可以被認為針對特定風險已達到風險降低的要求。 ISO 26262 ISO26262規格採取截然不同的做法，要求將機器設備本身設計為天生具備安全性。例如，當今較為新型的汽車採用了電子緊急剎車。這種剎車裝置取代了老式的機械剎車系統，完全獨立於用於在正常駕駛條件下讓汽車停止的主剎車裝置。這種新型的電子緊急剎車系統已經被整合進車內的安全功能，當汽車在危險速度下行駛時，不允許系統發揮作用。所以當速度高於5mph/8kph(安全作用極限)，系統會發出警告並且不發揮作用。其原理如下： 1.主剎車系統擁有冗餘液壓線路。 2.驅動液壓系統的致動器故障率極低。 鑒於歷史上總故障率很低，所以能夠移除完整的冗餘緊急剎車裝置，以內建安全功能的電子手剎車取代。這種根據預期功能評估危害的理念被稱為「安全目標」。隨後使用驅動此架構的各種診斷措施和失效模式(失效安全與失效運作)達到每一個安全目標。主要功能透過設計提供內在安全性。「手剎車」的安全目標是： 1.系統應阻止不利的剎車。 2.系統應在完全喪失主動力後持續運作。 3.系統應阻止導致失控的剎車。 設計隨後通盤考慮這些安全目標，採用各種方法和措施確保達成這些目標。為此，半導體業者如賽靈思，在設計旗下產品Zynq UltraScale+ MPSoC時就考慮到功能安全和安全需求，從而幫助設備開發者打造高穩定性的解決方案，用於實施安全高效的醫療設備。此外，安全性晶片特性可透過工具流、IP和軟體解決方案加強，並成為工業和醫療物聯網解決方案堆疊的一部分。就功能安全性來說，Zynq UltraScale+ MPSoC提供以下功能： ．三個獨立的運算區域，分別採用不同的時脈和電源以減低共因故障。 ．多個溫度感測器用於檢測工作限制條件。 ．On-chip診斷(ECC)可檢測使用者和配置RAM中的隨機硬體故障。 ．即時運算區域的系統功能。 ．安全認證工具與方法。 ．安全認證Zynq UltraScale+ MPSoC晶片和軟體。 賽靈思的功能安全技術針對功能安全設計的兩大關鍵領域設計。第一大關鍵領域為系統功能，透過賽靈思認證工具鏈實現，並評估異質化產品。第二大關鍵領域為隨機硬體故障容錯，透過獨特的診斷組合實現，包括運算區域內選擇性硬體冗餘、SRAM診斷功能和異質化運算資源中的冗餘等。除On-chip診斷外，賽靈思還整合針對特定設計的獨特製造技術，可提高設備級單一故障事件(SEU)免疫性。 本文將功能安全和網路安全問題與設備製造商的產品風險評估管理連結起來。工業領域應對產品安全相關風險的一些最佳實踐(如IEC 61508)及應對網路安全防護要求的最佳實踐(如IEC 62443)在醫療設備設計時加以運用。本文概述醫療設備設計時可採用的功能安全設計實踐和賽靈思功能，以提高安全性並更佳評估風險，並一次性通過監管審查以加快產品上市時程，進而減少產品召回的風險。賽靈思認為監管機構和設計工程師能透過結構化的功能安全設計時程，對整體產品設計、整體產品成本乃至病患的安全產生積極影響。安全和保障密不可分，因為沒有適當的網路安全防護措施，系統安全就無法滿足預期的工作要求。網路安全問題既涉及數位控制產品的操作完整性，也涉及供應鏈防護，同時適用於不同的終端產業。 (本文由賽靈思提供)