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2019上半年半導體營收 台灣表現相對亮眼
產業研究機構IC Insights發表2019年上半年前15大半導體廠營收表現與整體產業成長趨勢,英特爾取代三星成為2019年第一季半導體供應商。三星在2017年和2018年藉著記憶體的大幅成長取得龍頭寶座,但隨著DRAM和NAND的需求緊縮,2019年三星將讓出第一名的位置。與上半年相比,排名前15位的半導體公司銷售額在上半年衰退18%,三大記憶體供應商,三星、SK海力士和美光,在每家公司年度衰退都超過33%的情況下,再次印證記憶體產業的景氣循環特性。
IC Insights表示,上半年全球前15大半導體廠除了日商索尼(Sony)之外,都較去年同期下滑,上半年半導體業營收排名,以英特爾的320億美元居冠,三星以267億美元居次,台積電148億美元排名第三,海力士116億美元為第四,美光102億美元居第五。
上半年排名前15的廠商包括一家純晶圓代工廠台積電(TSMC)和四家無晶圓廠公司。如果台積電被排除在排名之外,中國的IC設計公司海思(HiSilicon)(35億美元)將排在第15位。與上半年相比,海思的上半年銷售額成長了25%。然而,由於海思集團超過90%的IC銷售是對華為的內部轉移,華為在美國政府的“黑名單”可能會在今年下半年壓抑海思半導體的銷售成長率。
台廠當中,以台積電排名第三最佳。台積電上半年合併營收新台幣4,597.03億元,比去年同期下滑4.5%,主要受到晶圓14廠光阻劑汙染及客戶庫存調整影響,若排除相關干擾,台積電表現可望更好。近日台積電提出本季營收展望,以美元計價達91億至92億美元,季增18%,看好第4季仍持續成長,全年合併營收有機會仍維持上升走勢,續創歷史新高。
聯發科第2季單季合併營收新台幣615.67億元,季增16.7%,順利達標,且毛利率達41.9%,獲利較首季大增約九成,每股純益(EPS)4.11元;上半年合併營收1,142.89億元,首度躋身前15大半導體廠商。
搶攻WiFi 6市場 高通齊發四款Networking Pro平台
高通(Qualcomm)積極搶攻WiFi 6商機,並於近期在舊金山舉辦的Wi-Fi 6 Day活動之中,一口氣發表四款由規格高到低的WiFi 6解決方案,分別為Networking Pro 1200/800/600/400 Platform,以滿足不同應用、聯網規模和運算需求。
高通無線基礎設施和網路副總裁兼總經理Nick Kucharewski表示,WiFi 6是WiFi標準的重要轉型,和5G相同,WiFi 6旨在因應大量的聯網裝置;愈來越多的聯網裝置出現不僅加強了數據傳輸的變化性和複雜性,且又要確保聯接體驗、品質,為此,高通推出了Qualcomm Networking Pro系列平台,以管理不斷成長的連接需求。
據悉,Qualcomm Networking Pro系列平台共分四種方案(1200/800/600/400),每種方案規格不同,OEM可依市場、產品需求挑選其所需的方案,保持最大的產品設計靈活性。Qualcomm Networking Pro 1200平台,支援多達12個Wi-Fi 6空間串流(Spatial Streams)、2.2GHz頻寬,採用Arm Cortex-A53四核心設計;Qualcomm Networking Pro 800支援多達8個Wi-Fi...
SoG提升移動服務 聯網車輛價值更上層樓
服務導向閘道改善駕駛體驗
如今,車輛通常會部署一個閘道,它是一個中心樞紐,可跨異構車輛網路安全地互連和處理資料,往返於功能領域,如動力總成、資訊娛樂、遠端資訊處理和先進駕駛輔助系統。這些領域由數十台專門製造的硬體電子控制單元或ECU組成(高階車輛裡約有150+個ECU)。
這種以硬體為中心的模型正在過渡到基於軟體、以服務為中心的模型,在這種模式中,連接的車輛從雲中接收無線(Over-the-Air, OTA)更新,以使車輛適應車主偏好、應用安全和安全更新、位址保修維修,提高車輛性能,並提供新的服務。服務導向的閘道擴展了傳統閘道功能,處理和網路性能呈指數級成長,以提供新服務、整合ECU功能和及處理車輛資料的爆炸式成長。
汽車行業感興趣的服務範圍廣泛,可透過面向車輛的閘道實現。由於閘道是車輛資料訪問的核心,因此它是接收原始資料的理想選擇,並透過邊緣分析,可為基於使用的保險(Usage-Based Insurance, UBI)、車隊管理和車輛健康監測等服務提供有價值的見解。
閘道管理空中更新自己的服務和ECU功能,以適應和改進車輛。隨著時間的推移,司機偏好可用於提供感興趣的新功能,因此車輛始終在改進,並為消費者提供更好的體驗,同時為汽車製造商和協力廠商服務提供者提供新的收入來源。移動服務,如共享機車和共享汽車租賃與無縫個人化的車輛也是目標。
服務為導向時代來臨 產品須有差異化特性
汽車行業正在提出新的移動服務,在這些服務中,保持無縫、個人化的車輛體驗和使用非常重要。付費訂閱的高級功能將隨人移動,無論車輛,關鍵是要擁有基礎架構,並提供面向服務的閘道和連接的雲服務。
隨著感應器數量的迅速成長和駕駛協助工具的快速成長,未來幾年,車輛每天可產生幾TB的資料。這些車輛生成的資料結合了駕駛行為、環境、位置和其他上下文資訊,提供了原始資料的金礦,可以在處理和分析時提供可操作的見解。面向服務的閘道是將原始資料轉換為資訊的核心,使用車載邊緣運算,汽車製造商和生態系統合作夥伴可以使用這些運算來釋放車輛大數據的價值。
如今的消費者,尤其是千禧一代,習慣了一個以服務為導向的世界,其產品隨著時間的推移而適應,並願意為其付費,因此這對汽車製造商擴展到汽車是有吸引力的。它還使他們能夠與客戶保持密切的售後關係,提供不斷改進的產品,並實現差異化,提高品牌忠誠度,同時帶來新的收入來源。
增添硬體加速以提供更有價值服務
閘道處理器必須不斷的發展,以支援啟用新服務所需的這些功能和軟體體系結構。當前的汽車閘道微控制器(MCU)不能滿足服務導向的閘道需求,這些閘道要求在性能和網路功能方面提高數量級。需要微處理器(MPU)來處理應用程式,並支援高級作業系統和虛擬化服務導向的體系結構(SoA)。支援越來越多的網路介面(如CAN FD)和多個Gb乙太網介面的出現大大增加了資料頻寬,需要卸載處理器的硬體加速,以便專注於提供有價值的服務,而不是管理資料。同時還增加了安全要求,以支援公開金鑰基礎結構與加速非對稱加密(RSA/ECC),以處理增加的資料頻寬。
可以使用服務導向的體系結構框架提供輕鬆取得車輛資訊的能力以及與整合到車輛中的新協力廠商服務的合作能力。AUTOSAR自我調整平台(AUTOSAR Adaptive Platform, AP)正在成為提供高性能計算和通訊機制的關鍵,並提供靈活的軟體配置以支援複雜的應用程式,同時允許最大的靈活性和可擴充性,進程分配和計算資源配置為支援動態服務提供了基礎。
車輛網路晶片實現更高運算/網路性能
服務導向的閘道需要較高的計算和網路性能,為此,半導體業者已宣布車輛網路處理晶片組解決方案提供這種級別的性能,以使汽車製造商能夠釋放聯網車輛資料的價值,並提供有價值的新服務。例如,MPC-LS晶片組解決方案結合了恩智浦(NXP)MPC5748G閘道微控制器和自動認證的商業網路lS1043A通訊處理器,以提供服務導向的閘道所需的高水準性能和網路。生產就緒晶片組獨特地將即時和應用程式處理與乙太網封裝加速和嵌入式硬體安全結合在一起。
總而言之,服務導向的閘道打開了大量新的商機,而半導體業者已準備好應對技術挑戰,並使汽車行業能夠開始實現服務導向閘道所帶來的機會。
(本文作者為恩智浦汽車電子產品管理總監)
AI走向邊緣裝置 新興架構機會多
全球已從PC和手機邁向物聯網(IoT)與人工智慧科技時代,AI+IoT(AIoT)應用興起,掀起新一波典範轉移。智慧機器時代已然來臨,人工智慧普及化,其中包括自駕車、無人機、機器人等具備自主判斷、學習能力等機器。半導體應用仍扮演核心角色,是電子系統邁向AIoT裝置的關鍵技術。
工研院產業科技國際策略發展所產業分析師范哲豪(圖1)表示,目前AI晶片的發展呈現少量多樣的發展模式,各式各樣的創新應用日新月異,但是殺手級應用尚未登場。根據IC Insights的統計數據可以看出,在全球半導體設計業產值及排名統計中,營收前10名的廠商裡,高成長率的NVIDIA、AMD和賽靈思(Xilinx)產品皆與AI正相關。另外,2019年全球半導體設計產業產值雖受中美貿易戰影響,但據IC Insights預估,2019年產值將達1,257,5億美元,年成長率6.0%,AI仍是產業發展的重要驅動力。
圖1 工研院產業科技國際策略發展所產業分析師范哲豪表示,找出新興架構與低功耗解決方案是全面普及AI的首要任務。
現在各國政府皆已高度投入AI技術發展,根據工研院產科國際所統計,日本現已投入了560億台幣的資金在AI相關計劃中,另外美國投入了463億台幣,中國則是4.5兆台幣,韓國也有1.5兆台幣的投入。由此可以看出AI技術發展勢在必行。
范哲豪指出,由於AI須要進行邏輯思考,並做出判斷決策,故運算量相當大,但也因此導致功率與成本高居不下,目前廠商都先從高價產品開始導入,但是要全面普及仍須找出新興架構降低功耗與成本才行。從功率方面來說,雲端AI晶片的功率大約是100W以上,邊緣端則是20~100W,終端裝置AI晶片的功率則約是10~20W。因為雲端運算有安全性的疑慮,同時功率又高,而終端裝置的功率相對較小也較為安全,產品種類分散,市場機會更多,因此有愈來愈多的廠商投入終端裝置的新興AI晶片設計。
建築/城市/家庭與個人為三大應用場景
從現在趨勢也可以發現,在裝置端導入AI功能是大勢所趨。其中AI終端運算可以分為三大應用場景,分別是建築(Building-scale),如工廠內部影像辨識、機器人控制、機台數據分析、預測維護等;還有家庭/個人方面的應用,如智慧音箱、智慧家電、AR/VR頭盔等;以及城市(City-scale),如自駕車、無人機、自走載具、街頭監控系統等。而影像、語音機器數據為主要的運算型態。
范哲豪進一步說明,現階段裝置端AI運算晶片產業仍存有一些挑戰,產品少量多樣,在矽智財(CPU+AI Engine)、人事成本、EDA工具和光罩方面的進入門檻高。同時廠商缺乏關鍵AI技術,又無力投入新興架構的研發設計。另外,部分廠商缺乏軟硬系統整合能力,導致產品競爭力不足。在設計方面,除了省電之外,還有小尺寸、價格考量、高效能運算等需求。
為解決此問題,范哲豪列出裝置端AI晶片所須要導入的新技術,須有可重組之半通用AI晶片架構,根據特定應用所需的類神經網路架構找出通用處並將其硬體化;還有以封裝形式將各類AI晶片異質整合,藉此在價格與晶片效能上取得平衡;以及在記憶體內的AI運算方式,進而克服處理器須要花費大量時間和能耗才能從記憶體中獲取資料的瓶頸,透過直接在記憶體中運算提高速度與效率。
針對培植台灣裝置端AI晶片能量,范哲豪也提出七項策略,一是群策力,例如藉由產、學、研攜手成立的「台灣人工智慧晶片聯盟」(AI on Chip Taiwan Alliance, AITA),匯集鈺創、聯發科、廣達、台達電等國內外逾50家指標性半導體與ICT廠商,以及國內大學及工研院等國家級研發機構,共同建構AI生態系、發展關鍵技術、加速產品開發,並聚焦於終端裝置用AI晶片(圖2);二是注重創新,針對通用AI晶片、異質整合AI晶片、新興運算架構AI晶片與AI晶片軟體編譯開發,提供次世代AI關鍵智財解決方案;三是建立標準,建立驗證平台與介面整合標準;四為建置場域,協助建立系統整合之示範性應用;五是做到更加注重隱私與資料安全,利用AI的發展減少人力資本,並透過AI在終端裝置的運算保障資安與隱私;六則是借助外力,站在巨人的肩膀上,鏈結雲端平台業者,如微軟(Microsoft)與Google等公司;最後一項,應利用台灣半導體領先優勢開發AI晶片,維持半導體產業的全球領先地位。
圖2 為搶攻裝置端AI晶片市場,各界聯手成立AITA聯盟,戰略布局人工智慧新藍海。
AITA聯盟執行秘書暨工研院光電系統所副所長張世杰表示,全世界具備了半導體發展能量的國家都已經投入大量資源在AI晶片技術的發展,而台灣身為半導體強國,在這樣的競賽當然不能缺席。
張世杰指出,目前AI晶片市場呈指數型大幅成長,而AI晶片大致可以區分成通用型晶片及專用型晶片,專用型的AI晶片應用於特殊領域,並可進一步細分為用於雲端、邊緣或是在裝置端與感測器相結合的晶片種類。台灣適合發展的市場就是專用型裝置端AI晶片,再針對專用型裝置端AI晶片進行分析,又可分為傳統架構以及仿腦神經的新興架構、新興記憶體,仿腦神經的專用型裝置端AI晶片將會是台灣發展AI晶片的新大陸。另外,目前在仿腦神經的專用型裝置端AI晶片市場已有布局的廠商為IBM、英特爾(Intel)、MYTHIC、Syntiant等。
裝置端AI晶片即時可靠更安全
裝置端AI晶片具備幾項優點,具即時性能夠馬上反應、即時辨識,適用於人臉辨識開鎖功能或自駕車應用;具可靠性,可以排除網路斷線的可能,在自駕車或無人機領域十分受用;而資料不須上傳雲端,便能保障使用者的隱私,在安全監控與健康管理等方面可以守護個人資料不外流;同時,裝置端AI晶片也能客製化,透過裝置端學習,滿足客製化需求,實現語音辨識、智慧眼鏡等應用。
針對裝置端AI晶片的安全性,微軟大中華區物聯網方案負責人林孟洲表示,約在2000年左右科技發展從雲開始,之後進入物聯網,再利用IoT收集到的資料進行AI的分析,而現在AI應該要走入裝置端,而不是一直停留在雲端。人工智慧的領域應該分為雲端的智慧與裝置端的智慧。裝置端的智慧具有很大的產業動能,將發展成一個巨大的市場。物聯網一直以來被詬病的,就是當連接的數目達到幾百萬、幾千萬時,將非常容易成為攻擊的目標,將安全、邊緣與AI連結在一起將是發展的機會所在。因此,「AI on chip」就成了一個非常重要的議題。對此,微軟也提出了相對應的解決方案Azure Sphere,整合經認證的MCU(Certified MCU)和作業系統(OS)以及安全服務(Security Service),Azure Sphere OS內含微軟客製化的Linux核心,並結合安全技術及安全監視器,志在建立一個安全的IoT平台,讓物聯網更安全可靠。
最後,張世杰進一步說明台灣發展裝置端AI晶片的優勢,由於台灣具記憶體產業能量,與記憶體和新興記憶體整合設計將是提升AI晶片效能的重要關鍵。台灣國內有多家廠商能生產製造記憶體,是發展AI晶片的優勢之一。
而裝置端AI晶片直接針對數據進行處理,是資安與隱私保護的重要防線,台灣能徹底落實資訊安全防護,於國際合作中更容易建立起良好的信任感。另外,預期未來物聯網(IoT)裝置所使用的控制晶片多數將內含AI加速晶片。台灣過去具有豐富的IoT裝置製造經驗,未來若結合AI晶片共同發展,將在國際競爭上更具優勢。
SAP攜手台達領航工業4.0 共創智慧製造生態系
工業4.0浪潮襲來,市場競爭也更加激烈,少量多樣、大量客製化成為製造業新趨勢。如何善用機台間龐大的數據資料、優化企業流程、打造簡單化、標準化且數位化的營運模式,成為眼下最重要的課題之一。因應此潮流,SAP宣布與台達電子展開策略合作,整合資訊技術(IT)與營運技術(OT),打造智慧製造生態圈,透過資訊系統與自動化設備的結合,實現軟硬體整合的優化效益,加速協助台灣製造業升級工業4.0布局,扎穩營運致勝根基。
台達資訊長柯淑芬表示,台達以多元化產品及分散式製造兩大方針持續提升企業競爭力。為了維持領先優勢,藉由與SAP的策略結盟,落實符合未來趨勢的自動生產模式,並將串聯客戶及上下游供應商、打造智慧製造生態圈,積極驅動台灣產業升級。以台達的智慧製造示範產線為例,導入自行開發軟硬體整合方案完成全面智慧化後,可提升產能約70%,同時減少約35%的生產使用面積,更將直接人力人均產值提升3~5倍。
柯淑芬指出,台達在全球共有6個綠能資料中心,其中在台達總部的資料中心更是全球第一個獲得LEED白金級標章的綠能資料中心。該資料中心內使用的所有解決方案皆由台達一手包辦。這就是一個很好的成功經驗,不管是電源系統、機櫃及配件及環境管理與整合,台達都有完整的解決方案。無論是中小企業到大企業,都可以參考台達的成功經驗,發揮軟體整合硬體的強大優勢,提供兼具安全、開放且彈性的溝通平台,協助客戶打破資訊孤島現況、串連跨部門營運資料,即時管理跨國據點,加速轉型智慧企業。
SAP全球副總裁/台灣總經理謝良承則表示,過往台灣傳統產業為了維持市場優勢,可能會有保留經驗的想法,然而在SAP舉辦的許多國外活動中,可以看見業界彼此會互相分享、良性交流,因此希望藉由SAP跟台達的策略聯盟,彼此分享耕耘智慧製造的成功經驗,協助台灣產業能更無痛、順暢的轉型智慧企業,逐步邁向工業4.0願景
展望未來,SAP與台達將持續協助台灣企業開創嶄新商業價值,以過去製造業既有優勢作為布局基礎,整合創新數位科技,逐步累積軟硬體雙向實力,帶動整體產業向上升級,逐步向工業4.0邁進,穩固全球市場競爭利基。
SAP全球副總裁/台灣總經理謝良承表示,工業4.0的精神不僅止於自動化,而是客製化生產Production By Demand。跟台達的策略聯盟合作,希望可以藉助台達多年在做數位轉型的經驗,提供給台灣企業Total Solution的協助。
昇騰910/MindSpor問世 華為AI戰略進入全新階段
華為(Huawei)近日正式發布全新人工智慧(AI)處理器昇騰910(Ascend 910),同時推出全場景AI計算框架「MindSpore」。華為輪值董事長徐直軍在發布會上表示,該公司自2018年10月發布AI戰略以來,穩步而有序地推進戰略執行、產品研發及商用進程。昇騰910、MindSpore的推出,標誌著華為已完成全端(Full-stack)、全場景AI解決方案(Portfolio)的構建,也標誌著該公司AI戰略的執行進入了新的階段。
據悉,新推出的昇騰910屬於Ascend-max系列,其INT8運算能力達到512 Tera-OPS,而功耗僅需310W,明顯低於一般的350W。徐直軍指出,該公司已經把昇騰910用於實際AI訓練任務,比如,在典型的ResNet50網路的訓練中,該處理器與MindSpore配合,與現有處理器搭配TensorFlow相比,提升近2倍的性能。
華為全新AI處理器升騰910亮相。
除了昇騰910之外,華為也發布全新AI運算框架MindSpore,以降低AI應用開發的門檻。此一框架可降低20%的核心代碼量,降低開發門檻,將整體效率提升50%以上;而MindSpore框架搭配昇騰910,能大幅提升運算效能,有效克服AI運算的複雜性和多樣性挑戰,不僅昇騰910,MindSpore也可支援其他品牌的CPU、GPU處理器。
為了更好促進AI的應用,徐直軍宣布MindSpore將在2020年第1季開源,助力每一位開發者,促進AI產業生態發展,實現AI無所不在願景。
徐直軍也在發表會上重申華為AI戰略,不僅持續投資AI基礎研究,也在視覺運算、自然語言處理、決策推理等領域構築資料高效(更少的資料需求)、更強的運算但功耗更低、安全可信、自動自治的機器學習能力;另外,為打造簡單易用、高效的AI平台,未來也會繼續投資開放生態和人才培養,並持續與學術界、產業界和產業夥伴合作,將AI思維和技術導入現有產品和服務,實現更大價值、更強競爭力。
徐直軍也回顧了制定以上AI戰略的初衷。華為定位AI是一種新的通用目的技術(GPT),如同19世紀的鐵路和電力,以及20世紀的汽車、電腦、互聯網一樣,將應用到經濟的幾乎所有地方。目前AI的應用總體還處於發展初期,AI技術和能力相比于長遠期望還有很大差距,減小甚至消除這些差距,加速AI的應用,正是該公司AI戰略的初衷和目標;而隨著昇騰910及MindSpore運算框架的發布,該公司已完成了全端、全場景AI解決方案的構建,實現了預期的計畫和目標,這是一個新的里程碑,更是一個新的開始。
台積電CoWoS技術助攻 賽靈思刷新FPGA容量紀錄
現場可編程閘陣列(FPGA)大廠賽靈思(Xilinx)近日發表一款針對晶片仿真(Emulation)、原型(Prototype)與測試儀器等應用而開發的超高容量FPGA晶片Virtex UltraScale+ VU19P。這款堪稱巨無霸的FPGA雖僅使用台積電16nm製程生產,卻擁有350億顆電晶體、2,072個使用者I/O及900萬個邏輯單元(Logic Element)。用相對成熟製程打破FPGA密度紀錄的關鍵,在於賽靈思使用Chiplet設計理念,藉由CoWoS技術將4枚Chiplet拼接成一顆元件。
賽靈思Virtex UltraScale+系列資深產品線經理Mike Thompson指出,現在市面上所有最尖端的晶片,在投片量產前,都需要用FPGA晶片進行仿真與原型。雖然這個市場看似不大,但卻保持穩定成長,且相關客戶對FPGA的邏輯單元容量、I/O數量要求持續增加,因此該公司決定針對這類客戶需求,打造出VU19P。它是一款為晶片開發商打造的晶片。
賽靈思測試、量測與仿真市場資深總監Hanneke Krekels(左)與資深產品線總監Mike Thompson(右)共同展示VU19P FPGA。
除了硬體技術之外,賽靈思還提供第三代開發平台VIVADO,為使用者提供對應的工具鏈和IP支援,讓晶片製造商在取得晶片樣本前就能展開軟體開發,加速產品上市時程。
賽靈思表示,該公司是全球三代最大容量FPGA記錄的保持者--第一代是2011年的Virtex-7 2000T,第二代是2015年的Virtex UltraScale VU440,第三代是這次發表的Virtex UltraScale+ VU19P。相較於UltraScale VU440,新一代VU19P的容量增加了1.6倍,同時也讓系統功耗降低60%。VU19P的I/O介面數量和頻寬也是前代產品的1.4倍,方便用戶進行晶片設計驗證。VU19P還擁有80個28G收發器,能應用在高埠數的測設設備,並支援最新的介面標準驗證,如PCIe Gen4等。
Thompson表示,這類專為晶片設計仿真跟原型開發所設計的FPGA,主要的目標客群有四,除了前面提到的測試儀器外,還有新思(Synopsys)、益華(Cadence)、明導(Mentor)等提供仿真系統(Emulator)的EDA工具商;眾多自行開發ASIC的系統廠也是潛在客群,且這類客戶之中,有很多同時也是雲端服務供應商,隨著EDA工具上雲端的趨勢不斷發酵,來自雲端平台業者的訂單,相當值得期待。
VU19P巨大的外觀尺寸,讓人很難不多看幾眼,並對這款FPGA的價格產生好奇心。因為裸晶的尺寸越大,生產良率越低,成本也越高。但仔細觀察該元件,卻可以發現這款尺寸驚人的FPGA,實際上是由4枚裸晶拼接組成,顯然使用了台積電獨家的CoWoS技術。
Thompson表示,該晶片從設計到試產的過程其實非常順利,關鍵原因有二,一是使用相對成熟的16nm製程,二是利用堆疊式矽晶互連(Stacked Silicon Interconnect, SSI),也就是台積電所稱的CoWoS封裝技術,把4枚裸晶整合成一顆元件。這兩個因素對於提升良率跟元件的可量產性,發揮了極大助益。
VU19P預計在2020年秋季正式量產,工程樣品則可望在2019年下半提供給客戶評估。
保護聯網汽車資安 FOTA更新高效又安全
近期,這類對汽車的駭客攻擊經常登上頭條新聞。這並不特別令人吃驚,因為越來越多的車輛都已經配備了自己的介面,與外部進行資料交換。
車輛已經成為了行動的生活空間;汽車正在發展成為一種行動設備。尤其對於年輕一代的使用者來說,他們對舒適功能的需求正不斷成長,以便隨時保持聯網,或者透過應用來共用油耗或功率輸出之類的車輛資料,然後對這類資料進行評估。
因此,聯網汽車已經成為了現實。這一課題不僅涉及到客戶與製造商,安全研究員和IT專家也參與其中。並且,在最壞的情況下,還會招來駭客。多年以來,安全專家們都已經注意到了這樣一個事實,那就是個人電腦已經不再是數位攻擊的唯一目標了。現在很大一部分的惡意軟體都經過設定,可以攻擊行動設備。如果認為這種發展趨勢不會蔓延到聯網汽車,那就未免太天真了。
到目前為止,入侵車輛及其系統的駭客攻擊是極少數的例外情況。但是,聯網汽車的安全性至關重要,目前這對於OEM來說已經是顯而易見的了。當汽車成為一種車主用來通訊的個人行動設備並且還可能透過應用來實現個性化時,這種組合就會產生極大的可能性,使得攻擊者有機可乘,有機會將其操縱(圖1)。
圖1 汽車通訊功能使其成為駭客攻擊的可能目標。
空中軟體更新保證安全性
但是,汽車產業如何能夠保護自身以及客戶免受數位攻擊呢?汽車產業一部分從業者一直傾向於取消全部空中介面,但是這並不符合客戶的利益。資料交換連接的需求也明顯地表現在創新的V2V或V2I服務當中,這些服務將會進一步的發展,其中還涉及與自動駕駛的關聯。因此,從今以後,並沒有辦法完全地避免在車輛中使用藍牙、無線區域網路或者蜂巢通訊。
另一方面,召回或者在汽車修理廠採取補救工作的傳統方法也將無法即時保護車輛免受數位攻擊。此外,召回不僅會產生高昂的費用,並且損害汽車製造商的聲譽。
以這種方式來贏得與汽車駭客的競賽是不可能的。畢竟,透過這種方式來為全部被波及的車輛打補丁須要花費數月的時間。與此同時,駭客還會繼續作惡。此外,要這樣長的時間才能解決危險問題是令人無法接受的,因為受操縱的車輛會對駕駛員及其所處的環境產生巨大的風險。同時,在很多情況下,這樣一段時間內還可以更進一步的發現車輛的其他弱點。因此,這些補丁在安裝時就已經過時了。
那麼讓我們來瞭解一下行動設備的世界,進而找出替代維修召回的方法:應用和智慧手機作業系統的供應商不斷地為終端設備提供產品的最新版本。有時候,幾個小補丁即可彌補弱點,而在其他情況下包含新功能在內的新版本則會發布到市場上。
這類軟體和韌體上的更新以「空中(OTA)」的形式完成,也就是說,透過空中介面的方式。只要這些更新傳輸到了設備,它們就會馬上提取出來,自動安裝。
FOTA快速為多台設備更新
快速為多台設備採用最新的更新,是不易解決的挑戰,空中韌體升級(FOTA)可以作為一個答案。更新程式有潛力透過相應的補丁來快速、持續的為弱點提供補救,與此同時整合起新的功能並採用現代化的加密演算法,從而確保各個組件的安全,比如說控制單元。
為了確保大量的控制單元可以透過FOTA方式進行更新,我們可以採用閘道的方法。在後端以及要更新的控制單元之間,配有行動無線介面的一台控制單元可以承擔中間人的角色。可以藉由空中介面接收所有的套裝軟體,然後再透過CAN匯流排系統或者乙太網之類的效能更高的通訊通道,將其分發給各台目標設備。此外,閘道ECU還具有控制和協調整個更新過程的主功能。比如說,如果出錯,那麼就必須啟動回滾機制(圖2)。
圖2 以閘道的方法確保大量控制單元可以用FOTA方式進行更新。
除了可以利用FOTA來彌補安全上的問題以外,在設備側當然還需要許多其他的技術措施,例如對全部ECU介面採用密碼保護,這在透過行動通訊、藍牙和無線區域網路進行無線連接時尤其重要。
另外,組織和開發流程也須要迎合新的形勢。例如,端對端的風險分析並不是一項通則,但是到了現在,這應是製造商向其供應商提出的強制性要求。在這一工作中,對該鏈條上的任何組成部分可能發起的駭客攻擊的場景都會接受詳細檢查,其中就包含了對安全性的影響以及最終對於功能安全的影響。在這些結果的基礎上,可以採取充分的防護措施。OEM、後端解決方案的供應商以及控制單元的製造商必須從開發階段的早期就展開合作,才能保證在這種方法上取得成功。
該方法要求不再對控制單元採用黑箱的開發方法,而是透過一種整體研究的方式來確保安全性。此外,即使在開始生產後,也不得終止提供安全措施。在任何產品的整個壽命期間,都必須持續的執行由FOTA提供的安全分析、面向安全的測試以及安全性漏洞的補救措施。
比如說,與安全的開發和生產過程有關的組織措施可以包含對秘鑰和證書之類機密資料存取方式的控制,以及與安全相關的元件有關的開發規範。此類資料和文件必須以加密的形式儲存在受保護的伺服器中,存取權限則以認證的方式僅限於極少數的幾個人。
此外還必須特別重視安全測試。滲透測試尤其能夠有效地找出安全性漏洞。透過採用駭客的手段和方法,測試人員可以故意嘗試侵入到系統當中。結果則可以表明目前的安全級別,並且將告知開發人員相關的應對措施,並將關鍵的弱點除去。
只要看一看FOTA的過程鏈以及涉及的功能單元,就可以瞭解到其中的複雜性以及對技術的極高要求。在這方面,安全性的優先順序最高。我們必須得到這樣一個保證,那就是FOTA過程本身是可以安全實現的,而沒有遭受任何潛在的攻擊。如果FOTA被濫用,不當的將受操縱的軟體導入到一台設備當中,那麼在安全性以及甚至最終在功能安全上造成的後果可能會是無法估量的。
對於安全的FOTA機制來說,空中介面的加密保護是一個先決條件。通常的做法是以TLS的方式建立起安全連接。這裡所需的密鑰和證書必須以防止操縱的保密和安全的方式導入到設備當中,然後儲存在設備中一個受保護的儲存位置。對於實現安全儲存並且安全的執行加密程式來說,專用的硬體安全模組(HSM)是必不可少的。
採用安全安裝流程(安全快閃記憶體)以及在啟動設備軟體時採取安全的檢驗(可信引導),可以避免錯誤安裝受操縱的軟體。在任意一種機制下,都可以透過數位簽章來驗證軟體的真實性。
UART、USB或者JTAG之類的開發介面也必須在串列產品上停用,或者透過加密程式來進行保護,以避免對設備的侵入。否則,攻擊者可能會嘗試透過這種管道去讀取或者操縱軟體或機密資料。除了安全執行FOTA過程以外,還應該尋求快速有效的進行作業。一方面,行動通訊的資料量以及成本也應降至最低程度。另一方面,應當盡量不要對車主構成妨礙。
透過增量更新可以實現高效的處理。在這過程中,只會以二進位或者檔案的方式來傳輸和安裝對已安裝軟體的變更。採用的增量演算法以及劃分到靜態和可變更資料區的軟體分區,都會對資料包的大小產生顯著的影響。
FOTA過程必須極其穩健並具有極高的容錯性,從而防止安裝的軟體不相容、崩潰或者不一致,否則會造成功能受損。由於這個原因,透過完整性檢查以及對通訊通道的監管來辨識出錯誤具有極高的重要性。出錯時,須要做出適宜的回應,例如,可以透過回滾作業的方式來回復到無差錯的狀態(圖3)。
圖3 為保證FOTA過程穩健,必須嚴格地檢查並對通訊管道監管以辨識錯誤,並做出適當回應。
TCU具充足儲存空間/處理能力
從技術的角度來說,任何配有行動無線電通訊的控制單元都可以發揮FOTA閘道的作用。
然而,遠端資訊控制單元(TCU)比其他單元更能勝任這一任務。比如說,車頭裝置(Head Unit)也可以作為許多車輛的一個整體組成部分,此外,它還具有充足的儲存空間和處理能力。但是,大多數的車頭裝置都含有大量的無線介面。
畢竟,這一單元須要透過藍牙、WiFi或者NFC來接受外來的接入,此外還存在著許許多多的要求。這種對於外部世界基本的開放性妨礙了針對操縱的有效防護能力。
此外,該單元是直接安裝在儀表板上的,這就排除了將車頭裝置定義為FOTA中央閘道的可能性。畢竟駭客們可能也會在這裡採用便利的物理入侵方式。然而,TCU的物理位置位於車輛內部更深處,難以從車廂內觸及。總而言之,它的連接數量更少,此外,在需要時還可以停用。
並且,到現在為止,許多其他對於安全性至關重要的功能都已經在TCU中提供,例如防盜控制系統的遠端啟動功能。正是由於存在這些關鍵的安全功能,為TCU建立的各類安全措施,例如後端的編碼和驗證等等,都是必然具備的。TCU畢竟已經成為了安全拓撲上的一種確立已久的成熟組成部分,被製造商廣泛採用。
當須要確保車輛的安全時,我們要採取整體性的解決方案,因此這已經成為了一項優勢。後端、空中介面、閘道、車輛匯流排以及各個控制單元都是這一鏈條上的各個環節。如果鏈條上最薄弱的部分能夠受到攻擊,那麼所有其他單元的安全也會存在漏洞。
對於TCU在FOTA架構中處於中心位置的專案,從安全的角度來說,這類專案不僅僅因為這一組件已經高度成熟而受惠,即使是在製造方面,供應商和OEM在安全流程的設計上也具有相對豐富的經驗,成為了另一項優勢。
建立FOTA有效降低成本/提升安全
透過TCU來建立起FOTA可以為OEM提供巨大的潛力,這樣的做法不僅僅是因為安全上的考慮。同時,車輛召回工作代價高昂,由於時間、成本和人工的原因,所以並不受到客戶的歡迎,因此在車輛中出現弱點時,不一定會採用這種解決方法,至少在處理軟體相關的問題時,不一定會進行車輛召回的維修動作。
許多問題實際上毋須在客戶端採取任何作業即可良好得到解決。只要補丁可以透過無線的方式送達車輛,對於車輛中許許多多類型的弱點的補救措施,就不會再須要工作人員進行物理上的接觸來解決。
而且,在建立新的業務模式與客戶關係時,FOTA也可以發揮極具建設性的作用。美國汽車製造商特斯拉(Tesla)的例子就證實了這一點。在這家公司向客戶提供的一次收費約2,000美元的更新中,包含了自動駕駛功能。這樣一來,許多的特斯拉汽車都已在繼續演變成為(部分)自動駕駛汽車。
對於OEM來說,這種安排開闢了一個嶄新的視角。當今的認知裡,有一個極普遍的情況就是,只要一離開最初的銷售地點,一輛新車的價值馬上就會下跌一半以上。
並且,隨著時間的推移,價值還在不斷地遞減。到了未來,由於隨著時間的推移會不斷推出新的功能,車輛可能並不一定會喪失價值,而且實際上價值還可能會得到保留甚至增加。
那麼,到現在為止,FOTA已經遠不再是一種煩人的承諾。這種更新的重要性不僅在於可以為互聯汽車提供確保安全性的基本先決條件。
而且,在這一基礎上,OEM可以不斷地在車輛上創造出附加值,確保客戶的忠誠度,並且在銷售完成後的很長時間內都會一直保持良好的客戶關係。
(本文作者為Molex互聯汽車技術研究進階工程師)
「贏向」AIoT時代大商機 RISC-V產業鏈力推共享/共榮
當產業進入PC與智慧手機之後的後手機時代,人工智慧(AI)與物聯網(IoT)結合的AIoT應用成為第三波科技發展浪潮,AIoT時代強調用高效能、低功耗嵌入式系統實現特定AI功能,而開放式指令集的新興嵌入式CPU架構RISC-V,可讓IC設計業者依照需要,增加專用指令集,正迅速在消費電子、通訊與物聯網、電腦運算與儲存、工業應用與影像監控等領域攻城掠地。
台灣RISC-V聯盟為讓相關產業深入瞭解嵌入式系統設計最新趨勢,邀集物聯網領域專家與代表廠商,從策略、技術跟實作等面向,分享RISC-V架構最新進展與市場動態,同時探討嵌入式系統業者如何面對AIoT多元、破碎、少量多樣的市場需求下,最佳的設計趨勢、實作對策與成功案例。
AIoT引領科技典範轉移
IoT帶領科技產業走向新世代,集邦科技董事長劉炯朗(圖1)觀察科技的發展趨勢,1960年代計算機網路崛起,網路在產業中扮演的角色越來越重要,從學術網路高等研究計劃署網路(Advanced Research Projects Agency Network, ARPAnet)到商業的網際網路(Internet),開啟計算機互聯時代,然後發展到文件交換,再進展到社群網路蓬勃發展,個人行動網路興起,人與人透過網路連結成為常態,下一步將進展到萬物互聯的IoT時代。
圖1 集邦科技董事長劉炯朗認為,科技發展與偉大的研究或發明息息相關,歷屆的諾貝爾物理獎與圖靈獎便紀錄了科技發展的脈絡。
科技發展也與偉大的研究或發明息息相關,劉炯朗認為,歷屆的諾貝爾物理獎與圖靈獎紀錄了科技發展的脈絡,包括:電晶體(Transistor)、積體電路(Integrated Circuit)、光通訊、影像感測器、精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing, RISC)、TCP/IP、全球資訊網(World Wide Web, WWW)、人工智慧(AI)、神經網路(Neural Networks),一步步引領人類資訊科技的步伐。而在IoT世界,硬體架構應該更加開放與精簡,以便將複雜龐大的萬事萬物聯結起來。
開放/共享為RISC-V最大優勢
AIoT無疑是下一波產業的大浪潮,物聯網破碎化的特性,讓軟硬體架構醞釀新的典範轉移,芯原微電子董事長戴偉民(圖2)表示,PC時代的x86架構自主性低、不可控,軟硬體掌握在微軟與Intel手中;因此,行動通訊時代來臨時,訴求省電的RISC架構結合Android系統,以智慧手機為載體,帶領行動通訊時代的發展。物聯網更強調開放,於是從運算核心底層就更開放且架構更為精簡的RISC-V,成為各界看好的物聯網時代硬體主流。
圖2 芯原微電子董事長戴偉民表示,物聯網更強調開放,於是開放且架構更為精簡的RISC-V,成為各界看好的物聯網時代硬體主流。
Arm架構在過去發展的歷程中,建構了一個名為Linaro的產業推動聯盟,配合IBM、Google等大廠,投資大量的金錢和人力,讓Arm的軟硬體架構在聯盟的平台上獲得良好的發展。戴偉民直言,RISC-V產業鏈的完整性與豐富度現階段發展與Arm還有一段差距,希望可以仿造Linaro的模式,推動軟硬體平台與人才的發展。台灣與大陸在AIoT的趨勢之下,可以自身的優勢為基礎,進行緊密的合作,物聯網裝置與商機規模預期將遠大於PC或智慧手機,掌握物聯網的軟硬體架構核心,就能掌握AIoT的發展契機。
RISC-V 2013年發表之後,一直到2016年以後才受到產業矚目,戴偉民指出,其與x86、Arm架構並不存在取代與競爭的問題,透過合作甚至可以共用某些基本指令集,在多樣化的物聯網產業中發展更彈性且具高度成本效益的解決方案,未來RISC-V產業鏈將更加開放,並且強調研究成果共用,以共用推動產業與市場發展。而在中美貿易衝突的背景下,RISC-V本質是一套開放、免費的指令集,定義處理器軟硬體之間的介面規範,相當於一套開放標準。
精簡/開放架構聯結複雜IoT
IoT在Internet與Mobile Internet的基礎上發展,其規模也將更加龐大,而從雲端到邊緣終端,網路結構的複雜度大幅提升,晶心科技技術長蘇泓萌(圖3)說,物聯網是由數百億裝置聯結組成,雲端、霧端、邊緣終端都有各式各樣的平台、場域、應用與裝置,要能在這麼多不同的架構裡互聯互通,需要更開放的架構,RISC-V的基本指令只有四十多條,而且完全開放,透過這類精簡、開放的架構為基礎,才能將複雜的物聯網架構聯結。
圖3 晶心科技技術長蘇泓萌說,RISC-V的基本指令只有四十多條,而且完全開放,可以將複雜的物聯網架構進行良好的聯結。
針對物聯網的發展趨勢,蘇泓萌解釋,IoT裝置需要有效率地處理終端蒐集到的資料、具備長效電池續航力、裝置/通訊安全性、支援雲端運算、創新的應用模式等;而開放式架構也有助於滿足未來更多創新的應用,低功耗則能彈性地進行電源管理,並提升裝置的安全性。RISC-V基金會積極嚴謹管理規格標準,並允許所有參與的會員廠商在特定領域架構(Domain-Specific Architectures, DSA)進行客製化的延伸。
而分析AIoT嵌入式系統架構與RISC-V的應用趨勢,蘇泓萌進一步說明,晶心科技已推出基於RISC-V架構的AndeStar V5系列處理器核心,包括支援Linux的AndesCore A25/AX25,可用在無人機、智慧無線通訊、網通、影像處理、先進駕駛輔助系統(ADAS)、儲存設備、深度學習等範圍;以及有高效浮點運算的AndesCore N25F/NX25F,可用於語音處裡、馬達控制、衛星導航、高精度感測器融合以及高階智慧電表等應用。
產業合作豐實產業鏈為制勝之道
AIoT的發展更強調開放與產業鏈的合作,因此本活動透過產業座談希望凝聚產業發展共識,座談主題為:開放式架構與AIoT產業雙贏策略。由交通大學教授李鎮宜擔任主持人,邀請劉炯朗、戴偉民、蘇泓萌、Cortus台灣分公司總監楊鎮源、台灣西門子數位工業總經理Tino Hildebrand與談(圖4)。對於AIoT裝置強調高效能、低功耗,必須透過彈性、可模組化的硬體架構協助,但從數以百億的終端節點來看,少量多樣與應用破碎化是主要的特色,過去大量標準化的設計架構勢必有所變革,蘇泓萌說,RISC-V的開放特性將持續吸引更多廠商加入,並壯大產業鏈。
圖4 活動透過產業座談希望凝聚產業發展共識,由交通大學教授李鎮宜擔任主持人,座談主題為:開放式架構與AIoT產業雙贏策略。
再者,開放式架構RISC-V產業鏈的建立與串連更是一大重點,戴偉民建議可以學校教育為基礎,建設像Linaro一樣的產業生態系,在各領域吸引更多廠商投入與發展,並貢獻研發成果。而在多樣化的應用領域上,Tino...
滿足先進製程 ASML持續強化EUV微影系統
AI、5G應用推動晶片微縮化,要實現5nm、3nm等先進製程,意味著需要更新穎的技術支援以進行加工製造,半導體設備商遂陸續推出新一代方案。AI、5G應用推動晶片微縮化,要實現5nm、3nm等先進製程,意味著需要更新穎的技術支援以進行加工製造,為此,艾司摩爾(ASML)持續強化極紫外光(EUV)微影系統效能。
艾司摩爾(ASML)資深市場策略總監Boudewijn Sluijk表示,VR/AR、自動駕駛、5G、大數據及AI等,持續推動半導體產業發展,為滿足各式應用、資料傳輸,以及演算法需求,晶片效能不斷提高的同時,還須降低成本,而極紫外光(EUV)在先進製程中便扮演關鍵的角色。
ASML資深市場策略總監Boudewijn Sluijk。
Sluijk進一步指出,過往採用ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP進行曝光的話,要實現7nm、5nm,須經過許多步驟。例如用ArFi LE4 Patterning需要4個光罩、4次曝光,用ArFi SAQP需要6個光罩、9次曝光,而EUV只需一個光罩、1次曝光(圖2)。相較之下,採用EUV技術不但可有效簡化製程,加快產品設計時程,也因為曝光次數明顯減少,因而可有效降低成本,滿足晶片設計高效能、低成本的需求,因此,市場對於EUV的需求有增無減。
據悉,ASML的EUV系統現在可用於7nm生產,滿足客戶對可用性、產量和大量生產的需求。到了2019第2季季末,目前半導體領域已經有51個EUV系統(包含NXE:33xx、NXE:3400B),而該公司在2019年的銷售目標為30台EUV,目前已出貨11台,而在第2季再度接獲10台EUV極紫外光系統的訂單,顯示市場對於EUV設備的需求相當強勁。因此,ASML的出貨計畫將著重於2019年下半年和第4季,而2019年的整體營收目標維持不變。
然而,隨著晶圓產能不斷增加,ASML也持續推出生產力更高的EUV設備。Sluijk透露,目前EUV系統在晶圓廠客戶端每天生產的晶圓數量超過1,000片,為此,ASML持續強化EUV微影系統「NXE:3400C」的量產效能,不僅在ASML廠內展示每小時曝光超過170片晶圓的實力,在客戶端實際生產記憶體晶片的製造條件下,也成功達到每天曝光超過2,000片晶圓的成果,甚至達到2,200片的紀錄。另外,ASML也計畫在2020上半年推出生產力更高的設備,將NXE:3400C的生產率提升至> 185 wph。
同時,除了提升設備生產量之外,因應未來先進節點,ASML也計畫推出全新EUV設備,名稱為EXE,不僅擁有新穎的光學設計和明顯更快的平台,且數值孔徑更高,為0.55(High-NA),進一步將EUV平台延伸至3nm節點以下,擴展EUV在未來先進節點中的價值。
Sluijk說明,此一產品將使幾何式晶片微縮(Geometric Chip Scaling)大幅躍進,其所提供的分辨率和微影疊對(Overlay)能力比現有的NXE:3400高上70%。EXE平台旨在實現多種未來節點,首先從3奈米開始,接著是密度相近的記憶體節點。另外,EXE平台有著新穎的光學設計,並具備更高的生產力和更高的對比度,以及更高的生產量,每個小時> 185 wph,且Reticle stage比NXE:3400快上4倍;Wafer stage比NXE:3400快上2倍。
Sluijk指出,該公司的EUV平台擴展了客戶的邏輯晶片和DRAM的產品路線圖,透過提供更好的分辨率、更先進的性能,以及逐年降低的成本,EUV產品將會在未來十年到達一個經濟實惠的規模。












