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資本支出回溫 北美半導體設備出貨金額強勁成長
國際半導體產業協會(SEMI)公布最新半導體設備出貨報告(Billing Report),2020年1月北美半導體設備製造商出貨金額為23.4億美元,較2019年12月最終數據的24.9億美元相比下降5.9%,但相較於2019年同期19.0億美元上升了22.9%。
SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示,一月份的數據顯示2020年整體市場呈現一個穩健的開始,北美設備製造商銷售額與去年同期相比成長強勁。我們預估設備市場將從2019年的疲軟態勢中恢復,儘管增長幅度仍需考慮新型冠狀病毒疫情對產業的影響程度而定。
看好功率應用需求 台積電/意法合推氮化鎵製程
日前台積電宣布與意法半導體(ST)合作,共同推動氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)製程技術發展。氮化鎵在汽車、工業、電信以及特定消費性電子產品的應用上,具有比傳統矽基半導體更優異的節能效益,同時元件切換速度比矽基元件快10倍,也能讓系統使用的元件更精簡,進而縮小終端產品的外觀尺寸。透過此合作,意法半導體將採用台積電領先的氮化鎵製程技術,來生產其創新與策略性的氮化鎵產品。
台積電宣布與意法半導體合作。
氮化鎵是一種寬能隙半導體材料,相較於傳統的矽基半導體,氮化鎵擁有高度效能優勢,包括在高功率的同時達到更大的節能效益,大幅降低寄生功耗。除了功耗方面的提升,相較矽基元件,氮化鎵元件的切換速度加快10倍,並且能在更高溫的環境下運作,具備更廣泛的應用場景,主要使用在100伏與650伏特電壓之間的產品,包含工業、汽車、電信及部分消費性電子產品。
為了加速氮化鎵技術的落地應用,台積電借助意法半導體的產品設計與汽車產業經驗,並貢獻氮化鎵的製造技術,協助意法半導體提供中功率與高功率應用所需的解決方案,包括油電混合車的轉換器與充電器的產品設計。若氮化鎵功率電子成功進入工業即汽車供率轉換使用,是必成為汽車電氣化發展的一大進程。
CEA-Leti發表新一代能量採集技術 推動無電池感測器進展
電子暨資訊技術實驗室(CEA-Leti)日前於ISSCC 2020上發表兩篇能量採集系統的論文,各自描述了一款30nW MPPT自相位調變SECE壓電能量採集晶片,以及無外接元件的電磁機械能量採集晶片。第一款晶片的能量轉換效率可達94%,能量頻寬則提高446%;第二款晶片的轉換效率則為95.9%,可收集的能量比現有技術提升460%。
首篇論文主要作者Adrien Morel表示,從振動中擷取能量的主要問題在於能量採集器的頻寬,其能接近採集器的共振頻率範圍較局限。事實上,振動頻率無法預測,其可能會隨時間變化,與能量採集器的固定共振頻率關係不大。
CEA-Leti日前於ISSCC 2020發布兩篇能量採集論文。
首篇論文主要聚焦於小規模(即人體內)應用的能量採集;第二篇論文則針對大型裝置,如家庭自動化(Domotics)及航空應用裝置。首篇介紹一個系統,透過光束上的壓電材料將振動能量轉為電能;第二篇論文則介紹了如何透過線圈中的振盪磁鐵,將能量轉為電能。
壓電能量採集IC的研究團隊設計一種自調變介面,可收集採集的能量,亦可彈性調整採集的共振頻率,使採集頻寬提升446%。能量採集與調諧為自主供電,兩者總功耗(約1µW)相較環境中振動(100µW至1mW)採集的能量至少低兩個單位,Morel表示該電路端到端效率高達94%,相較文獻中發現的其他電路,展現較高效率。
該機構發表的能量採集系統。
第二篇論文主要作者Anthony Quelen表示,超乎預期的95.9%端到端效率是能量擷取和轉化效率之間的關鍵因素,而實時輸入阻抗器可大幅提升採集效率;此外,使用採集線圈的新型升壓架構可將轉換效率最大化。該論文描述電磁能量採集器IC的製造過程,達到95.9%的最高端到端效率,且大幅降低物料成本,相較全橋式整流器,在週期性振動及衝擊模式中,能量擷取量分別比現有方案提升210%及460%。
能量採集可輔助或替代電池,讓感測器節點部署更不受限制,亦可加速無電池感測器開發,將其用於高溫等惡劣環境或人體及飛機難以接近之處。同時,本次低成本IC效率的最大化為推動部署多感測裝置於物聯網的關鍵因素。
英特爾/QuTech發表Horse Ridge 強化量子運算布局
英特爾實驗室(Intel Labs)日前與荷蘭研究機構QuTech共同於2020年國際固態電路研討會(International Solid-State Circuits Conference, ISSCC)發表研究論文,介紹其新型低溫量子控制晶片Horse Ridge所採用的關鍵技術,包含可擴展性、保真度和彈性等特性,進一步解決建構量子系統時面臨的挑戰。
英特爾實驗室量子硬體總監Jim Clarke表示,現今的量子研究人員僅能使用少量的量子位元(Qubits),以及圍繞著複雜控制和互連機制的較小型客製化設計系統。Horse Ridge大幅降低了這種複雜性,透過系統化擴展到量子實用性所需的數千個量子位元,將持續朝著在未來實踐量子運算的商業可行性的目標邁進。
新低溫控制晶片將加速全端(Full-stack)量子運算系統發展。
Horse Ridge透過整合式系統單晶片(SoC)設計,採用英特爾22奈米FFL(FinFET低功耗)CMOS技術,將四個射頻(RF)通道整合到單一裝置當中;每個通道都可以利用分頻多工(Frequency Multiplexing)的方式控制多達32個量子位元;該技術將可用的總頻寬畫分為一系列不重疊的頻段,每個頻段均用於承載獨立的訊號。利用這四個通道,可透過單一裝置控制多達128個量子位元,進而大幅減少先前所需的電纜和機架儀器的數量。
而量子位元數的增加會引發其他挑戰量子系統容量和運作的問題,其潛在影響之一將使量子位元保真度和效能下降。英特爾最佳化多工(Multiplexing)技術,使系統能夠擴大規模並減少相位偏移(Phase Shift)所帶來的誤差,避免量子位元之間的串擾(Crosstalk)。該晶片所利用的各種頻率都可以進行高精度的調諧(Tune),使量子系統能用同一個射頻頻率控制多個量子位元時調整並自動校正相移,以提高量子位元的量子閘(Gate)保真度。
雙方於2019年便已攜手研究以晶片控制自旋量子位元。
此外,該晶片可覆蓋廣泛的頻率範圍,以控制超導量子位元(又稱為Transmon)和自旋量子位元(Spin Qubit),其通常在6GHz~7GHz左右的頻率下運作,而自旋量子位元則在13GHz~20GHz的頻率下運作。
目前量子研究界仍處於起步階段,距離展示量子實用性仍有很長的一段路。量子運算能否應用於實際問題,取決於能否在高保真度下同時擴展和控制數千個量子位元。英特爾目前正研究矽(Silicon)自旋量子位元,其有可能在高達1克耳文(Kelvin, K)的環境下工作,而本次研究整合矽自旋量子位元裝置和新晶片的低溫控件,於精簡封裝中配置量子位元和控制元件。
高通推5G數據機射頻系統 5奈米晶片再受矚目
去年三星及台積電陸續宣布使用極紫外光(EUV)微影技術的5奈米製程備受矚目,台積電也表示將在2020年投入量產。而日前高通推出的Snapdragon X60 5G數據機射頻系統即使用5奈米晶片,再次引發市場對5奈米製程高度的關注。
高通Snapdragon X60 5G數據機射頻系統。
半導體製程從7奈米進展到5奈米,其所使用的EUV技術不只提升晶片的性能、減少功耗及縮小面積,同時透過減少光罩層數協助設計者簡化設計流程,為產業提供更高的經濟效益。
5奈米製程在通訊的應用上,有助於5G技術的普及。高通推出的Snapdragon X60採用5奈米5G基頻晶片,能加快行動裝置平均的5G連線速度,並且加強電信產品的效能與容量,此項5G數據機至天線解決方案,可達到7.5 Gbps下載以及3 Gbps上傳的速度。
在技術層面,X60的主要優勢在於,作為業界第一個支援頻譜聚合的5G數據機射頻系統,涵蓋主要的5G頻段與組合,其中包括使用分頻雙工(FDD)與分時多工(TDD)的毫米波與sub-6頻段,能夠運用片段頻譜資產提升5G效能。此外,X60內建的5G FDD-TDD sub-6載波聚合解決方案,除了支援5G FDD-FDD和TDD-TDD並搭配動態頻譜分享(DSS),讓電信營運商擁有更多部署選擇,包括將LTE頻譜重新規劃供5G使用。
X60同時搭載高通第三代的QTM535毫米波天線模組,可望用於設計更輕薄的智慧型手機。高通預期,2020年第一季Snapdragon X60與QTM535將開始送樣,搭載這兩款方案的智慧型手機,則可望在2021年初上市。
全球太陽能市場規模持續成長 中國業者笑傲江湖
光電協進會(PIDA)統計, 2019年台灣整體太陽光電產業, 包括結晶矽材料、太陽電池、電池模組、太陽能系統等產值達到678億元新台幣,負成長22% , 延續了2014 年時產值達到1,774 億台幣高峰後而降的走勢。雖然在產業鏈中,太陽能系統有受政策加持曾逆勢成長,但台灣的內需市場仍難挽整體產值走跌的趨勢。於是產業整倂,或改弦易轍,進軍國際標案市場,圖謀生機。反觀全球太陽光電市場呈現成長態勢; 環保與綠能相關議題持續受到矚目。
統計2019年全球前20大太陽能面板廠商的總出貨量達到99GW,較2018年的75.5 GW大幅成長31%。雖然中國太陽能面板曾被提高關稅,但中國不受撼動,仍是全球太陽能最大的供應國。其中,晶科能源是2019年全球最大的太陽能面板製造商,出貨量達14.2GW,比2018年增長2.8GW,大幅成長25%。晶科能源與中國其他太陽能廠,晶澳、天合、隆基穩坐全球前四大,包辦全世界44%的出貨量。
DRAM市場供需持平 力抗貿易戰與新冠病毒
2019年第四季到2020年第一季期間歷經中美貿易戰與新型冠狀病毒疫情,產業內出現起伏不一的動盪,其中記憶體市場因半導體業自動化程度高,以及中國準備的原物料尚充足,並未受到人力或物力短缺衝擊,因此DRAM的整體營收仍呈現小幅度上漲的趨勢。
回顧2019年第四季三大DRAM原廠的營收表現,除三星的營收微幅下跌5%,SK海力士及美光營收皆高於第三季。三星官方指出,本季受到DRAM價格走跌影響,獲利少於去年同期,但是數據與相關應用的需求增加、成本下降,整體營收仍高於同年第三季,達67.6億美元營收。TrendForce進一步分析各廠的營收狀況,排名第二的SK海力士儘管報價下跌,銷售額依然達到8%的成長,來到45.4億美元。美光的營收則為43.7億美元,銷售位元出貨成長近10%。
推估2020年第一季,因採購端的備貨意願,DRAM合約價格提升,但是由於價格漲幅有限,且適逢隨春節假期而來的淡季造成出貨下降,原廠的獲利無大幅度提升。根據TrendForce針對三大廠的技術觀察,三星Line 13的DRAM投片下滑,另一方面,平澤二廠將啟動量產,並導入1Z nm量產,整體而言無太大變動。而SK海力士持續將M10的DRAM投片轉移到生產感測器,並增加M14的產量,而位於中國無錫的工廠,受中美貿易戰及新冠狀病毒疫情影響,投片策略傾向保守。目光回到台灣,台灣美光記憶體已全面生產1X nm,下一步則以1Z nm進行生產,晶圓科技部分則已經過半導入1X nm。
綜觀2019年第四季結果與2020年第一季的走勢,仰賴於高度自動化與春節之前的充足備料,DRAM的市場處於穩定狀態,不必擔憂營收表現受到外部經濟因素的重大打擊。
雷射市場走過低迷 2020年隨半導體穩定發展
2019年全球雷射市場成長僅1.3%,大幅度落後於2018年的8.5%及2017年的19.2%成長率,光元件調查公司Strategy Unlimited搶在各家公司財報出爐前,預估2019年雷射市場營收約為150億元,其中半導體/非半導體的雷射占比維持58:42,又以雷射加工與光刻的61億元營收最高。2020年雷射市場的發展,則有望提升10%的成長率。
全球雷射市場趨勢。資料來源:Strategy Unlimited,PIDA整理,2020/2
受到中美貿易戰所引發的經濟動盪影響,2019年的雷射市場產生波動,包含美國高關稅,以及中國雷射廠商更加強烈的競爭,因而發生成長率低迷的現象。美國向進口產品加高稅收,加上對中國實施的報復性關稅,皆影響雷射市場正常的交易狀態。部分廠商為了避稅將製造地移往他國,但仍須負擔高額的運輸與人力成本;未能轉移陣地的小型廠商,則因為吸收關稅而減少利潤。另一方面,近期中國不只製造限於標記使用的低功率的光纖雷射器(fiber laser),同時生產2-6kW範圍內的低價高功率光纖雷射器,造成同規格產品平均價格下降。
根據往年資料推估,原先可預期2020年的成長率上漲10%,達到166億營收的趨勢,但隨著新型冠狀病毒疫情爆發,市場情勢更添變數。然而光電協會仍樂觀看待2020年的雷射市場走勢,仰賴半導體業穩定發展與光刻技術發展,在市場上仍有發揮空間。
壓電元件2024年產業規模將達485億美元
產業研究機構Yole Développement(Yole)研究指出,到2024年,感測器、致動器和換能器的壓電市場規模預計將達到485億美元,從2018~2024年,塊狀矽結構(Bulk)和薄膜技術的相關元件年複合成長率為12.6%。Yole認為,薄膜壓電設備正在推動市場成長,儘管市場比重仍然有利於塊狀矽結構元件(Bulk-based Devices),而塊狀矽結構元件仍然是壓電市場中的一項強大技術。
在塊狀矽和薄膜設備市場中,RF濾波器分別以SAW和BAW領先。Broadcom和Qorvo是RF濾波器領域的主要薄膜廠商。頻率越來越高的5G將推動市場發展。壓電材料可以實現電子世界和機械世界之間的連結,致動器和感測器功能可以直接與電子晶片整合。
專門針對薄膜技術,多家MEMS代工廠已在其製造廠內化了薄膜壓電製程。 AlN需要壓電層沉積方面的知識,而PZT是一種用於整合在半導體晶圓廠中的特殊材料。就沉積而言,兩種技術在競爭:Sol-Gel和PVD(濺鍍或脈衝雷射沉積-PLD)。Sol-Gel具有更好的薄膜性能,良好的均勻性和更高的擊穿電壓。但是,在考慮量產時,產能成為主要考慮因素,這就是Sol-Gel表現出局限性的地方。關於MEMS IDM和代工廠的製程選擇,Fujifilm Dimatix和Robert Bosch選擇了濺鍍,而Epson和Rohm Semiconductor將採用Sol-Gel技術。
為IoT安全把關 台灣物聯網資安聯合檢測中心正式成立
隨著物聯網垂直應用逐漸成熟發展、而隨之而來的資安威脅也成為企業須重視的關鍵。為此,財團法人電信技術中心(TTC)與桃園市政府合作、偕同優力(UL)、中華資安等國內外合作夥伴,於虎頭山創新園區成立物聯網資安聯合檢測中心,提供一站式資安檢測服務,引領台灣物聯網軟實力接軌國際資安標準。此外,TTC繼去年四月推出的物聯網資訊分享及分析中心(IoT-ISAC)平台後,今日也宣布對一般民眾免費開放,冀望透過國內首座物聯網資安情資資料庫,提供多元內容,提升全民資安防護意識與警覺性;並提供企業線上資安檢測服務,全方位為台灣物聯網資安把關。
物聯網的蓬勃發展,也將帶來「萬物皆可駭」的資安隱憂,一般民眾及中小企業所使用的物聯網設備,如Wi-Fi、網路攝影機、印表機、投影機、醫療設備、農業器具等,皆可能遭受駭客攻擊。相關攻擊除影響設備正常操作、財物損失及個人隱私外洩外,也可能淪為駭客工具導致更嚴重攻擊事件。此外,物聯網垂直應用也造成各領域也面臨資安威脅。以醫療領域為例,美國緊急醫療研究機構(Emergency Care Research Institute, ECRI) 2019年報告指出,駭客攻擊是10大醫療科技危害之首,駭客可藉由遠端滲透醫療系統或裝置,造成醫療設備效能降低、竊取個人及醫療資訊等。
有鑑於此,TTC攜手國內外資安專家與資源,共同成立物聯網資安聯合檢測中心,提升國內智慧產業資安能量。TTC自107年起執行國家發展委員會『亞洲.矽谷-強化物聯網資安防護裝備』計畫,第一期完成物聯網系統層級資安防護評估機制的建立,包含智慧家庭及智慧交通領域,也成立物聯網資訊分享及分析中心;第二期延續並擴增第一期成果,與桃園市政府經發局合作,偕同國際認證機構UL、中華資安及虎頭山創新園區-資安物聯網中心營運團隊(大同世界科技股份有限公司及互聯安睿資通股份有限公司),聯合於虎頭山創新園區成立物聯網資安聯合檢測中心,冀望整合多方能量,共同強化智慧產業資安防護能力,提升台灣物聯網產業的國際競爭力。
圖 財團法人電信技術中心與桃園市政府、UL、中華資安等產官機構,共同設立物聯網資安聯合檢測中心
看好台灣企業發展IoT潛力,國際安全科學領導機構UL本次也參與第二期計畫,在物聯網資安聯合檢測中心導入UL IoT安全評等 (IoT Security Rating),以國際上的IoT資安設計準則為基,融合產業標準共識,提供連網產品的資訊安全評估,並透由安全評等,在產品上標示所獲得的分級標誌,協助廠商展示產品的資安能力,亦幫助消費者在選購時能有所依據;更冀望國內物聯網廠商能經由公正第三方的國際驗證,取得國際市場的信賴。
物聯網資安聯合檢測中心提供一站式檢測服務,以物聯網系統端、網、雲等全面性的物聯網資安防護評估流程,提供消費者安全基準(Security Baseline)參考,有助廠商生產符合國際資安要求的產品,搶攻國際市場。目前已完成五本物聯網系統層級資安評估指引,應用範圍包含智慧家庭、智慧交通、智慧醫療及智慧農業等領域,導入實際場域進行測試後,發現多項物聯網裝置存在資安漏洞,並揭露於CVE(Common Vulnerabilities and Exposures)平台且取得編號,有效提出預警,及早發現潛在威脅。
此外,為提升民眾的資安防護意識,物聯網資訊分享及分析中心也已設置學習專區,免費開放給一般民眾使用,讓全民能夠即時獲得國內外最新物聯網相關資安情資。IoT-ISAC平台首創物聯網資安情資資料庫,將所蒐集到的IoT設備IP位置,藉由地理位置資料庫進行交叉比對與分析,透過視覺化的呈現,使民眾對台灣聯網設備的數量及類型等分布狀況有全面性的概觀,進而提升民眾資安防護警覺性,逐步實踐『資安即國安』目標。未來企業會員也可透過IoT-ISAC平台,主動上傳物聯網裝置清單,檢測是否有存在既有資安弱點情資,達到早期預警目的,降低物聯網設備受駭客攻擊風險機率。IoT-ISAC平台目前有30餘家企業會員,歡迎更多的企業及政府組織加入,共同維護台灣物聯網資訊安全。












