首頁 吳心予
吳心予
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開拓顯示應用新藍海 MicroLED大膽突圍
MiniLED已經成功商品化，代表顯示器的技術進展到新的階段。LED晶片的尺寸縮小，朝著Micrometer的等級前進，而MicroLED仍需要突破巨量轉移等技術瓶頸，盡可能縮短生產時間、提升良率，進一步降低成本並確保產品的品質與使用壽命，同時找到具有發展優勢的應用藍海，就能邁向商品化的目標。由於MicroLED晶片尺寸小，製程設備與技術都需要升級，才能滿足高精度及高均勻度的標準，但是整個生產流程優化的速度不一，導致目前的良率仍不夠高，且檢測耗時又容易產生誤差，導致生產成本居高不下。
應用方面，公共環境及個人應用的顯示器數量不斷增加，因此應用場景從觀看距離及室/內外兩個層面，可以細分出多元的市場，因此MicroLED可以藉由拓展新的市場應用，邁向規模經濟，進而同時透過日漸成熟的技術及規模化商機降低成本，強化普及應用的動能。
技術瓶頸仍待克服
現階段MicroLED仍處於克服技術瓶頸的階段，距離商品化有一段漫漫長路。Trendforce研究經理楊富寶(圖1)指出，MicroLED面臨技術與成本的挑戰，因為晶片尺寸縮小，從製程、巨量轉移等方面，精度的要求更為嚴苛，廠商需要投入更多的資金與時間，更新設備及技術。然而MicroLED整體製程的提升，仰賴每個生產環節升級設備與技術，但是實際上各個生產環節的優化速度不一，例如背板技術符合要求，但是可能晶片良率還不符合標準，因此需要每個生產流程都升級到可以順利生產MicroLED顯示器的程度，才能解決技術瓶頸。
細究MicroLED晶片的生產過程，良率與檢測是兩個重要但不容易克服的挑戰。過去傳統LED晶片的良率很高，但是MicroLED的晶片需要達到較高的均勻度，老舊設備難以達成目標，導致低良率且高成本的現況。此外，LED晶片需要通過光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL)來減少外觀及訊號瑕疵，但是現有的檢測技術測試MicroLED的時候容易產生誤差，而且檢測要花很久的時間，時間成本高，因此品質維護不易。工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅(圖2)解釋，技術成熟度與成本高度相關，業界雖然認同MicroLED顯示器的表現明顯優於OLED及LCD，但是成本太高，需要發展更成熟的技術，MicroLED產品的價格才有機會降低，進而邁向普及。
多元應用現商機
優顯科技執行長陳顯德(圖3)說明，生產一個晶圓的成本是固定的，所以縮小晶圓上的LED晶片尺寸，就可以在晶圓上放更多晶片，理論上每個晶片的成本就會降低。但是當LED晶片的尺寸小於100μm，就需要開發新的技術，導致成本增加。因此原有的LED技術可以達到的最小尺寸就是MiniLED，但是MiniLED尺寸小，應用在顯示器產品上時，需要搭配額外的周邊技術，包含製程、驅動等，所以即便占總成本六到七成的晶片成本下降，周邊技術的成本仍需要花費幾年時間，待技術成熟後才有機會降低總成本。
另一方面顯示器的應用仍有多元的發展空間，因此規模經濟是技術能力之外，另一個降低MicroLED成本的角度。顯示器的觀賞距離遠近、戶外大型看板、商場內、會議室、客廳等等，都存在不同的顯示器應用空間，技術應用可能從現有的傳統LED，升級到MiniLED，接下來則會有部分的應用過渡到MicroLED，部分則持續沿用MiniLED技術。例如智慧型手機或手表，使用者的觀看距離近，且產品本身的體積很小，所以一定要採用MicroLED。而大樓外牆的看板不一定需要使用小尺寸的LED晶片，但是注重亮度，才能確保在遠距離且戶外的觀看情境下，清楚顯示內容。
隨著資訊時代來臨，需要傳遞與接受的資訊爆炸性成長，顯示器的數量變多，過去的顯示器應用場景大多粗略分為商用及家用，現在則可以區分得更為細緻，而能找到MicroLED獨具優勢的一片藍海。例如台北地下街的廣告燈箱，可以歸類在室內且近距離觀看的應用場景，如果固定的海報燈箱改成使用MicroLED顯示器，除了畫面變得更精緻、對比更鮮明，還能依照不同時段經過的客群調整廣告內容，就能提高廣告牆面的廣告效益。
車用顯示也是MicroLED的應用機會之一，吳志毅提及，MicroLED顯示器對比度及亮度高，除了適用於大型看板，車用螢幕也能採用，協助駕駛在日光充足的時候，也能清楚看到螢幕內容。同時汽車的成本空間較大，因此有機會成為率先導入MicroLED的應用。工研院也投入研發MicroLED的AR/VR眼鏡等小尺寸、高解析度的應用，用藍光LED轉換出紅、藍、綠三色，試圖找到具有開創性的應用方向。
拓展市場差異化商機
楊富寶分析，從品牌廠的策略與動態，可以推測市場對MicroLED應用的期待。例如三星(Samsung)從電視著手，推出高價的MicroLED電視。接下來可以觀察在大型廠商推出高階產品後，產品的價格下降的時間點，就代表技術有所突破，因而能降低生產成本。不同的區域市場關注的應用也不同，歐美市場較為熱衷AR/VR相關應用，蘋果(Apple)、Google、Facebook等廠商就是其中的重要角色。中國市場則關注電視及手表等產品，積極發展採用新興顯示技術的電視與穿戴裝置。
回顧2021年MiniLED及MicroLED的趨勢，大致可以總結MiniLED進入到新的階段，成功商品化，而MicroLED則較為停滯，需要拓展新的應用藍海，才能增加廠商研發的意願，以及未來走向量產的動能。現階段MicroLED仍有許多技術瓶頸，加上產量少，導致成本高昂，只能用在少數的高階產品中，距離商用化仍有一段漫漫長路。2020~2021年，MicroLED相較MiniLED受惠於疫情帶動的電子設備需求，有意願投入開發MicroLED的廠商受到疫情衝擊，可以投入研發的資源減少，放緩研發MicroLED的腳步，決策也變得較為保守。
吳志毅認為，MiniLED可說是發展MicroLED練功的過程，雖然目前MicroLED因為成本因素，應用集中在高價的大型室內看板，與MiniLED的消費電子應用市場不同，但是技術發展高度相關。一旦顯示器廠商有能力大規模量產MiniLED產品，小尺寸LED晶片的技術成熟，就代表MicroLED的技術也有所突破，因此也可以從MiniLED的發展趨勢觀察MicroLED的技術進展。雖然MiniLED及MicroLED的技術進展關聯緊密，但是應用方面，MiniLED的應用不一定會全面過渡到MicroLED。陳顯德表示，一方面是MiniLED相較MicroLED具有明顯的成本優勢，加上不同的顯示器應用場景，依照觀賞距離、室/內外的差異，可以細分成多元的市場，應用的需求也不同。因此MicroLED需要積極拓展新的應用場域，才有機會在這一波的顯示器技術革新中脫穎而出，成功商品化。
疫情加快商品化腳步 MiniLED應用開枝散葉
新興顯示器市場中， MiniLED / MicroLED已受到業界多年的關注。隨著蘋果(Apple)宣布在iPad Pro中導入MiniLED，市場上對MiniLED及MicroLED 的討論熱度掀起新的高潮， 也確立了MiniLED商品化的方向跟機會。同時受到疫情影響，遠距活動頻繁帶動消費電子的市場需求，品牌商趁勢積極推出MiniLED產品，期望透過新興規格取得競爭優勢。
MiniLED商用化的方向越來越明確，品牌廠跟模組廠都樂觀其成，TrendForce研究副理陳恕勛(圖1)指出，因為傳統LED已經應用多年，產品銷售缺乏新的亮點，因此MiniLED成為近期品牌廠的競爭重點， 希望規格更新能促使消費者購買產品。現階段MiniLED背光及直顯兩方面的應用， 發展不同的方向。背光的技術門檻相對較低，模組廠使用現有的設備及技術即可生產MiniLED的相關產品，促使顯示器規格得以無痛升級，也能炒熱市場關注度。
觀察2021年MiniLED的商用化進程， 已有大型品牌廠率先採用新技術，增加供應鏈廠商投入開發MiniLED的意願。然而MiniLED背光的應用領域尚未完全定型， 須要考量在現有的電視、筆電等市場中，在成本跟供應鏈整合方面的優勢所在，須要善用分區顯示等優勢，試圖找到比OLED、QLED更有優勢的切入角度。
疫情加速規格更新
2020年起，全球受到疫情影響，上班、上課等活動都轉移到線上進行，長期在家促使消費者更有意願升級居家環境中的電子設備，而品牌廠嗅到疫情帶來的消費動能，紛紛加速採用MiniLED等技術，期望增加使用者的換機意願。聚積科技技術市場部經理蔡宗達(圖2)認為，頻繁的遠距活動使得消費者有意願升級居家環境的電子設備，尤其設計專業人士可能就會傾向購買採用新規格的MiniLED產品。MiniLED背光提升顯示技術價值的新規格，技術門檻與設備更新的成本也較MicroLED低，所以採用MiniLED背光技術的顯示器售價， 不會與市場上現有產品差距過多。以台幣4 萬元的筆電為例，採用MiniLED背光及整合其他新功能的產品，價格大約提升兩到三成，還在消費電子的價格範圍內。
然而目前市場上MiniLED背光的應用範圍多在高階產品，只有設計師、醫療顯示或電競等具有專業需求的使用者才會購買， MiniLED技術需要下放到商務型產品中才有機會走向普及。推動普及的關鍵在於成本與消費者體驗，當生產成本下降，終端產品的售價才能符合多數商務型產品的範圍。另一方面，消費電子市場需要透過實體通路的產品展示，讓消費者體驗採用MiniLED背光技術後的使用差異，進而增加升級電子設備規格的意願。
台廠不可輕忽對手
供應鏈方面，陳恕勛提及，台廠在MiniLED技術的起步早且供應鏈完整，包含上游晶片跟下游模組。由於技術成熟、產能充足，台廠接到訂單後，可以一條龍完成產品，所以受到品牌廠青睞。但台廠同時面對到中國供應鏈的競爭壓力，蔡宗達補充，就技術而言， 台灣供應鏈已經具備發展MiniLED應用的能力，但是部分廠商初期較為保守，對於新應用持觀望態度。直到蘋果採用MiniLED，加上台廠的訂單大多來自美系品牌，因而增加廠商投入MiniLED的意願。另一方面，中國供應鏈也已經投入MiniLED的開發，雖然技術的成熟度尚不如台廠，但如果能突破技術瓶頸，中國的生產規模可能會對台灣供應鏈帶來威脅，對此台廠仍須保有憂患意識，盡可能維持技術優勢。
普及須降低成本/收斂規格
整體而言，成本瘦身與規格收斂是決定MiniLED普及步調的兩大重點。MiniLED背光的市場機會跟優勢，在於跟傳統LED 及OLED相比，對比度與亮度方面都有亮眼表現，只要能找到明確的定位，就有機會發展出新的市場。例如MiniLED應用在iPad之前，用在平板的方向還不明確，現階段則受到蘋果帶動，業界投入MiniLED開發的意願提升，也逐步拓展新應用的可能性。
2021年是MiniLED元年，過去MiniLED應用尚未量產， 而除了蘋果， 三星(Samsung)也在電視產品中採用MiniLED。當品牌廠整合供應鏈並落實量產的方向， 完成前期的統整工作， 就能帶起市場對MiniLED的信心。在大廠率先量產應用MiniLED之後，接下來MiniLED的商品化進展，則可以觀察後續大型品牌廠在未來產品線採用的意願，以及市場上其他品牌廠接棒的情況。大約需要三到五年的時間，才能明確知道同一類型應用的普及程度，以及除了龍頭品牌採用MiniLED，後續還有沒有品牌廠商持續投入，例如電視在三星之後， 小米、LG、華為等品牌開始生產MiniLED電視，且歐美品牌廠可能會接下第三棒。除了電視，筆電廠商也積極在高階產品中採用MiniLED技術。不過哪些MiniLED的規格及產品將會成為主流，或者中小型廠商會在哪些產品應用MiniLED技術，都還有待觀察。在MiniLED應用終於成功走向量產後，品牌廠需要找到可掌握的供應鏈，並確立規格與產品差異化的方向，才能在新興顯示器激烈的市場競爭中保有優勢。
處理器大廠競爭白熱化 HPC哥吉拉大戰金剛
雲端資料中心應用帶動HPC市場，處理器大廠無不看好高效能商機，紛紛投入產品角逐優勢地位。
面對資料中心、人工智慧(AI)及物聯網(IoT)等應用的快速進展，數據量急遽成長，加重處理器的運算負擔，顯現出產業內對高效能運算的強大需求。廠商相繼針對HPC推出處理器，以回應市場需求，其中包括Arm v9架構及Neoverse V1平台、英特爾(Intel)Ice Lake處理器、AMD的Milan及NVIDIA Grace處理器，可見業內廠商不只關注HPC應用，更積極攻占HPC市場，全力扭轉固有高效能處理器的市占。
大廠爭相投入HPC
整體HPC伺服器的市場分布，可以從TOP500的超級電腦名單中觀察。工研院資通所人工智慧運算平台組組長王啟龍(圖1)指出，根據TOP500的電腦系統所採用的處理器比例統計，Intel處理器占91.8%，受到共459個工作站採用，大幅領先其他廠商。
接續則是IBM PowerPC 2%、AMD 4.4%，以及Arm占1%。但若從核心數統計，雖然Intel的占比最高，達到60.71%，但是Arm占比則躍升到11.31%。近兩年的算力冠軍富岳(Fugaku)採用的即是Arm處理器，透過使用1000多個伺服器機櫃，打造超過700萬核心的超級電腦。
Intel在處理器市場長期擁有優勢地位，但近年AMD的表現受到市場注目，2021年第一季AMD搶先推出基於Zen 3架構的Milan處理器，提升了19%的IPC效能。緊接著Intel推出第3代Intel Xeon可擴充處理器平台及Ice Lake處理器，同樣在HPC的功能多有著墨，與AMD的較勁意味明顯。近期積極投入HPC領域的Arm也不落人後，架構受到多個雲端大廠的自研晶片採用。另一方面NVIDIA長期耕耘GPU技術之餘，正式涉足CPU領域，聯手併購後的Arm推出Grace CPU，投入這場CPU效能之爭。
AMD急起直追
Intel與AMD在處理器市場競爭已久，直到AMD率先支援PCIe 4.0開始，市占及營收出現明顯成長。王啟龍提及，2019年第四季AMD伺服器的市占為4.5%，2020年Q4則增加到7%。AMD在營收方面也表現亮眼，對比2020年Q1與2021年Q1，Intel伺服器營收下降14.3億美元的同時，AMD的EPYC CPU營收成長3.56億美元。Intel營收下降與AMD營收成長可能的原因，包含Intel製程不順，雲端廠商選擇自製晶片而產生轉單，或者由於AMD市占提高，Intel的銷售隨之下滑。
Arm拓展雲端資料中心市場
Arm在HPC市場的潛力，與雲端大廠使用Arm架構自研相關。MIC產業分析師陳牧風(圖2)表示，就雲端資料中心的HPC技術而言，其應用場景多元，包含IoT、AI、雲端遊戲等，所以雲端服務商透過自研晶片，針對應用場景的需求設計，來達到更佳的運算效果，AWS的Graviton2以及Google TPU都在此列。
MIC資深產業分析師施柏榮(圖3)進一步補充，雖然雲端大廠的強項不在研發晶片，但是自研晶片的發展方向明確，因此部分廠商透過收購併購使用Arm架構的歐洲IC設計廠提升技術能量。例如AWS跟Google雲端平台(GCP)藉由併購以Arm架構為主的廠商，提高晶片研發的能力。從此布局中可以看出在資料中心的應用中，雲端廠商與Arm架構的角色相輔相成。因為雲端廠商會根據自家的雲端資料中心設計硬體配置，開發高度客製化的晶片，可預期未來的數年當中，會有更多解決方案出現。然而雲端廠商自研晶片的方向仍在試驗階段，有待大量的成果驗證。
現階段Arm伺服器市場仍侷限在雲端HPC的伺服器應用中。王啟龍說明，Arm IP雖然提供更具彈性的架構，能夠客製化核心數更多的CPU，但是礙於商用軟體支援程度的差異，相較x86架構商用軟體支援度高，且開源社群活絡的情況，Arm架構在提升普及率的過程中面臨重重挑戰。Arm的伺服器因為商用軟體支援度較低，因此伺服器採用Arm架構，需要自行開發相關軟體。當伺服器只應用於其少數廠商的特定應用中，例如單一的高速電腦運算中心，直接研發相應的軟體即可解決相容性問題，但若要廣泛應付市場需求，尤其面對沒有足夠的軟體研發能量，而採用商用軟體的廠商，無法支援商用軟體便成為難以跨越的門檻。
Arm首席應用工程師黃彥欽(圖4)表示，Arm樂見雲端合作夥伴加入Arm架構的生態圈。雲端廠商自研晶片的原因，可能是為了達到差異化，透過Arm的客製化彈性，廠商可以在自家的軟硬體整合方面，建立更符合使用目的的解決方案。若從市場面觀察，通常廠商自研產品的生命週期較為長久，因此投入自研晶片開發，顯示雲端廠商HPC市場長期的成長潛力。
NVIDIA加入CPU戰局
NVIDIA長期耕耘GPU、AI運算，近期則推出Grace CPU加入高效運算戰局。NVIDIA亞太區技術行銷總監嚴永信(圖5)指出，AI的模型複雜度增加千倍，硬體要能適應AI的需求，有效地處理大量資料，才能達到硬體加速的目的。開發Grace處理器的原因在於，雖然x86架構在某些應用上運算效率高，但是在CPU與GPU之間的連結性不足，造成資料傳輸瓶頸。因此Grace CPU專為運算龐大的AI模型設計，透過加強晶片間，包含CPU/GPU之間的溝通加速運算。由於AI產業還只是雛型，不斷有新的應用出現，模型也一直改變，很難只針對單一模型優化硬體配置。而不管是在手機、筆電或超級電腦，這些處理單位跟記憶體之間都需要溝通橋樑，每個橋樑也都有各自頻寬。如果運算速度非常快，但是資料傳輸不夠快，就會出現效率問題。Grace為了能解 決巨大AI模型的運算瓶頸設計，並不是完全取代x86，而是依據運算的需求分工。
王啟龍分析，伺服器成本結構的變化，影響處理器廠商與雲端大廠的布局策略。過去一台伺服器的價格約20~30萬台幣，其中超過三分之一的成本來自Intel處理器，其他則包含記憶體或是伺服器其他的元件等。現階段一台GPU伺服器，或是一般的CPU伺服器，上面通常配備四片GPU，售價約80萬，多出來的50萬的成本來自NVIDIA GPU。為了控制成本，Intel或雲端廠商嘗試自行開發GPU，但是軟體工具與開源社群的完整度難以與NVIDIA匹敵，較為成功的Google TPU 僅限於特定應用場景，Intel開發的GPU也受限於軟體支援與更新速度而難以普及，所以NVIDIA仍穩坐GPU龍頭的寶座。
至於NVIDIA投入開發Grace CPU背後的策略考量，王啟龍推測，NVIDIA不是要藉由販售處理器獲利，而是透過自主研發的產品，提供雲端大廠一個參考架構。Grace CPU基於Arm架構，並使用GPU運算AI模型，同時強化GPU的資料傳輸速度，當雲端廠商如微軟或Google考慮自行研發晶片，就可以直接參 考Grace的設計。當雲端廠商因為自研晶片，開始往RISC架構陣營靠攏，NVIDIA推出Grace CPU的策略可望成為催化劑，帶動Arm生態系發展，若生態系發展蓬勃，屆時有機會對Intel造成有力的競爭威脅。
生態系競爭勝者為王
綜觀處理器在HPC市場的競爭態勢，x86架構因其效能優勢，仍居於領先地位，在TOP500名單中，超過90%的工作站都採用Intel的伺服器，不過近年仍面對RISC架構帶來的挑戰。Intel的處理器生態系已臻成熟，仰賴完整的商業軟體支援，x86架構仍是高效運算主流。隨著雲端資料中心的需求不斷增加，Arm架構高度彈性與適用於客製化的特性，催生核心數大幅領先Intel伺服器的產品，在效能方面有其優勢，透過結合GPU，試圖挑戰Intel的效能，雲端廠商自研晶片也青睞Arm架構。然而商用軟體支援還是Arm伺服器的硬傷，如果只是應用在雲端廠商的少數且特定的應用，單獨開發軟體不是大問題，但軟體不相容的問題導致Arm架構難以普及，在市占表現上大大落後於Intel。Intel另一個對手AMD在搶先支援PCIe 4.0之後，出現強大衝勁，在營收方面表現亮眼，市占也開始提升，是長期觀察HPC處理器市場的重點之一。
另一方面，NVIDIA在GPU市場已獲得壓倒性的勝利，即便在伺服器的成本結構中占比吃重，但是其他廠商自行研發的GPU即便實際使用上硬體效能足夠，但是軟體更新慢、開源社群不夠活絡，仍舊無法撼動NVIDIA...