「EE大師論壇」紀實:改變世界、共創未來

作者 : EE Times Taiwan編輯部

電子工程這門學科在20世紀中期發源於歐美,並藉由亞洲地區強大的製造能量取得了蓬勃的生命力;經過一甲子的發展,不斷演進的電子技術研發成果,透過滲透至大眾日常生活與百工百業的各種應用,嘉惠了廣大的人群。

電子工程這門學科在20世紀中期發源於歐美,並藉由亞洲地區強大的製造能量取得了蓬勃的生命力;經過一甲子的發展,不斷演進的電子技術研發成果,透過滲透至大眾日常生活與百工百業的各種應用,嘉惠了廣大的人群。

那些電子工程師社群以及電子產業相關從業人員──我們稱這個族群為「EE人」──的智慧結晶與研發成果應該被宣揚,他們致力於運用專業為世界解決問題的熱情與使命感,必須一代代地傳承下去。為此,身為「EE人」長期夥伴與觀察員的《電子工程專輯》(EE Times Taiwan)與姊妹刊《電子技術設計》(EDN Taiwan)發起策劃,於2021年在全球電子產業鏈佔據樞紐位置的台灣,首度舉辦「EE Awards Asia-亞洲金選獎」,期望能藉由獎項的頒發表彰傑出的創新成就與專業人士,同時也反映亞洲工程師社群對技術解決方案的喜好。

在第一屆「EE Awards Asia-亞洲金選獎」得獎名單即將於11月16日揭曉之前,我們也於10月下旬在EE Times Taiwan網站上舉辦了首場「EE大師論壇」,邀請到多位電子工程領域的重量級人士與來自多家領導廠商的專業講師,分享對市場與技術趨勢的洞見並為產業發展方向帶來啟發;同時期望藉由這些產業界精英前輩的典範與經驗,傳遞「EE人」的薪火,激勵更多年輕新血加入這個行列。

建構東方矽文明的示範基地

已經有半世紀「EE人」資歷的台灣PC大廠宏碁(Acer)創辦人暨榮譽董事長、現任智榮基金會董事長施振榮,以「願景台灣,創新矽島」為題的演說,為本年度「EE大師論壇」揭開序幕。他指出,台灣是今日全球電子與半導體產業垂直分工模式的典範轉移啟動者,台積電(TSMC)在1987年首創晶圓代工,讓無晶圓廠(fabless)半導體商業模式得以蓬勃發展;台灣強大的製造能量為世界做出了具體的貢獻。

但儘管電子製造、組裝需求量龐大,此類業務的附加價值相對較低。為此,施振榮在1992年提出了「微笑曲線」概念,呼籲台灣業者在製造能力之外,須發展智財以及品牌/服務,以創造更高附加價值。他認為,台灣要在全球/區域市場勝出,應製造業與服務業並重:在製造業部份,以發展「全球研發製造服務中心」為目標;在服務業部分,則是以台灣作為「全球華人優質生活創新應用」的示範基地,以內需帶動外銷,朝國際市場邁進以擴大規模。

 

施振榮在1992年提出的「微笑曲線」概念。

(來源:智榮基金會)

 

結合製造與服務業優勢,施振榮在2016年提出的台灣新願景,是做為「世界的創新矽島」以及「世界東方矽文明的發祥地」,借重台灣具備彈性、速度與創業精神的文化特質,以矽科技為中心持續創新,為全球提供普及化的資通訊產品,並在此「物質文明」的基礎上,以藝文融合科技的東方「精神文明」,建構所謂「矽文明」的示範基地。

 

施振榮提出的台灣新願景,是建構以「矽科技」為核心的創新矽島,結合物質文明與精神文明,作為推動「矽文明」演進的示範基地。

(來源:智榮基金會)

 

施振榮表示,「矽文明」的發展才剛剛起步,目前像是智慧城市、智慧醫療等應用的發展,仍偏重在「物質文明」(技術)的部份,應該更著重與「精神文明」的結合,也就是以滿足終端用戶體驗、提升服務品質為終極目標。這意味著在不同應用中,電子業者與跨領域業者間會需要更多的合作,才能精確掌握商機;例如智慧醫療就是一個台灣可結合ICT與醫療兩大優勢產業,開創新商業模式的潛力應用。他鼓勵產業界以翻轉思維為先,配合機制的翻轉,將有限的現有資源透過共享方式做最大化的運用,以創造更高價值。

更緊密的電子產業供應鏈夥伴關係

創新應用促成電子產業與更多跨領域產業之間的合作,電子產業上、中、下游也會因為應用趨勢的變化以及供應鏈環境的變化而需要更緊密的聯繫。台灣第一家半導體IDM廠、後來轉型為專業晶圓代工服務供應商的聯華電子(UMC)市場行銷協理王成淵,在「EE大師論壇」中,則針對在種種因素造成的全球性晶片缺貨狀態下,電子供應鏈上下游廠商之間應該如何強化合作模式提供看法。

王成淵指出,自2018年開始白熱化的美中貿易戰,以及2020年初蔓延全球、至今餘燼未熄虐全球的新冠病毒肺炎(Covid-19)疫情,對全球電子產業供應鏈的影響劇烈。像是疫情期間大眾在家工作、在家學習趨勢,產生對3C產品與通訊、雲端資料中心流量的大量需求,讓晶片需求量暴增。但疫情封城、停工導致的生產交貨期延長以及全球運輸危機,再加上極端氣候如2021年初美國德州超強寒流導致的電網停擺,以及台灣在邁入夏季時發生的缺水情況,都為整體半導體供應鏈帶來各種變數,導致晶片缺貨狀況。

更雪上加霜的是,半導體產業對成熟製程(22奈米~90奈米節點的12吋晶圓生產線與所有節點的8吋晶圓稱產線)投資不足,但市場需求量卻只增不減;估計在2021~2026年間,市場對晶圓代工產能需求量的複合年平均成長率(CAGR)為4.7%,然而產業的供應量CAGR僅有2.3%。晶片缺貨導致像是汽車等終端應用產品無法出貨,使得產業成長停滯。

在這種情況下,王成淵認為,提升供應鏈的能見度非常重要,從最上游的IC設計業者、晶圓代工業者,到中、下游的模組與終端系統生產者,需要更緊密的合作與透明化的資訊交流,如此才充分掌握需求與供應情況,及時應變,也能避免在未來出現產能投資過剩的浪費。他強調,晶圓代工產業與客戶之間能共同分攤風險與成功,是建立理想、務實長期合作夥伴關係,也讓電子供應鏈更健康發展的關鍵。

後疫情時代的台灣ICT產業商機

那麼在所謂的「後疫情時代」,台灣ICT產業究竟可以掌握哪些發揮優勢的新商機?工研院(ITRI)產科國際所所長蘇孟宗從產業分析角度出發,與「EE大師論壇」的聽眾分享了科技領域的最新發展大勢。他指出,疫情讓大眾的行為模式、企業的營運策略都產生變化,對數位技術的依賴度與投資也大幅提升;而世界各國致力於在2050年實現「零碳排」目標,預期將推動產業供應鏈朝採用綠能的方向發展;此外,少量多樣化的AIoT應用更進一步滲透至大眾生活的各方面與各行各業,半導體技術將持續扮演關鍵核心。

 

台灣半導體產業在疫情中仍然表現亮眼。

(來源:工研院產科國際所)

 

雲端趨勢與數位轉型帶來的挑戰與助力

雲端與數位轉型對大多數的「EE人」來說應該都不是陌生的名詞,這是帶來龐大電子零組件與半導體需求的新應用,衍生了各種創新服務與產品。而AWS香港暨台灣總經理王定愷在「EE大師論壇」中特別強調,雲端與數位轉型不只是帶動了市場對電子與半導體元件的需求,也正為電子技術的演進、生產力的提升帶來助力。

王定愷表示,數位浪潮正席捲各行各業,各種廠商都需要對客戶的需求與市場變化做出迅速的反應,才能面對激烈的競爭與挑戰;然而「昨日的科技無法驅動今日的進步」,特別是中小型企業並不容易在短時間之內就能快速部署、升級自有的基礎設施,更別提負擔額外成本。雲端技術在此時成為重要的助力,「投資電腦不如投資人腦,」透過各種雲端工具與服務,企業更能專注在人才與研發的投資。

經過多年的經驗累積以及研發投資,王定愷指出,紮根台灣的AWS利用遍布全球的據點、廣泛而深入的服務項目,以及平台安全性的持續升級強化,助力本地產業加速轉型並走出國際市場;而與台灣ICT產業不只是技術合作夥伴的關係,AWS也幫助像是聯發科(MediaTek)、台塑勝高等半導體業者,實現高效率完成IC設計專案的任務以及晶圓片製造良率的提升。展望未來,AWS期望能與台灣電子產業社群建立更緊密、長期的關係,共創成功。

寬能隙半導體助EV「動力滿滿」

雖然疫情影響的全球產業的發展步調,但各國環保政策的推行卻未停滯。這也帶動全球電動車(EV)產業在疫情期間逆勢發展,隨著全球「上路」的電動車數量越來越多,相關充電的需求,如充電樁的建置及快速充電技術的發展,已成下一波電動車產業主要發展的項目之一。

安森美(onsemi)台灣區負責人莊紹揚表示,激勵全球電動車快速發展的因素包括各國針對二氧化碳排放量的懲罰措施、購車補助及環保意識的高漲。而這些因素衍生電動車大於80kW及快速充電需求,進而帶動支援快速DC充電的充電樁發展迫在眉睫。

不過,充電樁的開發亦不是件易事。莊紹揚指出,要開發高電壓且快速DC充電的充電樁,需面臨高峰值功率(peak power)、大於95%的高轉換效率、成本,以及具高頻、散熱佳且強固的小型化/模組化設計外型…等挑戰。此時,寬能隙元件中的碳化矽(SiC)較於傳統矽元件所具備的各項優勢,如更高的擊穿電場、高頻、耐高溫,以及減少系統元件…等,即成為相關業者的最佳救援投手。

 

電動車充電樁設計電路方塊圖。其中,SiC元件特性使其在MOSFET、模組等方面,較矽元件更具優勢。

(來源:安森美)

 

顯示器驅動IC擘畫美麗新視界

疫情讓人們只能宅在家工作、學習,進行社交活動或是玩遊戲,因此對於顯示器的需求大幅提升。但人們不僅需要顯示器本身,對於會一直「盯著」的顯示器顯示效果、影像品質,也愈發的要求。就電子紙應用來說,根據市調單位統計,2025年電子標籤(ESL)市場規模約可達17億美元,不僅將取代傳統的紙標籤,且更好看、顯示更多資訊的彩色電子標籤在零售市場的熱度也將不斷升溫。

不僅如此,PMOLED、Mini/Micro LED與更大尺寸或行動裝置的顯示面板,也受惠於疫情,而有更好的發展。晶門科技(Solomon Systech)行政總裁王華志認為,居家許多裝置皆越來越不能沒有顯示器,尤其在疫情期間,人們對各類裝置上的顯示器要求越來越高,若要讓顯示器可以呈現更加精采的畫面,則需要高效能的顯示器驅動IC。

舉例來說,未來OLED晶片將運用到Mini/Micro LED;大尺寸顯示器將從4K走向8K,消費者不僅對大尺寸電視螢幕影像品質需求越來越高,甚至希望其刷新率能提升至240Hz,這些都需要高整合電路顯示器晶片的協助及配合,才能達成。

半導體元件打造綠能新世代

雖然疫情仍在發生,但各國對於節能和綠能的發展依舊不遺餘力。疫情期間持續驅動半導體市場持續成長的四個領域包括能源效率、智慧交通、安全,以及物聯網和巨量資料,其中能源效率的提升,牽涉到許多應用,因為電力是眾多應用的基礎之一,因此在各式應用中的能源效率方面著墨更多,將可實現綠能新世代,讓地球更永續發展。

英飛凌(Infineon)科技電源與感測系統事業部資深協理陳清源表示,現今全球面臨許多挑戰,包括人口成長、天然資源越趨匱乏,因此各國紛紛祭出越來越嚴格的環保政策與法規標準,對電力產生、配送、電源供應器的設計各方面,增加很大的挑戰。要解決這些挑戰,除了現在主流的矽晶零件須持續進步、突破外,寬能隙半導體由於耐高壓、高溫及高頻操作的特性,得以打造效率更高、可靠性更高、體積更小的系統設計,因此在工程師設計綠能產品時,也提供了許多助力。

例如,透過英飛凌寬能隙半導體元件打造的資料中心,一年可省下相當於5,400萬噸二氧化碳排放量的電力。但這不意味著,寬能隙半導體將全面取代現有的矽基元件,陳清源認為,矽與SiC和氮化鎵(GaN)等寬能隙半導體各具優缺點,往後幾年市場主流仍是矽基元件,也就是說三者將相輔相成,互相成就。因此業者在打造綠能產品時,應依應用所需及各半導體材料元件特性,找出最適合其產品的元件。

 

矽、SiC、GaN不同材料的特性。

(來源:英飛凌)

 

端對端測試解決未來通訊電子研發新挑戰

新冠疫情讓全球各產業加快了數位化的腳步,而數位化的進程,也導致全球數據產生量大幅攀升。台灣是德科技(Keysight)行銷處副總經理羅大鈞援引市調單位的資料指出,預計至2025年全球將有50億的行動網路用戶、12億5G用戶與730萬台連網裝置,全球也因而將產生1.63億TB的資料量。由於資料量爆炸性成長,對於高頻段與高頻寬需求大增,因此不但促使產業加速進入5G Release 16、17技術規範、進行6G技術的早期研究,2030年全球更預計將發射11,000顆低軌道衛星,以滿足數位化時代資訊量大爆炸的傳輸需求。

換句話說,資料量的暴增促使各種通訊技術必須加快演進,因此毫米波(mmWave)頻段的使用、增加頻寬、採用更高階的調變技術…等,已成為必然之路。羅大鈞認為:「數位轉型是一個好的發展,但衍生的挑戰相對也多。」產業的數位轉型要能真正落地,需要5G通訊技術和物聯網的普及,以及打造更多樣的裝置,且為了滿足快速變遷的市場需求,工程師需要加快腳步追上最新的通訊技術進展,以及產品開發時程。

但通訊技術的快速發展、標準不斷的演進,也為工程師開發產品時帶來了新挑戰。羅大鈞舉例,提高頻寬會導致SNR變差、更高階的調變技術需要設計更精準的接收器(Rx),這些從產品設計、開發到量產階段的各種挑戰,都可透過端到端的測試解決方案來一一克服。

 

5G 進展和部署推動產業持續投資。

(來源:是德科技)

 

最強大腦建構新AIoT應用

數位化趨勢讓各行各業在疫情中得以順利發展,這也導致在工業與汽車等AIoT應用中,對於微控制器(MCU)的效能、即時控制、多系統整合與通訊,以及邊緣處理方面有更高的需求,因此進一步提升微控制器的效能成為必然的趨勢。

德州儀器(TI) Sitara微控制器總經理Mike Pienovi表示,現今的AIoT應用中,例如智慧工廠大多要能做到分散式運算、靈活快速的連網,以及邊緣智慧。這些要求使負責設計工業機器人和連網工廠的工程師需要努力實現從工業通訊到精確馬達控制,再到預測性維護等多樣化的功能。此時,現有的微控制器效能將捉襟見肘。

因此,Pienovi強調,具備既有微控制器特性,以及效能可媲美為處理(MPU)的微控制器將協助工程師設計的產品能夠具備上述要求外,還能擁有安全性、易用性,進一步提升智慧工廠的效率及生產力。

記憶體讓AI微控制器更省力

當物聯網朝工業物聯網(IIoT),再演進到AIoT時,在這演進的路程中,5G與人工智慧(AI)、巨量資料、雲端/邊緣運算技術扮演了重要的角色。不僅如此,還需要眾多形形色色的終端裝置,進而落實智慧家庭、智慧製造與智慧城市等智慧物聯網應用。

由於終端產品具備的多樣性,以及須具備推論能力以實現AIoT應用,因此可以說終端裝置將是AI技術的主要應用市場,而AI微控制器就是落實AIoT「隨時、隨處可見」的關鍵。華邦電子(Winbond)行銷技術經理廖裕弘指出,此時除了微控制器執行AI推論,還需要相應的外接記憶體協助,才能讓邊緣裝置內部的微控制器,具備AI微量推論的功能,同時,還兼顧低功耗,以進一步分擔雲端運算的負擔。

AI微控制器要擁有推論的能力,就必須提升運算能力,也需要更多的通訊、影像、語音功能。廖裕弘認為,選擇合適的外掛DRAM產品,不僅能滿足低功耗、少接腳佔用與支援不同應用場景的AI微控制器所衍生的外掛記憶體需求,還能分擔微控制器的負載。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年11月號

 

 

 

 

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