台灣物聯網產業轉型 擘劃2025全球產值5%大願景

作者 : 蔡銘仁、Anthea chuang,EE Times Taiwan

在萬物聯網的物聯網(IoT)時代,各類裝置靠著晶片進行智慧化升級,實現了常聽到的智慧城市、智慧交通、智慧家庭等應用。隨著5G、AI等前瞻技術發展,進一步推進物聯網進化為AIoT...

在萬物聯網的物聯網(IoT)時代,各類裝置靠著晶片進行智慧化升級,實現了常聽到的智慧城市、智慧交通、智慧家庭等應用。隨著5G、人工智慧(AI)等前瞻技術發展,進一步推進物聯網進化為智慧物聯網(AIoT);新冠肺炎驅使數位轉型增速等趨勢,讓企業更加重視相關技術發展,如今紛紛加大投資,使產業大步向前邁進。市調單位MarketsandMarkets預估到2024年,AIoT市場規模將從2019年51億美元,提升到162億美元。

即便AIoT市場到底有多大,很難有人能給出明確輪廓,但潛在商機相當龐大,是可以確立的。為此,在日前由《EE Times Taiwan》與《EDN Taiwan》出版商ASPENCORE舉辦的Tech Taipei「嵌入式設計與萬物聯網市場脈動研討會」,邀集各界專家與會,從不同面向解析和談論在AIoT市場的競爭中,產業還有哪些契機和挑戰。

亞洲矽谷計劃執行中心行政長李博榮,替本場活動揭開序幕。他表示,亞洲矽谷現在進到2.0階段,下一階段就是希望能因應新的數位科技發展,協助台灣在AIoT的數位科技研發、市場推動及應用三方面發力,台灣物聯網產值從2016年起持續上升、全球佔比擴大,2018年產值突破新台幣1兆元,即便2019年遭遇新冠肺炎疫情發展趨緩,但2020年產值跟全球佔比都有結構性的躍升,預估今年年底產值將突破新台幣2兆元。

亞洲矽谷擘劃至2025年的願景。(來源: 亞洲矽谷)

對今年要達成2兆元的預估數字,乃至台灣物聯網產業的未來持續壯大,李博榮樂觀其成。他說,全球疫情影響慢慢趨緩,未來將恢復常態,供應鏈在生產需求上還是會逐漸恢復水準;再者,非接觸式或遠距的需求依舊存在,且維持一定成長;第三,是看到新的應用出現,包括淨零碳排、元宇宙、電動車等,都提供了物聯網相關廠商未來好的發展機會;在疫情跟全球經濟變化下,台灣物聯網發展還是非常暢旺,亞洲矽谷目標2025年物聯網產值要達全球5%。

「台灣物聯網產業,正在做結構調整和轉型升級。」李博榮指出,物聯網大致由底層到上層可分為感測層、網路層、資料層和應用服務層,從工研院調查的調查資料顯示,過往佔比較大的感測層,佔比在慢慢縮小,資料層則有增加,顯示物聯網產業漸漸擺脫傳統硬體製造思維,轉向系統整合甚至是應用服務,期待未來進一步向上層發展,創造更多應用服務,並在原有基礎上做垂直跟水平整合。

台灣物聯網產業正在進行產業結構調整。(來源: 亞洲矽谷)

不只產業努力,李博榮也直言,過去說政府是做為業界的後盾,現在也可扮演前鋒到第一線替產業爭取合作機會、拓展市場,如國際拓展東進、西進和南向,近年台美關係持續加溫,也進一步洽談5G、6G、開放式無線電接取網路 (O-RAN)、甚至低軌衛星等合作;國發會也提列2億元作為中東歐發展的預算,是未來中東歐合作的誘因跟機會;現在對台灣來說是重要的轉捩點,政府將可做為車頭燈,替產業把前方的路徑照亮,共同創造物聯網的商機跟機會。

不過,新冠肺炎疫情,或美中爭霸、俄烏戰爭等地緣政治衝突,給全球經濟跟供應鏈帶來非常大的衝擊。李博榮認為,未來應會在集團內做供應鏈的重組,理念相同、風險比較低的國家彼此共同合作,在大的自由民主基礎下,互相競爭又合作,較符合常態;另外通膨嚴重影響消費,也可能為產業發展帶來變數,需持續觀察。

藍牙2026年全球出貨量將破70億台 音訊傳輸新功能登場

在物聯網應用中,藍牙是不可或缺的重要無線技術,舉凡耳機、智慧音箱、穿戴裝置等應用,都靠著藍牙與其他裝置搭建起溝通橋樑,也因此帶動藍牙需求持續成長。據藍牙技術聯盟(SIG)分享的統計數據,藍牙裝置全球出貨量今年開始到2026年,將會一路穩定成長,2026年將首度突破70億台,年複合成長率9%,也就意味著屆時全球每人手上都會有1至多台的藍芽裝置。

藍牙SIG將藍牙應用分為四大解決方案,包括音訊傳輸、資料傳輸應用、位置衍生的藍牙應用、以及設備網路等,其中音訊傳輸屬最大宗市場;不過,位置衍生的藍牙應用及設備網路,近年成長飛快。位置衍生的藍牙應用基於低功耗藍牙廣播特性實現功能,包括室內定位、汽機車免鑰匙系統 (Keyless)等,今年年出貨量將達2.5億台,是成長最快的解決方案;同屬低功耗藍牙應用的設備網絡應用,則是透過設備多對多架設自主藍牙,實現系統控制等功能,今年底出貨量2.6億台。

 

藍芽技術聯盟四大解決方案,近年都將有顯著成長。 (來源: 藍牙技術聯盟)

 

位置藍牙應用之所以有大成長,藍牙技術聯盟亞太區市場總監李佳蓉表示,主要看到不少用藍牙實施定位系統的部署,包括室內定位、方向找尋等,最常被應用在零售業,如大型賣場可能就藉此幫助消費者更快找到自己的定位跟想購買商品的位置;再來就是倉儲物流系統,用以管理運送物資的位置;接下來資產或個人物品追蹤等應用,可望持續帶動成長,預期此服務未來5年有三倍年出貨成長。

另外,設備網路的應用,在智慧家庭、互連照明控制等應用市場持續擴大趨勢下,也可能會出現2.5倍的大成長,年出貨量2026年可望達12億台;尤其是互連照明控制,在企業追求永續目標的路途上,可望發揮助力。李佳蓉指出,業界評估發現將藍牙使用在互聯照明控制,達到能源成本降低70~75%的效益,現在社會ESG意識抬頭,企業需有智慧方式達到節能,這就是非常好的應用。

除了應用市場持續擴大,藍牙也推出全新藍芽品牌Auracast,具備導入新的編碼技術LC3、支持多重音訊串流、支援助聽器、以及實現廣播音訊傳輸等四大技術特點,未來在藍牙包括5.2及之後新版機種,看到LE Audio標示,就表示能支援該功能。

李佳蓉表示,這個新功能讓使用者在公共場所聚會,能直接跟符合Auracast規格的耳機進行音訊分享;需要隨時注意外界聲音的場合,比如候機室,配戴Auracast的耳機也能直接聆聽到緊急廣播,甚至在電影院看電影時,也能選擇想接受的聲道觀影;另外在健身房、醫院候診間等場所,避免打擾訪客多數公共電視會轉成無聲,未來有Auracast能隨時選擇想揭露的電視聲道享受播放內容。

 

藍牙技術聯盟推出全新品牌Auracast。(來源: 藍牙技術聯盟)

 

支應物聯網高速運算、大儲存容量需求需求 雅特力主打288MHz M4 MCU

說到物聯網設備的大腦,就會直接聯想到微控制器(MCU),MCU廠雅特力科技產品與行銷處長杜立博也直言,「MCU非常適合應用於物聯網。」他表示,物聯網可分為低階、中階和高階,最低階是俗稱的邊緣端 (Edge),中階為閘道器 (Gateway),高階是雲端服務,而MCU在低階跟中階都相當適合,現行不少產品裡也有相當多的MCU模組。

為此,雅特力推出一系列Cortex M4產品和開發工具,產品可分為低功耗、超值型、主流型、高效能型等產品線,打造完善產品平台,以便支應多元需求。比如,定位在最高階的AT32F435/437,具備運算速度288MHz,內建快閃記憶體(Flash memory)容量最大來到4,032KB等高規格,適用物聯網、工業自動化等高運算、大儲存需求;低階則有像AT32L021 M0+產品,主打待機功耗最低可小於20uA。

 

雅特力打造完整MCU生態系。(來源: 雅特力)

 

雅特力2016年成軍,是智原科技子公司,2018年開始銷售產品,去年全年出貨量突破1億顆,今年還有機會更上一層樓,甚至翻倍成長。杜立博說,雅特力用先進製程和背景優勢長期布局,有很多開發好的矽智財(IP),晶圓到封裝測試也有好夥伴,第一顆MCU就是55nm,現在往40nm跟28nm前進,這些都是硬實力,且晶片全都腳位相容,也做好驅動包,移植就相對容易,這樣的做法顛覆很多生態鏈,甚至有選8bit的客戶現在也轉用他們的MCU。

資料傳輸和運算量擴大 記憶體將華麗轉身實現「存算一體」

物聯網和AI、邊緣運算、5G、汽車電子等應用密不可分,且數據資料量越來越龐大,比如自駕車未來每天產出的資料量,就可能達4TB,因此必須要有更大容量的記憶體。旺宏產品行銷處處長黃盛絨指出,大數據衍生出對記憶體大容量的需求,在新的記憶體結構下,再進一步衍生高頻寬需求,IC效能也要越來越高,資料運算才能即時,比如車載應用一旦偵測到行人就要立即剎車,以此衍生出來就是高頻寬,還有低功耗、低系統成本等需求。

不過,當需要運算的資料量越來越大,若以傳統作法,功耗卻也會隨之上升,只靠CPU或MCU運算,也會影響到速度和頻寬。在這樣的狀況下,黃盛絨表示Flash或揮發性記憶體在AI下扮演的角色將轉移,Flash不再單純只做儲存,而會加入運算功能,也就是以記憶體為中心的運算,等於開始參與並分擔資料運算,如此一來,大量資料轉移的頻率就能因此下降,也就能進一步降低功耗,這樣的典範轉移也符合AIoT需求。

 

未來Flash memory將會從傳統純儲存角色開始站到幕前,分擔數據運算。(來源: 旺宏)

 

當記憶體要兼顧高容量、高頻寬、低功耗,還要具備運算能力,也就開始走入新的3D記憶體架構。以3D NAND Flash來說,黃盛絨解釋,2D屬於平面結構,3D則是堆疊結構,3D NAND擁有最高密度、最低製造成本,單一晶片容量可達1TB,透過堆疊使得同樣的面積,記憶體空間可以提升,這樣的架構也很適合把運算或搜尋計算功能加進Flash,讓記憶體與運算單元間的資料位移次數降低,符合AI未來趨勢。

為此,旺宏規劃名為「Fortix」的記憶體為中心的解決方案,提供具備記憶體運算(Computing in Memory)及記憶體搜尋(In Memory Searching)功能的3D NAND和NOR Flash產品。黃盛絨表示,透過在記憶體中先做資料搜尋,可直接在記憶體進行資料比對,無須藉由MCU處理,能大大提升頻寬更符合AIoT需求,降低功耗,適用於邊緣運算。

展望未來,黃盛絨認為,大數據跟AI的應用對記憶體的需求與規格,改變了記憶體既有的角色,記憶體未來將由以往在幕後資料儲存,轉到目前協助運算,實現「存算一體」,而先進半導體使2D NAND及NOR跨越無法微縮的障礙,進入到3D世代,促使容量持續增加,這將維繫NAND及NOR的成長動能,旺宏提供的Fortix 3D Flash,可望成為AI記憶體系統架構的最佳解決方案。

旺宏Fortix記憶體解決方案。 (來源: 旺宏)

 

裕晶醫學打造生醫晶片系統開發板 助攻開發者聚焦創新

物聯網技術的出現,讓穿戴裝置市場有了更多想像空間,裕晶醫學便由成功大學電機系教授李順裕領軍,結合半導體、醫學儀器、通訊網路等三產業的技術,近年深耕穿戴裝置檢測心律系統,開發名為「貼身守護神」的產品。透過微小的晶片,搭配生理訊號監測系統平台,可進行生理訊號檢測、訊號系統分析、以及生理訊號監控等功能,藉由近身端的人機介面將訊號傳至雲端,亦可進行大數據分析。

李順裕說,產品的起心動念來自哆啦A夢,可以把很多東西縮小,就在想醫院內的大型設備如何變成掌上型甚至貼片,因此開發這樣的產品。身體感測網路需結合身上的裝置跟載具,微型化的開發模組就很重要,感測部分就是物聯網的概念,中間會有運算,系統層面有監控平台。

裕晶醫學2019年成立至今,陸續推出貼心片、貼心音、尿檢譯、貼心衣、貼心帶、以及寵心衣等產品,以及試穿戴(Trianswer)。其中,試穿戴是具智慧穿戴式物聯網生醫晶片系統開發板,主打「Try and Get your Answer」的口號,李順裕期望以此結合感測、平台、分析的開發板,讓開發者或創客專注在產品發想上,開發各式各樣生理訊號檢測、馬達震動偵測等應用。

AI驅動物聯網創新應用

物聯網應用涵蓋範圍相當廣泛,但業者只是依照自己的發想開發產品,有很大的可能是產品會不受消費者青睞。恩智浦半導體(NXP)邊緣運算事業部(BL EP)應用解決方案產品經理黃佳琪表示,物聯網產品開發商需要從消費者的觀點去思考,消費者所需的物聯網產品是何種「樣貌」?才能真正讓物聯網解決方案打中消費者的心。

舉例來說,導入AI技術使物聯網應用裝置更為便利、安全,就是近期物聯網產品的重要發展方向。黃佳琪指出,透過AI技術,具備語音控制功能的物聯網裝置可以讓消費者感受到方便性和使用的樂趣;而過去不受青睞、讓人覺得不好用的人臉辨識功能,也是因為AI,進一步提升辨識精確度,讓使用者已幾乎離不開人臉辨識帶來的好處。

 

人臉辨識已成為智慧門鎖與智慧門禁等物聯網應用的重要功能。(來源: NXP)

 

然而要在物聯網裝置中實現AI功能,打造更多創新的應用,一般大家會想到可使用運算效能更高的微處理器,事實上,使用「跨界」MCU也能讓裝置擁有更多消費者可接受的功能。黃佳琪說明,恩智浦推出的EdgeReady及平台解決方案,即可協助物聯網裝置開發商在產品中導入語音辨識、人臉辨識…等功能,並減少從設計到產品問世的時間。不僅如此,透過SmartAccess平台產品,物聯網裝置開發商可以直接選擇所需的連接技術,例如藍牙、Wi-Fi、Thread,甚至是最新的Matter。此外,消費者最關注的隱私與安全性,恩智浦的產品也都內建了安全機制。

記憶體賦予物聯網產品新生命與智慧

隨著科技及產品的演進,物聯網產品與人類的生活密不可分。華邦電子(Winbond) DRAM產品行銷處技術經理何明哲表示,人們總是追求更便利的生活,希望生活中充滿「智慧」,而這正是現有物聯網應用朝添增AI、加入更多功能、連接技術與安全性的智慧物聯網發展的推動力。

這樣的發展也為記憶體帶來新的市場商機,何明哲說明,物聯網裝置要具備真正的智慧,只有AI技術是不夠的,透過感測器擷取眾多資訊才是裝置邁向智慧的基礎;也由於感測器取得的資訊中有大部分是來自使用者本身,可說是牽涉個人隱私的訊息,因此華邦的安全快記憶體即可發揮作用,協助提高裝置安全性,抵抗外在資安攻擊。

更重要的是,記憶體產品應隨著物聯網各階段的發展趨勢而生,也就是說從2015年問世的物聯網概念,到2018年的工業物聯網(IIoT),再到2021年的AIoT,每一階段的物聯網裝置或設備都有不同的需求、功能,以及採用的技術、半導體元件也各不相同。何明哲解釋,大到連網車輛,小到穿戴式裝置,各類物聯網裝置都有其特性,並非單一記憶體或是MCU就能「一網打盡」。因此華邦旨在使萬物連網世界中的各種產品都能有相對應的記憶體支援,進而賦予物聯網裝置新的生命與智慧。

 

不同的通訊技術,適用的記憶體類型就不同。(來源: 華邦)

 

高效能、低功耗MCU擴展物聯網應用

便宜、簡單使用且低功耗的嵌入式設計在導入物聯網概念之後,除了加入了各種連接技術,還需要考慮效能,因此不僅設計變得更加複雜,業者更需「超前部署」,考慮物聯網裝置的未來性。意法半導體(STMicroelectronics)技術行銷經理王柏雄認為,無論現在或是未來,物聯網的應用世界中,會需要越來越多的通訊技術,因此要延續物聯網裝置發展的未來性,其中一項即是加入更多種通訊協議。但每一種通訊協議各不相同,業者如果沒有相關的研發人才,光是弄清楚一種通訊協議可能就會曠日廢時,更遑論在物聯網裝置上內建更多的通訊技術。

為解決此問題,包括意法半導體在內的微控制供應商,紛紛推出支援多種通訊技術的無線MCU產品。王柏雄介紹,根據傳輸距離與資料傳輸量,可將現有的無線通訊技術稍作分類,業者有能從中選擇適合其應用裝置的無線技術,且意法半導體的無線MCU產品現在及未來都會參與並支援,以期提供完整的解決方案給客戶。不僅如此,為簡化物聯網裝置開發業者設計工作,STM32Cube生態系統將可提供最大的軟硬體協助,業者無須為了開發支援某項無線技術的產品,還需要花時間去了熟悉其他軟體生態系統。

 

通訊技術傳輸距離與資料量一覽。(來源: 意法半導體)

 

各式通訊技術到位之後,MCU的效能與功耗將成為左右物聯網產品能否獲得成功的關鍵。王柏雄解釋,內建各種通訊技術的物聯網裝置,雖然夠滿足未來市場的需求,但也意味著需要較高效能的MCU,才可有效處裡眾多的通訊協議;然而效能與功耗一向成正比,物聯網裝置不能因此而有太大的耗電,否則有些透過電池供電的裝置將失去其市場價值。有鑑於此,意法半導體推出STM32U5 MCU系列,兼具超低功耗與高效能特性,鎖定中高階、對能校比嚴格要求的物聯網應用。

Matter強化智慧家庭物聯網使用體驗

近期,說到智慧家庭此一物聯網應用時,眾人口中勢必三句不離Matter標準。Silicon Labs台灣區業務經理江志良解釋,由原本的Zigbee Alliance中由蘋果(Apple)、Amazon、Google合推的CHIP工作小組所打造的智慧家庭通訊標準,在Zigbee Alliance改名為連線標準聯盟(Connectivity Standards Alliance,CSA)之後,CHIP亦同時更名為Matter;而Matter標準最大的目標就是要解決現階段智慧家庭裝置間無法互通的痛點,提升使用者體驗。

眾所周知,物聯網市場的碎片化,導致物聯網應用,包括智慧家庭的發展處處被掣肘,也影響消費者使用體驗,因此物聯網市場亟需統一的連線技術、生態系統,才能將市場做大,並提高消費者使用意願。江志良表示,Matter並不是為了一統智慧家庭傳輸技術而創造的新連線規範,而是運用現有的物聯網通訊協議,衍生而來的新連線標準。換句話說,Matter標準定義了一套以IP為基礎的共同語言,以讓內建不同通訊技術或是各大廠自有生態系統的智慧家庭產品,得以互通。;此外,Matter標準具備開放性,讓智慧家庭產品設計開發人員無需押寶哪家廠商的生態系統,可將心力專注於產品的最佳化,進而滿足市場與消費者的需求,提供最佳的智慧家庭使用體驗。

 

Matter網路拓撲。(來源: Silicon Labs)

 

雖然目前Matter標準尚未底定,受到新冠疫情的影響而稍微延遲,不過。隨著今年秋天Matter 1.0版與測試規範陸續發佈,預期2022年底至2023年初將可看到支援Matter標準的智慧家庭產品問世。為迎接Matter標準的到來與隨之而來的智慧家庭商機,Silicon Labs已率先推出支援Matter、Zigbee、OpenThread、藍牙和多重協議的SoC產品,江志良指出,此產品不僅支援Matter標準和各種智慧家庭所需的通訊技術,還整合軟硬體以實現安全性與機器學習(ML),並擁有低功耗特性,可協助廠商開發出功能強大且互通性強的物聯網邊緣裝置。

助力物聯網發展的無線通訊技術

無線通訊技術可以說是嵌入式裝置發展成物聯網設備的關鍵之一,因此如何選擇並運用各種無線技術,也成了裝置開發商考量的重點。萊特菠特(LitePoint)台灣分部業務副總經理李鎮如表示,這兩年新冠疫情促使全球加速智慧化的進程,不但使普羅大眾對高資料傳輸速率通訊技術的需求大漲,物聯網裝置的資料傳輸量也暴增;不僅如此,隨著5G時代的到來,分析師預測全球數據消費增速將繼續以每年25%的速度成長,且要實現5G更高的速度和更低的延遲,也需要有足夠的網路容量,因此網路需要升級才能夠跟上需求,再者,可以僅靠電信營運商的5G基地台等基礎設施來解決設個問題嗎?

當然不能。因此,5G等行動通訊技術需要與Wi-Fi、UWB,或是光纖、xDSL等有線技術合作,才能解決問題。另一方面,若要在現有的物聯網設備提升資料串流量,就必須讓無線通訊技術採用或增加新的頻段,如5G使用了毫米波(mmWave)頻段,Wi-Fi 6E採用6GHz的未授權頻段。從上述可發現,沒有一種通訊技術可以通吃整個物聯網市場,李鎮如認為,這一點所有投入物聯網市場的業者都清楚,因此單一裝置內建多種通訊技術已成物聯網裝置發展最重要的趨勢。

 

各種無線技術都有其特性,沒有一項技術能通吃物聯網市場。(來源: LitePoint)

為確物聯網裝置的可用性與可靠性,因此支援多種通訊技術的物聯網裝置在推向市場前,需進行測試驗證。李鎮如指出,不只終端裝置需要測試,產品內的通訊元件、模組都需要進行驗證,因此一套完整設計驗證和生產的測試設備對工程師而言,是相當必要的。有鑑於此,LitePoint已推出支援各式通訊標準的測試設備與軟體,為設計工程師減少反覆修改、除錯的重工時間,並順利通過無線通訊技術所需進行的認證工作,進而加快產品上市時間並降低成本。

 

 

 

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