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產業技術評析

物聯網引領台灣半導體邁向新未來
發表日期:2015-05-21
作者:楊啟鑫(工研院IEK-ICT)
摘要:
物聯網正持續驅動智慧家庭的發展,歐美大廠如Google 旗下的家用恆溫器大廠(Nest Labs)成立的物聯網聯盟(Thread Group)、Apple在全球軟體開發商年會(WWDC)發表的智慧家庭平台(HomeKit)、Qualcomm主導的AllSeen聯盟(AllSeen Alliance)......

全文:

物聯網正持續驅動智慧家庭的發展,歐美大廠如Google 旗下的家用恆溫器大廠(Nest Labs)成立的物聯網聯盟(Thread Group)、Apple在全球軟體開發商年會(WWDC)發表的智慧家庭平台(HomeKit)、Qualcomm主導的AllSeen聯盟(AllSeen Alliance)、Intel為首的開放互聯網聯盟(Open Interconnect Consortium;OIC)等,皆以併購、開放API、自組聯盟等方式,進行異業整合,正熱烈擴展各自生態鏈。中國大陸廠商亦動作頻頻,布局其各自定義的智慧家庭生態鏈。即便歐美中日韓大廠們同時都在布局,但卻仍未有單一公司或聯盟可以完全稱霸智慧家庭市場的局面,這意味著領導廠商們仍在探索什麼樣的產品可以快速融入使用者家庭中,並且打開未來的智慧家庭入口。


物聯網將從智慧家庭擴展到其他領堿


在物聯網的驅使下,智慧家庭聯盟及平台倍出,且終端產品不斷推陳出新,但這卻只是物聯網其中應用領域一環罷了。其實除了智慧家庭以外,尚有智慧城市、智慧汽車、遠距照護及健康醫療等多樣化領域,亦將在此浪潮下開始有全新的面貌出現。上述領域其實是早已存在的,但就在半導體產業逐漸發展成熟,再加以通訊技術亦漸入佳境的情況下,開始有了新的終端電子產品應用,甚至在不久的未來,在雲端運算技術成熟後,亦會成為物聯網重要且不可或缺的一環,因此冠以”智慧”一詞,便是以半導體、通訊、雲端等科技技術融入其生態系中,達到雲網端全新智慧的面貌。


上述物聯網概念中,無論是哪個領域的物聯網發展,都需以半導體經設計、製造與封測製作而成的晶片當成電子終端產品的重要核心,半導體構成的終端產品如同載具一般,乘載著通訊技術及雲端運算的高度整合,達到全新智慧化應用,因此半導體IC產業將是支撐整個物聯網的重要硬體基礎。


物聯網下半導體IC產業發展趨勢


台積電張忠謀董事長在2014年提到,切入物聯網市場,IC產業未來需掌握三大技術開發原則。其一便是系統級封裝(System in Package;SiP)技術,因物聯網趨勢中,手機、穿戴裝置及其他相關應用強調的輕薄短小,同時亦不能失去其像智慧型手機一般的多功能,故需將各種不同製程和功能等同質或異質晶片加以堆壘整合,如加強處理器與記憶體的高效能整合解決方案等。這需從前段的IC設計開始便要有此藍圖進行全面性的解決方案,在晶圓廠配合設計端的模式進行如低功耗、TSV(Through Silicon Vias)等製造過程,到後端封測時再將不同功能區的晶片模組依設計端整合藍圖封裝在一起,達成體積減少及晶片多功能整合的目的,因此許多廠商朝提供完整的系統封裝和系統模組整合能力的方向發展,如日月光近年積極發展的SiP技術便是如此,其實際的應用產品如Apple在2014年4月開賣的Apple Watch,其S1晶片便是用日月光的SiP技術,強調單一晶片就是一整個電腦架構。經知名研究機構拆解後,發現S1晶片除了有Apple處理器搭載爾必達的512MB SRAM運行記憶體外,尚有意法半導體的加速度計/陀螺儀、ADI的觸控式螢幕控制器、IDT的無線充電晶片、AMS的NFC信號放大器、NXP的NFC控制器及Dialog的電源管理等形成。其二便是由於智慧型手機及物聯網穿戴式裝置是隨身帶著走的,因此需要更低的耗電量以達到省電的目的,由此可知低功耗必定是物聯網下半導體IC產業的重要發展趨勢,因此半導體廠商由設計端便提出超低功耗(Ultra Low Power)技術的解決方案,包括加強電源管理晶片的省電效能,及IC晶圓廠如台積電、聯電所開發出的低功耗製程平台(Low Power Process Platform),最後由後端封測廠發展低功耗的封裝技術如減少連接層及開發細線寬線距的封裝技術(Fine-pitch package technology)等。其三便是搭配健康管理、居家照護、安全監控、汽車聯網等情境的感測器(sensor)技術,因為感測器是外界與電子產品的溝通橋梁(Bridge),透過其將外界物理的感測要素如溫度、溼度、壓力、重量等變化轉變成訊號後,便可以量化的值呈現,再交由後台的雲端運算及回報使用者建議的資訊,因此感測器在扮演終端產品與外在物理環境溝通上,甚為重要。而隨著外在需偵測的物理因子多樣化的發展下,感測器亦朝多樣化發展,如用來測量人體溫度、血壓、脈搏,以及感測環境溫濕度或感測車輛間安全距離等都在其應用範圍內,也促使了半導體IC廠商不分台廠或外商,皆大量投入感測器相關的技術和製程開發。


物聯網下半導體產業由專業分工走向垂直整合


若與過去IC產業相比,過去強調先進製程以達到摩爾定律的延續,因此半導體發展的重心集中在設計與製造業的先進技術,但在物聯網趨勢下,終端產品的樣貌已非過往般強調高階先進製程的高效能,因為先進製程必定會反應出高成本,但如此高成本高效能卻不一定是現今終端產品所接受或需要的,反倒是以成熟低成本製程為基礎,再佐以設計封測端的高度整合其他功能區塊如各類感測器等,達到新的應用以符合終端消費者的需求,才是半導體在物聯網趨勢中的發展方向。因此物聯網產品對如今的半導體需求,是走向高效能整合功能及低成本方案,當然也要符合外觀輕薄短小等趨勢進行設計與開發,因此設計、製造、封測等上下游關係已不能像過去的各自專業分工,而是需更緊密地彼此溝通合作,例如在設計業要觀察並傾聽消費者終端產品的需求後,再與製造及封測業者共同開發出低成本且高度整合的解決方案,甚至與系統廠一起合作並腦力激盪,開發出更創新便利的終端產品,走在市場前面並引領未來人類科技趨勢,此亦是物聯網的精神所在。


IEK VIEW


綜觀物聯網下半導體次產業發展趨勢中,設計業者強調的是低功耗、產品輕薄短小及高度的整合以達到所需效能模式如SiP封裝技術,在晶圓廠則是以180~40nm之間的成熟及低功耗等特殊製程及開發如扇出型低成本晶圓級封裝解決方案,再輔以封測端的PoP或是3DIC的方式將處理器與記憶體作異質整合。值得注意的是,由於電子終端產品如手機跌價甚快,高效能及日益薄型化趨勢卻依然確立,因此急需低成本高效能的整合方案以達端終產品需求,扇出型封裝便是在此趨勢下逐漸醞釀而生,甚至連世界第一大晶圓廠台積電也將跨足此封裝的技術及市場,並買下高通在龍潭的廠房開發低成本高效能的扇出型封裝技術,預計在2016年開始量產後,屆時封裝市場將會進入更多元的時代。展望未來5年,短期半導體殺手級應用仍在智慧手機及筆電和平板電腦等,從新趨勢來看,凡事都脫離不了物聯網(IoT)的應用加值,台灣半導體廠商在努力今年業績之餘,應著眼了解未來5年IoT之重要應用機會,並及早擬訂相關應對策略,在未來5年仍持續有優於全球的成長表現,讓台灣IC產業產值從2014年的2.2兆元新台幣(全球排名坐二望一,僅次於美國),共同邁向5年內即突破3兆元新台幣的里程碑。

(本文作者為工研院IEK ITIS計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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