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金融風暴下的電子產業新局(二)
2009電子高峰會特別報導

【作者: 籃貫銘】   2009年06月09日 星期二

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隨著經濟觸底的疑雲過去,市場開始轉而關注復甦「春燕」來臨的信號。那麼春燕來了嗎?根據經濟學家克魯曼的說法,「短期審慎、中期悲觀、長期樂觀」,若依這段陳述,那麼現在討論經濟復甦的時機點,早了何止10年。不過,短期審慎這句話充滿了玄機,似乎意味著任何的改變都可能發生,特別是電子產業,因為在當前的時代下,任何的技術創新與產業進化都與電子科技脫不了干係,其中,半導體技術更扮演中舉足輕重的角色。


在上一篇中,我們已談過了FPGA產業將如何利用當前的金融危機來擴大自己的競爭優勢,特別是在消費性電子端與ASIC的競爭,而其逐漸改進的電耗與成本性能,也是FPGA解決方案日漸位居主流的一大要點。繼FPGA之後,本期所報導的則是MEMS技術以及可攜式電子的電源管理,包含ADI、Maxim、Microvision、VTI Technologies、Kionix、NS、Mentor Graphics、Fairchild等先進的半導體大廠,都做出了重要的發言。



《圖一 MEMS技術座談會,包含ADI、Maxim、Microvision、VTI Technologies及Kionix五家MEMS元件供應商都與會發表看法。》
《圖一 MEMS技術座談會,包含ADI、Maxim、Microvision、VTI Technologies及Kionix五家MEMS元件供應商都與會發表看法。》

價格與性能的兩難 MEMS技術面臨轉折

對於產業來說,MEMS技術絕對不是個新名詞,它悄悄的進入電子產品中,早已長達數十年的時間,包含噴墨印表機的噴墨頭,以及部分的汽車電子元件等,早就有了MEMS技術的身影;然而對產業來說,MEMS技術卻是個新焦點,最主要的因素是這個老技術在消費用性電子產品上找到了新應用,包含任天堂的Wii以及蘋果的iPhone就是最好的代表。於是多家的半導體商與系統商開始投入MEMS產品的開發,並紛紛把重心放到消費性市場上。


至此,市場開始創造出更多的MEMS應用與MEMS裝置,在短短的2~3年之間,MEMS元件的出貨量便創下歷史新高,2007年的整體MEMS出貨量就達到20億顆,為MEMS元件成長的高峰期。隨後,MEMS元件也難逃金融風暴的強襲,整體市場開始出現了衰退的情況。然而,危機就是轉機,為了擴大MEMS元件的應用範圍,特別是因對當前的金融危機,MEMS供應商了解必須將產品價格進一步的降低,才有可能再創新高峰。而本屆的電子高峰會也特別針對MEMS技術的發展舉行了一個座談會,包含ADI、Maxim、Microvision、VTI Technologies及Kionix五家MEMS元件供應商都在會中發表了獨到的看法。


《圖二 Analog Devices副總裁Mark Martin表示,MEMS技術徹底的改變了消費者的使用體驗。》
《圖二 Analog Devices副總裁Mark Martin表示,MEMS技術徹底的改變了消費者的使用體驗。》

消費性電子產品帶起MEMS元件需求

MEMS座談會的主持人TechOnline主編Patrick Mannion表示,過去MEMS元件已大量的運用在汽車的加速計應用上,但最近2年,MEMS在汽車的應用上已逐漸衰退,取而代之的是消費性電子應用的成長。根據統計,去年整體的MEMS市場規模達到60.7億美元,其中有很大的成長是來自於消費性電子產品。


Analog Devices副總裁Mark Martin表示,ADI投入MEMS元件的製造已經有數十年的經驗,其中有很大的部分是在汽車的應用上,而最近幾年,MEMS元件則在消費性電子產品的銷售上有突破性的成長。他指出,MEMS技術徹底的改變了消費者的使用體驗,讓人們對於終端產品的感受有了全新的定義,也讓消費性產品有了更多的差異化空間。而除了在汽車與消費性產品的爆炸性成長之外,MEMS技術也將更進一步的跨入醫療與工業的應用。


《圖三 Maxim MEMS產品事業群總裁Vijay Ullal表示,MEMS技術不單單只是一個市場新話題,更是第三種革命的關鍵技術。》
《圖三 Maxim MEMS產品事業群總裁Vijay Ullal表示,MEMS技術不單單只是一個市場新話題,更是第三種革命的關鍵技術。》

Maxim MEMS產品事業群總裁Vijay Ullal表示,MEMS技術的起源最早可追溯至200年前,大概是在工業革命的時候,那次的革命不但造成了社會的轉變,同時也是文明的轉變,主要的就是將能源轉為動能,而那就是機械的起源;而第二階段的革命則是機械轉變成運算,代表的產物就是電晶體(transistor);而第三個革命則是機械轉變為感應器(Sensor)。若將機械、運算及感應器三者結合,便能得到一種真正的智慧型產物,並將人類的生活帶往更高的境界。他強調,MEMS技術不單單只是一個市場新話題,更是第三種革命的關鍵技術。而Maxim所專注的領域則是在感應器的技術,能夠將類比與數位訊號的轉換完美的呈現。


MEMS顛覆使用者體驗

《圖四 Microvision業務與行銷副總裁Ian Brown表示,智慧型手機有太依賴螢幕呈現(too in screem)內容的缺陷。》
《圖四 Microvision業務與行銷副總裁Ian Brown表示,智慧型手機有太依賴螢幕呈現(too in screem)內容的缺陷。》

Microvision業務與行銷副總裁Ian Brown則表示,如大家所見,個人可攜式電子產品在應用與功能上有了相當的進步,特別是智慧型手機的發展,這讓人們可以更容易的使用和讀取數位媒體內容,但這樣的發展存在一個致命的缺陷,那便是所有的內容都太依賴螢幕來呈現(too in screem),因此,部分的內容或體驗便無法完整的呈現。他指出,Microvision的目標便是改善消費者在可攜式裝置上的使用體驗,透過核心的MEMS技術,並整合了光源投射元件,開發出一種名為「Pico」引擎的投影技術,能在輕薄短小的可攜式裝置上,把完整的數位媒體內容投射出來,讓使用者可以享有更豐富的內容體驗。


《圖五 Microvision展示「Pico」引擎的投影技術。》
《圖五 Microvision展示「Pico」引擎的投影技術。》

VTI Technologies副總裁Scott Smyser表示,不僅是消費性電子產品,事實上MEMS元件在很多產品應用上都有成長,特別是在感應器的應用上。但為何今日這項技術變的如此特別?主要的原因就是它整合了運算並在通訊介面上做了改進。但MEMS元件技術的發展關鍵還是在感應器的設計,如何將運動過程轉變成有用的資訊,並傳達到裝置應用上,是這項技術的困難所在。至於如何提昇MEMS感應器元件的銷售成長,則有兩件事需要改進,首先是裝置應用的革命,如蘋果的iPhone;其次是元件供應端的改善,如讓MEMS元件更低價,同時體積更小,並且提供更多的軟體和設計支援,讓MEMS元件更容易使用。


《圖六 VTI副總裁Scott Smyser表示,不僅是消費性電子產品,MEMS元件在很多產品應用上都有成長,特別是在感應器的應用上。》
《圖六 VTI副總裁Scott Smyser表示,不僅是消費性電子產品,MEMS元件在很多產品應用上都有成長,特別是在感應器的應用上。》

Kionix業務與行銷副總裁Eric Eisenhut表示,Kionix在消費性電子產品應用上已有數年的歷史,特別是協助客戶將MEMS感應器技術的類比與數位信號整合至系統中,並與系統協同運作。客制化的MEMS技術,在汽車應用上最為困難,尤其是在技術與性能上的需求;另一方面則是消費性產品,其關鍵是在使用者介面體驗的改良,這是決定一項產品好壞的基礎。而將產品的介面設計與終端使用需求拉近則系統設計的竅門所在。為了協助客戶達成此目的,提供產品開發套件工具則是元件商要做的事,讓客戶快速更容易的與元件商合作。至於整體的MEMS市場,未來仍將會廣泛的成長,不單只是消費性電子產品,包含汽車電子、醫療照護以及工業應用,都會有更多的MEMS技術導入,而如何將這麼多的元件與功能恰如其分的整合,則有賴產業共同合作解決。


價格與性能是系統商的抉擇

Scott Smyser表示,毫無疑問的,MEMS如果要進入高量產的消費性市場必定要降低成本。對此,VTI使用了一種所謂「Chip on MEMS」的技術,就是利用3D封裝的方式,將MEMS元件與ASIC晶片堆疊在一起。不同於一般的MEMS製程,VTI的Chip on MEMS技術是在晶圓製程前來處理MEMS與ASIC的整合,因此不但晶片的體積小,同時成本也非常低。目前VTI新的三軸加速計便是世界上最小且低成本的解決方案。


Eric Eisenhut則表示,除了在MEMS製程與封裝的成本上下功夫外,充分了解客戶終端系統與裝置的設計需求也十分重要。他強調,Kionix並不會一味的追求降低元件的成本,而是充分與客戶合作,了解產品的功能與需求,並提供完整的設計方法與元件,由客戶來決定哪種方案才是適合該產品,而不是只在單價上競爭。


《圖七 Kionix業務與行銷副總裁Eric Eisenhut表示,不只消費性電子產品,包含汽車電子、醫療照護以及工業應用,都會有更多的MEMS導入。》
《圖七 Kionix業務與行銷副總裁Eric Eisenhut表示,不只消費性電子產品,包含汽車電子、醫療照護以及工業應用,都會有更多的MEMS導入。》

Mark Martin表示,過去MEMS技術難度高且低量產的時代已經過去了,接下來MEMS的成本將會快速的降低,這點從目前的MEMS出貨量便可得知,這也證明了MEMS製程技術已成熟,並逐漸克服價格障礙。但他同時也指出,價格並不是MEMS技術的唯一障礙,關鍵是在如何創造出更多的應用。消費者的使用體驗是非常的不可思議,因此,用什麼樣的MEMS應用去抓住消費者的心才是業者要關注的重心。他表示,未來MEMS的市場也將會出現一定的市場區隔,有低價的應用,自然也有高階的產品。


《圖八 VTI使用「Chip on MEMS」的技術,達成體積小低成本的目標。圖為VTI最新的三軸加速計。》
《圖八 VTI使用「Chip on MEMS」的技術,達成體積小低成本的目標。圖為VTI最新的三軸加速計。》

自EDA著手 行動電源管理要從頭開始

對可攜式裝置的開發者來說,電源設計是其心中永遠的痛,如何透過優異的電源系統來進一步降低電耗並延長使用時間,是其念玆在的課題。然而,延長裝置的使用時間並不單單是終端業者的責任,必須連晶片端都要有所改進才行,甚至是在晶片開發之前的EDA工具,就要放入電源管理的概念。這是一個從上到下整體的思維,如此,才能真正克服行動電源的難題。


經濟衰退未降低電力需求 節能要整體考量

Mentor Graphics執行長Walden C.?Rhines在專題研講上表示,人們對於電力的需求一直是有增無減,即便是在當前的金融危機之下,電力的耗損仍是持續的增加,光電子產品就佔了所有電力支出的13%。原因有很多,包含裝置電晶體數目的不斷增加,造成裝置的電耗持續提高;電池技術在最近4年內,未有明顯的突破;晶片的漏電問題;以及網路應用的普及,特別是資料中心(Data Center)的廣設,更是產生了無數的電力怪物,其用在散熱上的電力消耗是非常可觀。


《圖九 Mentor Graphics P&R部門總經理Pravin Madhani表示,2008年是晶片業一個重大的轉折點,這個變化主要來自於低功耗的需求。》
《圖九 Mentor Graphics P&R部門總經理Pravin Madhani表示,2008年是晶片業一個重大的轉折點,這個變化主要來自於低功耗的需求。》

Rhines指出,為了克服電耗的問題,晶片業者必須找出新的電路設計方式來因應。與過去的設計方式不同,現在的系統商會在裝置開發前,先定好電耗目標,整體的系統必須在此電耗範圍內,因此,包含晶片端的物理設計、RTL設計、系統的整合設計、散熱的問題以及應用的軟體等,都必須考量在內。而EDA工具能夠提供晶片開發者準確的電耗模擬分析,並在最上層的RTL階層就著手低功耗的設計,而其能達到的劫店性能也最大,並藉此協助開發者符合系統的電耗目標。


低功耗需求衝擊晶片設計

Portable Design主編John Donovan表示,在可攜式產品的設計上,開發者所面臨的最主要挑戰便是CPU與電池,其中可攜式電源更是最大的問題所在。而要解決電耗的問題約有35到40種不同的途徑,從簡單的單一電壓、電源時脈,到高階的晶片架構設計等,眾多的環節都必須要考量在內。


《圖十 NS研發主管Gordon Mortensen表示,光是在晶片製程上做改進是不夠的。》
《圖十 NS研發主管Gordon Mortensen表示,光是在晶片製程上做改進是不夠的。》

Mentor Graphics P&R部門總經理Pravin Madhani表示,對晶片業者來說,2008年是一個重大的轉折點,這個變化主要來自於低功耗的需求。而促成這樣的需求產生,首先是包含iPod、iPhone和各式的手機在內的可攜式電子產品的熱銷,其次是資料中心與伺服器導入節能觀念,第三便是製程的演進,尤其是低功耗45奈米技術的推出。而這三個因素讓晶片設計快速的朝向低功耗發展,其中又以邏輯閘的睡眠/喚醒與多重電壓技術,對於低功耗系統與晶片設計有絕對性的影響。


動態電壓與軟體管理是節電重要命題

NS研發主管Gordon Mortensen表示,自1973年時,第一部行動電話誕生以來,手機與可攜式多媒體裝置的功能與性能便不斷的提升。包含儲存的容量、傳輸的頻寬、無線網路連線、顯示幕的尺寸,以及電晶體邏輯閘的數目,都是飛快的成長,這也造成了裝置電耗的不斷提升。而未來的可攜式裝置應用,又將以影片傳輸為主,這無疑是對電耗更大的挑戰。為解決這個問題,光是在晶片製程上做改進是不夠的,必須有效的進行裝置與晶片的電源管理,特別是每個裝置的電耗需求都不同,因此動態電壓調節(DVS)的技術就顯的非常重要。


《圖十一 Fairchild資深行動電源解決方案主管Bruno Kranzen表示,電源管理並不只是晶片公司的問題,必須與所有的業者共同合作。》
《圖十一 Fairchild資深行動電源解決方案主管Bruno Kranzen表示,電源管理並不只是晶片公司的問題,必須與所有的業者共同合作。》

Fairchild資深行動電源解決方案主管Bruno Kranzen表示,手機的應用與功能仍不斷增強中,未來人們將會直接從網路上下載影片至手機上,用手機拍攝高解析的照片,而通用的多核心技術也會成為主流,這些趨勢都將造成電耗進一步的提升。然而,電池科技並未跟上裝置功能的發展,這也是為何電源管理技術如此重要。但電源管理並不單單只是晶片公司的問題,晶片業者也無法獨自解決這個問題,必須與所有的業者共同合作,包含系統業者、應用軟體和作業系統等。當然電路設計仍是其中最關鍵的核心。


《圖十二 Mentor Graphics執行長Walden C.?Rhines表示,即便是在當前的金融危機之下,電力的耗損仍是持續的增加。》
《圖十二 Mentor Graphics執行長Walden C.?Rhines表示,即便是在當前的金融危機之下,電力的耗損仍是持續的增加。》

結語

MEMS技術在消費性電子產品上嘗到甜頭後,供應商們想當然爾會進一步擴大其應用層面與市場規模,因此價格的因素很快就會被克服,且幾乎不會成阻礙MEMS發展的絆腳石,真正的困境還是來自於創新應用與使用者體驗的改善。至於人們所關心的「MEMS Fabless」議題,短期內恐難成氣候,至少在未來5年之內,檯面上的主要MEMS供應商都沒有相關的計畫,目前只有少數的公司,特別是在台灣地區,才有零星的產品活動。而在可攜式電源管理的部份,該命題仍是極重要的環節,不只晶片商和系統商會積極投入發展,軟體商也將扮演舉足輕重的角色。所有的業者都一致認同,節電必須考量所有的環節,光靠單一產業的努力,是起不了太大作用。


還在MEMS與可攜式電源之後,下一期則將報導嵌入式設計與4G通訊的發展。(未完待續)


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