物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)潛力股促進(jìn)MCU、無線IC和感測器出貨猛漲

　　物聯(lián)網(wǎng)邁向多元無線接取、低功耗智慧控制/感測設(shè)計(jì)的趨勢日益明朗，將促進(jìn)MCU、無線通訊IC和感測器出貨量涌現(xiàn)一波接一波漲勢;半導(dǎo)體廠商亦看好這三類晶片將成為物聯(lián)網(wǎng)的明星方案，競相啟動新技術(shù)投資及產(chǎn)品開發(fā)計(jì)畫。

　　物聯(lián)網(wǎng)IC潛力股“漲”聲不斷。在穿戴裝置、車聯(lián)網(wǎng)、工控自動化和智慧家庭等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求帶動下，32位元微控制器(MCU)、低功耗無線通訊IC，以及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)感測器的出貨量正持續(xù)翻漲，相關(guān)晶片業(yè)者皆可望雨露均霑。

　　尤其今年開年以來，各個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用山頭皆有極具代表性品牌大廠全力相挺，如蘋果(Apple)力拱智慧手表--Apple Watch、Google/Nest強(qiáng)攻智慧家庭，而特斯拉(Tesla)、奧迪(Audi)和Volvo則快馬加鞭布局車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，甚至是下世代的無人駕駛車，更讓晶片開發(fā)商們吃下定心丸，更加義無反顧投資研發(fā)新產(chǎn)品線，或發(fā)動購并攻勢以快速補(bǔ)強(qiáng)專利和欠缺的技術(shù)拼圖。

　　其中，MEMS感測器搭上行動/穿戴裝置，以及各式支援智慧感測功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備熱潮，2014-2015年的出貨量已顯著彈升。未來5年內(nèi)，行動及物聯(lián)網(wǎng)裝置規(guī)模將上看三百億部，且內(nèi)建多軸動作感測器、麥克風(fēng)、壓力計(jì)和溫/濕度等感測器的數(shù)量亦可望翻倍，將逐年為MEMS市場挹注巨大成長動能，讓MEMS晶片商出貨及營收成長一飛沖天。

　　物聯(lián)網(wǎng)甘霖降不停 MEMS感測器出貨連年旺

　　圖1 臺灣博世執(zhí)行董事暨香港博世總經(jīng)理Bernd Barkey強(qiáng)調(diào)，未來，MEMS感測器類型和出貨量將顯著增加。

　　臺灣博世(Bosch)執(zhí)行董事暨香港博世總經(jīng)理白邦德(Bernd Barkey)(圖1)表示，智慧家庭、安防監(jiān)控、智慧照明，以及汽車的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和無人駕駛車皆帶來相當(dāng)廣泛的感測器需求;MEMS感測器業(yè)者正沿用在行動、穿戴裝置市場的成功路徑，以加速度計(jì)、磁力計(jì)和陀螺儀等慣性感測器，以及壓力與溫/濕度等感測器大舉在上述應(yīng)用領(lǐng)域開疆辟土。

　　白邦德進(jìn)一步解釋，如同手機(jī)和智慧手表一般，聯(lián)網(wǎng)汽車和家庭能源管理系統(tǒng)皆須利用感測器采集使用者或環(huán)境資訊，才能透過后端的嵌入式處理和無線通訊技術(shù)，將這些數(shù)據(jù)化為可運(yùn)算，且有參考及決策價值的資料。因此物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用滲透得愈快，也意味著更龐大可期的MEMS感測器需求;以Bosch Sensortec為例，2014年在車用感測器市場的出貨量已翻倍，此一巨幅成長走勢將延續(xù)至2015年，再攀上另一個高峰。

　　至于行動/穿戴裝置、智慧家電等ICT產(chǎn)品對MEMS感測器的導(dǎo)入需求更是顯著;尤其自2014年以來，業(yè)界從對Apple Watch將上市的預(yù)期心理，到產(chǎn)品正式出爐那一刻，將智慧手表市場帶至最高潮，皆為MEMS感測器應(yīng)用創(chuàng)造新契機(jī)。

　　Bosch Sensortec臺灣暨東南亞區(qū)總經(jīng)理黃維祥補(bǔ)充，臺灣系全球ICT產(chǎn)品制造重鎮(zhèn)，對于系統(tǒng)關(guān)鍵零組件往往有春江水暖鴨先知的掌握度，而2014年，Bosch Sensortec在臺灣的MEMS感測器出貨量，繳出成長100%以上的成績單，產(chǎn)品規(guī)格則明顯朝三軸、六軸，甚至九軸發(fā)展，因此更能突顯市場火熱的態(tài)勢。今年各種ICT設(shè)備引進(jìn)智慧感測設(shè)計(jì)的風(fēng)潮更盛、對元件功耗和性能要求更嚴(yán)格，預(yù)料MEMS感測器在2015年仍將有雙位數(shù)成長率，且在電路設(shè)計(jì)和封裝形式方面將呈現(xiàn)全新風(fēng)貌。

　　黃維祥強(qiáng)調(diào)，因應(yīng)穿戴裝置小體積、長效待機(jī)的設(shè)計(jì)趨勢，多軸MEMS感測器須進(jìn)一步與MCU結(jié)合，以減輕系統(tǒng)主處理器運(yùn)算負(fù)擔(dān)，同時縮減PCB占位空間;因此，今年3月該公司已發(fā)表三軸、六軸感測器內(nèi)建Cortex-M系列核心的方案，搶占技術(shù)演進(jìn)浪頭。

　　下一階段，行動/穿戴裝置將鎖定生物及環(huán)境感測設(shè)計(jì)，觸發(fā)光學(xué)式生物感測模組及環(huán)境感測器方案需求。

　　黃維祥透露，看好環(huán)境感測市場潛力，該公司已在臺設(shè)立先進(jìn)MEMS封裝中心，并成功打造壓力計(jì)、溫/濕度和氣體感測器整合型模組，將大幅縮減系統(tǒng)布局空間。此外，上述感測器封裝皆有一共通點(diǎn)--須開孔;換句話說，諸如MEMS麥克風(fēng)或其他類型的環(huán)境感測器也有機(jī)會如法炮制，讓系統(tǒng)廠能兼顧產(chǎn)品尺寸和功能性。

　　無獨(dú)有偶，芯科實(shí)驗(yàn)室(Silicon Labs)亦針對穿戴裝置、健身追蹤器、醫(yī)療設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)家電和工業(yè)自動化等領(lǐng)域，強(qiáng)打光學(xué)和環(huán)境感測器。在光學(xué)感測器方面，該公司已提供用于檢測紅外線(IR)、環(huán)境光線和紫外線(UV)強(qiáng)度的產(chǎn)品，并結(jié)合軟體開發(fā)工具和硬體參考設(shè)計(jì)，達(dá)成心率、紫外線指數(shù)、相對濕/溫度檢測功能;下一步更將朝血壓、血氧等生物征象監(jiān)測功能邁進(jìn)。

　　運(yùn)籌敦宏/訊芯三方合璧 Dialog納入光感測戰(zhàn)力

　　無庸置疑，穿戴裝置因貼身使用，幾乎已成生物感測應(yīng)用的最佳載具，因此包括聯(lián)發(fā)科、意法半導(dǎo)體(ST)、奧地利微電子(ams)等重量級晶片廠，以及華星、神念等臺灣新秀IC設(shè)計(jì)業(yè)者，皆計(jì)畫搶進(jìn)光學(xué)感測器市場，并正積極部署產(chǎn)品大軍。 不過，隨著感測元件增加，系統(tǒng)功耗問題將日益突顯，導(dǎo)致感測器與電源管理晶片(PMIC)的設(shè)計(jì)更加緊密;看準(zhǔn)此一趨勢，行動裝置PMIC大廠--戴樂格半導(dǎo)體(Dialog)也啟動與臺灣光學(xué)感測器廠--敦宏，以及系統(tǒng)封裝(SiP)技術(shù)供應(yīng)商--訊芯的三方合資大計(jì)，以一舉掌握生物感測關(guān)鍵技術(shù)。

　　據(jù)悉，Dialog將藉此機(jī)會取得敦宏40%股權(quán)，而訊芯亦將取得15%股權(quán)，三家公司將共同開發(fā)高精準(zhǔn)度感測、高效率電源管理和高整合度SiP模組方案，用以開拓物聯(lián)網(wǎng)智慧感測市場。

　　圖2 戴樂格半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)展及策略資深副總裁Mark Tyndall認(rèn)為，相較于中國大陸廠商，臺灣IC業(yè)者具有更強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力，故選擇與后者合作。

　　戴樂格企業(yè)發(fā)展及策略資深副總裁Mark Tyndall(圖2)表示，現(xiàn)下穿戴裝置、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)最大挑戰(zhàn)在于發(fā)散又復(fù)雜的無線通訊/感測器方案、緊縮的PCB空間，以及相較于手機(jī)再降十倍的系統(tǒng)功耗要求?；谶@些考量，Dialog從智慧型手機(jī)、平板電腦的PMIC市場發(fā)跡，一路補(bǔ)強(qiáng)音訊編解碼器(Audio Codec)、藍(lán)牙低功耗(BLE)及近期成功引進(jìn)的光學(xué)感測器和SiP技術(shù)，未來將能提供Wearable-on-Chip的全新概念產(chǎn)品，幫助系統(tǒng)廠一次搞定關(guān)鍵設(shè)計(jì)。

　　敦宏科技總經(jīng)理黎世宏表示，感測器技術(shù)愈來愈成熟，但要走到系統(tǒng)級解決方案還有很長一段路，其中的癥結(jié)不外乎軟硬體整合及周邊電源管理;隨著Dialog、訊芯和敦宏三方合璧，下一代光學(xué)感測模組將除能集結(jié)環(huán)境光源/距離感測器、色彩和手勢分析等技術(shù)，還可運(yùn)用SiP增加MCU即時處理、PMIC和BLE/Wi-Fi連線功能，形成智慧感測統(tǒng)包方案。

　　Tyndall透露，Dialog已與聯(lián)發(fā)科、高通(Qualcomm)等處理器大廠建立合作關(guān)系，擁有感測器、SiP技術(shù)能量后，將能以更高層級的系統(tǒng)解決方案，進(jìn)一步拓展與OEM廠商的合作管道，挹注營收成長動能。

　　多協(xié)定/低功耗需求拉動 無線SoC設(shè)計(jì)商機(jī)大豐收

　　圖3 芯科實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)解決方案資深行銷總監(jiān)Greg Hodgson提到，Thread技術(shù)可支援IP網(wǎng)狀網(wǎng)路，未來在智慧家庭的發(fā)展備受期待。

　　除感測器外，無線通訊亦是成就物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，特別是多協(xié)定/多頻段、同步支援網(wǎng)狀網(wǎng)路和點(diǎn)對點(diǎn)連線的無線SoC，更將成為物聯(lián)網(wǎng)市場今年最大亮點(diǎn)之一，為相關(guān)晶片商捎來商機(jī)。

　　芯科實(shí)驗(yàn)室(Silicon Labs)物聯(lián)網(wǎng)解決方案資深行銷總監(jiān)Greg Hodgson(圖3)表示，無線SoC導(dǎo)入需求源自超低功耗、多重標(biāo)準(zhǔn)互通與系統(tǒng)簡化設(shè)計(jì)，今年初，許多MCU業(yè)者、無線通訊晶片商皆發(fā)布可支援Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、Thread或融合上述協(xié)定的SoC，就是相中市場對整合型方案的殷切期盼。

　　Hodgson進(jìn)一步指出，在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，家庭聯(lián)網(wǎng)市場是成長快速且技術(shù)覆蓋最多元的區(qū)塊。基本上，智慧家庭須有一種以上的裝置(可能有數(shù)百個裝置節(jié)點(diǎn))連結(jié)在一起并連上網(wǎng)路，使屋主能以這種方式控管和監(jiān)控環(huán)境，包括氣溫、耗能、資料存取、照明、保全和居家照護(hù)等，落實(shí)這些應(yīng)用的共通之處是整合為無線聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

　　現(xiàn)階段，長程演進(jìn)計(jì)畫(LTE)Cat. 1/0、Wi-Fi、Bluetooth Smart、ZigBee和Thread無線標(biāo)準(zhǔn)，皆是構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的潛力技術(shù)。在未來10年內(nèi)，已開發(fā)國家的家庭平均將擁有二十到五十個聯(lián)網(wǎng)裝置，這意味著家庭聯(lián)網(wǎng)市場正在大幅成長及多元技術(shù)融合的開端，2015年將是至為關(guān)鍵的一年。

　　Hodgson指出，為支援多重協(xié)定和無線射頻頻段，Silicon Labs已發(fā)表系列無線SoC，打頭陣的是Bluetooth Smart SoC，下一步將朝Wi-Fi、網(wǎng)狀網(wǎng)路協(xié)定(ZigBee和IP型Thread)，可支援sub-GHz頻段專用協(xié)定或整合型設(shè)計(jì)邁進(jìn);為此，該公司亦加入為ARM mbed物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺成員，以強(qiáng)化MCU和多重協(xié)定軟體堆疊的軟硬整合能力。他更斷言，不久的將來，大部分聯(lián)網(wǎng)裝置都將以高度整合的多協(xié)定、多頻段SoC為核心。

　　由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)建無線、感測元件與日俱增，因此嵌入式處理器效能亦須與時俱進(jìn);瞄準(zhǔn)此一需求，意法半導(dǎo)體、恩智浦(NXP)、瑞薩電子(Renesas Electronics)和德州儀器(TI)等MCU供應(yīng)商，正不斷導(dǎo)入更高性能的Cortex-M4/M7核心，以及40、28奈米先進(jìn)制程。

　　低功耗/高性能優(yōu)勢顯著 ST MCU馳騁穿戴式市場

　　鎖定穿戴裝置應(yīng)用，意法半導(dǎo)體32位元MCU家族再添生力軍。意法半導(dǎo)體日前祭出最新的MCU--STM32L4，可用于兼顧超低功耗與高性能的穿戴式應(yīng)用，以及下一代節(jié)能型消費(fèi)性電子產(chǎn)品、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和量測設(shè)備等領(lǐng)域，以滿足物聯(lián)網(wǎng)市場日益成長的需求。

　　意法半導(dǎo)體大中華與南亞區(qū)微控制器行銷和應(yīng)用總監(jiān)James Wiart(圖4右)表示，未來穿戴式裝置發(fā)展的重要趨勢將邁向微型化、低功耗，以及高效能的客制化應(yīng)用;而將體積輕小又同時具備快速處理能力的微控制器，置入不同的穿戴式裝置，可為智慧手表、心率監(jiān)控器(Heart Rate Monitor)、活動追蹤器等特定市場提供更多所需的效能。

　　圖4 左起為意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)產(chǎn)品行銷經(jīng)理?xiàng)钫?、意法半?dǎo)體微控制器、記憶體及安全微控制器事業(yè)群行銷經(jīng)理Jean-Julien Pegoud，以及意法半導(dǎo)體大中華與南亞區(qū)微控制器行銷和應(yīng)用總監(jiān)James Wiart。

　　然而，隨著耗電問題成為穿戴式技術(shù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一，意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)產(chǎn)品行銷經(jīng)理?xiàng)钫?圖4左)也指出，消費(fèi)性裝置若須過于頻繁充電，將會喪失使用者的信任;有鑒于此，該公司致力發(fā)展更低功耗的MCU，以滿足各種智慧周邊設(shè)備的設(shè)計(jì)需求，并壯大市占率。

　　意法半導(dǎo)體微控制器、記憶體及安全微控制器事業(yè)群行銷經(jīng)理Jean-Julien Pegoud(圖4中)強(qiáng)調(diào)，低功耗MCU會隨著應(yīng)用領(lǐng)域及使用方式的差異而有所不同;對此，該公司新款MCU特別增添能依照不同處理需求動態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能，還能透過七個子模式選項(xiàng)的電源管理模式，如睡眠、待機(jī)及最低功耗僅30耐安培(nA)的關(guān)機(jī)模式，達(dá)成最佳化電源管理。

　　至于運(yùn)算性能方面，Wiart說明，穿戴裝置主要靠MCU驅(qū)動各部功能;著眼于各種智慧元件供電量需求攀升，為同時實(shí)現(xiàn)MCU低功耗與性能最大化，意法半導(dǎo)體還開發(fā)智慧架構(gòu)與通訊周邊設(shè)備，以讓該產(chǎn)品在不同運(yùn)作狀態(tài)下皆不會犧牲性能。例如，該產(chǎn)品的內(nèi)部智慧操作可支援兩種不同取樣速率;其中，低速取樣功耗僅為數(shù)10微安培，能限制最大電流;而另一種高速取樣速率則可使處理器快速返回超低功耗模式。

　　不僅穿戴裝置引發(fā)諸多MCU功能新需求，汽車近來轉(zhuǎn)向聯(lián)網(wǎng)、智慧化亦牽動MCU設(shè)計(jì)巨幅轉(zhuǎn)變。

　　28奈米設(shè)計(jì)一馬當(dāng)先 瑞薩搶當(dāng)車聯(lián)網(wǎng)MCU一哥

　　瑞薩電子全球業(yè)務(wù)暨行銷單位執(zhí)行副總裁Manabu Kawashima表示，物聯(lián)網(wǎng)可區(qū)分消費(fèi)性、工業(yè)和車用多個領(lǐng)域，其中尤以車用市場對MCU即時控制效能、功耗、穩(wěn)定性和可靠度要求最為嚴(yán)格，因此多數(shù)晶片商不敢貿(mào)然推進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)，以避免產(chǎn)品不符車規(guī)的風(fēng)險，但無疑也限制了MCU性能和整合度擴(kuò)展。

　　為克服此一桎梏，瑞薩已率先采用獨(dú)家28奈米嵌入式快閃記憶體(eFlash)制程技術(shù)--MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon)，開發(fā)次世代車用MCU，以不斷滿足車廠和一級(Tier 1)供應(yīng)商對MCU升級的需求。Kawashima透露，相較于消費(fèi)性電子方案，車用MCU制程演進(jìn)速度較慢，現(xiàn)階段大多仍停留在90奈米以上節(jié)點(diǎn);然而，在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)迅速發(fā)展下，基于成熟制程的MCU在效能、記憶體容量方面都出現(xiàn)不足情形，因此跨越制程門檻同時又能保有可靠度，將成為車用MCU供應(yīng)商未來的決勝焦點(diǎn)。

　　車用MCU首重可靠度，隨著晶片節(jié)點(diǎn)微縮，電路設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜，晶片運(yùn)作失效的風(fēng)險也跟著擴(kuò)大。對此，Kawashima強(qiáng)調(diào)，瑞薩透過與全球主要車廠長期合作的經(jīng)驗(yàn)，搭配專利MONOS制程架構(gòu)，新一代28奈米MCU已通過車廠對可用性、高速及低功率的嚴(yán)格規(guī)范，將突破現(xiàn)行90奈米MCU的效能和記憶體容量壁壘，協(xié)助系統(tǒng)業(yè)者開發(fā)更先進(jìn)的ADAS系統(tǒng)。

　　據(jù)悉，瑞薩已盤據(jù)車用MCU市占龍頭多年，在2014-2015接連發(fā)布40、28奈米先進(jìn)制程MCU后，更可望進(jìn)一步拓展市占版圖，Kawashima認(rèn)為，搭上ADAS、無人駕駛車發(fā)展風(fēng)潮，2015-2016年，該公司車用MCU將有雙位數(shù)的出貨成長率。

　　綜上所述，MCU、無線通訊和感測器已成為物聯(lián)網(wǎng)市場眾所矚目的“三寶”，未來10年在出貨量、產(chǎn)值方面均相當(dāng)令人期待;不僅如此，這三類IC方案的技術(shù)日新月異，變化程度將超越過去幾10年的總和，將有助相關(guān)晶片供應(yīng)商脫離價格競爭的泥淖，并引來更多新設(shè)計(jì)與技術(shù)導(dǎo)入契機(jī)。