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邁向IoT美麗新世界 晶片設計的機會與挑戰

高通積極搶攻5G商機。

物聯網(IoT)風潮方興未艾,不只台積電創辦人張忠謀先前直指物聯網將是「the next big thing」,意指物聯網的未來是一個美麗新世界;還有阿里巴巴集團創辦人馬雲也曾預測,未來的10年、20年間,人類面臨的三大技術挑戰之一就是物聯網。誠如張、馬兩位重量級人士所言,物聯網新浪潮襲來,已然掀起顛覆性的產業變革與帶動新的商業價值。

事實上,物聯網逐漸影響人們日常生活,包括智慧家庭自動化裝置、智慧手錶、穿戴式健康監測裝置、車聯網等,物聯網很可能擴大普及到所有的消費民生和產業應用。

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聯發科物聯網裝置開發平台。

連網裝置增 應用更多元

所謂物聯網,就是各個裝置間利用無線通訊技術,進行資訊收集、交換,以達到辨識、定位、追蹤、監控和管理的目的。物聯網不僅要能處理大量數據,還要可以對環境改變而做即時適當的反應。隨著萬物聯網之後,尤其即將進入5G時代,資訊流量流速及連線數量將會呈現爆炸性發展,預計將帶來更多元的應用。

國際研究機構Gartner預測2019年全球連網物件數量將達142億個,並可望在2021年達到250億個,而這個數字可能還會持續快速成長。另外,根據Cisco IBSG(Internet Business Solutions Group)估計,2020年全球連網裝置將到達500億個,平均每個人身邊有6.58個裝置連網。

有鑑於此,多家知名國際科技大廠像是谷歌(Google)、蘋果(Apple)、微軟(Microsoft)及亞馬遜(Amazon)等皆已投入大量資源發展及推廣物聯網智慧生活產品,足見市場潛力龐大,進而帶動週邊相關零組件產業鏈生態系也會隨著蓬勃發展。

物聯網裝置  推升半導體晶片需求

根據全球專業諮詢機構KPMG調查顯示,全球半導體公司經理人認為,由智慧家電、穿戴式電子裝置與智慧城市所形成的物聯網將成為2020年推升半導體營收的最重要應用,取代無線通訊作為半導體主要的營收來源。由於所有物聯網裝置都需要用到半導體晶片,不但需求數量龐大,而且規格多樣不一,物聯網對半導體產業帶來的商機不容忽視。

雖然機會潛力無窮,但是物聯網裝置對半導體晶片設計也帶來了各種前所未有的挑戰。舉例來說,設計智慧手錶和穿戴式健康監測裝置時,就必須同時滿足體積小、精確和低功耗的要求;而消費性電子裝置就必須要能支援多種無線格式,以確保運用在不同系統之間的互通性。

物聯網晶片設計須靈活客製

由以上所知,物聯網裝置數量龐大,而且應用十分多元,已不能像過去總是以追求高效能、高階製程的處理器為優先考量,而是必須依照客戶的個別需求,在低延遲、低能耗及低成本等「三低」考量間拿捏取捨,找到最合適的組合。由於各種應用的需求大不相同,晶片設計邁向高度客製化不可避免。

物聯網應用包羅萬象,對晶片的多樣性和客製化設計需求大幅攀升,因此物聯網晶片的設計必須更加靈活。由於物聯網晶片並非如PC晶片的規格標準化,整體架構的運作方式也尚未統一,因此吸引眾多IC設計業者搶進,甚至連系統廠都想自定訂規格、自主研發專用晶片,這都使物聯網晶片市場競爭更加劇烈多變,半導體晶片設計業者唯有全力拓展產品線才能脫穎而出。

萬物聯網  資安問題不容忽視

此外,值得一提的是,隨著萬物聯網時代來臨,資安問題成為不容忽視的嚴重威脅。在物聯網時代,過去用惡意程式攻擊軟體的常見手法已經是不足為奇,駭客會由內而外逐層突破,針對漏洞進行攻擊。大量的物聯網設備也將遭受IP竊取的風險,日益複雜的攻擊技術讓企業難以招架。

導入物聯網的企業在衡量產品的成本和規格時,對於資安應該放在首要位置,如何保護物聯網設備免於IP竊取、竄改與複製,同時阻止駭客利用網路攻擊,將是物聯網產業鏈面臨最大的挑戰。

在設計產品時,應加入加密、安全啟動機制等層層把關,有助於提高防禦力;建置一個可運作的平台,並確認各個環節都是安全的,也顯得非常重要。駭客攻擊手法日益精進,解決資安問題要考慮的層面也越來越多,已是供應鏈生態系的共同責任。

國內外晶片大廠及早布局

綜觀全球市場,國際晶片大廠早已開始布局物聯網晶片,像是英特爾(Intel)早在2015年就已投入物聯網領域;聯發科也在2015年底推出系統級封裝(SiP)物聯網晶片;而向來主導手機晶片市場的高通(Qualcomm),近年也因全球智慧型手機銷售量放緩,而開始發展物聯網晶片;至於安謀(ARM)近年則是透過頻繁併購,來擴大物聯網布局。

未來的物聯網晶片市場將呈現新戰局,帶動低功耗、低延遲、少量多樣的晶片設計趨勢,成為台灣晶片設計與硬體製造商的戰場,不難想像未來將會出現整合微控制器(MCU)、無線通訊、射頻(RF)、感測器及電源管理等的物聯網系統單晶片(SoC)解決方案。

在現今物聯網產業架構下,台灣產業界的切入點還是以具競爭優勢的相關硬體方面為佳,包括系統產品及零組件。尤其台灣半導體產業從晶圓代工、IC設計、矽智財(IP)及記憶體等具備完整產業供應鏈,若能結合半導體產業及相關應用的軟硬體商機,將有相當大的發展潛力。

另外,物聯網市場屬於少量多樣,台灣業者應該將自身的產品戰線由IC設計延伸到開發設計軟體、應用軟體,或者與其他特定用途晶片產品進行整合,並以專利保障自身優勢,將有機會在競爭激烈的物聯網產業中站穩腳步,並提升自己的產品價值,以進入物聯網應用百花齊放、倍數成長的未來。



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