ZigBee Sensor RFID 智慧聯網 MEMS MCU WSN

逐鹿智慧聯網市場 晶片商整合力決勝負

由於智慧聯網須要倚賴ZigBee、RFID等技術進行資料傳遞,並透過MCU控制與處理訊號,因此,在無線感測網路發展具有一定基礎的台灣MCU廠商遂擁有較大的發展籌碼。不過,台灣業者仍須在硬體與軟體應用服務有更好的合作與整合,才能與國際大廠相匹敵。
智慧聯網產業鏈可概分為晶片與標籤、微控制器(MCU)、微機電系統(MEMS)、模組、終端設備、軟體、系統整合及服務等。其中應用於智慧聯網領域的感測IC,主要包含無線射頻識別系統(RFID)、ZigBee等,為智慧聯網訊息採集基礎,處於產業鏈上游,是整個智慧聯網產業中需求量最大和最基礎的環節。

這些感測IC依技術特性各有其主要應用領域,而為達成不同聯網應用,甚至會採用兩種(含)以上之通訊及感測晶片互補。表1即為全球主要RFID與ZigBee晶片大廠在智慧聯網應用領域上的布局。

國際大廠在新型晶片與標籤產品方面多半採ISO/IEC及EPC Global標準規範,持續提高記憶體容量並努力克服易受液體與金屬影響之環境使用限制。其中,RFID晶片大廠如恩智浦(NXP)及德州儀器(TI)的產品線橫跨多頻段,應用領域亦較其他晶片業者廣泛。而擁有自家MCU或多款無線感測網路(WSN)產品線的廠商,透過自家產品整合,提供整體解決方案,更能滿足於公眾、企業及私人等各式智慧聯網領域的應用。

在ZigBee部分,如TI、飛思卡爾(Freescale)等提供的產品類型完整,包括單晶片、收發器(Transceiver)、系統單晶片(SoC)、整合MCU等,能滿足客戶各種智慧聯網應用需求,並提供多種網路堆疊及基本應用程式選擇,廠商不必完全自行開發服務,利於縮短產品或服務上市時程,在尚處萌芽期或利基型的智慧聯網應用市場,具有較佳優勢。

自主研發能力待強化 中國大陸感測元件高度仰賴進口

進一步剖析中國大陸的智慧聯網產業鏈,得力於政府與產業聯盟的推動、主導而積極發展,尤其在下游的營運商以及中游的系統整合業者部分已擁有一定的水準。但晶片和終端感測器業者部分,由於中國大陸的感測晶片/標籤產業尚處於起步階段,整體發展態勢稍嫌落後,故營利能力有限,尤其在技術水準上還有待強化,因此目前多為代工角色,且晶片仰賴國外進口比重達90%,進而影響到感測器終端設備的發展,造成高階感測設備需求嚴重仰賴進口,比重高達80%,可見中國大陸感測器相關產業鏈在中高階技術與產品的自主研發及量產能力亟待強化。

對台灣應用IC業者而言,由於客戶會優先選擇擁有自家MCU的廠商以節省整合開發時程,因此設計、開發MCU的能力多少會影響ZigBee產品出貨態勢;而RFID技術雖然成熟且晶片/標籤價格不斷下滑,但辨識率仍將影響市場採用意願,且投入後利潤回報也不一定能如預期。

此外,系統整合(SI)業者為RFID產業推動智慧聯網應用關鍵角色,但台灣系統整合業者規模及實力仍不及國際大廠,如何透過產業鏈整合力量,強化整體解決方案能力將是一大課題。

即便如此,台灣智慧聯網應用IC的技術與品質不斷提升,逐漸地接近國際大廠所提供的解決方案。無論是晶彩科技生產的RFID、達盛電子ZigBee等在台灣智慧聯網的應用IC領域上已占有一席之地,軟體、系統整合與服務端更是有不少業者加快腳步強化自身能力。

然值得注意的是,在各國規畫的智慧聯網技術藍圖上,智慧聯網應用IC著重的通訊感測技術,未來發展將聚焦於「能耗」與「耐用度」的提升。大廠皆極力加強RFID晶片/標籤與MCU之能力,以期嵌入各式物件及更適用於各式環境(溫度變化劇烈或強酸鹼)的智慧聯網應用。

另外,軟實力也影響甚鉅,對ZigBee而言,網路堆疊技術好壞將影響網路效率及各應用拓展能力;而在RFID部分,Smart RFID Tag透過軟體(Light OS)及硬體(感測元件及MCU)整合加值後,將有效擴大智慧聯網應用範圍及加速廠商應用之導入。因此,若應用IC擁有完整豐富的應用規範(Application Profile)將大幅節省廠商自行開發時程。

迎戰中國大陸MCU廠殺價競爭 台灣業者亟須提高技術層次

由於智慧聯網應用的感測終端多半負責簡單的感測資訊回傳,毋須負責複雜的資料處理及運算,因此在MCU方面,台灣廠商如盛群半導體與義隆電子等專精的4/8/16位元即可滿足大部分聯網應用需求。但正因台廠目前僅著墨在中低階MCU的生產上,僅少數提供32位元MCU產品,故面對中國大陸廠商如士蘭微電子、中芯微電子在中低階MCU的殺價競爭,使台廠壓力倍增。且除32位元MCU是台廠技術實力較薄弱之處外,另一項關鍵因素來自於廠商能否擁有豐富的軟體設計與驅動程式可用,若具備軟體/程式設計能量,不論是針對單一功能感測終端或多元感測終端便可快速因應市場需求調整。

當然,除上述提到的技術層次,IC的品質門檻亦是台廠面對智慧聯網應用發展態勢下須積極加強之處。以車用聯網應用為例,車中許多安全機制,如胎壓監測、車體前後邊碰撞預警、車道偏離預警等,都須仰賴高品質MCU,因此在系統中不論是軟硬體都須經過嚴格的驗證測試才有機會切入汽車市場。

整合力不及IDM 台MEMS廠發展面臨阻礙

MEMS技術使智慧聯網終端能嵌入各種微小化的各類環境感測元件,雖然台廠MEMS產業鏈從上游IC設計到下游裸晶(Die)及打線(Wire Bond)分工甚細,但產品整合度如MCU與重力感測器(G-Sensor)元件整合等仍不及國際整合元件製造商(IDM)大廠,如亞德諾(ADI)、英飛凌(Infineon)等。短時間內要追上國際大廠實力仍屬不易,需要MEMS與MCU廠商在技術上採用相同製程,且若要與IDM抗衡,尚須累積足夠資金實力及經濟規模做為發展後盾。

現階段而言,MEMS技術主要著墨在動作感測,在國際大廠專利卡位之下,台廠若要發展特有技術實屬不易。而當未來聯網應用領域持續擴展態勢下,除對MEMS感測元件的整合性及微小化需求將持續增加外,為因應惡劣環境對產品壽命與品質的影響,也將加強對產品耐用度的要求。以汽車車身感測元件產品驗證為例,工作溫度範圍需在攝氏-40~160度,壽命最低要求10年、百萬分之一的零件故障率等規範,而如此保固保質強度規範也成為台灣MEMS廠商現階段切入聯網應用領域主要障礙。

智慧聯網應用布建 SI/電信業者主導性強

通訊感測模組廠商在整個智慧聯網產業鏈中屬於較為被動及弱勢的環節,客戶會挑選指定晶片或設備以符合其智慧聯網應用需求,模組廠商能藉此賺到些許利潤,然產業主導權通常不易握在模組廠商手裡。因此,若模組廠商具有生產系統或設備能力,則較有與系統整合廠商或電信營運商的談判籌碼。

此外,電信營運商及系統整合業者在智慧聯網產業鏈上扮演舉足輕重的角色。電信營運商方面,無論是法國Orange或中國移動紛紛搭建自家機器對機器(M2M)平台,並建立相關M2M通訊協議,為的是讓產業上下游各業者能有所適從,且依此平台發展出多項智慧聯網應用。電信營運商更建立起自家智慧聯網應用資料庫,依不同智慧聯網應用類型存取上中下游各類廠商的資訊,其中包含廠商的量產能力、產品型號及採用標準等。未來若電信營運商要在市場上推出某類應用,便可藉由自有資料庫中蒐集、彙整所需的資訊,進而快速了解該應用所需的上下游供應商,並加以組合,不但提升營運商聯繫相關業者之效率,更能縮短應用服務的上市時程。

而如IBM、惠普(HP)及思科(Cisco)等資訊大廠則是不斷藉由收購分析運算、商業智慧決策及雲端應用服務等相關廠商補強其智慧聯網領域實力,以躋身全球主要國家政府在重大聯網應用布建合作廠商之列。

試點應用IC訂單不具經濟規模

觀察現階段智慧聯網應用的試點布建情形,除智慧電表較具布建規模外(數量可達千萬台),其餘智慧聯網應用對通訊感測IC數量的需求仍嫌不足,加上為因應不同國家甚至不同城市可能採行的通訊感測標準不同,須進行客製化的服務,進一步對軟硬體做調整,此類訂單對廠商營收助益不大,甚至導致虧損,因而廠商可能會放棄爭取相關訂單。但如果該聯網應用已進一步規畫至下階段或屬於延續性部署的計畫,台廠參與意願相對較高。

爭取智慧聯網商機 產品技術/應用實績為關鍵

由於智慧聯網應用目前集中在公網與專網的垂直應用,因此對智慧聯網應用IC的品質要求較為嚴格,主要原因在於感測終端可能遍布在廣闊的環境,若時常需要人力進行維護,所耗費的各項成本將可能超越國際大廠與台廠通訊及感測IC的價差,且台廠目前對部分IC尚無自主生產實力,故須提出更佳的品質保證或應用實例,且積極取得關鍵自主能力,突破技術藩籬,方得以跨越重重挑戰。

國內目前缺乏由政府主導之大規模智慧聯網應用,因此在爭取中國大陸或是國際訂單時,缺乏較具規模布建案例與實績以供參考,多少使客戶卻步。另一方面,台廠也可能缺乏相關領域合作經驗。舉例來說,中國大陸擁有煤礦產業、歐洲的地熱產業,台灣在無相關環境且在國外無相關據點下,使得智慧聯網應用的IC在軟硬體調校上較難因地制宜。

建立良善合作機制搶攻國際市場

單以單一晶片或模組廠商的角色著實不易切入智慧聯網應用市場,理由在於現階段規模試點都由電信營運商及系統整合業者所建置。換言之,台廠須具備提供整體解決方案能力,方可在智慧聯網應用市場中占有一席之地。因此,台灣近期成立的「台灣智慧聯網應用聯盟」,主要目標便是聚集產業力量一起搶攻國際市場。而於此同時,中國大陸亦積極與台廠合作的主要原因,便是看重台灣在智慧聯網產業鏈上的完整度。另一方面,由於台灣網通廠與全球主要電信營運商合作關係良好,因此期望趁此機會攜手合作,以提供相對應智慧聯網應用解決方案。

歐美及中國大陸在智慧聯網戰略藍圖規畫上都以中長期,甚至5年時程為單位,如能有效爭取初步合作機會,對後續合作所能產生的營收貢獻或可期待。然台灣廠商目前切入智慧聯網的技術應用領域層次較低,價格競爭相對白熱化,因此產業鏈的緊密建構與整合更形重要。

最後,主要市場的智慧聯網建置(如中國大陸)多為大規模系統、難度與複雜度提高,有別於台灣以往試點或小規模布建經驗,台灣業者必須提升整合應變能力,提供差異化的技術優勢或加強應用核心價值,才有機會在智慧聯網熱潮中搶占一席之地。

(本文作者任職於資策會產業情報研究所)

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