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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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協助臺灣企業升級 工研院責無旁貸

口述/工研院資訊與通訊研究所所長闕志克 整理/林裕洋 圖片來源/工研院、法新社

工研院有很多獨步全球的創新技術,若能適時加入不同角度的應用思維,勢必能夠重新創造出更多的應用情境,進而讓研發效益得以擴大,帶動更多附加價值,達成推動臺灣產業升級的目標。



資通訊產業向來是帶動臺灣經濟高度成長的重要推手,只是這幾年來不僅在國際市場上受到韓國業者的強烈競爭,即便過去技術遠遠落後的大陸,近兩年也在官方支持下呈現急起直追之勢,讓臺灣企業界面臨前所未有的困境。

為此,身為臺灣創新科技研發重鎮的工研院,如何在物聯網、雲端帶來龐大商機下,尋找合適的新研發議題,克服人才培育領域的新挑戰,就成為能否讓臺灣資通訊產業重新站穩全球龍頭的重要關鍵。

若以目前全球資通訊技術發展的趨勢來看,我認為在物聯網、雲端運算、巨量資料等議題興起下,工研院勢必要從中找到新切入點與研發方向,才能再次扮演推動臺灣產業升級的火車頭。

資通、半導體上下游關係緊密

臺灣資通訊產業能夠自1980 年代起,逐漸在全球市場上嶄露頭角,關鍵在於工研院於該領域多年來累積的研發成果,顯見工研院在資通訊領域確實擁有非常驚人的研發能量。

相較於歐美日韓等競爭對手,臺灣在資通訊領域呈現百花齊放的趨勢,有專注於代工設計、生產的鴻海、廣達、緯創,也有積極發展商品品牌的宏碁、華碩、宏達電。此外,在工業電腦、系統整合、網頁設計、Apps設計、資訊安全、網路服務、軟體開發、雲端服務、網路設備、通訊晶片等領域,都有不少表現非常傑出的公司。

從我個人的觀察發現,臺灣半導體產業因為上下游之間合作非常緊密與完整,所以在國際市場上的成績也非常亮眼,如晶圓製造方面有台積電、聯電等,而在晶圓封裝測試、系統整合設計、IC 設計工具、晶圓製造設備等領域,也有許多備受國際市場肯定的專業公司。

5G標準進入戰國時代

儘管臺灣資訊、半導體領域擁有非常雄厚的研發能量,但是在物聯網、雲端運算、巨量資料等議題興起之下,在未來創新技術研發上也面臨不少的挑戰,而第1項挑戰即是5G 通訊標準的研發與制訂。

自3G、4G成為網路通訊的新標準之後,各國都競相投入5G通訊標準的研發,儘管韓國曾經喊出可望在2018 年推出相關產品,不過多數專家認為在2020 年於東京奧運時才會有正式商轉的機會。在此趨勢之下,5G 標準制訂之戰大約會從2017~2018年開打,包含美國、歐盟、韓國、臺灣、日本、大陸等,都有意搶奪標準制訂的主導權,臺灣也預計在未來5~10年之內投入高達新臺幣100億元左右的研發經費。

與5G 通訊標準息息相關的產業非常多,除大家熟知的基礎網路設備、IC 晶片設計之外,還會衍生出終端裝置之間的應用服務、設備與設備之間的通訊需求、移動網路等等。我的想法是,工研院若能夠預先投入相關技術發展,如Radio Access Network(無線接取網路)、Core Network Infrastructure(核網基礎設施)等等,將有助於協助臺灣產業在5G時代來臨時,取得有利的競爭地位。

除了5G 通訊技術的早期研發工作之外,現有4G 應用服務之中,也有許多面向值得工研院發展,例如開發重要4G Small Cell(小型基地臺)關鍵技術與智財權、開發臺灣首套研發設計之下世代LTE HeNB SmallCell Base Station(小型家用基地臺)完整解決方案。4G Small Cell 主要是為鄉村小型基地臺、企業小型基地臺、都會區小型基地臺所設計,一旦完成自主技術研發之後,即可提供臺灣業者完整參考與設計藍圖,進而完成與現有商用終端產品之驗證,及大型商用LTE UE(使用者)之互通測試。

如此一來,可協助臺灣廠商儘早布局LTE Small Cell 市場,除能與現有大型設備製造商區隔外,亦能建立自主小型機頻與系統軟體技術,提升臺灣業者在小型基地臺產品價值與毛利率。

重新建立IC 產業競爭力

臺灣資訊、半導體產業面臨的第2項挑戰,即是來自大陸IC業者的強力競爭,不光大陸官方從2014 年起投入1,200 億人民幣研發經費,民間更積極以高薪向臺灣企業挖腳,專業人才流失愈來愈嚴重,長久下來恐怕不利於臺灣IC產業的發展。

根據Gartner、工研院IEK 公布的資料顯示,臺灣在IC設計領域產值為全球第2高,市場占有率達到21%,僅次於美國的65%,不過大陸也有10%的占有率。在晶圓代工業務方面,臺灣市場占有率高達61%、遠遠領先美國的12%、大陸10%,以及韓國的9%。至於IC專業封裝測試方面,臺灣同樣以55% 市占率遠遠領先美國的12%、新加坡的10%,日本的9%。

儘管臺灣在上述3 個領域的表現相當不錯,但是在自有品牌記憶體產值卻僅有5%,則遠遠落後於韓國、美國、日本等競爭對手。我覺得臺灣要在IC4 大領域保有競爭力,並非全然沒有機會,除了本身IC設計產業有競爭優勢之外,工研院亦已經著手研發下一世代的記憶體技術RRAM 與MRAM,希望協助臺灣記憶體業者轉型與升級,克服研發經費有限的問題。

拜臺灣半導體產業健全之賜,臺灣IC設計產業近年來已經從早期單一晶片,逐漸走向整合型晶片、整機設計的領域,近來也順利切入極為熱門的電動車領域,尤其臺灣具有多晶片封裝的技術,更有助於推升IC設計產業的長遠發展。

特別是工研院在IC領域累積多年的先進研發能量,向來備受臺灣企業所肯定,而近期最著名的產學合作案例,即是因應台積電欲強化系統設計服務能量的需求,在工研院現有的電子系統層級設計技術(ElectronICSystem Level; ESL)上,共同開發系統層級功耗分析技術,並攜手建立ESL 標準流程。預期未來將可建立TLM(Transaction Level Modeling;事務級建模方法)層級功耗分析示範平臺,與智慧軟體協同設計流程,共同建立出業界的新標準。

工研院研發有成

在智慧型手機出貨量突破10億支,物聯網裝置可望在2020 年達到250 億臺的帶動下,雲端產業已經成為資訊產業未來的發展趨勢,其衍生出來的資料中心需求,也成為臺灣在發展資通訊產業需面臨的第3個挑戰與商機。一般而言,資料中心是由伺服器、儲存設備、網路設備等3 大元件所組成,過去此3大元件均由外商品牌所把持,臺灣業者僅能透過代工業務賺取微薄的利潤,但是在雲端產業蓬勃發展之際,業者建置資料中心的思維也有很大改變。

從雲端產業發展的狀況來看,我們可以發現工研院不僅在資訊架構設計上,有別於企業中的傳統機房架構,對伺服器、儲存設備、網路設備需求量極大,在壓低機房建置成本的趨勢下,多數業者傾向直接尋找硬體製造業者合作,因此讓臺灣資訊業者在雲端時代來臨下,得以硬體製造與設計能力,重新取得市場的領導地位。此外,商用雲端軟體的授權費用過於昂貴,也不符合現今時代潮流,因此以Open Source(開放原始碼)模式推出的OpenStack 雲端軟體,已經逐漸成為市場的主流,而工研院自行研發的ITRI Cloud OS,更已經廣泛獲得企業與政府單位採用。

工研院雲端運算行動應用科技中心在設立之初,即看到市場上對雲端作業系統的強烈需求,所以我們原本是想要自行開發一套作業系統,做為臺灣發展雲端產業的後盾。不過在研發過程中,我們發現OpenStack 已經成為全球業者的關注焦點,而且該套系統又是屬於免費原始碼的軟體,因此經過多方面評估後,便決定改以參與OpenStack 社群的方式,參與雲端標準制訂工作,最後也以推出相容於OpenStack 軟體的ITRI Cloud OS。

在扶持臺灣軟體雲端產業發展前提下,國發會建置政府雲端資料中心(G-Cloud)時,即鎖定採用ITRI Cloud OS 平台。因此工研院自2013年底便積極與中華電信合作,針對ITRI Cloud OS 進行雲端特性的測試及驗證工作,最後經過7 個月重複測試後,已順利於2014年3月完成電信級測試。目前國發會已委託中華電信負責營運平台整合與維運,在ITRI Cloud OS平台上執行e政府服務平台GSP 服務,順利完成第一個電信級營運範例。

掌握上位技術 加入不同應用

工研院內部有許多值得參考的成功案例,如由工研院推動的生質丁醇技術。在化石燃料逐漸被消耗殆盡的狀況下,世界各國發展生質燃料已多年,但傳統酒精發酵碳轉化率只有67%,在生產成本昂貴的狀況下,纖維素酒精在美國量產狀況並不順利。而工研院選擇重新開發特殊馴養菌種,將發酵過程中生產的二氧化碳再利用,以大幅降低原料成本與排碳量,最後碳轉換率達到94%,已經能夠完全符合商業化的需求。

在基於上述思維之下,研發團隊一直在構思更多可行、獨一無二的專案。簡單來說,便是在掌握上位技術的邏輯下,從工研院自行開發的創新技術中,加入不同面向的應用思維,藉此重新創造出不同的應用情境,讓工研院研發效益得以再擴大,進而創造出更多附加價值。

還有一種創新想法可以跟大家分享,即是帶動全球電動車風潮的Tesla 模式。現今多數車廠在開發電動車時,都是選擇斥資研發新的電池技術,如此一來不僅導致電動車製造成本大幅攀升,商品化時間也變得非常長,Tesla 跨入電動車之前便察覺到此種情形,所以選擇在非常成熟的鋰電池技術上,加入自行研發的機電整合、充放電技術,讓電動車得以在最短時間內完成商品化,順利站穩市場領導者的地位。

行動裝置應用無可限量

看好全球市場對智慧型手機、雲端資料中心的龐大需求,日後的發展方向,將會鎖定在發展下一代手機作業系統、行動裝置管理、軟體定義伺服器、軟體定義網路、軟體定義儲存設備,以及快取記憶體管理等新議題上。

綜觀市場上的手機作業系統,除蘋果自行研發的iOS之外,Android 平台是由Google 負責開發,其他手機業者都是專注在硬體平臺開發,而我們並非要開發第三套作業系統,而是希望能夠開發出一套工具或平臺,減少晶片廠商與品牌商之間的溝通門檻。簡單來說,日後當聯發科開發出新的晶片、架構之後,宏達電能夠用最短時間推出品牌手機,更貼近消費市場的需求。

至於在行動裝置管理方面,我們亦察覺到企業在自攜裝置BYOD(Bring Your Own Device)所引發的企業資訊安全問題,提供以程式型式操控手機應用的機制,捕捉手機使用者的即時意圖、興趣與人口統計特徵等,可進一步增強使用者體驗的功能。

我認為工研院有很棒的研發人才,多年來也累積許多獨步全球的技術成果,未來若能多觀察市場趨勢與需求,重新思考研發議題與方向,勢必能夠持續扮演帶動臺灣產業升級的關鍵角色。

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