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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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展望物聯網 臺灣IC產業力拚第三金

撰文/李幸宜 圖片來源/路透社

物聯網前景看好,但仍處於萌芽階段。臺灣半導體產業挾帶兩兆雙金的亮麗成績,如何把握物聯網帶動的IC應用新機會,齊力拚搏第三金,將是不容忽視的課題。


 


包括IC設計業、製造業、封裝業、測試業在內,臺灣IC產業總產值已突破新臺幣2兆,2014年成長率達16.7%。尤其2011年以來,臺灣IC產業總產值成長41%,IC設計業與IC製造業雙雙以49%的高成長率,帶動總產值持續攀高。


展望2015年,手機市場成長趨緩,導致全球半導體景氣趨於保守,預估今年成長率為9.3%,各方焦點因而轉向方興未艾的物聯網。工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)產業分析師林宏宇表示,現在的物聯網正是群雄割據的春秋戰國時代,尚未出現特定贏家,各種組合方案前仆後繼地搶進市場,只要結合運算、感測和通訊這3大技術,提供獲取資料、資訊分析、形成服務及滿足特定族群等功能,所有物體都有朝向物聯網發展的潛能。


物聯網裝置要聚焦在垂直市場,針對特定應用及族群量身打造,且由於各個垂直市場的領域知識(Domain Know-how)不同,跨領域相當困難;再加上現正處於標準未定或各大廠角力的階段,所以業者必須要能設計硬體及整套系統,產業鏈完整的臺灣半導體在此顯然深具優勢。

交通與健康應用 M2M進化

林宏宇指出,由臺灣的政策來看,交通運輸和大健康將是臺灣發展物聯網的重要領域,重點是由核心往外擴張,像是目前穿戴式裝置大行其道,但各家廠商著眼的是更大、更久遠的商機,例如:從穿戴式裝置擴展到健康醫療的應用。(編按:大健康是指全面化的健康,除了狹義的身體健康外,還包含心理及環境相關層面;其內涵除了健康生活外,也包括健康消費等等。)

以各國乘用車新車排放管制標準為例,從歐盟、美國、日本,到大陸與印度,長期目標皆是節能減碳,這給車廠帶來很大的壓力,必須走向電子化和輕量化,盡可能取代掉原先耗能的零部件。

車電政策法規也是另一項驅動力,由於車輛直接關聯到人身安全,各國均透過立法逐年增加安全配備。以美國為例,2014年要有倒車影像、2016要有前方預防、2018年要有緊急剎車制動;歐盟要求2016年要有盲點偵測和防鎖死煞車,日本則要求2016年要有酒駕與疲勞警示。這些法規的推動,都是未來的大好商機。

而在大健康方面,世界先進國家都面臨高齡少子化的挑戰,健康照護消費的驅動力強,像是美國的健康照護支出就占GDP的18%。除了專業醫療設備與器材,出院後可進行居家照護的工具也深具潛力。

此外,臺灣廠商深耕且發展已久的M2M(Machine to Machine)也值得關注。M2M是指機器設備之間的資料傳輸,在底層透過簡單的通訊機制即可互聯,無需上雲端,就能達到機器與環境的遠端監測和控制目的。它雖可視為物聯網運作的手段之一,但物聯網其實涵蓋更多有意義的垂直和橫向連結,以底層結合通訊層和雲端,透過運算與儲存,形成應用與服務,再以反饋的數據進行巨量資料與使用者分析。

未來熱門的車對車(Vehicle to Vehicle; V2V)通訊等智慧交通運輸應用,也可視為典型的M2M,美國正逐步立法推動將車載專用短距無線通訊(Dedicated Short Range Communications; DSRC 5.8GHz~5.9GHz )列為車輛標準配備。先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems; ADAS)的應用也逐漸興起,而具有開放性特色的Android因作業系統可靠度和即時性的疑慮,影響車商採納為前裝配備的意願。ARM則發表物聯網裝置平臺服務mbed,包含免費作業系統和伺服器軟體,可免除廠商的開發心力,因而深具吸引力。

化大夢為營收 新興公司成長率高

對半導體產業而言,物聯網的商機不只是空中樓閣,而是實際可期的營收,Skyworks公司就是最佳實例,它在2014年的市占率雖居於第24名,但成長率卻高居第1名。Skyworks擴大整合解決方案,進入汽車、醫療和工業市場,受惠於物聯網關鍵元件的強勁需求,成長率達31.9%,以超過10%以上的差距領先位居第2名的聯發科。

以色列公司Mobileye更證明了物聯網不只是一個大夢,而是一蹴可幾的現實,它的核心技術是處理效能,以影像方式加密擷取車用攝影機資料上傳至雲端,進行大數據分析。為了兼顧不同來源的資料,涵蓋影像和雷達/光達系統的多樣感測融合技術愈來愈重要。

2015年3月,GUC(Global Unichip Corporation)達成尖端晶片設計,在先進28mm CMOS製程的晶粒上整合三頻類比前端(AFE)矽智財與高速無線傳輸(WiGig),協助終端客戶縮短整體開發時程達1年之多。

由上述實例可以發現,想要擴大物聯網生態系,就必須符合幾項條件,包括低成本、高性能、低耗電、容易設計。事實上,在物聯網各個領域都有很多創意商機,但自行開發硬體成為一道高門檻,如何讓開發更容易、成本更低,就變得很重要。林宏宇建議,臺灣廠商可以朝向軟體開發工具發展,例如協助開發者加速研發感測器融合應用,初期目標則以建立平臺黏著性為先,中長期營收則來自後續維護支援。

製程亦是讓物聯網基礎架構更普及、應用更廣泛、成本降低的關鍵。連帶地,封測地位也將隨之提升,奈米機電(NEMS)系統級封裝(System in Package; SiP)大有可為,像是車用雷達收發器相關的毫米波元件mmWave IC的封測亦朝微小化發展。

另一方面,IEEE將調整標準專利政策,避免特定廠商以專利授權金賺取暴利,以及多項專利持有者索取多筆權利金的堆疊狀況,可說是臺灣廠商的利多消息。這個政策獲得Apple、Intel、Microsoft、Cisco、HP、Dell、Broadcom等一線大廠的支持,起因在於過去高通等大廠以智慧型手機批發價為基準,向廠商收取一定比例的晶片專利權利金費用,而IEEE新規基於公平合理無歧視條款,要求必須提供專利授權報價給所有申請人,不可挑選客戶對象,而且可能必須改以晶片本身價格為計算基礎。

新舊融合的未來 跨領域應用正夯

物聯網的未來,不會只有舊技術的整合,舉例來說,因應舒適、彈性、可彎曲的需求,不會對人體器官或皮膚造成不適感的生物親和性,以及可彎曲拉伸和輕量不破裂的特性,都造就軟性電子技術成為必然趨勢。這也引動第二個趨勢,也就是跨領域整合或晶片模組化。

車聯網結合健康新技術就是一例。日產(Nissan)推出Nismo智慧手錶,可用於監控心跳速率/心跳變異分析、腦波注意力情緒追蹤;福特汽車(Ford)則與Healthrageous、BlueMetal Architects合作監測血糖、血壓、哮喘、過敏等。

智慧衣著技術則是結合織物生理感測與通訊,它的未來發展在於整合多項生理感測,依睡眠、運動、家居照護等不同情境做客製化需求調整,以及加強使用者介面與提升資訊處理分析。目前,包括美國、加拿大、西班牙,都已出現市售或概念性產品,知名運動品牌adidas就收購了一家智慧衣廠商。

當然,不是所有物聯網設備都必須採用軟性電子技術,混合式電子薄膜(Hybrid Electronics System in Foil)也是值得觀察的新技術。它同樣有輕量不破裂、可彎曲拉伸的特色,以及可貼於皮膚或穿著物的生物相容性,優點在於成本較低、低溫製程、高可靠、低功耗。

包含軟膜和LED感測器的智慧互動軟膜也是一例,它能感應物體的接近,進行互動顯示,可變形而不破裂。從應用面來看,可涵蓋智慧調光/導熱窗簾、智慧溫度追蹤標籤、智慧天線等。

此外,感測器亦可與手機結合應用,例如:酒駕監控等合規性監控。透過低成本的IC技術開發嵌入式感測器,成為結合傳輸和感測功能的傳感器,預料將是下一代感測器的發展方向。

挾晶圓代工優勢 競逐產業新局

包含晶圓代工和記憶體製造在內的臺灣IC製造業,在2014年全年產值突破兆元,達新臺幣1兆1,731億元,年成長率17.7%更高於全球半導體產業平均成長率,可說是創下歷年新高。放眼2015年,受惠於行動裝置市場的成長,預期產值將達新臺幣1兆2,964億元,年成長率為10.5%。

IC製造廠商具有將理想設計實現的關鍵角色,過去在終端產品應用紛紛推進PC、筆電、手機和平板等產品的發展。2015年更是先進製程技術競賽的關鍵年,全球半導體資本支出持續加碼,廠商紛紛角逐製程推出時點,已搶得市場需求先機。目前,研發、資本支出與材料市場占半導體市場約50%,而業者依然積極升級產線、擴充產能,目的在於提高產能利用率,也意味著未來半導體仍會繼續成長趨勢。

工研院IEK產業分析師陳婉儀指出,除了行動裝置以外,穿戴式、物聯網及大數據的商機亦是帶動IC製造業的驅動力,面對未來終端產品的改變,製程技術發展策略轉變為邏輯與特殊製程並進,利用領先成熟製程技術推動特殊製程發展,甚至將8吋晶圓特殊製程移至12吋晶圓,達到提升產能利用率及降低成本的目標。此時終端產品從行動裝置逐漸轉往物聯網產品,將是中小型晶圓廠的大好機會,可善用製程服務優勢切入新產品、新客戶及新市場。未來物聯網的商機讓許多臺灣IC製造廠持續布局物聯網裝置製程技術,包括低耗能、感測器及系統級封裝等;另一方面,則延伸開發整合上下游產業鏈,包含EDA模擬設計工具、IP工具及先進封裝技術等。

然而,半導體供應鏈在2014年拼出全球3,533億美元的產值,但既有的產業鏈模式正在鬆動中,不再如同以往由IC設計公司為完全主導,系統廠商也愈來愈希望融入自己的領域知識,並參與設計端、尋找代工及封測合作對象,換言之,IC設計公司與系統廠商的想法將更為緊密,兩者之間的切分不再涇渭分明。Apple就是一例,從iPhone 6 Plus就能發現有部分零組件被Apple自有品牌產品取代。

特殊製程競爭 機會威脅並存

進一步分析全球IC製造業在2014年的表現,台積電以52.1%的市占率持續穩居全球第一。而在全球前10大IC製造業中,值得觀察的還有位居第7名的以色列公司TowerJazz,在2014年擁有64%的高成長率,市場排名從2013年的第9名上升至2014年的第7名。創下高成長率的TowerJazz,搶攻特殊製程,尤其是在2014年結合Panasonic,合資成立TPSCo.,並移轉65nm CIS製程技術及45nm Digital技術,這個結合提升了技術能量及產能,也提供了更多製程選擇,原本以歐美市場為重的TowerJazz成功拓展亞洲半導體業務,例如:協助臺灣IC設計公司奇景光電研發生產高階CIS元件,與韓國KERI研究中心透過研發支援合作關發商業CIS市場。

必須持續關注的還有快速成長的大陸半導體市場,大陸在IC產品的進口值已大於原油進口值,成為當地政府大力扶植半導體產業的原因之一。即使如此,大陸IC製造對全球半導體的影響力約3%,關鍵在於他們只著眼在可快速回收的產業,然而IC製造比拼的是先進製程,回收週期相當長。

雖然大陸需求造成代工市場發展迅速,但大陸本土代工產業的發展卻相對緩慢,就連加總在大陸境內的IC製造業(包含外資)在全球IC市場占有率僅有4%。以排名來看,前兩名是身為外商的Hynix和Intel,第3名才是本土的中芯國際。中芯國際在專項政策扶植下,成為大陸IC製造產業的領頭羊,積極拓展製程產品線,布局物聯網,但2014年因先進製程技術良率拉升速度緩慢,而微幅衰退4.3%。成長最快的大陸IC製造商則是華虹宏力,憑藉在地優勢搶占大陸智能IC卡商機,成長率達11.7%。

未來憑藉穩步成熟的大陸IC設計業,被賦予拉升IC製造業技術能量的重任,政策基金亦透過產業扶植,以期在2030年實現大陸芯目標。值此同時,大陸收購浪潮一波波,官方積極建立虛擬IDM產業,和臺灣在設計、製造、封測的產業發展模式截然不同。

但在下一波的物聯網市場,考驗的不只是製程技術精進,而是製程複雜度、彈性度及整合能力,這也為規模較小的廠商帶來新契機。2014年臺灣晶圓代工產業以高達75.6%的市占率穩居全球第一,擁有產業鏈完整和彈性高的優勢,尤其和近年來積極轉型代工的IDM廠商相較之下,臺灣不但有更好的彈性,而且還少了產品競爭性的潛在疑慮。除了既有優勢之外,臺灣廠商亦延伸製造服務平臺,建構完整產業生態鏈,鎖定物聯網和車聯網,整合上下游及拓展服務。

封測產業大進擊 結盟布局為先

臺灣IC封測產業與全球連動性高,全球半導體需求也帶動臺灣IC封測產業產值創新高。2004年到2014年間,臺灣IC封測產業的產值從新臺幤2,200億元翻倍成長為4,500億元,預估2015年將以4.9%的成長率,攀升至4,763億元。與包含IDM在內的全球封測11%成長率相比,臺灣成長率達16%的表現仍優於全球平均值。

而在2014年,全球前15大IC封測廠,臺灣以6家入榜擁有最高市占率,但大陸廠商則有最高成長率達22%。此外,從2013年到2018年間,全球封測委外比重持續提升,委外趨勢已然確立,而臺灣IC封裝業和測試業的全球市占率皆有50%以上,顯見這是臺灣廠商的機會所在。

工研院IEK產業分析師楊啟鑫表示,IDM(整合元件製造廠)委外封測趨勢確立,可說是封測代工廠的利多,建議應把握與IDM廠商的良好合作關係,聯合布局後段封測產業。必須注意的是,大陸封測產業成長快速,而且展開大動作併購,臺灣廠商應透過研發的強化,朝向中高階技術及良率提升發展,布局封測技術,藉由自家技術和穩固客戶群,形成與大陸廠商的差異化。

另一方面,成本、效能、封裝型態仍是推進封測產業技術發展的重要因素,尤其隨著半導體製程微縮和手機薄型化,2015及2016年的觀察重點將是晶圓級及面板的扇出型封裝型態放量,因高成本而尚待普及的硅穿孔TSV(Through-Silicon Via)封裝技術則會先行於記憶體應用相關廠商量產高階伺服器應用,其後才會往邏輯晶片相關應用市場發展。

在低成本、薄型化、高效能的需求驅動下,2010年以後的封裝技術走向立體堆疊、異質整合封裝,而且持續走向精緻化、高功能的封裝型態,行動裝置是主力推手。

目前,各家代工及封測廠競相投入扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer Level Packaging; FOWLP)布局,但低I/O、被動元件且需載板的Embedded仍可與其呈互補之勢。另一方面,TSV雖仍需要時間普及,但因雜訊少,因此在些許不要求TSV高孔數及高深寬比的利基型市場如醫療保健裝置等亦開始受到重視,而將來在2.5D、3DIC等高階高毛利封裝應用市場絕對不可小覷。

啟動收購與結盟 以整合提升價值

為了增加物聯網裝置的獨特銷售價值定位(Unique Selling Proposition; USP),針對垂直市場的需求進行供應鏈整合是最立竿見影的作法,因而引動了國際併購風潮。舉例來說,NXP去年收購Quintic旗下穿戴式裝置和藍牙低功耗晶片業務相關的資產及智財權,今年又緊接著收購Freescale;此外,Intel收購擁有超過2千項寬頻通訊專利的德國Lantiq,Qualcomm則收購擁有經典藍牙與藍牙低功耗技術的CSR公司。

這些實例都說明了歐美的IC業者正透過積極的垂直整合活動來提升USP,同樣地,未來大陸資本聯合收購亦將成為趨勢,例如:大陸武岳峰資本收購美國DRAM公司ISSI。林宏宇預測,感測元件的IC設計公司恐將成為下一波被收購的對象,臺灣產業必須儘早思考應對,建議考慮國際策略聯盟模式運作,以價值定位擺脫追兵、跨越物聯網的經濟規模天險,市場策略則儘量避免僅有短期利益而缺乏長期延續的應用。

更重要的是,未來物聯網的IC設計需進行跨領域整合,涵蓋新技術如生物感測軟晶片SiF、低耗能軟電互動式影像感測、感測系統整合低成本3DVLSI,以及TFT MCU的混合式SiF封裝技術等。以結盟或加入聯盟快速建立生態系,一方面可分散研發支出,另一方面則形成高效率合作模式,尤其臺灣小型IC設計業初期的小量創新產品恐怕面臨不易投產的問題,更需朝向IC設計業與法人小型產線進行虛擬IDM等合作模式,達到共同創新的目的。

全球IC製造產業正升級為差異化服務,市場亦從技術導向轉為客戶導向,產業鏈垂直分工模式也日趨模糊,IC製造廠必須與系統廠及IC設計公司有更緊密結合。放眼2015年,臺灣的晶圓代工仍扮演火車頭的角色,帶動IC設計及下游封測的發展,透過整體產業鏈的群策群力,期盼能快速掌握物聯網IC應用新商機,為臺灣半導體產業拚搏第三金。

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