迈向IoT美丽新世界 芯片设计的机会与挑战

高通积极抢攻5G商机。

物联网(IoT)风潮方兴未艾，不只台积电创始人张忠谋先前直指物联网将是「the next big thing」，意指物联网的未来是一个美丽新世界；还有阿里巴巴集团创始人马云也曾预测，未来的10年、20年间，人类面临的三大技术挑战之一就是物联网。诚如张、马两位重量级人士所言，物联网新浪潮袭来，已然掀起颠覆性的产业变革与带动新的商业价值。

事实上，物联网逐渐影响人们日常生活，包括智能家庭自动化装置、智能手表、穿戴式健康监测装置、车联网等，物联网很可能扩大普及到所有的消费民生和产业应用。

联网装置增 应用更多元

所谓物联网，就是各个装置间利用无线通讯技术，进行信息收集、交换，以达到识别、定位、追踪、监控和管理的目的。物联网不仅要能处理大量数据，还要可以对环境改变而做实时适当的反应。随着万物联网之后，尤其即将进入5G时代，信息流量流速及连线数量将会呈现爆炸性发展，预计将带来更多元的应用。

国际研究机构Gartner预测2019年全球联网物件数量将达142亿个，并可望在2021年达到250亿个，而这个数字可能还会持续快速成长。另外，根据Cisco IBSG(Internet Business Solutions Group)估计，2020年全球联网装置将到达500亿个，平均每个人身边有6.58个装置联网。

有监于此，多家知名国际科技大厂像是谷歌(Google)、苹果(Apple)、微软(Microsoft)及亚马逊(Amazon)等皆已投入大量资源发展及推广物联网智能生活产品，足见市场潜力庞大，进而带动周边相关零组件产业链生态系也会随着蓬勃发展。

物联网装置  推升半导体芯片需求

根据全球专业谘询机构KPMG调查显示，全球半导体公司经理人认为，由智能家电、穿戴式电子装置与智能城市所形成的物联网将成为2020年推升半导体营收的最重要应用，取代无线通讯作为半导体主要的营收来源。由于所有物联网装置都需要用到半导体芯片，不但需求数量庞大，而且规格多样不一，物联网对半导体产业带来的商机不容忽视。

虽然机会潜力无穷，但是物联网装置对半导体芯片设计也带来了各种前所未有的挑战。举例来说，设计智能手表和穿戴式健康监测装置时，就必须同时满足体积小、精确和低功耗的要求；而消费性电子装置就必须要能支持多种无线格式，以确保运用在不同系统之间的互通性。

物联网芯片设计须灵活定制

由以上所知，物联网装置数量庞大，而且应用十分多元，已不能像过去总是以追求高效能、高端制程的处理器为优先考量，而是必须依照客户的个别需求，在低延迟、低能耗及低成本等「三低」考量间拿捏取舍，找到最合适的组合。由于各种应用的需求大不相同，芯片设计迈向高度定制化不可避免。

物联网应用包罗万象，对芯片的多样性和定制化设计需求大幅攀升，因此物联网芯片的设计必须更加灵活。由于物联网芯片并非如PC芯片的规格标准化，整体架构的运作方式也尚未统一，因此吸引众多IC设计业者抢进，甚至连系统厂都想自定订规格、自主研发专用芯片，这都使物联网芯片市场竞争更加剧烈多变，半导体芯片设计业者唯有全力拓展产品线才能脱颖而出。

万物联网  网安问题不容忽视

此外，值得一提的是，随着万物联网时代来临，网安问题成为不容忽视的严重威胁。在物联网时代，过去用恶意程序攻击软件的常见手法已经是不足为奇，黑客会由内而外逐层突破，针对漏洞进行攻击。大量的物联网设备也将遭受IP窃取的风险，日益复杂的攻击技术让企业难以招架。

导入物联网的企业在衡量产品的成本和规格时，对于网安应该放在首要位置，如何保护物联网设备免于IP窃取、窜改与复制，同时阻止黑客利用网络攻击，将是物联网产业链面临最大的挑战。

在设计产品时，应加入加密、安全启动机制等层层把关，有助于提高防御力；建置一个可运作的平台，并确认各个环节都是安全的，也显得非常重要。黑客攻击手法日益精进，解决网安问题要考虑的层面也越来越多，已是供应链生态系的共同责任。

国内外芯片大厂及早布局

综观全球市场，国际芯片大厂早已开始布局物联网芯片，像是英特尔(Intel)早在2015年就已投入物联网领域；联发科也在2015年底推出系统级封装(SiP)物联网芯片；而向来主导手机芯片市场的高通(Qualcomm)，近年也因全球智能手机销售量放缓，而开始发展物联网芯片；至于安谋(ARM)近年则是透过频繁并购，来扩大物联网布局。

未来的物联网芯片市场将呈现新战局，带动低功耗、低延迟、少量多样的芯片设计趋势，成为台湾芯片设计与硬件制造商的战场，不难想像未来将会出现整合微控制器(MCU)、无线通讯、射频(RF)、传感器及电源管理等的物联网系统单芯片(SoC)解决方案。

在现今物联网产业架构下，台湾产业界的切入点还是以具竞争优势的相关硬件方面为佳，包括系统产品及零组件。尤其台湾半导体产业从晶圆代工、IC设计、矽智财(IP)及存储器等具备完整产业供应链，若能结合半导体产业及相关应用的软硬件商机，将有相当大的发展潜力。

另外，物联网市场属于少量多样，台湾业者应该将自身的产品战线由IC设计延伸到开发设计软件、应用软件，或者与其他特定用途芯片产品进行整合，并以专利保障自身优势，将有机会在竞争激烈的物联网产业中站稳脚步，并提升自己的产品价值，以进入物联网应用百花齐放、倍数成长的未来。