科技产业的隔代创新

创新是科技业生存的不二法门，然而从创新的想法到实际技术及产品的开发，却需要投入及耗费掉相当的资源，因此持续的创新就不见得符合经济上的效益。再加上为了满足应用上的需求，每隔一段时间就须开发出下一代的产品。为了在创新与效益上寻找出一个平衡点，因此科技业就演进出了隔代创新的商业模式。而新一代的创新技术，通常也会有相当的余裕，可以继续使用在下一代的产品上。

另一件有趣的是，每一代新的技术在效能上的提升，通常是以2倍当作一个节点，比如说2倍的速度，2倍的密度等。在现实世界中2倍是相对容易实现的，若一次要提升10倍难度是很高，而且2倍的提升也足以说服使用者采用下一代的产品。

先以半导体制程的创新来说，在元件的微缩上都是以0.7的比例缩小，当作下一代节点的目标，因为在一维尺度上缩0.7，以面积而论就是缩成一半，也就是密度翻倍，而成为原先的2倍。这十多年来的进展，半导体从28纳米开始，技术上导入了high-K以及金属闸极，这是一个相当大资源的投入。所以到了20纳米的节点，就在此架构下，持续做元件的微缩，而没有重大创新技术的投入。

半导体制程到了下一个15纳米的节点，鱼鳍式晶体管(FinFET)被提出，取代了传统平面型晶体管，半导体元件进入了立体的时代，这又是一个划时代的改变。在下一个节点10纳米，因循15纳米的平台。再隔一代7纳米时，微影技术开始导入极紫外光(EUV)，取代使用了20多年的深紫外光(deep-UV)的光源。5纳米依旧延续7纳米的平台，但是到了3纳米时代，元件结构又将作重大的改变，晶体管的通道被闸极给全包覆(gate all around)，并开始做晶体管的堆叠。所以隔代的创新，给了半导体业者一个整装待发的机会，在经济效益上，也能延续了上一代技术开发所投入的资源。

无独有偶，在光通讯领域也有相同隔代创新的商业模式。光通讯中最重要的效能就是数据传输的速度了，越高的速度就能处理及传送更大量的数据。在100G传输速度的要求下，业者开始使用多通道的架构，这可以是4根光纤，利用多工及解多工器(mux, demux)，让同一波长的雷射光在4根光纤内进行，每个通道传25G。100G也可以使用1根光纤，而内含4种不同波长的雷射光，每一波长雷射光传25G的信号。200G的系统基本上是沿用，只是把雷射开关速度增加1倍。

再隔一代400G的系统就有显着的不同，因为每个通道要传100G的信号。过往雷射信号的波包(wave packet)就是开与关，亦即0或1，1个位元，现在需要增加波包的位元数到2个位元，亦即00、01、10、11。同时为了解决封装上的复杂度，开始使用矽光子 (Si photonics)技术。800G的系统目前尚未问世，但基本上会以增加通道数目来实现。

但是到了尚在讨论中的1.6 Tera系统，coherent的同调架构就开始上场了。在半导体雷射开关速度达到极限的情况下，科学家们就开始在调变(modulation)下功夫。这与在无线通讯系统所使用的技术相同，除了振幅上的调变外，得再加上相位的调变。比如说16QAM的调变，就是在每一个波包上能呈现出4个位元，若再加上水平及垂直的偏极化，因此在不改变雷射开关的速度下，传输的数据量增加了8倍。

无线移动通讯系统也有隔代创新的相同模式，毕竟每一代的系统开发及建置是非常耗费资源的，这包括了频谱的竞拍、手机的更换及基站的建置。所以在第二代2G移动通讯中，业者引进了数码式的TDMA以及CDMA的多工技术，有别于第一代的类比式，增加了载波频率的使用效率，以服务更多的客户需求。到了3G时代，基本延续了上一代CDMA架构，只是开始数据端的传输大于语音的传输。4G的移动通讯是个大的演进，采用了全封包(packet)的通讯及交换协定，传输的量也由每秒Kbit推进到Mbit。在天在线也采用多重MIMO智能天线，更进步增进频率的使用效率。所以业界流传了一个说法，就是偶数时代：2G/4G比奇数时代：1G/3G表现的好。

照理说5G应该是个让大家能喘口气的机会，可沿用在4G上所建立的基础，然而事实却非如此，到底发生了什麽事？其一是国内以华为及国内移动为首的业者，在4G发展之初就开始布建5G，准备弯道超车。当西方世界意识到时，国内已经建立起5G相当完整的布局，这也就引发了一连串科技及商务战争，而争相投入5G的战局。另外频谱也就是电磁波，不会无中生有，更无法靠人类的努力创造出来，而现有可利用的频谱，多半都被军事、航太、海事等通讯所占用。5G时代甚至使用到了毫米波，这很可能是无线移动通讯系统，在频谱上的最后一片净土了，也再次地凸显了5G的重要性。

有句广告词说「科技始终来自于人性」，科技界在每一代创新上中，也需要休养生息好整暇以待，同时也期望在先前所投入的资源，要能获利极大化。所以隔代创新的做法，是不是很人性呢？

感谢阳明交通大学光电系陈智弘教授，在关于光通讯技术上的讨论。