1890年代的美国人口普查扮演今日信息处理革命的最大推手。当时要蒐集6,200万美国人口的数据，美国人口普查局（United States Census Bureau）为此十分头痛。经过评估，结论是以人工方式做纸本核对已不可行。在人口普查局寻求可行方案的过程，促成早期计算机器技术的演进。当中的关键人物是号称全世界第一位统计工程师Herman Hollerith（1860～1929）。荷勒里斯在大学时代的表现优异，引起学校教授Trowbridge注意，雇用他到人口普查局当统计员。Hollerith在分析1880年人口数据时，发现以人工方式蒐集和处理信息颇有不足之处，会产生许多错误。1890年时美国的人口成长超过6,000万，以人工方式做人口普查，计算量已达瓶颈。Hollerith一直在注意两套系统：Joseph Charles（1752 ～1834，又名Jacquard）的纺织花梭机（Jacquard loom），以打孔卡片（Punched pasteboard card）来控制编织的花样；以及火车列车长将车票打孔来确认旅客及旅程的方法。根据对这2套系统的观察，Hollerith开始构思人口普查的记数机器（Counting Machine）。1884年，Hollerith申请到第一个专利：利用卡片穿洞与架在弹簧上的钉子，设计出一种排序技巧。人口普查人员在记录卡片上打洞，再将整叠的卡片喂入Hollerith设计的机器。机器运作时，装有弹簧的钉子若滑过卡片上的洞，会和下方的电极接触，使电流得以通过。机器以此辨别电流无法通过的卡片，并加以统计。这个庞大的电动排序机被称为Hollerith Electric Tabulating System，是统计应用的一大成就。1886年，Hollerith已获得打孔卡数据处理方面的一系列专利，成立制表机器公司（Tabulating Machine Company；TMC）以招揽生意，初期已有许多应用服务。例如帮保险公司分析死亡率数据（mortality data） ，以及提供纽约和巴尔的摩两地间火车的运货帐单。1890年，美国人口普查局使用Hollerith的机器，很有效率的将原来人工统计的时间由2年缩短为6个月。人口普查统计的方式，是将每一个人的数据分别记录于一张40栏位的打孔卡片（这张卡片则成为那个人的永久档案）。所有卡片都输入Hollerith的机器来计算统计。此次人口普查相当成功，为纳税人省下500万美元。Hollerith的机器扬名立万，后为全世界各国采用于人口普查。

2022年11月17日，VinFast宣布斩获美国电动汽车租赁公司Autonomy 2,500多辆VF8和VF9汽车的订单，这是Autonomy有史以来给出的最大电动汽车订单之一，由此可见越南汽车在国际市场上已被认可。以下表2概述了VinFast造车产业的发展历程。2022年3月，VinFast宣布将投资20亿美元于美国北卡罗莱纳州新建一座汽车工厂，用于生产自有品牌的电动汽车以及动力电池，规划年产能15万辆，预计2024年7月之前正式投产。2022年4月7日，VinFast宣布已经向美国证券交易委员会（SEC）提交上市申请，但该案是否受「降低通膨法案」（The Inflation Reduction Act of 2022；IRA2022）影响尚不明确，但已知VinGroup子公司VinES与在深圳证券交易所上市的国轩高科在越南河静省合资设立磷酸铁锂电池（LFP）电池工厂，并于2022年11月18日举行开工典礼。此外，VinFast与宁德时代2022年10月31日签订全球战略合作备忘录，并投资台湾固态电池厂家辉能科技数千万美元，可见VinGroup在动力电池与新能源汽车上的发展方向甚为明确，此举也带领着越南动力电池整装待发。以下整理几则来自越南的报导，帮助读者了解越南动力电池目前的发展状况：2022年11月18日，国轩高科与VinGroup合作的电池工厂在越南河静省经济开发区正式动土，总投资近2.75亿美元，占地约14公顷，一期规划年产能5GWh，预计2023年末投产，2024年第3季度开始大规模生产。该工厂将成为越南第一座LFP电池工厂，生产的电池将供应VinFast新能源汽车的需求。据了解，此次开工的电池工厂由国轩高科持股51%，VinES持股49%；VinES于2021年8月4日注册成立，主要负责动力电池生产业务。值得一提的是，2022年10月31日，国内动力电池龙头宁德时代与VinFast宣布签订全球战略合作备忘录，双方将在CTP（Cell-to-pack「无模块电池包」）、宁德时代的一体化智能底盘CIIC（CATL Integrated Intelligent Chassis）滑板底盘等专案上开展合作。在现有CTP产品配套的合作基础上，加上CIIC滑板底盘将电池包、电机及其他关键部件集合在车辆底部，可降低成本并节省能耗，同时扩大乘坐空间。宁德时代还将协助VinFast电动车在续航里程、安全性及智能驾驶方面达到新的水准。此次合作也有助于双方完善全球布局，共同开拓新兴市场。据固态电池全球领导厂商台湾辉能科技发布的消息，越南最大民营集团企业Vingroup的子公司VinFast，于2022年07月6日宣布与辉能科技结盟，并对辉能科技数投资数千万美元。根据合作安排，辉能科技计划从2024年开始向VinFast提供固态电池，以支持其下一代产品线。辉能科技第一座固态电池工厂计划于2023年初启动，此工厂大部分产能将用于供应VinFast电动车。未来，辉能科技和Vinfast还可能在越南建立合资的固态电池工厂。固态电池是最有前途的技术之一，在安全性、能量密度、超快速充电能力、可回收性、重量优化、成本和使用寿命方面具有优势。VinFast旨在以世界领先的技术保障电池供应，加强对电池供应数量和类型的控制，以满足VinFast EV每条产品线的需求，以及市场对高科技、高性能、更安全、更环保的电池的需求。Vingroup 副主席兼 VinFast CEO黎氏秋水（Le Thi Thu Thuy）说：「辉能科技将协助 VinFast 采用先进电池技术的EV产品，以提供更愉快、更安全的驾驶体验。」总结：越南动力电池正在起步，上下游供应链尚在萌芽阶段，在可见的未来充满商机。综合前述，动力电池业者规划在越南投资设厂，并与当地电动车龙头VinFast携手并进，原因有二：一为开发东南亚动力电池与电动车这块处女地；其二为降低生产成本，忽视美国IRA 2022电动车补助所设的限制，与美国本土动力电池与车厂直球对垒决。但无论如何，越南甚至东南亚对动力电池的需求仍是一块处女地，整个产业链都需仰赖外援，其正极材料、负极材料、电解液与隔离膜四大零组件都没有生产能力。对关键原物料的取得与加工皆无法与国内匹敌，为今之计只有仰赖国内为其「输液」。但笔者以为，电解液、电解质、隔离膜等与化工产业关系密切，台湾有许多公司握有生产技术，应可从此切入并撷取商机。另外，近来相当热门的车用芯片，这也是台湾的强项，往后电动车所需要的芯片台湾应可为其定制化，只要有电动车就一定有台湾，进而取得关键席次。越南在疫情前GDP年成长率都有7~8%，民众购车能力大幅增加，笔者以前服务的河静钢厂越籍同事，几乎都已购车代步。如今疫情趋缓，可预见其汽车市场将蓬勃发展，对电动车的期待将更殷切，对动力电池有更迫切的需求，让我们拭目以待越南的发展。 

谁是当今动力电池的霸主？无可讳言，国内是现今动力电池的龙头。这要归功于国内政府于2015~2019这四年间推出的「汽车动力电池行业规范」，国内顺势坐稳了锂电池生产技术与生产规模的龙头位置。据2021年3月统计数据，全世界锂电池上游供应链当中，国内各项组成占比如下：负极材42%、正极材65%、电解液65%、隔离膜43%。2022年的初步数据指出国内企业在动力电池的所有关键物料占比都超过一半，绝大部分环节占比超过70%，少部分如石墨占比则近90%。如此高的占比意味着不论是车企，还是电池企业，想要建成不依赖国内的动力电池供应链，就必须付出长久的时间和巨大资金成本。美国的回击2022年8月16日，美国总统拜登正式签署「降低通膨法案」（The Inflation Reduction Act of 2022；IRA2022），此一法案主要分为两方面：增加营收与扩大投资。法案中对洁净能源汽车补贴设置了动力电池的限制条款（须满足条款，每部车才可享7,500美元补助），其目的在于以政策手段抑制国外竞争对手并扶持本国产业，其手段则由电池「关键矿物原料来源地」和「电池关键部件制造地比例」两方面进行限制，请见表1。如依限制条款「2023年1月1日原材料40%和电池组件50%的最低占比」要求，美国市场上目前在售车型几乎全都无法获得补贴。实际上，7,500美元的电动汽车补贴，延续自欧巴马时代，有所不同的是，当时的政策有销量限制，即每家车企只有20万辆的额度，如今拜登时代则是增加了限制条款。                        对国内企业来说，法案带来的不确定性和不友好态度是主要的忧虑，尤其是明文指出关键矿物原料与电池组件不得来自「某些国家」的敏感实体，请参考表1中的 (a) 栏，即暗指国内企业。美国车企高度依赖中、韩动力电池供应商，而韩国电池企业在上游供应链方面又高度依赖国内企业，这意味着使用中、韩两国企业的电池，车企都将无法获得补贴。至于日本，其动力电池企业的供应链基本上不依赖国内，虽然也造成了日企的电池成本较高，但日本主要供应给高端产品，而这次的补贴条款还设定了价格上限：轿车5.5万美元，SUV、皮卡8万美元，因此高端产品有可能因为超过总价限制而无法获得补贴。现在中、美动力电池的制造成本差距约为30美元/KWh，一台纯电动整车电池组的成本差距约2,000美元，而未来其成本差距将进一步扩大，仅电池系统的成本差额就将占据补贴金额的一半左右。如果再计算美国企业需要为调整供应链付出的时间和资金成本，抵消掉新增成本后，7,500美元补贴的诱因已经所剩无几。美国主要的车企联盟－汽车创新联盟（Alliance for Automotive Innovation）认为，美国车企想要获得部分补贴，至少需要4年时间调整供应链，如果想要完全符合原材料来源和组件制造地两个限制条件获得全额补贴，则至少需要等到2027~2028年后，虽然法案规定的补贴期限一直持续到2032年，但对美国车企来说，能够获得补贴的时间可能只剩不到5年。事实上，赴美建厂的动力电池企业都面临着如下的选择；一是依循美国的要求对其言听计从，但动力电池企业普遍担心因而身陷泥淖；二是另辟蹊径，寻求其他地区的增量市场，如宁德时代到欧洲匈牙利设厂即是一例；三是放弃美国补助，到第三地生产更低成本的动力电池与电动车，与美国本土车商直球对决，在此考虑下，东南亚尤其是越南即凸显出此方面的优势。越南商机涌现在谈越南动力电池产业之前，必须先了解越南的动力汽车龙头VinFast的发展过程与现况。VinFast成立于2017年（为VinGroup子公司），一年后收购了通用汽车（GM）在越南的汽车生产线，因此在其团队中的成员大多拥有在通用汽车工作的背景。VinFast已成为近年来越南本土迅速崛起的造车新星，但是如果想要从传统内燃机引擎汽车发展新能源汽车，所需要的动力电池却只能依靠外援。VinFast的头三款内燃机汽车－Fadit, LuxA2.0, PresidentV8－都直接移植BMW成熟的技术平台打造，动力系统采用BMW原厂代号N20涡轮增压发动机，而成本却比原厂低60%左右，推出后在越南市场曾一度走红。2021年11月，VinFast推出了首款电动车-VFe34，同年推出了面向全球市场的高端智能化电动SUV-VF8和VF9。2022年初，VinFast CEO黎氏秋水（Le Thi Thu Thuy）宣布，将全面摒弃燃油车，成为纯电动汽车企业，目标是在五到六年内生产和销售约100万辆电动汽车。（未完待续）

美国能源部公布自2008年至2022年以来，电动车电池的价格下降89%。降价的2个主要原因是因为量产以及电池技术的进步。量产的驱动力来自于电动汽车量的增加，而规模经济的效果自不待言。技术的进步值得一提，其中研究主轴自然是材料，但范围包含广泛的电化学、电极材料、电解液、催化剂、机构、监控等。在这统计的14年中，不仅纳米科技一日千里，容许工程人员对微小物质的操控，而且这段时间也是材料科学成长出新的研发臂膀期间，理论的新手段如第一原理计算（first principles calculation）、机器学习乃至量子运算等，纷纷被应用到电池材料的研发。这些手段在进入实验之前，可先预测目标材料种类及特徵参数，实验结果往往也与预测相近，这些开发手段的改变大幅缩短开发时程、降低开发的经费。掌握这些新研发方法，乃电池研发竞争的主轴之一。车用电池发展与注重企业ESG的年代也重叠，因此企业经营必须将整个生态环境计入经营考量，企业再无外部成本可言。锂离子电池中使用较多的锂、镍、钴等金属，如果按照目前的使用效率及市场成长估算，目前已知的矿藏量可能在10年后告罄，所以分级使用以及资源回收势在必行。譬如电动车电池在充电率降至90%之后，经厂商修整再移至再生能源当储能设备使用，最终进入资源回收的循环。电动车电池一直存在着地缘政治的议题，主要原因是电池是电动汽车的核心，而国内掌握全世界60%电池组制造，高度集中的比例在今日地缘政治的环境下，令人担忧电动车电池也会被用来做为战略杠杆工具。笔者有几个理由，认为这是过虑了。第一个原因是原材料。世界的锂矿藏大部份在南美洲三国：玻利维亚、阿根廷、以及智利，其次是澳大利亚。国内有70%的原材料依赖进口，但是国内对于矿藏本身可能拥有部分所有权。如果锂离子电池一旦升级为战略物资，各国普遍有政府可以徵用的法令，启动杠杆战略的可能，国内自己先反受其害。第二个理由是国内虽然电池组产量占全世界60%，但是电动车产量亦占50%以上，而且上升势头甚猛，譬如2022的出口辆数就较2021的多1倍。在自己使用供需略近平衡的状况下—而且电池成本目前占电动车成本近40%，本身价值不菲—将电动车电池当成战略杠杆武器使用是不切实际的。一旦供应链重组，国内自己受伤害的机率很大。第三是新电池的发展仍然在持续发展之中，锂离子电池未来是否仍然是主流产品仍在未定之天，这也是各界关注电池产业发展的焦点。近期趋势是重回钠离子电池。虽然钠离子电池因为钠的原子序较大，其比能量目前处于100~150 Wh/kg，仍然略逊于锂离子电池的120~180 Wh/kg，但是其原材料价格便宜甚多：碳酸钠（sodium carbonate）每吨就300美元上下，而碳酸锂（lithium carbonate）2月价格略低于50万美元。二者价格有上百倍的差距。钠离子电池还有其它的功能性优点：可以在较低的温度工作，也没有过放电（overdischarge）的问题（锂电池电力完全用完时负极可能受损）；钠离子电池的导电率也较高，所以比功率、充电速度也较高。另外，钠离子电池在短路时升温较锂离子电池慢，相对较安全。锂离子电池的负极（anode）通常是石墨（graphite），正极（cathode）常用钴酸锂（lithium cobalt oxide）；钠离子电池要复杂得多。负极因钠离子较大，没办法嵌入石墨中，必须用硬碳（hard carbon），而硬碳价格很高，一吨在十数万美金之谱，这降低了钠原材料的成本优势；而正极材料亦较钴酸锂要复杂得多。即便有这些工程的挑战，预计今年（2023年）钠离子电池会进入量产，而锂离子电池下半年可能会产能过剩。电动车产业从锂离子电池迈向钠／锂离子混合电池的过程正在发生之中。在更长远的未来，氢燃料电池（hydrogen fuel battery）—如果可以解决工程问题的话—是更理想的电池产品：原料氢和氧都没有储藏量的问题，而使用后的产物是水，也无环境污染和回收的问题。因为有这些可能的技术急转弯的新产品，以锂离子电池当成战略杠杆物资的机率并不高。毋怪乎有些大的传统汽车厂能气定神间的在一旁静观，没有加入锂离子电池的竞争。目前只是初发韧期，所以电动车电池目前还没有统一规格，一切有待观察。延伸报导电动车电池（一）：材料演变与应用型态 

电池是将电能或其他能量先转化成化学能用以储存能量，使用时再将所储存化学能转化成电能的电化学（electrochemistry）机构。电池的主要结构有3个部分：负极（anode）、正极（cathode）以及电解液（electrolyte）。电解液的功能是分隔负极与正极，并让带有电荷的电子和离子于负极与正极之间穿梭流动。电池自问世至今已超过160年，其样态历经过4种主要的材料：铅酸（lead acid）、镍氢（Nickel Metal Hydride；NiMH）、斑马（ZEBRA，Zero Emission Battery Research Activity；NaNiCl2，主要成分是钠、镍、氯）以及锂离子（lithium ion）电池。铅酸电池现在还在服役，就是常见的汽车用以点火启动电池。但是我们要谈的电动车电池（Electric Vehicle Battery；EVB）是牵引（traction）用的，基本上是输出力、驱动马达、拉动电动车，与点火用电池的结构和设计略有不同。锂离子电池的大量应用则自然是从手机的移动应用开始，主要考量当然是其轻盈可携，之后这个好处就自然的被引入电动车电池的应用。从这电池系列的演化轨迹，我们发现了一个有趣的趋势。如果把各种电池主要的金属材料的原子序标出的话，依序是82、28、11、3。这代表整个产业对电池金属材料的演化是一心一意朝向轻盈的方向迈进。事实上，锂已经是最轻的金属，比它轻的元素只有氢和氦，全是气体，也不是金属，无法当成电极来导电。一个完整的电动车电池由几千个电池单元（cell）组成。先是由3、4百个电池单元串联和并联的方式组成1个电池模块（module），十几个模块再组成1个电池组（pack）。以Tesla Model 3为例，其电池组就由7、8,000个单元组成。每个模块中有冷却机制（cooling mechanism），并且用电池管理系统（Battery Management System；BMS）监控电池的健康状况（State Of Health；SOH）：包括温度和电压等，以维持电池在安全的参数区间内工作，并监控充电状况（State Of Charge；SOC）。一旦电池的温、压异常，电池上的保险丝会熔断，以维护系统安全。通常电压异常和保险丝熔断是电池需要更换的2个主要原因。评估电动车电池对应用的妥适性时，有6个重要的指标：比能量（specific energy）、比功率（specific power）、生命周期（life span）、性能（performance）、安全性（safety）与成本（cost）。这里的比能量指的是每公斤电池能储存多少的能量；比功率是电池在每单位时间内能输出多少能量。前者牵涉到电动车能走多远，而后者则关于电动车能跑多快。生命周期指电池能充放电的次数，佐以电动车平均使用频率，也可以粗估电池使用年限。安全性的考虑主要是在高热、升温的环境下，或者电池遭撞击、刺穿的状况下，锂离子电池容易燃烧、爆炸。性能的考量较多样，包括充电速度、低温使用等特性。成本毋庸说明，目前锂离子电池在量产日增的条件下，价格快速下降。但是未来势必面对临锂矿逐渐枯竭的状况，成本进一步继续下降面临挑战。比能量是电动车能上路的基本考量，这决定一定重量的电池能让电动车行走多远？这是每一部能上路的电动车都要挂心的事，反过来这又决定1部电动车需要携带多少重量的电池？如果电池重量本身占整部电动车重量的比例过高，能搭载的重量就很受限，毕竟电池的能量很大一部分是用来携带电池本身的重量。目前锂离子电池的比能量约在120~180 Wh/kg之间，这是所有型态电池目前所能达到最好的数值。这6个因素在不同应用时需要针对应用均衡的考虑。目前对电动车电池应用工程实务的做法是稍微妥协比能量和比功率（因为稍有余裕），以换取较快的充电速度、较长的生命周期以及较高的安全性。将锂离子电池应用于电动车上的表现如何呢？目前进展状况是，以Tesla Model 3为例，一部1.5吨的电动车携带400kg的电池大约可行驶400公里以上，30分钟内可以充满80%以上的电能，但是电池重量大约占电动车总重量的3分之1！而上述的车行距离、电池重量、充电速度等数据，只能说是堪称勉强满足需求。锂已经是原子序最小的金属，轻无可轻。因此如何改进电池中的其他材料，譬如电极材料、电解液、催化剂等成分，以及电池的结构和控制等因素，以提高电池储存电力、电化学能转换效率，是目前电池研发重点。

去年（2022年）底科技界最火红的话题，莫过于OpenAI所推出的ChatGPT，这是个可以透过文字或对话，与人类直接互动的人工智能产物。由于我们是无法有效地分辨出所互动的对像是人或机器，达到所谓图灵验证（Turing test）的终极要求。GPT（generative pre-trained transformer）是所谓的生成型人工智能（AI），只要有主题句或初始对话，这已被训练好的生成型人工智能，即可写出一篇文字流畅且具思想的文章，或者与我们侃侃而谈。人工智能的发展及演进已经历好几个时代，早已跳脱利用海量信息，将人类过往的知识及经验，蛛丝马迹般地寻找出最适切的解决方案，取而代之的是机器自己的学习，并创造出人类没有尝试过的解决方案。生成型人工智能就是近来备受关注的，其所使用的是自我回归（auto-regressive）演算法。程序设计师需要将所欲解决问题的基本规则输入，包括相关的参数，并设定好最终的目标值。接着电脑就开始不间断地自我学习（预测）以及检验，找出各参数在这个当下时间节点的输出预测值，并与上一个时间节点的输入参数做比较（检验），如果两者间有其相关性，则对于下一个时间节点的预测就更有把握及准确。一旦达到所设定的目标值，这个人工智能的自我训练就大功告成。DeepMind在几年前所推出的AlphaZero，在经过4小时的自我学习训练，随即打败所有下西洋棋的电脑程序。自我回归演算法，在各参数不断地预测及检验的循环下，需仰赖庞大的计算能力。所幸先进的半导体技术，已提供所需的运算平台。以使用4纳米技术所制作的最先进高速运算芯片为例，其芯片已内含超过1,000亿个晶体管。不久前超微（AMD）在CES 2023会场上，所发表新一代的运算架构，9颗小芯片（chiplet）的堆叠，使晶体管数目更超过1,400亿颗。其实说穿了，生成型人工智能与量子运算是殊途同归，两者解决问题所采取的步骤都是类神经网络的架构，在不断地预测与优化间，找到最适切的解答。不同的是，量子运算乃自然界微观世界所提供的量子叠加（superposition）与纠缠（entanglement）；人工智能是人为演算法及半导体算力。自然界产物比较难以捉摸，人为的世界比较可以预测。量子运算的硬件架构经过多年的发展，依然很难决定要往哪一个方向前进，这其中制作量子位元（qubit）相关的技术就包括超导体、离子阱（ion trap）、光子或者电子自旋（spin）。在资源无法集中的情况下，势必会影响到量子运算达到实际应用的时程表。甚至有专家开始提出，结合超级电脑人工智能运算的能力，以及量子运算的独特性，相辅相成共同完成艰钜问题的解决能力。换言之，当量子运算还不清楚该如何跨出下一步时，生成型人工智能在演算法不断地精进，及更庞大运算能力的硬件支持下，已逐渐挑战到未来量子电脑所擅长的领域。科技的发展很难用以始为终的逻辑来判断，需要密切关注发展中的每一个环节，并时时做修正。以TFT-LCD显示器为例，OLED的确有非常好的条件取代TFT-LCD，但是整体发展下来，OLED也仅能在中小尺寸的显示器有所着墨。反而TFT-LCD采用OLED作为背光源，更壮大TFT-LCD在产业的声势。个人浅见认为，量子运算有可能走入OLED的命运，甚至更惨。2022年诺贝尔物理奖颁给在量子信息领域有杰出贡献的3位学者，一时间有不少的报导认为量子运算已备受肯定，未来商品化的价值指日可待。事实上诺贝尔委员会所表彰的是这三位学者，以实验证明贝尔不等式（Bell inequalities）的不存在，也间接地指出爱因斯坦狭义相对论的不完备。这全然是根源于基础物理的实证，与未来的应用没有关联。诺贝尔委员会曾颁过2次物理奖给量子霍尔效应（quantum Hall effect）相关研究，原先也被认为未来会有应用及商品化的价值，但后来都没发生。台湾投入不少资源在量子运算的发展上，但如果以未来应用的可行性来审视，人工智能的发展更应该要有积极的规划。

4年一次的第22届世界盃足球赛（下称世足赛），于2022年底在卡塔尔风光落幕，阿根廷在足球巨星Lionel Messi的带领下，夺得阿根廷队史第三座世足赛冠军，仅次于巴西的5座，以及德国及意大利的4座。此次世足赛除了入围的32支队伍的精彩演出外，另一个吸睛的焦点是那颗科技感十足的足球。媒体也大幅地报导在比赛前那颗足球要先充饱电，才能上场。举凡比赛时，该足球在场内运动的3维轨迹，如座标、速度、角速度及加速度等都会被完整记录，而且是实时将数据传送到数据库及信号处理器上。在葡萄牙对战乌拉圭的那场球，葡萄牙大将Cristiano Ronaldo将队友传球，用头锤应声入网。大家都以为是Ronaldo建功，但事后分析数据显示球只些许碰触到Ronaldo的头发，该进球最后是判给其队友。如果读者还有印象，在1986年阿根廷夺冠的世足赛，八强赛中阿根廷对上英格兰，Diego Maradona用头锤进了关键一球，以2:1气走英格兰。事隔多年后，Maradona承认当时是用左手拨进那颗球，并被称之为上帝之手（The hand of God）。如果那时就有如此先进的足球，很容易就能够真相大白了。这颗足球是如何做到有如此的神奇功能？原来足球内含了一个惯性量测单元（inertial measurement unit；IMU），以及超宽频无线传输系统（ultra wide band；UWB），加起来重量不到15克。IMU是由三轴陀螺仪及三轴加速器所组成，使用矽基板的微机电技术（MEMS）所制作。矽基板除了是集成电路制作上最关键的材料外，矽原子间是以共价键作为键结，本身也具有非常优异的机械特性。试想一个12寸的晶圆，直径的长度是30厘米，而厚度却不到0.1厘米，在此长度与厚度比值超过300的基板上，头尾的平整度却能够维持在1个原子差距内，可见其机械强度的优越性。因此在1980年代，学术机构开始利用矽基板及半导体的微影制程，制作出各式微机械元件，如微小型的齿轮、轴承，滑杆等。再加上使用的是矽基板，很自然地可以将相关的信息以电信号传送出来，所以统称为微机电。由于是将力学信息转换为电信号，因此也被称为传感器（sensor）或传感器（transducer）。IMU的制作是利用半导体的制程，在矽基板表面先制作出一个感应膜（membrane），其下方是被掏空的，而感应膜是以精巧的悬臂与矽基板相连接。传感膜的设计，可以用来侦测不同方向的直线加速或旋转的力量，藉由感应膜的位移、偏移或转动，随之改变传感器的电阻值或电容值，间接地也得知受力的方向及强度。由于是微小化的传感器，所以才能放置在足球内。UWB与其他无线通讯系统最大的差异，在于其使用的是脉冲式无线电波，就如同雷达般，除了可传输数据外，更能够精准地量测物件的位置，再加上低功耗特性，近来开始使用在传感网络（sensing network）、物联网（IoT）应用。如果在足球场的周围架上十几个UWB的相位天线，一来可以接收由足球所传来关于球运动轨迹的信息，另一方面也可以实时精准定位足球；甚至球队在训练时，让每一位球员都戴上UWB发射器，教练就可以完全掌握住每位球员的跑位，以及足球运动方位的信息。除了IMU及UWB外，此次世足赛也采用表面有微凹结构的足球，如同高尔夫球的表面一样。由于球在运动时，球的后方会产生一个气压较低的区域，形成扰流（turbulence），增加足球阻力，也增加运动的不稳定性。这些表面的微凹结构，能够有效减少此后方低气压的区域，增加球速及稳定性，同时也增加守门员的挑战，不过这些都是球迷所乐见的。足球是世界上运动人口及球迷最多的运动，也是资源投入最多及市场规模最大的运动项目。现代的科技无所不在，运动市场是科技业很好的合作平台，不仅拥有庞大商机，同时也造福广大球迷。 

王志强博士2022年中推出的第二代星链（Starlink）卫星，本体长度为7米，重量1,250公斤为第一代的5倍重。第二代的设计规格考虑到SpaceX新的发射系统「星舰号」（Starship）直径为9米，长度7米的衞星刚好可以躺平、叠放在舱内的衞星发射架上。本文还是从第二代Starlink卫星的火箭发射谈起：火箭发射第一代Starlink与台湾的福卫五号卫星，都是由「猎鹰9号」（Falcon 9）发射到低轨道– Falcon 9的第一节火箭（Booster）使用9具Merlin液态火箭。载运第二代Starlink卫星的「星舰号」（Starship）所使用的「超重型火箭」（Super Heavy Booster, B7）安装33具SpaceX自行研发的「猛禽引擎」（Raptor）（注一）。 大部分的液态火箭的燃料是采用精炼煤油RP1，优点是常温下为液态、容易储存，缺点是燃烧后产生「焦化污渍」（Coking）。因为过去大部分的火箭是一次性使用，所以焦化不是问题，但是如果需要重复使用火箭引擎，清理引擎上的「焦化污渍」会是个头痛的问题。SpaceX的「猎鹰九号」（Falcon 9）使用的Merlin 火箭引擎就是使用RP1为燃料，每次回收后都需要花上数周的时间做清理。为了避免coking的问题，有些液态引擎采用液化氢为燃料（例如如太空梭主引擎），SpaceX则采用「液态甲烷」（就是液化天然气CH4），猛禽引擎使用CH4为燃料也是前所未有的创举。附带一提，Blue Origin开发的BE4引擎也采用甲烷为燃料。天然气燃烧后没有焦化的问题，这个优点使得快速清理Starship上的33具火箭引擎成为可能。第一代Starlink卫星Starlink最初的服务对象设定在没有基站的偏远地区，或是海洋中的船舰及空中飞行的飞机–要达到这个目标，Starlink衞星之间必需要能够「互相传讯沟通」（inter-satellite communication）。第一代Starlink卫星并没有这项功能，当时是依靠建立地面站来解决信号传输问题：除了在使用者自家安装19寸圆盘或20 x 12寸方盘天线外，还得靠附近的「地面接收站」（Ground Station），以及电信营运商既有的地面光纤网络。一般一个400平方米围篱的地面接收站设有9个直径2.86米的雷达天线（参见下图）。 以美国为例，共有32个「地面接收站」（Gateways），每一个接收站方圆800公里（500里）的用户，利用自家平盘天线，经由通过上空的䘙星和邻近的地面接收站连接；换句话说，地面接收站和自家天线必需锁住同一颗衞星，因为第一代Starlink衞星之间没有互相沟通的功能。用户上传或下载的信号都需要透过现有的地面/海底的光纤网络传输，再依赖靠近住家附近（800公里内）地面接收站的Ka-band电磁波，传送到正在通过上空的某颗Starlink衞星，这颗Starlink卫星再将信号传到用户的天在线，这也是为什麽在海洋上没有Starlink网络的原因。第二代Starlink卫星Starlink卫星从第1.5代就开始就有inter-satellite communication 的能力，第二代Starlink卫星（注二）间通讯是利用雷射光作信号传输（Laser Inter Satellite Link；LISLs）；光在太空中传播速度要比在光纤上更快，大约快30%，在真空中以光速直接传输，比起经由地面站、透过光纤网络，信号延迟可降低50%，而且由于当前技术可以有效控制雷射光束精度，更可以大大的增加通讯带宽。第二代Starlink卫星在2022年中已经出现，它的功能比第一代至少增强5倍。第一代与第二代同样使用四片「相控阵列天线」（Phased Array Antenna）（注三），其中两片用来跟「地面站」（Gateways）连系，另两片用来跟地面用户连繋的。Starship可运载150公吨荷载到「近地轨道」（LEO），一次可运载110~120颗第二代Starlink卫星。这个数目的衞星刚好可以一次布满一个轨道面，而「星链星座」（Starlink Constellation）在53度倾角，550km高度的「壳层」共有72个轨道面。根据SpaceX说法，当第二代Starlink卫星开始量产，再加上Starship的巨大运载能力，第二代Starlink卫星的成本将会比前一代更低，可以预期前一代的Starlink卫星会被淘汰，猎鹰9号的Starlink发射任务也将终止。看完本系列的三篇文章，读者是否可以看出Musk要在低轨道建立起6G通讯网络的商业版图？ 台湾厂商曾经帮助Tesla开创出电动汽车市场，「星链计划」所衍生的庞大商机，不正是台湾ICT产业的强项，台湾厂商又怎能缺席！注一：SpaceX的「猛禽引擎」（Raptor）注二：「星链计划」（Starlink）现况注三：星链（Starlink）相控阵列天线

最早以调频技术（Frequency Modulation；FM）研制的无线电对讲机（Radio Receiver/Transmitter）系于1940年，由摩托罗拉（Motorola）研发成功。当时设计的对讲机是放在背包，可背着边走边说，因此被昵称为「Walkie-Talkie」。早期对讲机的研发，主要人物是Daniel Earl Noble（1901～1980）Noble在学生时期就钻研无线通讯，一手设计并建立美国康涅狄格州（State of Connecticut）的双向警用无线电系统。这是全世界第一套双向FM 无线移动电话系统。1940年这套系统建置成功后，Galvin Manufacturing的老板Paul Galvin见猎心喜，力邀Noble加入其公司。于是，Noble担任Galvin Manufacturing的研究部门主管，其第一个任务是为美国通信兵（U.S. Signal Corps）建置无线电对讲机，成果丰硕。1949年后，Noble为Motorola设立第一个半导体研究室。这个实验室发展出和无线通讯相关的晶体管如功率晶体管（power transistors）及射频晶体管（radio frequency transistors）1940年Galvin Manufacturing设计的对讲机研发团队由Noble领军，定调采用FM技术。射频工程师（RF engineer）是波兰人Henryk Władysław Magnuski（1909～1978）。Magnuski早年贫苦出身，帮波兰军队修理收音机来养活自己和妹妹。1934年Magnuski在华沙的公司Panstwowe Zaklady Tele i Radiotechniczne工作。1939年其被公司送到美国进行一项无线电接收器的研发计划。没多久德国入侵波兰，Magnuski回不了家，只好待在美国落地生根，大战之后也不再返回波兰。Magnuski的儿子彰显老爸在无线电专业的贡献，在伊利诺伊大学的电机信息工程系设立一个讲座来纪念父亲。Motorola于1946年开始生产「车用电话」，可让人在车上打无线电话到公共电话网络。当时通话效果很好。然而，用户增加后，却面临无线线路不足，无法服务大量用户。后来贝尔实验室发明蜂巢式移动电话技术后才解决。1983年，美国FCC批准Motorola DynaTAC 8000X，这是全世界第一支商业化移动终端设备（Cellular Device），号称「黑金刚」，由Martin Cooper带领的研发团队完成。当年移动电话是昂贵的奢侈品，只有派头十足的有钱人和黑道角头老大才用的起，因此有了「大哥大」封号。Cooper于2007年还曾来台北参加COMPUTEX 展览。

Elon Musk的核心商业理念着重在：「垂直整合」（Vertical Integration）、降低营运成本、持续改良，将这套核心商业理念应用到太空事业，就不难理解为什麽SpaceX会从开发液态火箭引擎起步。火箭发射发展太空事业的三大重点就是：LV、LV、LV – LV就是「火箭发射器」（Launch Vehicle；LV） 。没有「火箭发射器」（LV），设计再好的卫星都无法进入太空轨道；如果委托火箭发射营运商代为发射，卫星的总营运成本（Total Cost）就无法降低，难以具备市场竞争力。Musk看明白这一点，亚马逊（Amazon）创始人Jeff Bezos也明白这一点，所以Musk的SpaceX与Bezos的Blue Origin，都从开发自家使用的液态火箭引擎起步。在SpaceX与Blue Origin成功开发出火箭前，世界上的火箭多半是倾国家之力开发，例如国内的长征火箭（注一）、法国的亚利安（Ariane）火箭（注二）、以及俄国的联合号（Soyuz）火箭（注三）。火箭引擎Musk要创造出「价格负担得起」（affordable）的火箭，就必须降低成本 – 非必要的零组件不使用军规，尽可能采用现成的商规成品，再加上模块化的软件，可重复使用的硬件（即火箭回收），从而建立起一套「垂直整合」（Vertical Integration）的创新商业模式。SpaceX发展的第一枚火箭Falcon 1是两节的单引擎液态火箭，总共投资将近一亿美元；经历三次发射失败，SpaceX几乎破产，终于在第四次才发射成功。Falcon火箭的灵魂就是SpaceX自行开发的液态火箭引擎Merlin，使用的燃料是从煤油精炼出来的RP1喷射机燃油，氧化剂则是低温液态氧。Merlin 液态火箭引擎经不断地改良，现在已经进入第四代。为求增加火箭总体运载能力，SpaceX开发出「猎鹰九号」（Falcon 9）– 「9」代表Falcon 9的第一节推进火箭（Booster）有9具Merlin液态火箭引擎，第二节火箭仅使用Merlin单引擎；这十具火箭引擎由三组独立又互相监控的电脑系统控制，达到三重安全保障。Falcon 9 的起飞推力，大约等于12架波音787客机的推力总和。 SpaceX应用「垂直起降技术」（Vertical Take Off and Landing；VTOL），成为火箭VTOL回收的始祖，第一节火箭在海拔100公里左右脱离，它会自动返航降落在指定的陆地定点、或是外海的无人平台上；第二节火箭回收不符合经济效益，因为第二节火箭的分离速度约为第一节火箭的4倍，而且离开发射点已经很遥远。按照据Musk的说法，Falcon 9 的大部分组件可重复使用100次，目前火箭回收已超过十数次，这种纪录在十多年前是难以想像的。火箭与卫星第一代（v1 、v1.5）Starlink卫星的重量约为250公斤，每颗卫星造价25万美元，由SpaceX「猎鹰9号」自行发射、分批次运送到440公里高度的低轨道上，连同发射费用每颗衞星总成本约60万美元。第二代Starlink卫星在2022年中就已经出现，卫星本体长度为7米，重量1,250公斤为第一代的5倍重。第二代的设计规格考虑到SpaceX新的发射系统「星舰号」（Starship）直径为9米，长度7米的衞星刚好可以躺平、叠放在舱内的衞星发射架上，Starship前端有一窗口，可以把卫星像提款卡一样、一片一片的推入轨道（参见下图）。 Starlink卫星发射超过3,000颗（计划发射42,000颗），卫星设计就已经从第一代进入第二代，重量从250公斤增加5倍，发射系统从Falcon 9改为Starship（为登陆火星设计）– 这一切举措都非常符合Musk「持续改良」的核心商业理念。福卫五号台湾的「福衞五号卫星」在2017年8月25日就是搭乘Falcon 9火箭，从美国加州范登堡空军基地升空，进入720公里高度的「太阳同步轨道」（Sun Synchronous Orbit），相较于「地球同步轨道」（GSO）的高度约为36,000 公里。 台湾国家太空中心（NSPO）利用「福衞五号卫星」为发展平台（注四），与国内产业界及研究单位合作发展遥测卫星关键元件，包括指令与数据管理单元（CDMU）、电力控制与分配单元（PCDU）、飞行软件（Flight Software）、遥测酬载电子单元（RSI EU）、CMOS型聚焦面组合（CMOS Type FPA）等五项。下一篇会继续介绍「星链计划」（Starlink）现况（注五），包括2022年推出的第二代Starlink卫星及所衍生的商机。注一：长征系列运载火箭（维基百科） 注二：亚利安火箭（维基百科）注三：联合系列运载火箭（维基百科）注四：福尔摩沙卫星五号注五：「星链计划」（Starlink）现况