宏观与微观之间

上一期我们介绍电子高峰会讨论IC设计、EDA与SoC技术与新商机的发展趋势，那么在其他消费电子领域中，又呈现出什么令人期待的光景？若从宏观的视野来俯视之，数位家庭（Digital Home）正带动高解析串流影音与无线传输技术的快速革新，Quad Play阶段已经来临；若从微观的角度来细究，微机电（MEMS）感测控制技术，正在迅速且广泛地取代既有以石英振荡器为要件的消费电子应用。

三足鼎立迈向纵横四海

当前消费电子产品的技术应用，正从语音（Voice）、资料（Data）、视讯（Video）多采多姿的三足鼎立（Triple Play）格局，迈向结合行动化（Mobility）悠游畅快的纵横四海（ Quad Play）境界。市场调查机构In-Stat的首席分析师Gerry Kaufhold便指出，消费电子产品若要能进入Quad Play阶段，必须具备三大环境要素；高解析HDTV技术在无线传输消费市场的成熟化；无所不在的VoIP空间；以及能整合固网传输架构的无线行动化服务。

《图一 In-Stat首席分析师Gerry Kaufhold 》 数据源：Globalpress

Gerry Kaufhold特别强调，无线传输技术的日新月异，重新定义了消费者观看电视的意涵，观赏节目已不足以形容之，还包括收发电子邮件；与死党分享视讯；购买下载音乐、视讯、电影与家庭录影等多媒体的互动环境，最后在HDTV的平台中整合呈现。在Quad Play的架构之下，具备高解析无线传输的HDTV，已经是结合多媒体个性化电脑（Multimedia Personal Computers）、可携式媒体播放器（Portable Media Players）以及行动电视服务（Mobile TV services）的新世代整合系统。

《图二 应用于Quad-Play的处理器架构示意图 》 - BigPic:709x405 数据源：Tensilica

Quad Play世代的技术要求

数位家庭正是驱动Quad Play技术革新的重要基础。以数位化消费电子家电产品为核心，用短距离高速无线网路，传输大量高解析的串流影音内容，架构并延伸随时随地下载接收的环境，就是Quad Play世代的技术发展重点。 HDTV技术能否站稳脚步，便是Quad Play能否进入商业化的重要指标。

《图三 高解析数字家庭传输应用示意图 》 数据源：Pulse~Link

Pulse~Link共同创始人暨总裁Bruce Watkins因此认为，更大的频宽与传输率（throughput）、保证传输品质的可靠性（reliability）与QoS（Quality of Service）、彻底防护内容隐私安全、延伸无所不在的传输距离与涵盖范围（range）、加上顺畅的类比数位转换格式，会是相关厂商能否在Quad Play阶段脱颖而出的关键。 Bruce Watkins特别强调，尽管在技术上同时兼顾传输速度与降低功耗两者非常困难，但是唯有达到这个目标，厂商才能说服消费者认同并购买产品。因为消费者根本不会在意以何种技术标准传输，能否满足消费者采购、插电、开机、然后尽情享受的简单要求，才是厂商站稳利基的不二法门。

UWB蓄势待发

为了满足Quad Play世代高解析串流影音无线传输的需求，数位介面的HDMI便成为数位家庭影音传输的最佳化主流工具，无线传输方面便以802.11n为主的Wi-Fi与超宽频UWB（ Ultra Wideband）为主。 UWB这几年之所以快速崛起，是能在短距离内以可达480 Mbps的速度，传输大量资料与影像多媒体内容，并且能够满足可携式低功耗的要求。不过正因为UWB传输速度快，时脉速度亦必须提高，功耗也随之上升，因此要兼顾传输速度与功耗并非易事。况且各国为了避免UWB干扰到其他付费频谱段的无线技术，而要求UWB厂商须具备侦测与回避（Detection and Avoidance；DAA）功能，更添增UWB技术研发的难度。

《图四 Quad Play论坛现场。从左至右：Olympus微奈米技术业务企划部资深经理横井让次、Pulse~Link共同创始人暨总裁Bruce Watkins、Renesas北美区系统LSI部门总监Brian Davis、Qimonda资深产品营销经理Jin Mo Sung、Tensilica技术营销Steve Leibson。 》 数据源：Globalpress

WiQuest行销部门副总裁Alun Roberts指出，UWB引人注目之处，在于能扮演无线连结环境的重要媒介，便利性就是UWB能够商业化的市场优势。可预期的是，UWB在Quad Play阶段将以高阶可携式产品为主要市场，并逐步朝向多媒体影音无线化与个人电脑市场前进。今年市场就会推出应用介面以WUSB为主轴、采用Dongle或外接卡型态的产品。

UWB主要的杀手级应用包括WUWB、Wireless1394、UPnP／IP以及蓝牙，由于USB应用相当普遍，因此WUSB相当被看好。 WiQuest行销部门副总裁Alun Roberts指出，WUSB产品型态可分为主控端HWA（Host Wire Adaptor）和装置端DWA（Device Wire Adaptor）两类，前者采取Dongle或Adaptor形式，后者则以Hub为主，从2008年开始便会广泛应用在NB、Game Console、HDTV、Set Top Box、外部硬碟及CD／DVD烧录器、MP3／PMP和DSC等等。

《表一 2006至2010全球UWB的预测出货量 》 数据源：拓墣产业研究所，2006年12月

UWB厂商概要

参与电子高峰会探讨Quad Play发展趋势的UWB厂商，包括WiQuest、Artimi、Pulse~Link等新创（start up）业者，前两者为WiMedia联盟成员，Pulse~Link则参与UWB Forum，目前WiMedia的声势远比UWB Forum高涨，但最终结果鹿死谁手尚未知晓。

WiQuest主要推出整合PHY基频（将电波解调变为数位讯号）和MAC媒体存取控制器（执行数位功能）的单晶片设计，再与RF射频段实体层（将高频电波接收并转为低频电波）晶片搭配。 Artimi则是专注主攻MAC解决方案。

Artimi

Artimi针对WUSB和蓝牙应用，开发出多模、低功率、尺寸小、兼顾高低双频、以WiMedia标准为基础的解决方案，锁定数位相机等可携式产品应用。 UWB的MAC层要满足更健全的QoS，特别注重软体内容，设计难度高。

《图五 Artimi执行长 Colin Macnab 》 数据源：Globalpress

Artimi执行长Colin Macnab表示，由于市场竞争激烈，UWB厂商之间的并购趋势将越来越明显，因此强化资金周转能力、拓展全球布局以深化影响力，便成为首要之务。去年12月Artimi募集2650万美元资金开发应用于WUSB以及蓝牙的低功率UWB晶片，去年6月把全球行销总部迁往台北，以此为中心，建立由区域销售经理和FAE工程师所组成的销售管道与经销商网路。

《图六 Artimi UWB产品架构示意图 》 数据源：Artimi

Artimi将进一步推出支援双模蓝牙3.0与UWB、以及双频3-5GHz和6-9GHz的MAC＋PHY整合解决方案。目前Artimi的UWB晶片，采用单一封装SiGe RF搭配CMOS数位线路的Dual Die架构，利用SiGe的低耗电优势减少类比功耗，进而支援480Mbps的传输速度。 Artimi也计画把制程推进到65奈米，生产出更低功耗、传输速度更快的CMOS晶片组。

WiQuest

在2003年9月成立的WiQuest，针对WUSB的无线视讯传输技术，推出能满足低成本、高传输、小尺寸和低功耗的WiDV（Wireless Digital Video）无线视讯传输解决方案。这是针对PC应用的Wireless Docking以及Mini Card所设计的参考套件。在可携式产品中内建整合WUSB的WiDV技术，最高并可支援高达1Gbps的传输速度，适合应用于家庭高解析视讯以及无线办公环境，因此不再需要DVI或VGA缆线。

《图七 WiDV与WUSB的同步应用示意图 》 - BigPic:720x540 数据源：WiQuest

WiQuest行销部门副总裁Alun Roberts说明时表示，这个解决方案所采取的方式是，以WiQuest既有的WQST 100/101晶片组为基础，加入WiDV基频晶片，在10公尺或更短距离范围内，能够以无线UWB格式、采用1080i介面的显示系统，传送压缩后的HDTV串流影音内容。 WQST110则整合MAC与PHY以及USB2.0高速收发器，采用Tensilica的Xtensa可配置处理器，WQST101则是直接转换的UWB RF收发器，两者皆能满足无线传输低功耗与随时随地传输串流影音的多媒体需求。

Alun Roberts进一步指出，若要达到1Gbps的传输速度，必须在发送和接收两端都采用WiQuest晶片，且传输距离在3至5公尺左右。此项解决方案主要是透过ECC（Error Correcting Code）编码技术，在接收端采用向前错误校正（Forward Error Correcting；FEC）高阶调变演算技术，藉由软体校正而不更动硬体来提高传输速度。 WiDV晶片优势在于无须把视讯串流转换成MPEG或Motion JPEG格式，能降低缓冲记忆体的负担，进而达到降低功耗与缩小零组件尺寸的要求。

《图八 WiQuest 营销部门副总裁Alun Roberts 》 数据源：Globalpress

WiDV与WUSB一样，符合WiMedia Common Radio Platform认证标准，采CMOS制程，交由台积电代工。 WiQuest将2006年定位为WUSB元年，今年则会着重把WUSB内建到各种消费电子装置中，使其成为标准功能，2008年则打算进军可携式装置市场，以Smartphone、DSC、摄录影机为主。不过Alun Roberts表示，目前WQST100晶片组主要应用于数位家庭解决方案，无线办公或社区内HDTV传输网路，在稳定传输技术上仍有进步空间。

展望未来，WiQuest未来在设计上持续朝向单晶片设计，支援高速串流影音和HDTV的传输技术，并不打算增加WUSB的传输距离，而会着重于提高传输速度。

Pulse~Link

Pulse~Link是UWB业者中唯一不属于WiMedia阵营的厂商。 Pulse~Link自己开发出一套CWave（Continuous-Wave）架构，传输速度也可达1Gbps以上。这套CWave UWB技术，能够同时（simultaneous）支援所有的家庭多媒体网路架构，担负传输骨干的整合功能，结合有线与无线的单晶片设计，提供互动高解析多媒体跨房间网路连结的解决方案。

CWave除了支援无线HDMI、DVI和IEEE 1394外，其1394-over-coax技术以及对有线乙太网路的支持，能够整合同轴缆线（coaxial cable）、1394和UWB等，以单晶片设计符合QoS标准，成为结合有线无线的传输骨干解决方案，架构跨房间全住宅的传输环境。

Pulse~Link并不强调自己隶属那个UWB阵营，而是积极参与和家庭网路相关的其他组织，亦即以乙太网路为主的DLNA（Digital Living Network Alliance）和以1394为主的HANA（ High Definition Audio Video Network Alliance）。Bruce Watkins认为，透过此举再加上CWave解决方案，Pulse~Link的无线传输技术，就能够把多媒体装置结合在一起，以1394规格为基础的HANA高解析节目，就能与以同轴网路连接乙太网路传输IP内容、经DLNA认证的设备相互整合，进而共存数位家庭环境当中，朝向可支援所有家庭高解析网路架构（Home HD Networking Initiatives）的阶段。

Bruce Watkins乐观地认为，2007年将会是数位家庭娱乐设备无线与有线连结的起始元年。 Pulse~Link已在2007年Q1出货CWave多媒体网路介面卡（Network Interface Card；NIC）和晶片组。他相信目前大多数的家庭在多媒体影音娱乐的产品上兼具有线及无线的应用，倘若这时能提供整合有线无线共存的单晶片设计方案，市场获利机会必定大增。

其他的Quad Play方案

Renesas

Renesas北美区系统LSI部门总监Br​​ian Davis表示，Renesas将推出工作频率可达324MHz的SH7764微处理器，能够整合SuperH系列的SH-4A CPU和全面的周边设备功能，可以高速音讯进行编解码codec；采外用于指令和数据的32KB大容量高速缓冲记忆体和16KB RAM，可加速软体影像处理，适用于汽车导航模型和其他高阶数位音讯和多媒体设备等等。

《图九 Quad-Play趋势下的微处理器整合解决方案 》 数据源：Renesas

支援大容量储存的SH7764处理器，内建包括可以连接HDD／CD驱动器的ATAPI控制器、NAND快闪记忆体介面和储存卡控制器。 SH7764整合包括乙太网路控制器和USB介面，能支援各种通讯功能。 SH7764并内建多媒体显示功能，包括2D图形引擎、LCD控制器、以及用于显示器的数位RGB输出功能。

Brian Davis进一步说明，A／V消费电子产品领域是受成本影响很深的市场，A／V不仅是微控制器，还要搭配UWB、Wi-Fi等无线连接功能，才能在市场胜出。因此Renesas并未针对Wi-Fi或是UWB等开发特定晶片，而针对行动电话、汽车导航系统与A／V消费电子产品的微处理器和图像处理器，提出整合性设计方案，所以现阶段Renesas侧重于MAC和网路层以上通讯协议转换的解决方案。Brian Davis亦深信在Quad Play阶段，UWB以及Wi-Fi与有线固网包括乙太网路的整合多媒体通讯设计，将会成为主流。

Qimonda

Qimonda资深产品行销经理Jin Mo Sung表示，因应Quad play世代的行动装置记忆体储存设计，强调高效能、低功耗、创新、精简、符合连结标准介面的架构。他透露2008年Qimonda将推出符合下一代行动记忆体标准的LPDDR2产品。至于产品规格内容的细节，Jin Mo Sung从比较角度来切入，他认为今日Triple Play架构的技术规格，从无线传输速度来看，是以2.75G / 3G / 3.5G HSxPA等实际传输值能达到10Mbps为范围，至于影像显示则采QVGA、MPEG4、Mpixel Camera格式，系统装置则以VGA、Mobile TV、iPhone为基础。那么Quad Play世代的无线传输速度，则是以4G或LTE（Long Term Evolution）实际值能达到100Mbps为范围、显示格式以XVGA Video Conferencing为主，记忆体将会是以整合NOR、PSRAM、LPSDR与LPDDR为核心。

备受期待的MEMS

既然在Quad Play阶段的网路环境中，强调高解析、容量大、速度快的无线串流影音传输技术，那么消费者与电子产品之间的互动模式，又会呈现特殊的风貌？从Wii游戏机的魅力在市场中所向披靡，就可以预见身历其境互动式的玩乐模式，已经带动下一波消费电子产品的新风潮。这种效果是藉由操控无线摇杆控制器、根据控制器的三轴加速计（accelerometers）去感知动作、深度和位置而实现，这个技术便是运用了微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems ；MEMS）的感测功能。

《图十 MEMS论坛现场。从左至右：Honeywell先进MEMS技术部门资深总监Earl Benser、Olympus微奈米技术业务企划部资深经理横井让次、Silicon Clocks共同创始人Andrew McCraith、SoftMEMS创始人Mary Ann Maher博士。》

Olympus微奈米技术业务企划部资深经理横井让次强调，MEMS整合机械、电子与光学三大技术，是利用感测器接收自然界声、光、电、磁、味、温、压力、速度等讯号，再经过类比数位转换器、控制器、制动器（actuator）等流程，把类比讯号转换成数位资料，加以逻辑运算后表现出各类反馈动作与视讯图像的系统架构。过去MEMS主要作为传统机械加工在小尺寸与快速反应的补充方案，随着半导体微细化制程的技术精进，MEMS能让感测器尺寸缩小，因此更容易被整合在各式各样的系统当中。

《图十一 MEMS架构微影图 》 数据源：SiTime

日常生活MEMS无所不在

MEMS已经广泛应用在我们日常生活周遭，范围可包含汽车与工业感测、PC周边与消费家电、以及光学通讯这三大类。横井让次说明时指出，MEMS在工业感测应用包括医疗设备仪器的LoC晶片与精密检测仪器等；在PC与消费家电领域像是印表机喷墨头、微型麦克风、惯性滑鼠、DVD与CD player读写头、数位相机影像稳定陀螺仪、家庭娱乐与投影系统等；在光学通讯部分则涵盖投影用显微镜、RF感测网路、数位光源处理DLP（Digital Light Processing）等等。

特别是在车用电子市场部分，与传统感测器相比，MEMS感测器相对有体积小、价格便宜和便于整合等特点。 MEMS在汽车工业的应用正以高速成长，包含车辆安全气囊的加速计、胎压感测的陀螺仪（Gyroscopes）、动态控制的偏航速率感测器以及测距感测器等等。加速计是用来感测线性动作（linear movement）；陀螺仪则是用于感测围绕某个轴发生的旋转、偏航与斜度。MEMS能够提升胎压监控系统（TPMS）的压力感测敏锐度，藉由探测微小的坠落、倾斜、移动、定位和振动所导致的力量变化，满足车商设计安全驾驶的系统要求。

未来的MEMS应用

SoftMEMS创始人Mary Ann Maher博士表示，现在MEMS技术可以应用在手机中、提供类似无键拨号或是计步器功能的感测能力；或是在麦克风中有效改进声音输入品质，进而支援强化诸如VOIP和语音识别等功能。横井让次对于MEMS的未来发展抱持相当乐观的期待，他相信未来MEMS技能，可作为人体包含视、听、触、嗅等感测功能的延伸，并且巨幅革新精密检测仪器设备、特别是在生物实验与人体医疗检测的微细化技术。Olympus在精密技术与自动控制领域，便是积极运用MEMS技术，整合光学、电子影像、以及细胞检测等精密技术，制造出毫微检索显微镜上的MEMS镜，并研发出自身的光学数位技术（Opto -Digital Technology）。

《图十二 MEMS应用范围示意图 》 数据源：Gartner

此外作为感测功能的MEMS，也能在无线感测网路（Wireless Sensor Network；WSN）中担负重要媒介，置于微型结构附近，对目标进行检测、测量和监视，将感测到的数据经由处理，发送至公共控制网路的控制器中心、数位智慧家庭的中央处理器、或是汽车工业用的电子控制单元。另外在军用雷达、智慧型武器以及卫星通信设备的应用上，RF MEMS也开始崭露头角；未来MEMS在生物晶片、显示技术、新兴能源等新兴研究领域，也将出现商业化的应用产品。

《图十三 MEMS应用在显微医疗想象图 》 数据源：Olympus

MEMS的杀手级应用

参与电子高峰会的MEMS业者对于未来市场应用充满希望。 Honeywell 先进MEMS技术部门资深总监Earl Benser认为，MEMS正以令人惊异的速度发展，主要可归结以下三点：MEMS矽晶制程的成熟化、原型开发和缩小封装的标准开始建立，降低功耗与成本的优势。在可携式消费电子领域，MEMS能够应用的想像空间就无限宽广许多。MEMS业者比较期待MEMS热潮能够深入在车用、手机与其他消费电子领域中引领风骚，特别是在可携式装置嵌入感测器部分，带动下一世代的获利高峰，产生横扫千军的杀手级应用。

现在MEMS的微细化技术已经不是问题，只要以MEMS技术为核心的陀螺仪产品单价，能够降到车用领域的1／10，MEMS便能在手机的微型麦克风、具运动量测功能的随身通讯装置、可携式3D游戏机的遥控器、行动电视的光学元件、替代石英震荡器（Oscillator）的微机电震荡器、甚至微型燃料电池等领域中大放异彩。

MEMS可望取代石英

从MEMS振荡器逐渐取代石英振荡器的发展现况，我们便可深刻感受这股趋势。由于电子系统内部都需要多个频率传递讯息，因此石英（quartz）振荡器（oscillator）或是共振器（resonators）便是消费电子产品不可或缺的零组件。不过Silicon Clocks共同创始人Andrew McCraith表示，既有的石英晶体具有一个封装只能对应一个频率、价格昂贵、尺寸大、制程时间过长、与CMOS不相容、相较于矽晶可靠性低20倍等问题，因此MEMS微细化技术成熟之后，便被业界高度期待成为替代石英晶体的最佳方案。

SiTime行销与业务部门副总裁John McDonald便指出，矽晶振荡器是以静电驱动的机械装置，具备等同于石英时脉技术在消费电子应用所需的ppm性能，并且体积能够小1000倍，藉由提供相容CMOS制程的矽晶MEMS振荡器产品，变革既有石英振荡器产业，就像以往电晶体取代真空管的革命性意义一般。

《图十四 MEMS初始晶粒（die）显微图 》 数据源：SiTime

目前每年石英晶体振荡器市场规模价值30亿美金，生产超过90亿颗的石英晶体振荡器，时脉晶片市场也超过20亿美元。 John McDonald预测不久的将来，超过90％既有石英市场将会被MEMS共振器所取代；MEMS技术为核心的可编程振荡器，可能成为颠覆整个传统石英晶体振荡器行业的杀手级应用产品。 John McDonald并认为，取代传统石英振荡器，只是CMOS MEMS振荡器技术的其中一种发展方向，更重要的意义在于，CMOS MEMS振荡器技术将开启以RF MEMS技术为基础的RF SoC时代。

以SiTime与TeraVicta为例

成立于2004年12月的SiTime，尽管迄今才不到3年，但主要创始团队在过去30年来，一直从事于MEMS的技术开发研究，如今终有成果。去年10月SiTime公布SiT0100 MEMS共振器工程师样品。目前SiTime已经宣布成功开发出整合MEMS与CMOS制程的全新单晶片矽晶振荡器产品SiT1系列，可整合数个MEMS振荡器，能直接提供1MHz～125MHz不同的输出频率，无需使用其他时脉晶片，微细化SiP封装能节省许多成本，在-40℃～85℃温度变化范围内，提供50ppm～100ppm的频率精度，操作电压仅在3.3V、2.5V或1.8V，适合应用于DSC、Game Console、 Set Top Box、MP3 Player等各类消费电子产品，还包括汽车电子及工业产品应用。

《图十五 SiTime营销与业务部门副总裁John McDonald》

而SiT8002系列，则可利用晶片上的非挥发性记忆体，在1~125MHz频率范围内运作可编程设定功能。 SiTime预计2007年Q3推出SiT0200、SiT8102以及SiT3727 V​​CXO工程样品，并推出全世界最小32.768 kHz的MEMS振荡器样品，预计Q4通过相关制程验证，产品交由台积电以0.18微米制程生产，未来SiTime也将推出0.5×0.5×0.15公厘的微细化MEMS产品。

此外MEMS开关制造商TeraVicta 亦推出频率达26GHz的单极双掷MEMS开关零件，尺寸为3.25×4.5×1.25公厘，适合应用在数位电视、卫星通讯和GPS雷达等领域。

TeraVicta总裁兼执行长Ray Burgess表示，MEMS技术能提高转换效率，TeraVicta拥有自己的工厂，在无尘室环境中制造与密封封装MEMS开关产品，能够有效确保MEMS技术的精密度。 TeraVicta计划推出其他可应用于无线射频分段式天线、光纤网路骨干和RFID基地台的MEMS开关产品。

《图十六 TeraVicta总裁兼执行长Ray Burgess 》 数据源：Globalpress

承先启后的矽晶MEMS技术

虽然相较于石英时脉元件，矽晶MEMS技术的优越性非常明显，不过SiTime行销与业务部门副总裁John McDonald认为，矽晶MEMS不论是在材料长时间稳定性、温度磁滞效应（temperature hysteresis ）、老化程度来看，技术上仍有进步空间，大规模生产的封装成本也需要再降低，这样才能够真正地取代石英振荡器或共振器，并普遍应用在消费电子领域当中。

MEMS的技术革新，连带地也重新定义了感测的内涵。感测不仅是局限于被动地接受自然讯号而已，感测要能配合行动需求，精确地收集、整理、判断与反应讯息，在无远弗届的远端藉由控制系统或网路传递资料，让人与终端系统之间几无隔阂，这样​​，感测才是完整而丰富的。整体来看，MEMS亦代表着一国不同属性（heterogeneous）产业之间整合能力优劣与否的技术平台，也是表现不同属性的产业研发水准、能否实现「人机合一」协调境界的舞台。

开创利基的Quad Play与MEMS

我们的行动，正要迎接随时随地以无线传输技术，接收下载多媒体影音视讯的世代；我们的感受，将藉由微机电感测环境，围​​绕于日常生活四周并向四方延伸。能够架构新利基的Quad Play与MEMS，是打破既有分类的窠臼，结合技术与应用的多重环节，重整电子、系统与网路的多样性面貌，展现无穷的创造力与想像力。商机，或许并非亦步亦趋可成，而是充分利用既有资源，勇于突破并创造整合新局。如此这般，方可打造电子利基新高峰吧！