電子製造業的經營，若依照廠商的實力，大概可區分為三種：最了不起的就是龍頭廠商，他們努力研發新技術，領導業界和教育消費者使用新技術，他們是「老大哲學」的實踐者；其次是新技術的代工廠商，他們跟隨龍頭廠商的腳步，將新技術發揚光大，雖然他們可能不甘願屈居為「老二」，但是要撕掉這個標籤並不容易；居後的是舊技術的代工廠商，他們因「舊包袱」或資本不足，被迫不得不繼續製造已無競爭力或具邊緣利基的產品。

其實，電子製造業就像是人世間的縮影，「一種米養百萬人」，為何有業者可以「麻雀變鳳凰」呢？值此國內廠商紛紛遷廠赴大陸，業者極欲技術升級之際，本文試將電子設計代工和晶片設計常遇到的技術問題做一歸納，並盡量提出肯切的解決方法，供業者參考。當然，企業要能成功除必須掌握核心技術以外，還有許多其它重要的因素要配合，在本文中並不談論那些因素。

根本的技術問題

因為國內電子業者所從事的產品開發之技術根源幾乎全部都來自於國外，所以，「技術資訊不足」或「無法正確地解讀技術資訊」，早就成為國內業者的「通病」或「危機」，這也就是國內業者根本的技術問題(fundamental technical issues)。

技術資訊不足

「技術資訊不足」是指對產品設計的基本知識的缺乏。不同種類的電子產品都遵守一個或數個國際標準，由於我國不是制定這些國際(工業)標準的會員國，所以在設定規範時，除學術界學者會關心其發展，提早了解其核心技術與相關的基本知識以外，國內業者可能要等到有訂單或客戶有需求時，才會積極尋找擁有相關技術的人才和著手規劃研發事宜，這從最近國內射頻電路工程師的缺乏就可驗證此一現象。反觀國外龍頭廠商從一開始就主導國際標準的制定，例如：IEEE 802.11a、藍芽、W-CDMA.....等，國內業者實在需要更靈活的應變之道才是。

無法正確地解讀技術資訊

「無法正確地解讀技術資訊」是指即使業者擁有了技術資訊，可是仍然無法掌握其核心技術，並以此來開發新產品，其原因有：語言的隔閡、以不同的觀念或理論去解釋其規範或條文、理論基礎或實務經驗的不足、甚至技術資訊有錯誤.......等。例如：天線技術所涉及的理論基礎是電磁學，而電磁學裡的四個數理公式至今仍然是微波應用的圭臬，但是，在國內，實際能全盤了解這四個數理公式的理論精髓和懂得如何將它們應用於設計實務上的工程人才，可說是少之又少。

不過，平心而論，電磁學理論已經存在一、二百年了，而且其理論基礎從來就沒有被更改或推翻過，所以可以說，它的技術資訊是近似於公開的狀態，只是國外廠商們仍然保有著他們數十年來的技術專利和實驗數據，本於保護矽智財(SIP)的原則，這些理論計算與實務應用的配合是國內業者目前必須自行努力的。

目前因為國外許多輔助設計的公司都有支援「完整的解決方案(total solution)」，而且由於他們彼此競爭激烈，所以服務品質都很好，對國內電子代工設計或製造、晶片設計業而言，「技術資訊不足」和「無法正確地解讀技術資訊」等根本問題已經漸漸不成為國內廠商的頭疼問題。例如：國內藍芽模組業者不需要完全了解射頻和基頻晶片的操作原理，只要參考供應商提供的工板電路來自行設計就可以了。

這種分工模式已經成為全球電子業的共同模式(例如：PC和數位半導體產業)，微波和射頻類比電路將來也會藉由分工，將複雜的技術細分為數個不同種類的矽智財核心(SIP core)，銷售給下游的應用產品設計或製造廠商使用。但是目前因為不同廠家有關微波和射頻類比電路的矽智財核心都無法相容，所以，必須等到矽智財核心的標準統一化之後，這個分工模式才會呈現。屆時，困頓已久的國內微波和射頻類比電路的開發業者才能稍微解脫此研發的困境。

十個常見的技術難題

即使全球的微波和射頻類比電路設計之垂直分工模式建立起來了，國內業者也會和目前的PC和數位半導體產業一樣，面臨下列十個常見的技術難題：

各家標準不一或與傳統(legacy)標準不相容：

十幾年前，在IBM AT個人電腦尚未成為工業標準時，市場上存在著許多不同廠牌的電腦，因為它們採用各自的標準，所以無法彼此溝通。雖然，現在的個人電腦大致上都統一了，但是，在通訊協定和網路軟體上，仍然存在著新標準無法和傳統標準相容相容；或者各家所制定的標準不同，無法溝通的問題。

其中最明顯的例子，就是乙太網路。Xerox公司是乙太網路(Ethernet)的發明者，後來Digital、Intel、和Xerox(DIX)共同研發第二代乙太網路(Ethernet II)。同時，與乙太網路同時存在的區域網路技術另外有：符號環(Token Ring)、光纖(Fiber Optic)，為了能使所有現存的區域網路能夠彼此溝通，IEEE學會在網路鏈路層上制定了新的信息格式(message format)稱為802.2標準；另外也制定了過渡規範：802.3標準支援DIX等級的乙太網路、802.5標準支援符號環網路，期望各廠家都能夠採用。不過，若要採用802.2新標準，各廠家必須修改其原有的通訊協定軟體，目前Appletalk、NETBEUI、SNA等區域網路都已採用802.2標準，但是，在市場上使用率最高的TCP/IP卻仍然堅守DIX當初制定的標準，這是因為TCP/IP技術管理者IETF組織拒絕採用802.2標準，網際網路(Internet)就是使用TCP/IP技術，當其它種類的區域網路要連接網際網路時，它們必須另外附加TCP/IP模組才行；同理，若國內業者使用DIX乙太網路，想和Appletalk、NETBEUI、SNA等其它網路溝通，就必須自行添增802.2信息格式和微幅修改TCP/IP軟體模組才行。

這問題說來就是這麼複雜，只要一牽扯到系統標準化或不同系統間的相容問題，就會和產品的市場佔有率息息相關，而必須花費的費用遲早都得被迫付出，因此國內業者在做新產品規劃時，不可不謹慎為之。

系統無法順利地升級或重複修改

產品開發用的資源應該充分再利用，不要浪費，這是研發的最高原則。但是，國內業者要達到這個理想仍然還有很長的路要走。

曾經有個從事條碼機(barcode reader)設計製造的國內業主，為了條碼機裡的解碼晶片(以ASIC製作而成)無法在2MHz的速度下，正確地解讀掃描進來的信號，而困擾不已。此外，當客戶要求在現場修改成不同條碼符號時，因為要重新製作新的解碼晶片，所以無法立即滿足客戶的需求，而錯失許多商機。

傳統的「特殊應用晶片(ASIC)」可以讓業者保有技術的主導權，但是缺乏開發的彈性和變通性，業者必須能自行設計「特殊應用晶片」，以節省外包的開銷，如此才有利潤可言，否則必須改採其它比較聰明的做法才行。

不管是晶片或電子商品的替換週期都一直在縮短中，國內業者千萬不能將今天的產品設計成明天的包袱，應該要將今天的設計資源充份地轉換成明天可用的資源才是。此外，「不需要更換硬體」或「以軟體來升級系統的功能」之觀念，已經漸漸普及，業者也必須要能設計出更具智慧的自動升級系統來。

性能最佳化很難達到

當垂直分工模式成熟之後，產品原型(prototype)的開發時間將可大幅縮小(一般是3到6個月或更短)，這時，業者常常疏忽了系統最佳化的問題。其實，只要技術資訊取得容易，且能正確解讀其內容，要做出產品原型並不難，例如：去年就有國內大學生成功地設計出藍芽應用產品。不過，原型產品或雛型產品都只是實驗品，不是商品。商品化之前，還必須將系統品質提升，除了消弭瑕疵之外(在下面會提到可靠度的問題)，最難做的是如何將性能最佳化。例如：最近，國內的ADSL、STB、Cable Modem業者都非常努力地要提升其個別產品的功能，使其成為家庭閘道器(home gateway)，殊不知，其成功的關鍵在於資源的管理和性能的最佳化；試想在STB裡除要處理視訊、音訊訊號外，還要能連接上區域網路、撥接上網(或廣域網路)等功能，這麼多通訊協定/多通道(multiple-protocols/multiple-channels)的性能，絕不能有互相排擠效應發生，否則整個系統的性能將大打折扣。

此外，當系統滿載(full-loaded)時，雖然各通道都能傳輸數據，但是其性能一定比空轉(idle)時差，不過，此時的性能降低狀態絕對不可持續惡化，以避免系統當機，這就考驗著系統是否能自動地啟動最佳化策略(optimization policy)，來化解危機。

性能最佳化雖可以藉助國外供應商的先進開發工具達成部份的要求，但是整體而言，系統最佳化牽扯到軟硬體整合的問題，實在不是單獨一、兩個輔助開發工具可以完全支援的。最佳的解決方法就是建立起自己的「系統最佳化策略」，使系統智慧化，以解決在不同情況下性能低落的問題。

系統整合的問題多

垂直分工模式有其優點，但是也帶來了不同系統之間複雜的整合問題。它除了牽涉到前面所提到的標準化與相容問題以外，軟體和硬體的整合問題也耗費國內業者一大半的開發時間。

系統的設計必須以系統整體的角度，從上而下一層一層建立，而且要環環相扣。由於資訊家電、通訊、網路產品內部大都具有嵌入式作業系統(embedded operation system)，而它們是靠驅動程式與周邊連接，但是在開發這些產品時，韌體或驅動程式和輸出入周邊介面的溝通經常會失敗，這是國內業者最常遇到的難題，其最主要的原因，不外乎是晶片硬體有瑕疵、所使用的主從(master-slave)通訊協定本身就無法溝通、韌體或驅動程式有瑕疵。

長期以來，由於通訊協定、矽智權核心、驅動程式等技術資訊的取得困難，國內業者在低階硬體和軟體的整合上，雖略有所成，可是每到需要更換新的晶片或硬體規格時，就必須痛苦地重新設計驅動程式、硬體描述程式(VHDL或Verilog)、韌體，而且繁複的系統測試工作又必須重新再做好幾次，真是不經濟。因此，國內業者應該設法建立起一套系統整合的管理平台，以有效利用資源。

理論和實務常有落差

國內的晶片和電子產品研發一直都是仰賴國外的技術，所以使國內業者養成了「不求甚解」的習慣，亦即只要能將產品成功地開發出來，其技術細節就無人問津了。殊不知，這種疏忽將造成在下次更新設計時，無可避免地必須重新摸索和重購資源的浪費。

由於資源有限，所以，研發人員必須要能夠重複地使用有限的資源。達成這個目標的最好方法就是以理論來推演，以軟體來模擬，這好比「紙上談兵」和「電腦兵棋」；這就是為何每一家國外大廠都各自擁有大型的研發單位，和無數種輔助開發用的軟體之原因。

不過光講理論，沒有實務經驗也是會失敗的。反觀國內電子業界，因侷限於資金、人才、資訊，所以有理論基礎的人常抱怨「有志難伸」，有實務經驗的人又因沒有足夠的儀器、設備、和資訊來源可供學習和利用，最後造成技術升級的瓶頸。這從國內目前從事射頻微波研發的業者身上，就可以看到這種窘態。

資源不容易管理

電源功率大小、晶圓大小、CPU速度、匯流排速度、記憶體大小、中斷數量(interrupt number)....等資源是非常珍貴的，因此會造成不同裝置之間的爭奪衝突。但是，因為輕、薄、短、小已經是電子產品的主流設計概念，所以，業者必須要能設計出不耗電、晶片小、CPU速度快、匯流排速度快、記憶容量大、中斷數量多的理想產品出來。實際上，這種理想產品是不存在的，所以業者必須依照市場價位和成本，選擇最佳的功能組合。

要管理好這些資源，避免不同裝置之間的衝突發生，必須在系統中加入裝置管理者(device manager)，隨時監控各裝置使用各種資源的狀況。這種裝置管理者要能辨別各種裝置，並自動規劃合適的資源給每個裝置使用，並且隨時要在不破壞系統整體性能的前提之下，使資源的利用最佳化。

此外，在與每個週邊裝置通訊時，頻寬的有效管理非常重要。例如：網路通訊協定中有服務品質(QoS)的觀念，它是指：系統會依據不同用戶所需的頻寬大小要求，適當地分配給每個用戶(不一定就是用戶所要求的量)，使性能和資源皆能最佳化。

可靠度和偵除錯能力有待提升

在使系統的性能最佳化之前，必須先消弭潛伏在系統中的全部瑕疵和錯誤。有些「錯誤」像病毒一樣很難偵測，它可能要與周邊裝置或其它元件連接以後才會出現。其實，要全部消除系統瑕疵並不容易，一般是以抽樣百分比來進行回歸測試(regressive test)，而且測試計畫(test plan)和測試案例(test case)需要面面俱到。必要時，業者必須自行設計軟硬體測試或監測工具；甚至在客戶現場可立即利用這些工具進行偵除錯工作。

半導體製程的良率改善是一門艱深的學問，不過除了材料的物理特性以外，晶圓測試廠的測試方法，以及晶圓廠的製程改善或良率提升的做法，與上述所提的方法在邏輯思維上是類似的。

軟體和硬體之設計區分不易決定

一般而言，CPU處理硬體的速度比處理軟體的速度快，但是硬體設計比較沒有變通性(flexibility)，設計好的積體電路或主機板電路若要重新修改，所要花費的成本很高。目前國外的FPGA/CPLD大廠，例如：XILINX,CADENCE,SYNOPSYS,AVANTI...等，都有提供可程式化的系統單晶片(SoC或PSoC)解決方案，國內業者在使用這些工具時，首先必須將系統中的每個功能區分出來，再決定是要以硬體來實現或是要以軟體或韌體來實現。例如：FLASH控制晶片需要有偵除錯(EDC/ECC)演算功能，我們可以用硬體或韌體來實現這個演算法，但是顯然使用硬體來實現會比較划算，而且運算速度也會比較快。

DSP就是以硬體來實現演算法的晶片，設計DSP晶片時，必須要先將支援特殊應用的演算法設計出來，再以硬體描述語言VHDL或Verilog藉硬體的觀念和特性來實現演算法。其做法和用C或組合語言寫成的韌體來實現演算法有些類似，但是，它們之間最主要的差別在於軟體或韌體是無法直接定義硬體的，而VHDL或Verilog設計成的程式碼就是所謂的矽智財硬核心，是可以直接定義硬體的。

雖然如此，用C或組合語言寫成的韌體(矽智財軟核心)在系統單晶片中的地位與日俱增，因為軟體或韌體允許可戶可以重複修改更新他們的設計，而以VHDL或Verilog程式碼定義的硬體(矽智財硬核心)常是固定的，例如：CPU或收發器(transceiver)的矽智財硬核心，是不容許客戶輕易修改的。12吋晶圓技術將提高晶片的集積密度，適合用來製作系統單晶片。同時也考驗著國內業者用矽智財核心來處理系統單晶片中的射頻、類比、數位和混合訊號的設計能力。

時脈(timing)問題：

系統時序(system clock)是用來規劃每個硬體或軟體的工作時程，它有一定的優先順序和管理機制，如果它的時間分割發生錯誤，將使系統無法正常運作。

由於每個輸出入介面的工作頻率不同，所以，有所謂的內外頻的區分。內頻是指裝置或元件內部的系統時序，外頻一般是指匯流排(bus)的頻率。由於它們的頻率不同，所以需要升頻(乘頻)或降頻(除頻)，傳統的做法是使用鎖相環路(Phase Locked Loop)的類比電路來實現，可是它需要壓控振盪器(Voltage Control Oscillator；VCO)，所以成本高，而且佔空間、耗電。目前比較先進的做法是改用數位頻率合成(Direct Digital Synthesis；DDS)的方法，先從記憶體中讀出取樣值，經過數位類比轉換(DAC)將數位訊號轉換成類比訊號，最後經過低通濾波器(LPF)將所需的頻率輸出。這種方法已經應用在無線電的調變解調器上，也有應用在系統單晶片中。不過它屬於混合訊號處理的範疇，設計困難度很高。

由於使用的元件或開發工具內部有瑕疵而造成誤判

國外大廠提供的軟硬體開發工具或儀器、生產設備、元件也時常存在著瑕疵或錯誤，尤其是新技術所使用的工具或晶片，例如：藍芽、IEEE 802.a...等。所以，國內業者應該培養正確判斷錯誤的能力，以免浪費寶貴的時間在懷疑自己的設計能力。

當系統發生錯誤時，應立即紀錄或描述錯誤的症狀，再臚列可能發生錯誤的位置及原因，最後逐一追查、研判、和過濾每一個可能發生錯誤的位置及原因。如果都無法找出原因，就必須要求國外供應商支援，盡快找出對策來。

不過，由於國外供應商或國內代理商的支援能力參差不齊，國內廠商往往到最後都得靠自己。因此，業者應該利用時間研究這些工具、儀器、生產設備、元件的內部構造，當然一定無法完全了解其全部內容，但是多一分了解，可能可以縮短尋找錯誤發生的位置所需要的時間。

因此，諸如可程式系統開發軟體或電子輔助設計(EDA)軟體所使用的編譯器(compiler)、組譯器(assembler)、除錯器(debugger)、開發用工板、晶片、矽智財核心、模擬器(simulator)、儀器、生產設備......等生產必需品，在採購驗收前都需要經過一定程度的測試，而這個過程常被國內業者所忽視。

結語

本文綜論了在國內電子設計、製造代工和晶片設計業界目前普遍存在的技術問題，希望能藉此拋磚引玉，集業界先進們的智慧共同解決這些問題。此外，更寄望國內電子業者能夠盡快順利轉型成功，並鼓勵業者能勇於創新，將生產必需品列為研發項目，並向國內外業者提供比國外大廠更專業、更有效率、價格更低廉的工具設備和服務，也唯有如此國內整個電子產業才算是邁入以科技研發為導向的新紀元，摒除國內業者是先進國家之工廠的刻版印象。