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小小IC卡晶片的無限大世界
 

【作者: 鄭妤君】   2003年07月05日 星期六

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「卡」對於現代人來說,幾乎已經成為生活中不可缺少的工具:上街購物需要信用卡,轉帳、領現金需要金融卡,工作場所或住宅大樓、宿舍進出需要門禁識別卡,搭乘捷運、公車等大眾交通工具需要車票卡(如台北捷運悠遊卡),表示身分、前往醫院就診也需要身分證卡與健保卡;這些卡片從過去至今,多屬於磁條式卡片甚至只是紙卡,卡片的功能與可儲存的資料量有限、卡片資訊的保密性也不佳;為了解決以上的問題,讓卡片發揮更大的效能,在卡片裡植入晶片的IC卡於焉誕生。


IC卡近年來因相關技術的日益成熟以及其功能的多樣化與便利性,在全球各地的應用愈趨廣泛。據市調機構IC Insight的統計資料,IC卡在2001年出貨量即已將近22億張,預計在2005年可成長至53億張,銷售額達94億3300萬美金;以全球各地區市場的需求情況看來,歐洲地區市場佔有率為55%,亞太地區為32%,美國則為9%。IC卡的龐大商機吸引IC業者紛紛投入此一市場,其競爭激烈的程度可見一斑;究竟IC卡的魅力何在?IC卡內部晶片的相關市場與技術發展趨勢為何?以下將一一深入剖析


IC卡魅力何在?

常見的門禁卡、車票卡、金融卡、信用卡等卡片,仍以傳統的磁條卡為主,磁條卡的卡片成本雖低(每張成本約5~6元新台幣),但資料容量小(不到1k,約72個英文字),也容易被複製仿冒,讓持卡人蒙受龐大損失風險,因此當資料容量大(3k~32k)、安全性高的IC卡問世,儘管每張成本升高至100元新台幣,許多發卡單位還是選擇將磁條卡升級為晶片卡,民眾對於IC卡的接受度與需求度也日益升高。


IC卡構造功能簡介

IC卡規格與常見的磁條式卡片相同,皆為54mm×86mm×0.76mm的大小,兩者之間最大的不同點,就在於IC卡擁有一顆或多顆具備記憶體或處理器(CPU)功能的晶片“心臟”。IC卡的標準功能構造如(圖一),其中最主要的部分即為儲存資料的記憶體,以及做為資料控管與邏輯運算功能的微處理器(或微控制器);而記憶體部分又包括以下三大類:


  • (1)ROM(Read Only Memory;唯讀記憶體):記憶容量通常僅有1~4K,內部的資料無法變更或消除,通常用以儲存控制程式。


  • (2)RAM(Random Access Memory;隨機讀取記憶體):記憶容量約32~128K,


  • 內部儲存的資料可高速抹除,且需維持電源供應才能保持;通常用於邏輯運算處理部份。


  • (3)EEPROM(Electronically Erasable Programable ROM;可抹除式非揮發性記憶體):記憶容量4~128K,可利用電流抹除、重寫內部儲存的資料,用於儲存IC卡主要相關數據。



《圖一 智慧卡標準功能區塊圖》
《圖一 智慧卡標準功能區塊圖》資料來源:圖片提供:飛利浦半導體

智慧卡已成IC卡代名詞

目前一般市面上的說法都將IC卡統稱為“智慧卡”,事實上,根據其內部構造之不同,IC 卡應分為以下兩種:一是僅具備記憶體儲存資料功能的記憶卡(Memory Card),一般做為資料保存與身分識別使用,如IC電話卡、預付式消費卡等;另一種即是具備完整記憶體與微處理器功能,有如微小電腦系統的智IC卡,才可稱之為智慧卡(Smart Card),包括目前的IC信用卡、IC健保卡、IC金融卡等皆屬於此類。


除了記憶卡與智慧卡,目前尚有在智慧卡的基礎上加入鍵盤、LCD螢幕或供電系統等週邊配備的超級智慧卡(Super Smart Card),以及應用於個人電腦資料儲存的64接點記憶卡,皆屬於IC卡家族成員,但目前市場需求仍以記憶卡與智慧卡為大宗;其中智慧卡又因為其功能的多樣化與在資料儲存上的較高安全性,儼然是IC卡發展的主流類型,且已經成為IC卡的代名詞。


小小IC卡,功能無限大

IC卡依其使用特性,還可分為接觸式(Contact)、非接觸式(Contactless)與雙介面式(Dual Interface)三大類;接觸式IC卡必須插入讀卡機中才能獲得電源讀寫資料;非接觸式IC卡則是透過內部天線(antenna)感應外界讀卡機發出之無線電波以產生電流,讀寫內部儲存之資料;而雙介面卡顧名思義,即是具備接觸與非接觸式兩種特性的IC卡。而根據不同功能需求,IC卡在應用上大致可分為以下幾個領域:


個人識別與醫療保險(Personal ID and Health, Insurance)

此方面的應用包括了一般公司行號與學校、研究機構的身分識別證明,還有國內目前已經全面換發的IC健保卡。身分識別IC卡多是用於門禁的管制,以非接觸式為主,目前我國的健保卡則是接觸式;許多學校與大型研究機構、私人企業,亦有結合身分識別、預付消費等多種功能的雙介面卡之發行。


金融交易與電子商務(Financial Transactions & E-Commerce)

IC卡在金融與商務領域的應用包括現金提領、轉帳消費、預付式消費與電子錢包(Electronic Purse)與網路購物等;提領現金與進行交易消費用的金融卡與信用卡,目前仍多以接觸式為主,而電子錢包則以非接觸式為主,在此一領域中,安全議題與資料的保密性最受到重視。


交通運輸(Transportation)

將搭乘捷運、火車、公車、計程車等大眾交通工具的車票卡,甚至高速公路的電子收費系統合而為一,是IC卡在交通運輸領域之應用的最大目標;目前國內也已經在大台北地區起始推動智慧卡票證整合計畫,初步將捷運卡與公車卡、停車繳費整合,未來亦將在其他縣市繼續推廣。


多種應用的結合是IC卡未來趨勢

除了以上三個主要領域,目前亦有將IC卡中的安全晶片應用在汽車防盜鎖、個人電腦身分識別與資料保密,以及與手機結合的上網、行動商務應用等等。而多種應用的結合對於IC卡來說更是未來發展趨勢。例如我國政府有意推動發行的“國民卡”,即是希望將個人身分證明、醫療保險、電子錢包等功能合而為一的多功能IC卡。


IC卡晶片市場現況與技術發展趨勢

競爭激烈的IC卡晶片市場

IC卡市場由於需求量龐大且成長性看好,吸引許多相關廠商競相投入,而其中最關鍵的IC卡晶片製造與設計,各家業者之間的競爭更是十分激烈;目前主要的晶片供應業者包括英飛凌(Infineon)、飛利浦半導體(Philips Semiconductors)、意法半導體(STMicroelectronics)、日立(Hitachi)、三星(Samsung)、愛特梅爾(Atmel)、恩益禧(NEC)等。據市調機構的資料顯示,2001年智慧卡晶片市場佔有率情況如(圖二),英飛凌、飛利浦與意法為全球前三大業者,包括記憶體IC與微控制器IC的整體晶片市佔率,分別為38.9%、17.6%與16.0%。



《圖二 整體IC卡晶片(智慧卡晶片)市場2001年佔有率》
《圖二 整體IC卡晶片(智慧卡晶片)市場2001年佔有率》資料來源:Frost & Sullivan

飛利浦半導體(Philips Semiconductors)智慧型識別產品業務經理彭昌豪表示,飛利浦目前除供應IC卡內部晶片,亦從事IC卡讀卡機、終端設備等相關晶片的製造與設計業務,目前在整體IC卡晶片市場排名第二,但以應用與卡片類別來看,在金融交易領域的佔有率則為43%,排名第一,在非接觸式卡部分的佔有率亦達83%。意法半導體(STMicroelectronics)亞太區智慧卡業務資深行銷工程師歐文生(Vincent Cousin)表示,意法目前在全球IC卡晶片市場提供客戶各種不同應用需求的ASIC解決方案,意法在今年並收購歐洲智慧卡大廠Proton World International(PWI),希望借重其在智慧卡系統與介面軟體設計上的經驗,在相關技術上取得更多優勢。而由於IC卡晶片市場競爭激烈,業者無不在晶片成本的降低上竭盡心力,大部分IC卡晶片業者皆是以自家晶圓廠進行晶片的生產,目前製程技術集中在較成熟的6吋與8吋晶圓0.35~0.18微米製程。


IC卡晶片技術發展趨勢

市場端對於IC卡應用功能上的不同需求,是IC卡晶片設計技術演進的最大推動力,尤其是IC卡應用最為廣泛的金融與商務領域;歐文生表示, IC卡在金融領域的應用,無論在亞洲或歐美市場的比例都是最高,未來成長性也十分看好;IC卡於金融交易的應用在歐洲各國已十分廣泛,目前台灣的IC信用卡與金融卡或許並不常見,但因為資料保密與交易安全性的議題日益受到重視,市場的需求度也有逐漸上升的趨勢。而其中將金融卡、信用卡改換成安全性更高的IC卡,可說是全世界各國的共同趨勢。


信用卡與金融卡晶片化趨勢

在IC信用卡部分,歐文生指出,將磁條式信用卡轉換為IC卡已是全球各大信用卡發卡機構的共識,且目前已有由Europay、MasterCard與Visa等三大信用卡國際組織共同成立的「EMV」審核機構,負責IC信用卡共通規格的制定工作,該機構預計在2006年將全球所有的信用卡晶片化。此外在台灣,國內銀行公會已起始推動「晶片金融卡」作業,也將繼續推動信用卡晶片化的計畫,希望透過補助IC卡成本的方式,來提高發卡銀行將信用卡系統更新的意願。


安全性為IC卡晶片設計關鍵議題

歐文生表示,目前應用在金融交易方面的IC卡多以接觸式為主,非接觸式卡在金融領域多使用在電子錢包、預付式卡片等方面;但在金融卡與信用卡部分,人們因為使用磁條式卡片的傳統習慣與對安全性的重視,大多仍使用接觸式IC卡。而由於IC金融卡、IC信用卡之使用牽涉個人的財產與權益,因此晶片在設計上特別注重安全性議題。彭昌豪表示,IC卡在晶片硬體部分的安全設計,包含微處理器與記憶體兩個部分;在處理器部分的資料保護採“Glue Logic”技術,資料可被分解成不同小區塊再打散,需透過特別之解碼技術才能重新組合閱讀;在記憶體部分,則將資料分為多層加密(Encrypted


),以加強IC卡的安全性。


記憶體容量與效能的提升

記憶體是IC卡晶片的重要部份,目前IC卡使用的記憶體除前面所提的ROM、RAM、EEPROM等三大類,為提高記憶體容量與資料儲存的效能,業者也積極開發應用在IC卡的其他資料保存期限更長、重複寫入次數更高的非揮發性記憶體,如快閃記憶體(Flash)、磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)、鐵電記憶體等(FRAM);彭昌豪表示,未來IC卡記憶體應將會全面轉換為Flash,而記憶體技術的進展勢必也將成為廠商競爭的焦點所在。歐文生則表示,目前意法已有與富士通(Fujitsu)合作開發的FRAM技術IC卡晶片,而對於記憶體容量的再提升與晶片成本的降低,都是意法將持續努力的方向。


結語

輕薄的IC卡在功能日益多樣化的趨勢下,將進一步攻佔人類的生活領域,而IC卡未來的發展除了在晶片技術上的提升,不同功能的整合以及與硬體搭配的軟體設計,更是IC卡是否能發揮更大功效與便利性的關鍵所在。要將不同的應用需求集中在同一張IC卡中,目前的晶片技術是可以做到的,但對於有意發行多功能卡的機構來說,如何整合提供不同服務的各種單位、制定可共通的標準與介面,應是將面臨的最大問題,也是IC卡業者未來可努力突破的方向。


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