智慧應用 影音
汽車發明伊始 智慧化腳步未停歇
當一個設備由電力驅動,或能產生電力,資通訊技術就有機會與之緊密結合,產生創意及智慧。汽車就是很好的例子。傳統汽車引擎的動力能轉換成電能,因此與資通訊技術的結合相當自然。而世界潮流往電動車方向發展,對於發展汽車的智慧化更有推波助瀾的效果。
汽車剛發明時,人們對於汽車能提供的諸多附帶功能就有不少想像,並加以實踐。例如讓駕駛者能隨意打電話的智慧型駕駛科技早在1940年代就被提出。將電話和汽車結合是貝爾實驗室(Bell Labs)的構想,於1946年在密蘇里的聖路易市完成建置,提供汽車電話服務。主要的發明者包括Douglas H. Ring和William Rae Young, Jr.。
影像感測器(二):技術與產業篇
CMOS影像感測器(CIS)的製程與DRAM有些相似,都是金屬層較少、對電荷敏感的陣列結構。陣列中畫素越多,圖像的解析度越高。目前三星電子(Samsung Electronics)已做到上億畫素,所以製程微縮一直是競爭的主軸之一,但是只是之一。
每個入射的光子能產生的電子-電洞對數目有限(這比例叫量子效率;quantum efficiency),所以要增強圖像的訊號,除了前述的3~6個CMOS中已經包含了信號放大器外,就是增加光電二極體的曝光面積,以增加訊號強度,但是製程微縮拿走了寶貴的面積。這與DRAM中的電容在製程微縮的過程中所遇到的兩難問題類似-製程微縮逐漸剝奪儲存電荷所需的電容面積,儲存電荷降低進而降低了0/1狀態的訊號強度。光學加諸於結構單元的限制較之於電容加諸於記憶體單元結構的要求嚴苛的多。電容在製程微縮之後還可以向上長以維持電容面積大致不變,CIS只能在結構盡其所能的收集光,以及増加光電轉換效率。是以DRAM的製程推進雖然艱難,但是目前也到達1a節點(約14nm),而CIS最精細的製程猶滯留在40nm,正待向28nm出發。
20年相機技術更迭教我們的事
第一次使用數位相機是2001年到尼泊爾爬山時,也一起帶了使用正片與負片的傳統相機。雖然解析度不高(640x480),卻頻於分享數位相片,因為方便在電腦上觀看、聚會時投影出來解說旅程的故事、或是透過電子郵件分享。所以「數位化」、「便於分享」彌補了早期數位相機品質的不足。
2002年到紐約進行博士學業,與台灣家人的分享完全透過數位照片,大量拍照更新,讓家人理解在美國的生活情形,透過E-mail以及後來使用的照片社群服務(如Flickr),讓照片分享、儲存更為容易。之間更換了多台數位相機,較佳的攝影品質、鏡頭焦段等促進換機的理由;數位相機品質提升,傳統底片相機沒落。
圖像感測器(一):科普篇
圖像感測器(CIS)是利用光電效應(這可是愛因斯坦1921年物理諾貝爾奬得獎作品)的機制,入射光進入物質之後轉換成電子-電洞對、進而轉為數位化電壓的器件。它的前身是電荷藕合元件(CCD),但是CIS出現後,由於生產成本大幅降低,CIS已經佔有絕大部分的應用及市場。
CIS有四個主要構成部件:微鏡頭(microlens)、濾光片(color filters)、畫素設計(pixel design)和光電二極體(photodiode),前二者是光學元件,後二者才是矽電學元件。由於有光和電兩種製程的協奏,讓這個次產業變得豐饒有趣。這兩種物理性質的互相折衝妥協,造就了各式的CIS樣態。
由飛騰事件看中美間的科技角力
日前華盛頓郵報的一篇報導,位於天津的飛騰信息公司,將其所開發CPU晶片用於中國的超級電腦上,並進行及極高音速飛彈的模擬及開發,所牽連的共有七家機構,包括了在中國各地的超算中心。美國商務不久前才將這七所機構列為實體清單,而台積電也隨即宣稱將遵守相關規定,不再為飛騰提供晶圓代工服務。
中國自行開發CPU晶片已有二十多年的歷史,飛騰為其中之佼佼者,預估2021年出貨將達200萬套,提供給各式的電腦及伺服器所使用。然而其前身來自於中國國防科技大學,因此一直與軍方有密切的關係。
半導體設備供應鏈的台灣角色
半導體,不同於其他產業,是一個非常技術密集且資本密集的產業。
在技術密集方面,半導體廠傾盡全力開發更先進的1奈米製程,也持續投入更大的資本在半導體設備上。在台積電及其他半導體IC大廠競相爭奪半導體市佔的同時,其實比較少被提到的半導體設備商,也扮演著產業鏈舉足輕重的角色。
賈伯斯的破壞式創新
首創萬維網(World Wide Web)概念的科幻大師克拉克(Arthur Clarke)曾說:「任何堪稱先進的技術,都和魔術難以區分。(Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic)」在資通訊領域,能像魔術般引導先進技術的人,在我心目中第一個想到的是賈伯斯(Steve Jobs)。
被譽為CEO of the Decade的賈伯斯,主導了四次產品革命:個人電腦、動畫、音樂,以及行動電話。在台灣,電信營運商(Telecom Operators)一向主導電信營運的應用服務,製造業只能被動追隨。但製造業出身的賈伯斯卻以iPhone建立起電信服務的一整套生態鏈,不得不令我輩折服。賈伯斯將事物連結起來的想像力異於常人,而這種超乎常人的「覺察」能力是區別創新者與模仿者的關鍵。
二維材料於半導體應用的現況及未來
最早發現的二維材料石墨烯(graphene)雖然被多方探索,但在半導體領域的應用注定成空。它的電性近乎半金屬(semimetal),而在電子線路的世界中要是半導體材料才能用電壓控制。隨著二維材料種類的陸續發現,迄今已有1,000餘種,二硫屬過渡金屬化合物(TMD)被認為是最有可能應用於積體電路的材料。
TMD中有部分的材料的確是半導體,其能帶隙適合做場效電晶體(FET)中的通道(channel)。TMD的電子移動性(mobility)高,單層原子薄膜與其上、下層物質之間的作用力為微弱的凡德瓦(Van der Waals)力,沒有未鍵結的懸空鍵(dangling bond),因此電子流經二維結構不會被散射或陷住,電阻較低。
產品化物件偵測技術(二)
前面的文章概略描述物件偵測技術對推動產業智能化至關重要,近年核心技術也由傳統做法提升為深度學習,帶來更多突破。
接下來我們要面對這些技術轉化為產品時會遭遇怎樣的問題?如何克服?特別是過去幾年有幸協助開發各式應用,看到了這當中的一些盲點。
大提琴女郎啟發的資訊夢
1983年大學畢業後,我被分發到龍潭山仔頂的「陸軍通信電子資訊學校」(陸軍通校)當兵。陸軍通校有一部DEC VAX750迷你計算機,可以跑C語言。這是我首度接觸迷你計算機。
那段日子,我很喜歡寫遞迴程式(Recursive Program),簡單寫幾行C指令,就會讓迷你計算機跑得不亦樂乎。例如要算n的階層(n!),只要寫一個功能程式factorial(n),跑兩行指令即可: