物聯網浪潮來襲 半導體迎接新市場

利用台積電55奈米超低功耗技術生產聯發科MT2523 系列產品。圖片來源：Mediatek

半導體技術無疑是推動人類文明進展的重要助力，從電腦、手機到現在的行動運算與智慧裝置，沒有半導體，也就不會出現這些一再改變人類生活面貌的科技。現在，半導體技術要再次推動另一次新變革，亦即被稱為「NEXT Big Thing」的物聯網持續前進。

根據市場研究機構IC Insights研究，2015年至2019年，物聯網應用系統營收將翻兩倍，至2019年可達1,245億美元市場規模，物聯網的新連結數於2019年將達到30.54億個。

不過，對於半導體產業而言，物聯網浪潮驅動的不僅是大量的消費性電子元件與網路連結，同時也促使處理器、資料中心及行動裝置的資訊運算能力越來越強大，這就仰賴相關先進及特殊製程技術的持續精進，才能實現所需的運算處理能力、連結性、超低耗電、多樣感應器以及先進封裝的系統級整合等，而這些新出現的需求將大力帶動半導體市場成長。

物聯網IC需求增  驅動製程技術

根據IC Insights預估，至2019年，物聯網IC銷售額可達194.36億美元，2015至2019這4年間的平均複合成長率達到15.9%。其中，物聯網應用將加速光電、感應器、致動器和離散半導體元件強勁的成長，預計於2015年銷售額可達46.21億美元，至2019年銷售額更是成長至116.47億美元，這4年的平均複合成長率達到26%。

其次，成長力道也同樣強勁的是微控制器(MCU)與單晶片處理器，未來4年平均複合成長率達到22.3%。接下來，記憶體相關銷售額複合成長率為19.8%，特定應用標準產品IC為16.4%，類比IC為12.7%。

隨著智慧型手機成長趨緩，物聯網成為驅動半導體市場成長的下一波力道，許多國際知名半導體大廠早已積極布局。台積電做為晶圓代工廠，矢志要打造物聯網生態供應鏈。台積電與聯發科的合作就是成果之一。

台積電與聯發科的合作，是利用台積電的55奈米超低功耗技術生產聯發科的MT2523 系列產品，此系列產品是聯發科專為運動及健身用智慧手錶所設計的解決方案，也是全球首款高度整合GPS、雙模低功耗藍牙，同時支持高解析度MIPI顯示螢幕的系統級封裝(SiP)晶片解決方案。

在此合作案中，台積電提供55奈米超低耗電製程(55ULP)、40 奈米超低耗電製程(40ULP)、28奈米高效能精簡型強效版製程(28HPC+)、以及16奈米FinFET強效版製程(16FF+)，這些製程適合用於各種具有節能效益的智慧型物聯網及穿戴式產品，主要訴求就是物聯網晶片設計強調的的超低功率。

此外，在製程技術方面始終維持領先地位的台積電，預計也將以10/7奈米製程進攻新市場，包括先進駕駛輔助系統(ADAS)等車聯網晶片，以及即將在未來幾年蔚為主流的物聯網應用晶片等。

八吋晶圓及特殊製程  重獲市場商機

整體來看，除了某些物聯網晶片需採用高階半導體製程技術外，值得注意的是，物聯網帶起的感測器需求，也讓8吋晶圓廠重新受到重視，其中原因何在？根據國際半導體設備材料產業協會(SEMI)的報告，物聯網帶來的大量感測器需求中，有不少晶片會使用大於90奈米的製程生產，這促使不少現有8吋廠提出擴產計畫，甚至全球各地有多座新建8吋晶圓廠出現。

SEMI預估全球8吋晶圓產能到2018年時，將成長到每月543萬片，回到相當於2006年的水準，且屆時晶圓代工廠將擁有全球43%的8吋晶圓產能，較2006年時增加14個百分點。

此外，物聯網裝置所需的低功耗微控制器、無線電頻率通信、面板驅動、觸控、功率器件及感測器等，大多也不需以尖端製程生產，甚至有些產品需採用特殊製程技術，因此也為擁有特殊製程能力的業者闢出一片新天地，例如，砷化鎵PA的崛起就是很的例子。

PA的主要功能是將訊號放大，在物聯網講求高速數據傳輸極低功耗的訴求推動下，具有高頻、高效率、低雜訊、低耗電等特點的砷化鎵PA，較 CMOS PA更適合用於物聯網，且隨著 SiP(系統級封裝)的成熟，SIP PA的封裝體積能進一步縮小，因此可以預期隨著物聯網普及，相關PA的市場規模將更形擴大，這也就讓擁有砷化鎵製程能力的業者獲得商機。

符合少量多樣特性  迷你晶圓廠現身

此外，物聯網的崛起，還可能促成另一個與現今半導體製程設備更大、更貴相左的趨勢。鎖定物聯網對於小量、多樣感測器的需求，日本經濟產業省結合 140間日本企業、團體聯合開發出新世代製造系統，這是一個「迷你晶圓廠」(Minimal Fab)。

「迷你晶圓廠」起價僅5億日圓(1.7 億元台幣)。這個迷你晶圓廠的開發目標是希望透過成本與技術門檻的大幅降低，讓汽車與家電廠商能自己生產所需的半導體及感測器。「迷你晶圓廠」所需的最小建置面積約是兩座網球場，僅是一座12吋晶圓廠的百分之一。產線中的機台大小約與飲料自動販賣機差不多，這些機台分別具備洗淨、加熱、曝光等功能。

為何「迷你晶圓廠」能夠如此低價、體積為何能縮小？主因是去除了無塵室需求，轉而採用局部無塵化的關鍵技術，並將此成果製出特殊運輸系統「Minimal Shuttle」，利用電磁鐵控制開關來阻止灰塵進入。另一個原因則是不使用光罩，如此就能大幅降低成本。迷你晶圓廠的概念著眼於物聯網時代需要的是多種少量的生產系統，要處理的晶圓大約直徑0.5英吋即可，晶圓很小，生產裝置當然也可以跟著縮小。

據了解，在這個迷你晶圓廠中，晶片從晶圓上切割下來的尺寸大約1平方公分左右。「迷你晶圓廠」的年產量大約是50萬個，一般的12吋晶圓廠則是兩億個。目前「迷你晶圓廠」的半導體前段製程設備已大致研發完畢並開始販售。預計2018年以前，切割晶片功能與封裝等的後段製程設備也會開發完成。

與電腦、手機市場強調的標準化、大量生產不同，物聯網的應用極為發散，這也使得半導體業者必須考量物聯網應用的多樣少量特性，進而擬定出符合未來物聯網時代的開發及市場策略，如此才能隨著新浪潮攀上另一產業高峰。