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IC Insights’ IC Market Drivers 2018 report also projects good increases in IC sales for medical electronics, wearable systems, cellphones, servers, and gov/mil applications.
Integrated circuit sales for automotive systems and the Internet of Things are forecast to grow 70% faster than total IC revenues between 2016 and 2021, according to IC Insights’ new 2018 Integrated Circuit Market Drivers Report. ICs used in automobiles and other vehicles are forecast to generate worldwide sales of $42.9 billion in 2021 compared to $22.9 billion in 2016, while integrated circuit revenues for Internet of Things (IoT) functionality in a wide range of systems, sensors, and objects are expected to reach $34.2 billion in four years compared to $18.4 billion last year, says the new 358-page report.

全球最大半導體代工企業台灣集成電路製造（簡稱台積電、TSMC）聯合首席執行官（CEO）劉德音12月7日表示，將向電路線寬為3奈米（奈米為10億分之1米）的新一代半導體投資超過200億美元。通過對尖端領域投入巨資，領先於韓國三星電子等競爭對手。
 　
劉德音7日下午在台灣北部新竹發表演講時透露了上述消息。目前美國蘋果新款iPhone等配備的10奈米線寬半導體屬於最尖端產品。 7奈米產品將於2018年啟動量產，3奈米產品預計2022年量產。目前已具體落實3奈米產品項目的企業只有台積電。新工廠建在台南。
 　
半導體大體上分為負責存儲的內存和負責運算的邏輯半導體。台積電的產品以邏輯半導體為主，目前多面向智能手機。該公司認為，2018年7奈米產品量產以後，在面向人工智能（AI）和數據中心方面的需求有望激增。
　
在半導體領域，縮小電路線寬成為降低成本和提高性能的關鍵。一方面，電路線寬的縮小導致生產難度提高，製造設備的價格正在暴漲。荷蘭半導體設備廠商阿斯麥（ASML）開發的「極紫外光刻（EUV光刻）」設備每台售價超過1億歐元。

根據 TrendForce 記憶體儲存研究（DRAMeXchange）研究指出，2018 年第一季在需求端面臨傳統淡季的衝擊，預計智慧型手機、平板電腦裝置量需求將較 2017 年第四季下跌逾 15%，而伺服器需求相對持平，整體位元需求量較 2017 年第四季呈現 0~5% 下跌。另一方面，NAND Flash 供應商仍持續提升 3D-NAND Flash 的產能及良率，位元產出成長亦較第四季高於 5%，預期 NAND Flash 市場將進入供過於求態勢，2018 年第一季固態硬碟、NAND Flash 顆粒及 wafer 等合約價皆將翻轉走跌。
回顧 2017 年上半年，第一季在供給端由於 2D-NAND 轉往 3D-NAND 導致產能損失，加上中國手機廠商如 Huawei、OPPO、Vivo 的強勁備貨需求，加劇 NAND Flash 缺貨狀況，包含 eMMC / UFS、Client SSD 及 Enterprise SSD 合約價都有至少 10% 以上的價格漲幅。進入第二季後，儘管工作天數回復，促使筆記型電腦及平板電腦等裝置的需求較前一季增加，但中國品牌手機表現不如預期，價格漲幅因此較前季趨緩。

Silicon has provided enormous benefits to the power electronics industry. But performance of silicon-based power electronics is nearing maximum capacity.
Enter wide bandgap (WBG) semiconductors. Seen as significantly more energy-efficient, they have emerged as leading contenders in developing field-effect transistors (FETs) for next-generation power electronics. Such FET technology would benefit everything from power-grid distribution of renewable-energy sources to car and train engines.

A group of spintronics researchers at EPFL is using new materials to reveal more of the many capabilities of electrons. The field of spintronics seeks to tap the quantum properties of “spin,” the term often used to describe one of the fundamental properties of elementary particles – in this case, electrons. This is among the most cutting-edge areas of research in electronics today.
Researchers working in the Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES), which is run by Professor Andras Kis, were able to quantify these quantum properties for a category of two-dimensional semiconductors called transition metal dichalcogenides, or TMDCs. Their research projects, which were published recently in ACS Nano and today in Nature Communications, confirm that materials like graphene (C), molybdenite (MoS2) and tungsten diselenide (WSe2) offer, either alone or by combining some of their characteristics, new perspectives for the field of electronics – perspectives that could ultimately lead to smaller chips that generate less heat.

由日本 Sony 與 Panasonic 各自 OLED 開發部門組合而成的熒幕設備生產公司「JOLED」，在早前宣佈利用最新製作手法生產的 OLED 熒幕面板正式出貨。JOLED 提供的 OLED 面板，是全球首次利用 RGB 印刷方式來生產，他們最先供貨的是一款 21.6 吋 4K OLED 面板。
現時南韓三星與 LG 在 OLED 面板的市場上擁有優勢，兩家公司採用了「蒸鍍式」技術製作面板，在真空狀態之下，將紅綠藍三色的發光材料汽化，使之附在於基板上。而今次日本 JOLED 開發 OLED 面板的「印刷式」製作方法，是將液態發光材料像打印機一樣，精密地塗抹在基板之上。此製法的好處，是毋須抽真空裝置，令生產成本降低，另外基板的大小亦不受限制，有助 OLED 面板的高精細化、低成本化，以及大型化。JOLED 現時向日本國內各大廠商進行集資活動，希望籌措 1000 億日元，以在 2019 年能進行大型量產。

在國際半導體產業協會(SEMI)看來，微機電系統(MEMS)技術在近幾年來的半導體領域中成長最快速，那麼如何準確預測MEMS的未來？在瞭解MEMS元件的歷史，並查閱有關MEMS最具創新性的500篇學術論文後，MEMS設計與開發公司A.M. Fitzgerald and Associates LLC創辦人Alissa Fitzgerald在今年的MEMS與感測器高峰會議(MEMS & Sensors Executive Congress)發表演說時分享對於MEMS未來發展的樂觀看法與預測。
Fitzgerald 認為，「下一個十億美元的產品就潛藏在大學的研究文獻中。」2017年的學術論文中揭示了有關被動式和近零功耗(near-zero)的感測器，以及基於紙類和塑料的方案取代昂貴矽基方案作為消費應用和一次性使用的特殊產品等最新進展。

Yole Développement預測，在這個偏好以語音作為使用者介面的年代，微機電系統(MEMS)麥克風(Microphone)從2013至2019年的出貨量將成長為三倍(從24億組成長到66億組)。





但是，隨著MEMS麥克風的需求不斷增加，遠場語音偵測應用的需求條件也持續攀升，包括日益普遍的波束成形(Beamforming)應用等。 

MEMS麥克風設計　 規格首重訊噪比 

在MEMS麥克風的設計中，最重要的規格就是訊噪比(SNR)。訊噪比對於麥克風的遠場和語音偵測應用，其重要性經常受到誤解，以為這項規格能反映麥克風在吵雜環境下運作的能力。 

然而，麥克風的訊噪比僅能測量訊號與內部雜訊(Noise)來源的比值，因此其實更適合作為評定麥克風在安靜空間內(如客廳或臥室)表現的指標。 

訊噪比是一項好用的指標，標示麥克風在安靜環境下可偵測出的最低音量，單位為dB，與之比較的參考訊號為94dBSPL(選擇此值是因為其等同於1帕(Pa)的壓力變化，與音訊使用狀況沒有關聯)。就目前常見的高效能麥克風來說，訊噪比範圍多半介於64dB至68dB。 

64dB訊噪比的麥克風無法從內部雜訊中分離出低於30dBSPL(94dBSPL-64dB)的聲音。實務上，即使最好的語音偵測演算法，也須要取得訊號的資訊元件，才能從雜訊基準提高幾個dB，而實際需求則取決於套用在訊號上的演算法及處理方式。 

假設語音偵測演算法要求麥克風的雜訊基準與輸入訊號位準，必須保持10dB的差距，那麼一個64dB訊噪比的麥克風將能夠偵測到最低40dBPSL的聲音。這等同於相距5∼6公尺(m)的一般對話音量(咖啡廳內對話的音量)，或相距2∼3公尺的輕聲對話(辦公室內對話的音量)。 

就使用者而言，這意味著能夠在房間內任何位置與裝置流暢互動，而不用面對裝置或提高音量。一個理想的麥克風訊噪比若提高6dB，其語音偵測距離可拉長一倍，或只需要一半的音量(表1)。 

 

表1 不同聲音的聲壓與密度概觀

在吵雜環境下，麥克風最重要的參數就是聲學過載點(AOP)，簡單來說，此參數決定麥克風能夠偵測出的最高訊號位準，且不會「太過」失真，所謂「太過」是指10%的總諧波失真(THD)。 

考量總諧波失真　 決定聲學過載點  

MEMS技術最近的發展，將麥克風的聲學過載點從120dBSPL不斷提升至130dBSPL，甚至更高，放到情境中的話，一支2012年的智慧型手機在錄下現場演唱會時，不太可能不破音，但現在的高階麥克風在搖滾演唱會的第一排，則能夠錄下高音質的聲音。 

高位準的訊號可能伴隨著預期外的雜訊來源，尤其在戶外使用時，風聲是麥克風最常碰到的大問題。不同的風速與風向搭配麥克風的方向，風聲可能會超過120dBSPL。風聲包含明顯的低頻基音以及低位準的高頻音，在套用語音處理演算法或撥打高清晰度(HD)語音電話之前，這些音通常會先過濾掉，但過濾的條件是，其輸入訊號必須未達聲學過載點位準，一旦訊號的諧波失真過高，便無法進行過濾。 

提高聲學過載點位準，表示在戶外有強風或吵雜的環境下，使用者的麥克風仍能偵測並錄下訊號，雖然也可能錄下許多背景噪音，但不會破音。換句話說，麥克風仍能夠套用語音偵測演算法，或者在高清晰度語音電話時進行過濾以改善能聽度，抑或是讓演唱會中錄下的歌曲依舊悅耳。重點是，雖然仍有一些背景噪音，但訊號的後製及復原變得容易許多，只要聲音沒有過多的諧波失真和破音即可。 

提高動態範圍　擴大收音成效 

訊噪比是一項麥克風在安靜環境下的效能指標，而聲學過載點則用來表示吵雜環境下的效能指標，綜合這兩項參數的則是麥克風的動態範圍(Dynamic Range, DR)，表示麥克風可感應的聲壓位準範圍。麥克風可設計成對低音量敏感，或設計成可耐受高聲壓位準，但若要設計出兼顧這兩種情況的產品，就變得非常困難。 

現代的MEMS麥克風測到的動態範圍接近100dB，不只可在交響樂團演奏會中錄下如雷震耳的鼓聲和管樂器，也能同時收錄進聽眾的細語聲。 

麥克風的動態範圍不一定會詳列在產品資料表內，但可輕易地從其他規格來判斷。如為數位麥克風，只要在訊噪比加入靈敏度參數就能得到此規格。如為類比麥克風，則必須先找出聲學過載點與94dBSPL參考位準之間的差距，再將此數值加入訊噪比。 

雙背板設計加持　 MEMS麥克風看俏  

MEMS麥克風通常包含軟性帶電薄膜和硬式電壓感測背板，薄膜和背板組成電容器，其數值會隨薄膜在空氣中的震動而變化。電容的變化會轉換成電壓變化，然後由類比麥克風特定應用積體電路(ASIC)加以放大並直接輸出，或透過數位麥克風ASIC內的類比數位轉換器(ADC)，轉換成數位輸出訊號。此運作方式類似立體聲電容式麥克風，只是規模小了許多。 

 

圖1 雙背板MEMS設計可保持高聲學過載點

英飛凌(Infineon)的雙背板(Dual Back-Plate)技術是MEMS結構的專屬作法，使用兩塊背板，薄膜兩面各一塊(圖1)。此方法可測量全差動訊號(圖2)，加強訊號的回應與品質，提高訊噪比與聲學過載點位準，同時改善低於麥克風聲學過載點的總諧波失真，可保持在1%以下，盡可能地貼近最高甚至超過130dBSPL的聲學過載點位準，帶來出色的聽覺體驗(圖3)。 

 

圖2 雙背板MEMS差動訊號輸出

由於語音互動不斷增加，成為人們偏好的裝置使用者介面，因此MEMS麥克風的後勢相當看好，未來將出現完美兼顧效能與使用性的創新產品。 

 

圖3 雙背板MEMS與其他產品在總諧波失真及SPL(Sound Pressure Level)的效能比較

(本文作者任職於英飛凌)

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