1

電子技術

日 期：2009 年 經濟部技術處 產業技術白皮書

出 處：產業篇 標題貳

主題分類：電資通光領域 第一章

文章內容

一、WiMAX 個人行動數位機關鍵技術

（一）技術研發目標

隨著全球通訊、消費性電子、網際網路(Internet)產業快速成長，結合無線寬頻通訊與高品質多媒

體技術，且易於使用之智慧型手持式裝置(Smart Handheld Devices)成為新世代明星產品。當智慧型

手機(Smart Phone)、行動上網裝置(MID, Mobile Internet Device)、小筆電(Netbook)等展現高速又穩

定的寬頻無線接取功能之時，則使用者可以隨時隨處便捷地運用網際網路進行資料存取、傳輸，滿足

其工作、社交、娛樂、休閒等各式各樣的需求。為了順應輕、薄、短、小、省電、行動化、高傳輸容

量及多媒體應用的產品特性，系統晶片整合技術越顯重要，而搭載行動式全球互通微波存取技術

(WiMAX, Worldwide Interoperability for Microwave Access)通訊功能的個人行動數位機相關技術與

應用亦成為關鍵核心。

WiMAX 可提供最後一哩(Last Mile)無線寬頻接入應用服務，主要以傳輸距離長、網路涵蓋範圍

廣、可支援大量數據、語音、影像服務需求，並強調傳輸品質管控(QoS, Quality of Service)等特色，

成為近年最熱門的新興無線寬頻通訊技術之一。為提供行動用戶更高傳輸速率與更佳品質之數據、語

音與影像多媒體串流之三合一整合服務(Triple Play)，多重輸入多重輸出(MIMO, Multiple Input

Multiple Output)規格的移動式 WiMAX(IEEE 802.16e)終端系統晶片核心技術之開發扮演吃重角色。

透過 MIMO 技術，在無線傳輸系統之發射端和接收端分別使用多個發射和接收天線，同時進行多項服

務訊號的傳輸和接收，具有大幅增強頻譜效率(Spectrum Efficiency)、提高無線傳輸範圍和效能等優

點，因此使用者能享有更高品質的網路傳輸服務。

WiMAX 個人行動數位機(WiMAX-enabled PMD, WiMAX-enabled Personal Media Device)關鍵

技術發展的目標，以 MIMO 移動式 WiMAX 系統晶片之電路設計為出發，包括無線射頻(RF, Radio

Frequency)、類比與混合訊號(AMS, Analog/ Mixed-Signal)、電源管理(Power Management)、數位

基頻(DBB, Digital Baseband)等關鍵核心技術、實做智慧財產權(IPR, Intellectual Property Rights)與

專利發明布局、WiMAX 系統測試平台和實驗網路之開發等，希望協助國內廠商加速開發自主之

WiMAX 系統晶片方案，同時也建立 WiMAX 實地測試(Field Trial)和相容性測試(IOT, Interoperability

2

Testing)之技術能量，加速 WiMAX 產業生態(Ecosystem)之發展，厚植台灣 WiMAX 整體產業的發展

實力。同時，台灣也投入發展整合不同製程電路之系統級封裝(SiP, System in Package)異質整合設計

技術，建構特定應用積體電路(ASIC, Application-Specific Integrated Circuit)-SiP-系統單晶片(SoC,

System-on-a-chip)電路整合技術，並發展搭配 WiMAX 之射頻前端元件(RF Front-end)、基頻、混合

訊號與電源管理電路晶片的整合構裝技術，以及提供相關 SiP 設計與驗證平台發展技術。未來更將研

發三維積體電路(3D IC, three Dimensional Integrated Circuit)系統應用整合設計技術，以及 3D IC 矽

晶直穿孔(TSV, Through Silicon Via)測試電路與可靠度驗證技術，以協助達成未來數位行動系統產品

追求極致短小輕薄化的理想。

就長期規劃來說，發展 WiMAX 個人行動數位機關鍵技術宜及早投入開發符合 IEEE 802.16m、

無線長程演進技術(LTE, Long-term Evolution)、LTE-Advanced 等 IMT-Advanced 標準規格需求之

MIMO 正交分頻多工存取(OFDMA, Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)核心技術，並發

展國內自主研發之媒體存取控制協定(MAC, Media Access Control)與實體層(PHY, Physical Layer)核

心智慧財產權，建立具有高度彈性之 MIMO-OFDMA 系統發展與驗證測試平台，同時持續培養專職參

與標準制訂人員加入國際標準組織，將得以進一步提升國內無線通訊之技術層次與競爭利基。

（二）技術發展藍圖

在技術發展規劃進程方面，台灣先致力於符合 IEEE 802.16e 標準的 MIMO 移動式 WiMAX 系統

晶片關鍵技術之研發，包括 Baseband 與 AMS 晶片架構及電路設計、MAC 與 PHY 核心智財，以及

現場可編輯閘陣列(FPGA, Field-Programmable Gate Arrays)雛型系統之開發和實地測試，以積極建

立國內自主 WiMAX 系統晶片解決方案(Total Solution)與驗證技術。

另一方面，台灣則以國際標準提案和建立 IEEE 802.16m 與未來 4G 核心技術與智財之布局為主。

頻譜效率(Spectrum Efficiency)是現有移動式 WiMAX 系統兩倍以上的 IEEE 802.16m 標準，預定於

2009 年底完成制定，IEEE 802.16m 的工作會議將於 2009 年 9 月正式提交 IEEE 802.16m 草案至

ITU-R 成為符合 IMT-advanced 需求的 4G 通訊系統。由於 Advanced WiMAX 802.16m 將可提供更

高移動性、更高速無線通訊連接能力，而 MIMO 技術具有寬頻、高頻譜效率的優點，預期將有助於縮

短國內廠商進行 Advanced WiMAX 及 LTE-Advanced 等以 MIMO-OFDMA 系統為核心技術之應用產

品開發時程。WiMAX 個人行動數位機關鍵技術發展藍圖見圖 2-2-1-1-1 所示。

3

資料來源：工研院晶片中心整理，2009 年 6 月。

圖 2-2-1-1-1 WiMAX 個人行動數位機關鍵技術發展藍圖

（三）產業效益

2009 年 2 月 WiMAX Forum 宣布全球 WiMAX 網路已在 135 個國家約 460 個營運區域推展服務，

提供固網、可攜式以及行動網路使用；以使用者規模來看，已為全球 4.3 億人口提供 WiMAX 網路服

務，預估到了 2010 年將大幅擴張至 8 億人口。台灣是全球 WiMAX 終端設備產品的研發基地，已有

系統業者布局或推出搭載 WiMAX 的小筆電、行動上網裝置等產品搶占商機，未來不單單在美國、日

本、台灣等人口密集都會區的成長可期，特別在開發中國家是最具發展潛力的市場，如俄羅斯、印度

等尚未佈建第三代行動通訊技術(3G, 3rd Generation)網路基礎設施的新興地區，移動式 WiMAX 更將

扮演提供寬頻網路接取的重要角色。Juniper Research 在 2009 年 5 月所發表的研究報告即指出，2014

年全球移動式 WiMAX(IEEE 802.16e)所創造的營收可望超越 150 億美元，其中北美、遠東地區、中

國大陸和西歐之總和將占全球市場的 70%，而非洲、中東、南美洲、東歐、印度等新興地區則有約達

40 億美元的市場規模。

在 M-Taiwan、WiMAX 加速計畫等政府科技計畫政策與資源的支持下，台灣致力於建立 WiMAX

產業生態，包括晶片、模組、設備、網路、系統整合、認證測試、應用服務等之整體解決方案。在

WiMAX 無線寬頻接取技術的研發已見成效，特別是台灣目前 WiMAX 用戶端設備(CPE, Customer

Premises Equipment)已在全球占有重要地位。根據資策會研究數據顯示，2009 年 WiMAX CPE 全球

市占率將為四成以上，而 2009 年第一季台灣 WiMAX CPE 的出貨量達 26.4 萬台，移動式 WiMAX(IEEE

802.16e)產品的出貨比重已經超過 90%，成為出貨主力。台灣目前已經有大同電信、大眾電信、遠傳、

全球一動、威達有線、威邁思六家營運商取得執照，其中大同電信已率先在 2009 年 4 月於澎湖開台，

並緊接著訂在 7 月於高雄市開台，而威邁思則預定第四季在台北啟動服務，其他營運商也將在 2009

年下半年陸續開台，將帶領台灣進入 WiMAX 商業運轉的新紀元。

根據工研院 IEK 的研究報告顯示，隨著商用化網路服務的推出、用戶量與需求度穩定增加，加上

WiMAX 晶片價格下滑的趨勢，移動式 WiMAX 的相關產品應用可望更廣為普及化，估計至 2009 年底

將有近 100 款左右的終端設備，包括筆記型電腦、Netbook、手持式設備、手機、數據機等。2008

年 WiMAX 晶片組出貨量約 520 萬套，產值約 3.04 億美元。據工研院 IEK 的預估，2011 年全球 WiMAX

晶片組出貨量將從 2009 年的 11.3 百萬套成長至 51.8 百萬套的規模，產值部分也將從 4.36 億美元增

加至 9 億美元。

台灣廠商在資通訊系統產品的製造已奠定深厚的基礎，但仍以市場已達成熟階段之標準終端設備

原始設備生產商(OEM, Original Equipment Manufacturer)/ODM 為主，從系統到晶片的整合設計能力

仍顯不足。事實上，台灣過去在行動通訊產業發展中，對於較先進之行動寬頻系統接取技術人才培養

與經驗相對薄弱，累積的智財非常有限，而且對關鍵專利智財權的掌握度不高，往往必須支付大筆技

術或專利授權金，更加壓縮微薄的獲利空間；再者因缺乏系統測試平台以供產品技術驗證之用，致使

技術落後國外領先廠商而喪失市場先機。若能精進發展無線寬頻移動通訊的核心技術能力，建立自主

技術與關鍵智財權(Essential Intellectual Property Rights)，健全國內完整產業鏈，將可突破台灣無線

4

通訊產業成長與獲利的障礙，得以蓄積足夠發展動能，並繼續創造台灣資通訊產業之下一波榮景。

因而，台灣晶片設計廠商亟需從加強高階通訊、多媒體、行動網路應用，及相關類比技術的系統

晶片關鍵核心技術發展來著手，以建立關鍵 IP 和提升晶片價值，跨入更高技術門檻、高毛利率的市

場區塊。國內開發技術自主之移動式 WiMAX 終端系統晶片技術與核心智財，並建立雛型系統驗證技

術之可行性，也透過實地測試、認證測試與相容性測試的技術能量，以利協助國內廠商達成系統層級

設計和 WiMAX 設備互通性之提升，後續並朝向與基頻與射頻整合之系統單晶片升級，提高產業競爭

力且有助於國內 WiMAX 系統關鍵零組件之掌握，建構國內完整 WiMAX 產業價值鏈。在國外 Intel、

Beceem、Fujitzu、GCT 等公司已推出 WiMAX 系統晶片的情形下，國內則有工研院與聯發科完成

WiMAX 系統晶片解決方案之開發，聯發科 WiMAX 晶片並於 2009 年 6 月初正式上市。另一方面，因

為未來不同標準之寬頻行動通訊系統已逐漸合流為 MIMO-正交分頻多工技術(OFDM, Orthogonal

Frequency-Division Multiplexing)系統，許多重要通訊接收技術皆能共用，極具技術性與市場性。台

灣若能提前布局 IEEE 802.16m 技術開發，就有機會在 IEEE 802.16m 標準制定完成時，便已擁有自

主 IEEE 802.16m 晶片核心技術與關鍵智財，未來則可望提供國內業界 IEEE 802.16m 終端技術之理

想解決方案。同時，也規劃經由 Advanced MIMO-OFDMA 模擬平台與核心技術之建立，以應用到

Advanced WiMAX、LTE 及 IMT-Advanced 等新世代無線寬頻通訊系統產品領域，並且善用電子系統

層級(ESL, Electronic System Level)流程及原型機驗證，提升國內無線寬頻通訊設計能量，及提供晶

片與系統廠商較佳之設計平台及方案，縮短未來產品開發時程。

現階段，台灣在參與國際標準制定活動與技術提案(如 IEEE 802.16m、WiMAX Forum)上已有相

當成果與經驗，藉由先期選擇 Pilot Design、Frame Structure、HARQ 及 Power-Saving 等重點技術

領域，投入 IP 技術研發布局，在 IEEE 802.16m 標準會議中提出具體貢獻，及參與 WiMAX Forum

標準測試案例制定與開發。未來將持續 IEEE 802.16m 與 4G 技術之前瞻關鍵技術之研發，並爭取納

入國際標準中成為關鍵智財，希冀藉此協助國內廠商提高國內關鍵零組件掌握能力，建構以掌握關鍵

智財支援的高附加價值產業型態，加速產業轉型。同時，透過與國際大廠如 Intel、Samsung 等之共

同提案與技術交流機會，營造未來台灣廠商合作機會，創造可能商機。長期而言，台灣也預計針對未

來產品應用類型的推展逐步建立毫微微型蜂巢式基地台(Femtocell Basestation)模擬器(Emulator)技

術能量，以做為開發下世代無線終端系統技術之先期測試驗證平台，彌補台灣在基地台端技術能量之

不足，並可藉此技術協助國內廠商快速切入未來 4G Femtocell Basestation 設備產品領域，創造新產

業效益。

二、PAC II Processor & Software Application 關鍵技術

（一）技術研發目標

在數位匯流與網際網路的潮流襲捲之下，未來行動多媒體終端裝置必須提供更高容量的行動運算

(Mobile Computing)能力，尤其是愈來愈多強調多功能、高效率、省電特色的智慧型手機(Smart

Phone)、行動上網裝置(MID, Mobile Internet Device)、行動數位電視等產品，紛紛將採用異質性多核

心處理器做為其嵌入式系統的核心，以同步平行進行特定應用之運作或處理。多核心處理架構可以解

5

決運算資源不足的問題，並具備增強效能表現、縮減處理器的晶片面積、提供優越功耗/效能比等優勢，

不過軟體卻會變得愈來愈複雜，因此多核心硬體平台架構設計、最佳化平行運算處理軟體(Parallel

Programming)技術，以及其相關應用被視為未來發展的關鍵課題。

由於多核心技術已是未來處理器設計的主流，運用於內嵌式系統的多核心處理器更有大幅成長之

趨勢，以因應不斷增加的多媒體與通訊功能之需求，故建立自主多核心技術，對台灣發展新一代個人

可攜式多媒體應用產品是相當重要的。多核心技術所牽涉的技術層面從晶片、硬體、軟體、驅動程式、

設計工具、系統整合與製造等，若能及早投注資源與人力發展多核心處理器系統平台，以此做為新興

應用產品開發之載具，將可提升國內相關產業附加價值。PAC(Parallel Architecture Core)II Processor

& Software Application 關鍵技術的研發即以此為目標進行發展，以國內自主設計完成之低功耗、高效

能、可程式化之 PAC 數位信號處理器(DSP, Digital Signal Processor)核心為基礎，聚焦多核心處理器

與平台技術與核心智慧財產權(IPR, Intellectual Property Rights)之開發，並以新一代個人化媒體裝置

(PxD, Personal Media Devices)應用為主軸。PAC II 定位為異質性多處理器運算平台(Heterogeneous

Multi-Processor Computing Platform)，也是擁有高性能、高頻寬、高效率、低耗能等多重特點之完

整晶片解決方案，搭配完整開發環境和多元豐富的應用軟體，不但效能/功耗比可以更加突出，且擁有

高度設計彈性，使得產品差異化或客製化更容易且快速地完成。

PAC II Processor & Software Application 關鍵技術之具體研發項目，包括多核心/多執行緒

(Multicore/Mutlithread)數位訊號處理器架構設計、多核心處理器的跨處理序通訊(IPC, Interprocess

Communication)、多核心/多執行緒數位訊號處理器晶片、應用系統單晶片(SoC, System-on-a-chip)

與參考平台設計(Application SoC & Reference Platform Design)、有效管理異質多核處理器之嵌入式

操作系統與軟體、高性能和高相容性的多媒體編解碼器，以及多元應用軟體之開發。同時，也結合國

內自主開發的電子系統層級之積體電路(IC, Integrated Circuit)模擬設計流程技術，與動態電壓與頻率

調節技術(DVFS, Dynamic Voltage and Frequency Scaling)低功耗設計技術，以掌握多核心處理器平

台之軟硬體資源，有效提升整體效能表現。除此之外，將來預計運用三維積體電路(3D IC, three

Dimensional Integrated Circuit)設計技術，朝向具備可擴展性多核心陣列架構的影像訊號處理器

(Image Signal Processor)平台架構設計，期望可以增強未來 IC 與多媒體系統應用產品競爭能力，以

強化台灣 IC 上中下游整體產業鏈之完備性。

許多國外大廠和研究機構已展開多核心技術的布局，將創造繼個人電腦、手機時代之後，另一次

眾家爭奪系統關鍵技術的戰場，台灣應迎頭趕上建構多核心關鍵元件及高階架構設計之能量，發展嵌

入式異質多核心軟體技術，將可以補足國內技術長期不足，並解決國內多核心處理器開發之瓶頸，協

助國內 IC 設計廠商進入商機龐大的應用市場，提升台灣 IC 設計廠商的競爭力，促進 IC 設計及系統

產業的再次升級以免再度錯失掌握未來系統靈魂的機會。

因為發展高整合度、高附加價值的內嵌式 DSP 技術門檻和投資風險十分高，過去國內廠商在此

相關技術領域一直少有著墨。雖然國內過去處理器技術起步落後、資源投入有限而未有突破性的發

展，但台灣具完整半導體產業鏈和系統製造實力，加上政策支持國內自主設計之高階處理器相關技術

之研發計畫，已為發展多核心技術奠定基礎。透過掌握自訂架構、低耗電、高效能的數位訊號處理器

6

與軟體應用技術，可協助國內廠商掌握關鍵零組件技術，擺脫長期受制於國外大廠高額之授權費用，

降低元件取得成本並提升自製率，且利用 ESL 虛擬平台，協同軟硬體設計，以有效縮減產品開發週

期。長期目標是提供發展與國際大廠最先進規格並駕齊驅、且適用於開發下世代可攜式多媒體行動裝

置所需之的完整系統晶片、嵌入式軟體(Embedded Software)、系統開發平台、應用軟體與設計工具

等之整合性系統解決方案，同時進一步在多核心系統晶片架構、低耗能、高效能以及應用面等項目取

得突破，以協助國內廠商創造此等無線多媒體類產品差異化，提升產品高附加價值。此外，並規劃與

晶片設計服務公司和系統公司增強實質合作，提供業界最佳化與可客製化多核心平台，包括晶片、硬

體、驅動程式、軟體、完整平台、應用及服務等，促成無線多媒體相關產業及早推出整體解決方案，

使產業能據以開發相關創新多媒體應用產品及服務。

（二）技術發展藍圖

多核心與多執行緒設計概念是目前高性能運算處理器的主流，歐洲、美國、日本等處理器大廠皆

已朝此方向推出多核心處理器相關技術與產品。但多核心系統著重高效能低耗能的設計架構，必須更

加謹慎追求包括微處理器(MPU, Microprocessor Unit)、DSP、記憶體，操作系統及各項軟體與應用

之效能最佳化，IC 設計的複雜度與困難度因而大幅提高。依據國內自主開發成功的 PAC DSP 研發成

果所奠定之技術根基，PAC II Processor & Software Application 關鍵技術的規劃中，以發展多核心數

位訊號處理器晶片解決方案和嵌入式操作系統軟體與應用技術為主軸，其中也包括 Android 軟體平台

移植技術與多媒體應用，期望搭乘 Android 熱潮來突破國內廠商過往難以進入智慧手機嵌入式軟體核

心技術與系統晶片關鍵技術的設計瓶頸，強化整體產業競爭力。此外，也將運用下世代 3D IC 設計技

術，先期研究具可擴展性之多核心影像訊號處理器平台架構設計。PAC II Processor & Software

Application 關鍵技術發展藍圖見圖 2-2-1-2-1 所示。

資料來源：工研院晶片中心整理，2009 年 6 月。

圖 2-2-1-2-1 PAC II Processor & Software Application 關鍵技術發展藍圖

（三）產業效益

多核心架構漸成為未來低功耗、多功能、高效能產品的主流設計趨勢，其發展從桌上型個人電腦、

筆記型電腦、伺服器，將擴張至智慧型行動數位裝置，成為未來許多訴求省電、高速、多媒體的下世

代資通訊產品的關鍵技術。根據市場研究公司 IDC(International Data Corporation)和工研院 IEK 的預

7

測，2006 年採用多核心處理器的個人電腦約在 30~50%之間，估計到 2009 年多核心處理器在 PC 應

用市場滲透率將可達 90%以上，到 2010 年甚至可達 100%，由此可見未來將是多核心處理器的時代。

2009 年 3 月分 VDC(Venture Development Corporation)指出，包括微處理器、數位訊號處理器、現

場可編輯閘陣列(FPGA, Field-Programmable Gate Arrays)及微控制器等在內的嵌入式處理器，在

2008 年的出貨量超過了 100 億顆，而 2009 年將可望成長至 107.6 億顆，其 2008~2013 年的年複合

成長率為 6.4%。據 VDC 之前的預測，嵌入式多核心處理器市場將由 2007 年的 3.72 億美元規模，

於 2011 年成長至 24.7 億美元，較 2007 年多 6 倍，且是 2006 年收入的 44 倍。

而根據市場調查機構 iSuppli 預估，2007~2012 年行動上網裝置的出貨量將成長近 8 倍。若是廣

義地將智慧手機也計算在內，2012 年全球 MID 出貨量可達 4.16 億台，年複合增長率 50.6%，市場

成長潛力與商機極為可觀。手機是目前全球普及率最高的行動數位產品，特別是智慧型手機訴求多通

訊系統及多重應用的特點，使得可程式 DSP 技術的重要性大為提高，再加上系統廠商對於 IC 規格要

求趨向多元化與差異化，國外大廠如 TI、Motorola 等公司多自主發展 DSP 關鍵智財權(Essential

Intellectual Property Rights)來提高系統彈性，以掌握更多的市場機會。值得一提的是目前約有三分之

二的 DSP 核心是內嵌在 SoC 之中，和以往獨立存在的角色大不相同，特別是手機架構方面已朝向整

合多個 DSP 核心的設計趨勢。運用於內嵌式系統之多核心處理器平台與軟體將是新一代可攜式手持

裝置產業之關鍵零組件，在可預見的未來將呈現大幅成長的趨勢，以因應不斷增加的多媒體與通訊功

能之需求。

PAC II Processor & Software Application 關鍵技術的主要應用領域為智慧型終端裝置(Intelligent

End-Point Devices)，以及訴求多媒體串流傳輸(Streaming Multimedia)的新興行動寬頻網路多媒體裝

置。過去國內資訊與通訊科技產業在關鍵零組件方面掌握度不夠，造成產業自主性不足，如今藉由投

入技術門檻和投資風險皆高的可程式化 PAC II 處理器軟硬體應用相關技術，自主開發適用於下世代

整合網路、多媒體、通訊應用之手持裝置所需之高效能低功耗處理器及多媒體加速子系統架構，發展

豐富多元的系統產品、軟體、應用方案等，未來將更能加速國內可攜式多媒體產業上中下游的垂直供

應體系的日趨完整，促進國內無線多媒體產業與可攜式設備產業優質化發展。

隨著多核心架構時代的來臨，PAC II 為核心的系統架構搭配完整開發環境和多元豐富的應用軟體

等，不但可以達到優越的效能/功耗比，且擁有高度設計彈性，使得產品差異化或客製化更容易且快速

地完成，以符合分眾市場的特殊要求。未來藉由提供可客製化之多核心行動多媒體數位裝置平台解決

方案，適時填補國內於此一領域的技術斷層，協助國內廠商掌握關鍵零組件技術，使廠商能依據應用

需求，調整多核心運算和功耗，創造在手機、數位相框、可攜式多媒體行動裝置等無線多媒體類產品

之差異化，建立產品新價值。另外，搭配創新 ESL 設計流程以縮短 IC 開發時間，並運用 DVFS 低功

耗設計技術，大幅提升可攜式系統產品使用時間，提高產品附加價值。PAC II 處理器及其軟硬體關鍵

技術和應用開發完成後，規劃策略性進行技術移轉和合作以完成產品商品化，諸如應用於 Android 軟

體平台之系統晶片與應用系統產品等，希望能引領台灣搶進未來多樣式的內嵌行動多媒體裝置市場商

機，帶動國內相關終端產品之產業產值再創高峰。

8

三、奈米電子關鍵及應用技術

（一）技術研發目標

台灣動態隨機存取記憶體(DRAM, Dynamic Random Access Memory)產業在 12 吋晶圓廠世代，

由於 8 吋晶圓廠的包袱較少，使得台灣動態隨機存取記憶體公司即使在製程技術的導入稍微落後國際

大廠，在成本競爭上仍能應付過去，但隨著全球動態隨機存取記憶體第一大廠 Samsung 快速拉升 12

吋晶圓廠產能，台灣在製程技術的導入已沒有可稍微落後的空間，於是在技術力、市場力都不如

Samsung 的情況下，台灣動態隨機存取記憶體產業之 12 吋晶圓廠對全球動態隨機存取記憶體版圖的

重要性也遞減中，造成國內廠商經營壓力大增，因此若未能掌握自主技術，對想要更上層樓的國內記

憶體製造商而言是相當不利的。奈米電子技術主要發展目的在協助國內產業界建立下世代記憶體技術

之自主研發能力及掌握智慧財產權(IPR, Intellectual Property Rights)，以強化產業競爭力。選擇深具

潛力、技術尚未成熟、可掌握關鍵製程及廠商投入意願強之研發項目。2009 年度研發技術項目包括：

「自旋記憶體(Spin-RAM, Spin Random Access Memory)技術」、「相變化記憶體(PCM, Phase

Change Memory)模擬與模型技術」與「電阻式記憶體(RRAM, Resistive Random Access Memory)

技術」，分述如下：

1.自旋記憶體技術

自旋記憶體為研發的第二代磁性記憶體(MRAM, Magnetoresistive Random Access Memory)技

術，其為非揮發性記憶體且具有高讀寫速度、高讀寫次數、面積小與易整合於系統單晶片(SoC,

System-on-a-chip)之優勢，可取代目前大部分之嵌入式記憶體(Embedded Memory)，使晶片設計彈

性大、成本低，並且使電子產品具有即時開啟之功能，因此被視為系統單晶片產品中嵌入式記憶體的

明日之星。

本技術研發目標為展示自旋記憶體關鍵製程技術能力，同時進行電路設計與系統驗證工作，提供

自旋記憶體一個實際應用的發展平台，目前業界領先指標為 Hitachi 2 Mb Prototype chip(0.2 µm 互補

式金屬氧化物半導體(CMOS, Complementary Metal-Oxide-Semiconductor))，本技術完成後可將自旋

記憶體技術轉往可微縮之 Spin-RAM 技術，在資料傳輸率技術指標追上國際技術水準，並預期可以逐

步取代傳統記憶體中 eSRAM(embedded SRAM)以及 eDRAM(embedded DRAM)之市場，彰顯出該

記憶體優異的特性與優點。

2.相變化記憶體模擬與模型技術

相變化記憶體技術因具有速度、功率、容量、可靠度、製程整合度以及成本等具競爭力特性，適

合做較高密度的獨立式或嵌入式記憶體應用。由於其獨特優勢，使其被認為具有潛力成為下世代新興

記憶體之一。任何新興的技術在進入真正商品化之前，除了必須投入足夠的研發資源外，尚須建立有

效的開發與設計方法，才能在技術進入商品化時保有領先的優勢，其目的是建立有效的相變化記憶體

模擬與模型技術，可用來做為元件開發或晶片設計時的輔助工具。模擬技術的建立可有效地用於預測

與評估元件的特性，對於新型元件的開發與未來方向的擬定可提供重要的參考依據；電路模型技術的

建立將使電路設計者在進行晶片設計前，即可掌握元件規格與預測其整合於電路上時所產生的效應，

9

且可即時發現並解決可能的電路問題，將有利於縮短設計與商品化的時程。目前國內尚無相變化記憶

體相關的模擬與模型技術開發，而本技術所開發的模擬方法可強化國內於相變化記憶體模擬技術的功

能與準確性，建立獨特且領先國際的模擬技術，同時將可建立國內自有獨特的相變化記憶體電路模

型，並完整涵蓋目前國際的技術現況，預期將可延伸至更高階的電路模型。

3.電阻式記憶體技術

電阻式記憶體近年來引起許多學校及業界廣泛的研究，主要是因為電阻式記憶體的結構相當簡

單，它是由一電晶體與一個電阻器(1T1R, 1 Transistor 1 Resistor)所組成，其中的電阻器則是利用金

屬－絕緣層－金屬(MIM, Metal-Insulator-Metal)堆疊而成，與動態隨機存取記憶體的單元結構十分相

似。此技術由於是電壓控制而非電流控制，具有較省電與較簡易的控制電路，因此電阻式記憶體具有

操作電壓低、寫入與抹除時間短、記憶時間長、多位準記憶、結構簡單與所需元件面積小等優點，將

是未來極具潛力取代快閃記憶體(Flash Memory)的新興非揮發性記憶體，透過技術的開發，期能帶動

下一波新興產業的發展。本技術以 1T1R 製程整合及電性驗證為技術指標，技術完成將和目前國際水

準相當，期能逐步朝向嵌入式記憶體領域中應用。

表 2-2-1-3-1 各項記憶體技術性能比較表 項目 特性 FLASH DRAM SRAM MRAM PCM RRAM

P/E Endurance ＜106 1015 1015 ＞1012 ＞109 ~109 Speed ＞µs ＞10ns ＜10ns ＜10 ns ~10 ns ＜10 ns Voltage or Current High Medium Low Medium Medium Low Cell Size(F2) 2-4 6-8 100 ＞20 ＞10 ＜8 Scalability Yes Yes Yes N/Y Yes Yes MLC Yes No No No Yes Yes Non-volatility Yes No No Yes Yes Yes 資料來源：工研院電光所整理，2009 年 7 月。

（二）技術發展藍圖

從整個趨勢來看，輕薄短小、降低成本以及省電是系統設計追求的目標，但是現有的記憶體技術

已經無法單純的透過製程微縮的方法來滿足上述的特性需求，部分記憶體技術也正面臨到物理極限而

無法繼續縮小面積，因此引進新的記憶體架構與新材料是大勢所趨，也將會是下一波競賽中的重要關

鍵。新一代的記憶體技術必須符合非揮發性、高性能、高記憶容量以及低耗電等特性才能滿足在未來

系統設計上需求，而所開發的自旋記憶體、相變化記憶體及電阻式記憶體正是最佳的解決方案(Total

Solution)。

自旋記憶體技術是以電流直接寫入方式來寫入記憶單元，因此不需要設計複雜的電晶體及導磁

層，即可大幅的簡化了磁性記憶體的製程，且其控制電路也相對傳統磁記憶體簡化許多，成為自旋記

憶體技術之主要優點，此技術發展是以關鍵製程技術為基石，並以產品應用為導向，技術目標除了開

發省電、小型化的記憶體需求外，同時亦需兼顧到快速操作的功能，期能在 2011 年開發驗證 45 奈米

核心元件之自旋記憶體雛形晶片。

而相變化記憶體技術的開發重點著重在模擬與模型技術，任何新興的技術在進入真正商品化之

10

前，除了必須投入足夠的研發資源外，尚須建立有效的開發與設計方法，才能在技術進入商品化時保

有領先的優勢，因此必須建立有效的相變化記憶體模擬與模型技術，以做為元件開發或晶片設計時的

輔助工具。

電阻式記憶體的設計開發，主要著重於新型電阻式記憶體元件的設計開發以及元件效能的提升，

包括操作電流、操作速度、以及朝多階操作之元件結構開發，以目前電阻式記憶體發展趨勢來看，國

際上除了 Samsung 研發成果較為卓越外，經濟部科專計畫近來對此技術亦有非常不錯的技術突破，

除了擁有優異的記憶體特性之外，其製程亦可與現今的互補式金屬氧化物半導體技術完全相容，能快

速實現電阻式記憶體移轉業界進行量產之可能性，有望成為下一波革命性的記憶體。

資料來源：工研院電光所整理，2009 年 6 月。

圖 2-2-1-3-1 奈米電子關鍵及應用技術發展藍圖

（三）產業效益

近年來非揮性記憶體市場規模已呈現爆發性之成長，但主要是以快閃記憶體為主，其主要優勢是

單位記憶單元成本低，但因有讀寫次數少(1×106 次)、讀寫速度慢、高壓製程、與互補式金屬氧化物

半導體整合不易等缺點，不管在獨立儲存裝置記憶體(Stand-Alone Memory)或嵌入式記憶體都無法取

代靜態隨機存取記憶體(SRAM, Static Random Access Memory)或動態隨機存取記憶體，此外，隨著

半導體製程之演進，扮演記憶體發展重要角色的電晶體尺寸微縮技術終將面臨限制，因此許多廠商早

已投入發展下一代的先進記憶體元件，期待能進一步的提高記憶體密度，而擁有非揮發特性之快閃記

憶體、相變化記憶體與電阻式記憶體，因其讀寫次數與讀寫速度都與靜態隨機存取記憶體與動態隨機

存取記憶體相當，且與互補式金屬氧化物半導體整合度高，因此很有機會取代部分靜態隨機存取記憶

體與動態隨機存取記憶體。各技術產業效益說明如下：

1.自旋記憶體技術

自旋記憶體不管在密度、容量、耗能、寫入速度、尺寸微縮化與製程成本上都有很大的優點，因

此吸引國際上各大廠與研究機構相繼投入，目前國外投入 Spin-RAM 開發的國家主要是美國與日本。

在國內台積電也已投入研發，但進入 45 奈米技術節點後，將遇到寫入電流與熱穩定性無法同時兼顧

的問題。目前以垂直式磁自旋技術為解決方案的可行性最大，Toshiba 是目前最積極投入研發的單位，

11

在 2008 年發表了相當不錯的結果，以在 2015 年取代動態隨機存取記憶體為目標，因此其研發成果

已受到各國磁性隨機存取記憶體研發單位所注意，並且積極規劃投入研發中。因此本研究成果也受到

產業界高度的重視，對於磁性隨機存取記憶體技術往更高密度發展及未來推廣研發成果的機會相當

大。

2.相變化記憶體技術

在強調物體之輕薄短小、攜帶便利、價格低廉、低耗電量之市場需求下，相變化記憶體之諸多優

點再次受到重視，於是又重新掀起一股研究熱潮。由於其在高可微縮性的獨特優點，將漸漸取代傳統

之編碼型快閃記憶體(NOR Flash, Not or Flash)；此外其低耗電量與非揮發性等優良特質，可以取代

動態隨機存取記憶體在可攜式電子產品中的應用，在這樣的背景下，國內廠商早與國際大廠同步投入

相變化記憶體之開發行列，例如旺宏電子股份有限公司、工研院電光所與國內動態隨機存取記憶體廠

商所組成之研發聯盟等。在國際廠商部分，知名大廠如 Intel、Samsung、IBM、Hitachi、

STMicroelectronics 等亦積極進行開發，在一連串的開發活動的推波助瀾下，其未來產品的問市更是

各國廠商的高度期待。

3.電阻式記憶體技術

電阻式記憶體是非揮發性記憶體新技術當中相當有潛力的一個新的技術，近年來也受到國際半導

體大廠及主要的研究單位的注意，主要原因是電阻式記憶體的元件結構相當簡單，同時所採用的材料

並不特殊，許多的半導體廠均有現成的製程能力，同時電阻式記憶體元件所需的製程溫度不高，因此

相當容易與相關的元件或電路製程整合，在不需外加其他設備、光罩或開發新的製程的條件下即可達

成，此外電阻式記憶體之電子元件更具高速操作、低電流、無微縮限制上的困難等優點，具有成為下

世代之新記憶體元件的可能性，因此可視為取代快閃記憶體的明日之星。經濟部科專計畫對此項技術

開發目前已有重大的突破，多項成果證實電阻式記憶體距離商品化的時程已經不遠，且高性能的表現

使其在高密度或是高速記憶體商品上的應用可能性大增，該成果的突破，將協助國內發展自主記憶體

技術的腳步更邁進一步。

四、軟性電子關鍵技術

（一）技術研發目標

軟性電子(Flexible Electronics)技術係指以有機材料製作電子元件或採印製加工方式製作電子元

件或以軟性基板做為載板製作電子元件的技術總稱，主要應用在不同之生活需求中，包含邏輯與記

憶、感測互動、視覺與顯示以及能源與動力等領域。邏輯與記憶主要指的是具有邏輯運算或控制且具

備記憶能力之電子元件，例如計時器、主動式顯示背板或無線智慧標籤運算晶片，乃至於印製式記憶

體。依據市場與技術發展，主動式顯示背板是五年內最具有發展空間與市場價值之研發重點項目；感

測互動領域包含觸覺之軟性感測器以及聽覺之揚聲器技術，軟性感測器技術結合有機材料、印刷製程

製作於塑膠軟板上，以便提供非常價廉之壓力感測器，再結合溫度感測器即可應用於遊戲互動以及健

康照護產業；屬於聽覺應用之軟性揚聲器(Flexible Loudspeaker)，已具備無限之市場潛力之機會，因

此在 2011 年前將以大面積低頻揚聲器為發展目標，技術研發主軸為軟性元件結構設計，以開發高級

12

音響必備之低頻(200 Hz)響應能力；能源與動力包含軟性電池及軟性太陽能電池(Solar Cell)，結合軟

性電子平台技術，以軟性、印製式有機太陽能電池為主研發主軸，研發目標為發展具透光度之軟性太

陽能電池技術。

軟性電子核心技術包含軟性電子元件(軟性電晶體、軟性記憶體、印製天線、軟性揚聲器、軟性

顯示器(Flexible Display)、軟性光源、軟性感測器等)的整合式印製平台技術、印製軟性基板之電子系

統整合技術等關鍵元件設計與製程技術平台、以及關鍵材料開發等技術的建立，這些重要的關鍵元件

技術均藉由軟電量產開發實驗室來建立基礎研發設施與能量。預期未來具有使用簡單且低成本的印製

設備與材料，即可快速完成製作高度客製化的電子系統產品，達到軟性印製電子技術人性化、便利化

及產業化之目標。

2008 年軟性電子技術發展目標，有兩項具有重大突破，包含成功展示 4.7＂主動式軟性顯示背板

(Flexible Backplane)：突破大面積軟性背板製程技術瓶頸，解決元件不穩定性難題，完成與世界水準

同步的印製式薄膜電晶體，未來持續發展可摺式電子紙提升無線通訊資料量；另外，也展示世界最大

(0.5 m 寬、2.5 m 長)之軟性揚聲器：透過專利元件結構設計，提升低頻響應品質。未來持續研發大面

積、連續式生產能力之製程技術，並延伸與汽車電子結合，發展主動式噪音消除新應用。

（二）技術發展藍圖

軟性電子關鍵技術規劃係朝向利用共同之技術平台，發展不同應用領域需要之軟性電子元件，這

些應用主要將使用在不同之生活需求中，包含邏輯與記憶、感測互動、視覺與顯示以及能源與動力等

領域。首先在是邏輯與記憶領域，以顯示背板為研發重點項目，技術成果雖已展示 4.7＂主動式軟性

背板，未來規劃朝向商業化大量生產技術研發為主軸(見圖 2-2-1-4-1)。在視覺項目方面，2011 年前

將以電子紙及電子書需要之軟性背板為目標，由於目前元件信賴度尚無不足為符合市場之需要，因此

將發展相關技術(提升材料性能、新穎元件設計、結合鈍化技術)，以完成高信賴度之技術開發，達成

環境溫濕度以及元件撓曲之要求。至 2011~2012 年間將致力於電子書及電子紙之彩色化，因應彩色

化軟性背板必需開發具備更高解析度之印製技術(目前之 2~4 倍)，此階段將以高精度印製技術為發展

目標，包含軟性基板精準(多層)對位、精細圖案之印製技術。而在 2012 年後則將致力於連續式製程

技術之開發，已達成快速、低成本之軟性背板製作技術，此階段將開發不同之連續式印製技術與設備

為發展目標，包含軟性基板連續式(多層)對位以及連續式圖案之印製技術。

其次是在感測互動領域，感測技術將以觸覺及聽覺感測為研發重點項目。見圖 2-2-1-4-1 中軟性

感測器 2009 年的目標為發展符合休閒及遊戲應用之感測器，例如多點觸控應用。此階段將開發更具

線性反應之感測材料、印製以及讀取技術為發展目標。2010~2011 年技術目標為發展符合健康照護用

之感測器，例如壓力床、按摩椅等，此階段除壓力感測技術外，尚包含剪力感測技術開發，以符合人

體需要之觸覺需求(壓力加剪力感測)，發展方向為新印製材料之開發、元件結構之設計以及讀取技術

等。至 2012~2015 年技術目標前為結合反映回饋形成互動裝置，以符合未來互動遊戲及健康照護用

之應用，此階段發展主軸為研發具有延伸性之感測器，以符合人體非平面使用產生之大變型測量技

術，發展方向為新印製材料之開發、元件結構之設計以及讀取技術等。聽覺應用之軟性揚聲器，在製

13

程技術將朝向連續式生產製程規劃，以達到快速、低成本之生產目標。伴隨軟性揚聲器技術需要，亦

將研發展軟性電池之技術，以符合攜帶型應用(200 次充放電尚具有 80%電量之能力)。在 2012~2015

年將以發展指向性技術為主，可應用於方向性播音以及主動噪音消除應用，音頻範圍以工業用噪音範

圍 30KHz-1MHz 為主，技術研發主軸為軟性元件結構設計與驅動技術。此外軟性電池將以達成 1,000

次充放電尚具有 80%電量為目標。

最後是在能源與動力領域，除軟性電池外，尚規劃投入軟性太陽能電池，結合軟性電子平台技術，

將以軟性、印製式有機太陽能電池為主研發主軸，研發目標為發展具透光度之軟性太陽能電池技術。

在 2010~2011 年以發展透光模組覆蓋率達 70%為目標，技術內容包含透光性材料與元件設計。至

2012~2015 年則以連續式生產技術發展為主。

資料來源：工研院電光所整理，2009 年 6 月。

圖 2-2-1-4-1 軟性電子關鍵技術發展藍圖

（三）產業效益

根據工研院 IEK 資料顯示，全球軟性電子產品自 2008 年下半年開始陸續成熟(主要指標公司為

Polymer Version、Plastic Logic、G24i 等)，而整體市場將從 2010 年開始成長，產值約 20 億美元，

到 2015 年將達到 160 億美元，其中軟性邏輯與記憶體元件以及軟性顯示器將是其中最主要的應用產

品。台灣已宣示要成為發展軟性電子技術的研發重鎮，行政院政策決定由 2007 年開始至 2015 年止，

政府每年將投入至少新台幣 5 億元，用於軟性電子產業(含軟性顯示產業)擴展，總投資額將達 40 億

元。未來目標與願景為 2015 年時，台灣將會有超過 15 家軟性電子廠商(包含基板、材料、設備、元

件系統及應用服務)，產值達 32 億美元，占全球產值超過 20%，並進入全球前十大軟性電子產業排行。

台灣發展軟性電子技術，已經邁入第四年，部分廠商已進入商業化量產階段，且在市場取得優勢

地位，如元太科技為 Kindle 之供應者，並已於最近購併了上游電子書材料供應商 E-ink，理所當然是

全球電子書生產龍頭；2009 年友達入股 SiPix 公司更顯示電子紙的重要性，又如智慧光公司之下一世

代智慧卡也是市場之領先者。依據 IDTechEx 預估除軟性顯示器外，尚有 60%產值為非顯示器軟性電

14

子產品，台灣產業界未來有許多發展機會。

結構簡單之大面積電子元件值得廠商早期投入，如揚聲器、感測器、電池或是智慧包裝等，此類

低投資額且低進入門檻，可以讓中小型公司發展藍海市場。包含 1.不同軟性電子功能整合成智慧物

件，或是將軟性電子與台灣最強之資通產品結合，以設計、組裝或整合技術發展自我特色產品；2.軟

性電子未來成本比重最高為材料成本，且隨印刷製程的進展，材料比重將大幅成長，此可提供業界一

個成長之空間，投入如耐高溫低收縮之聚亞醯胺(PI, Polyimide)軟板、軟性基板表面處理、印製型透

明及非透明導體材料、印刷型半導體及發光材料等；3.軟性電子設備尚未標準化，也沒有獨大之設備

供應商，因此可以提供產業界一個發展之機會，尤其是與電子書相關製程設備、如工研院發展之揚聲

器、感測器、電池相關之捲繞式傳輸製程(R2R, Roll to Roll)生產設備等均具有突破性的展現，是一個

不錯之投入選項。

參考文獻

陳葳瑀、李冠樺，2009，WiMAX 晶片發展回顧與 2009 年展望。工研院產經中心。

郭惠華，2009，多核心處理器的發展現況與展望。工研院產經中心。

蘇文彬.(2009 年 7 月).「大同電信宣布高雄市 WiMAX 開台」，iThome，

http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=55894。

Narayan Bhat.(2009, May).“Technology Innovation Heats up Ultra Mobile Device Market.” TMCnet.

WiMAX Forum.(2009, February).“WiMAX Forum® Projects Over 800 Million People to Have Access

to Next-Generation WiMAX Networks by 2010.” WiMAX Forum.

http://www.wimaxforum.org/node/644.