产业当前以极快的脚步迈向数位化，几乎每个人嘴边所提及的，都是物联网、智慧工厂、或虚实（生产）整合系统。而在德国这个全球顶尖工业国，则将之称为工业4.0。

但工业4.0的真正意义，似乎没人知晓—尽管有许多不同解释，但至今仍没有明确的定义。对于许多人而言，朝工业4.0的目标改革已成为日常生活的一部分，在不断重复之下，新奇感也逐渐消逝，尤其是数位化与网路化被众人经常挂在嘴边，都快成了陈腔滥调了。

焦点回到工业4.0，尤其是在德国，产业主要由当局推行的政策形塑而成。其他国家则认知到工业4.0对其国家经济与竞争力的正面影响，因此鼓励国人进一步创新。在这种背景下，各国官员提倡双轨策略，结合供应商与用户厂商的观点，主要包括工业自动化以及机械或工厂规划方面。一方面，制造商的要务则是将新型高效率智能技术运用在其生产流程，另一方面还必须将这些技术与产品推入市场。

反过来说，每个人认同工业4.0不仅带动新科技与智能产品的发展，还促成制造业的扩展。另一方面工业4.0也形成一些条件，促使现有与新崛起的市场不断革新、且日趋复杂。而凡是能将经营版图跨越多个领域的企业，尤其越能抢得起步优势。

这对于半导体产业的企业尤其适用。例如Analog Devices之半导体制造商已开始因应这种复杂的概念，着手将自己的生产线转型成完全自动化的智慧工厂。 Analog Devices还为制造业的厂商提供了许多创新科技，协助他们将其制造设施转型成智慧工厂。然而，想要开展此类转型，企业必须体认到，附加价值亦意谓着更高的付出，方能提高生产力以及降低各方面的成本。

工业4.0不仅意谓着制造的革新以及技术的扩充，还涉及到日趋升高的需求，在背后推升业界创造着新的商业模式。工业4.0被各界广泛探讨，各方的解读南辕北辙，结果大致可略分为三个领域 : 分别是新科技、新产品方案、以及新的商业模式。这三个领域转化成制造与其产品的整个价值链—从感测器节点开始，经由云端，一路涵盖到下游的各种服务（如图1所示）。

图1 : 现今的讯号链路

通常其中会有一个节点配备具有某种形式的感测器或制动器，和实体世界之间建立沟通管道。进出这些装置的讯号不仅强度极低，而且传输时会经过充斥杂讯的恶劣环境，这些讯号经过处理与转换后，再转送到讯号链的下个链路。

由于这种讯号链存在诸多问题，整个链路必须进行变动。最初未经处理的资料直接传到云端，但现今越来越多资料则是直接在节点进行处理，如图2所示。

图2 : 未来的讯号链

这种资料处理过程会在节点产出更多情资与知识—进而把资料转化为资讯。这类情资感测智能技术不仅能降低耗电与频宽的浪费，还能将被动反应的工业物联网（IIoT）转型成主动预测与即时性的IIoT。

在这方面，相关科技便开始发挥其作用。许多半导体制造商早已将它们列为其核心技术，而且须不断改进。

此外，能源效率也扮演吃重角色。许多半导体制造商运用其专业实力，除了开发自家产品，还发展出自己的设计与制程技术，连结到网路之后便形成工业物联网整体解决方案的一个重要环结。不论有线或无线技术，在未来不仅都将面临更高的需求，还会纳入其产品线之中。

如果更深究到系统层级，并专注于垂直市场，你就能为客户提供更加完整的系统，建构成完整硬体平台的节点，能搭配相对应的软体套件一并提供给用户。同时还可收录相关演算法，以分析节点内已存在的资料，而最后只会将结果传出去，借以降低网路（云端）资料过于密集的状况。

尽管工业4.0是具吸引力且重要的议题，然而半导体制造商在选择过程中仍须非常审慎。目前整体市场尚处于特别的阶段，必须透过正确的途径发挥自身的实力与技术，方能满足客户或应用真正的需求。

工业物联网市场所面临的新要求

考量工业价值链方面，市场需求在未来势必会改变。再加上其他原因，都使得半导体制造商因此必须调整自己的企业以及产品，以因应智慧工厂的现实。

当前技术趋势朝向智能与极致效率产品迈进，如果可行的话，还会整合维安与对外防御功能，以及各种能源撷取能力。图3显示此类的装置抑或一个完整系统的样貌，此图举的例子是Analog Devices的微机电加速计ADXL356。

图3 : 微机电系统型态的智慧感测器解决方案

ADXL356是一款低功耗、低杂讯的3轴加速计，其偏置漂移已可达到极低的水准。由于ADXL356采用密封型封装，因此特别适合在各种严苛条件下量测倾斜度，以及在低功耗或使用电池供电的无线感测器网路中执行高效能（长时间）量测。这时候，预测式维护与状况监视就派上用场了，两者都和工业4.0密切相关。在这些程序中，必须判断驱动元件损害的程度，例如进行永久性或定期的震动诊断。

对于如图2所示的此类智慧感测器解决方案而言，加速计形成了整个系统的基础。它藉由几项功能进行延伸：整合讯号处理功能，透过包括类比至数位转换器、微控制器、以及部分隔离或无线式的类比与数位介面进行整合。无线介面支援各种通讯标准，包括乙太网路、6LoWPAN、或WirelessHART，可靠度也达到最高的水平。对于后面两种标准，例如SmartMesh IP以及SmartMesh WirelessHart这类无线通讯网路会是非常好的解决方案。前者遵循6LoWPAN标准，并能为每个节点提供原生IPv6定址能力，能从云端轻易存取感测器资料。后者则依循WirelessHART标准（IEC 62591），这个专为工业应用设计的标准，让它能和其他厂商的WirelessHART装置互通，而两者都提供极高的可靠度与安全无虞的资料传输，其采用AES 128位元端对端加密机制，并能扩充到5万个节点。

最后，在研发这些系统的过程中，决不能忽略功能安全性。为了能为客户提供安全性，让安全成为完整系统解决方案的一部分，许多半导体制造商纷纷投资开发相关技术，像是网路安全解决方案（CSS）与加密。

像图3所示的这类系统，其结果就是晶片层级的标准产品数量较少，因为在未来，它们都能整合到机板上。标准产品的整合已直接体现于晶片上，或是发展成SiP。这意谓着制造商未来必须深入掌握晶片层级的知识，或至少机板层级，并了解相对应的产业体系。因此，客户得以更专注在自己的应用上，进而凸显自身方案与竞争者之间的差异。

诸如Analog Devices的供应商必须考虑采用或整合其他市场的成熟技术，这样的策略有助于降低昂贵的成本并增加产品的生命周期。将技术成功建置在其他产品的一个例子就是微机电系统（MEMS），MEMS技术原本不该用来制造加速计以外的零件，但如今却用来制造像ADGM1304这类超高速开关，这款单刀四掷（SP4T）式开关内含整合式驱动器，操作范围从0 Hz/dc 涵盖到14 GHz，使它成为各种射频应用或中继器替代方案的理想开关。

如此的技术组合不仅锁定单一应用，还能同时支援多种应用，甚至协助制造商开拓出新市场。在许多情况中，各种技术可轻易透过这种模式进行组合，而创造出高效率的新应用。

然而半导体制造商光是延伸其感测器与其他半导体元件的范畴还不够，想要在市场扮演全球化厂商的角色，以及充分发挥工业4.0的潜力，其产品线还须拓展至通讯技术领域。举例来说，在工业自动化方面，业界的趋势明显朝向乙太网路或确定性乙太网路（Deterministic Ethernet）。因此ADI收购专为确定性乙太网路开发半导体与软体解决方案的供应商Innovasic。

ADI藉由这项并购案增添专业人才，以专门针对高度同步网路开发强固稳定的即时连线功能，进而将各种独特软体解决方案纳入旗下产品线。在全面迈向数位化的趋势下，许多半导体制造商从类比技术转移至垂直系统领域的目的，是想提供完整的系统解决方案，在实体与数位世界之间提供衔接介面。

然而为了提高客户对这类系统的兴趣，其他许多因素也会变得相当重要。不光是适合的软体，包括相关工具以及软体周边的产业体系，都会为客户增加价值。正因如此，未来还会需要包括分析产生资料的新型服务与演算法。

附加价值对未来客户的意义

现今，客户将其越来越多的资源都转移到软体。这对整个半导体产业形成一定的挑战，意谓客户除了必须提供效率超越以往的开发工具，还得训练潜在用户、提供技术文件与支援，包括直接、透过产业体系或是经销商提供这些资源。

尽管在技术上确实可行，但透过工业4.0功能来开发上述所有产品与系统并没有实质意义，大部分的附加价值是为客户提供的结果。重点在于，客户要获得这样的附加价值，则必须要抵过并购技术以及运行工业4.0应用所衍生出的额外成本。依照先前经验，客户获得的附加价值可摊分至以下三个因素：

* 藉由节省时间、资源、开支，提升营运效率

* 藉由分析使用资料，提高客户满意度

* 透过扩展或建立新的商业模式，创造额外的盈收来源

对增加价值的认知，直接关系到智能产品的成功与否。最终，它们还会决定实行相关的所有技术与商业层面的参数，因此应该详细加以分析。从分析的结果也能判断出产品构想在经济上是否可行，或至少在当前尚不可行。想让开发案更加可行，并更迅速且有效率地整合到系统中，各家制造商的支援将扮演关键角色。当制造商能将其专业能力挹注到其客户的研发过程时，将有助于客户减少额外的工作以及成本。此外，制造商能继续专注于核心业务，不必把宝贵时间浪费在学习新技术上。结盟与其他方面的合作亦有助于持续的成长。

不过，正因为工业4.0与其技术具备这么多的优点，也让人不禁要问，为何有如此多企业还没投资设立自己的智慧工厂?

迟疑不决的理由

其中一项主要的障碍，就是认为智慧工厂的利益过低，以及相关的成本。举例来说，估算投资报酬率（ROI）目前仍相当困难，因为缺乏确实数据的评估标准。许多半导体制造商因此必须提高客户的认知与提供培训材料，以突显智慧工厂的优点，以及增加投资能获得的价值。除了新科技与商业模式，包括开发与扩展行销活动、认证措施、以及销售管理等，再再都证明了投资确实有其必要性。

在制造业的转型下，例如资料与IT安全等议题将扮演越来越吃重的角色。这些议题不仅是成功推动工业4.0的重要条件－它们还必须建置到数位系统，并成为市场采纳与成功的关键因素。

此外，在推行工业4.0的初期阶段，厂商务必拟妥基础的策略方针，才能在相对应的技术上获取经验。但这方面须投入耐心，因为相关技术得经历五到十年甚至更久的时间，才会充分发挥出其潜力。然而由于缺乏明确的定义，目前尚无法得知工业4.0何时会完全推行上线。与其花时间空谈工业革命，更实际的作法应是将它们运用在工业演进上。

面对制造环境的变革，新进业者与竞争厂商将浮出台面或对市场造成影响。各方组合的联盟也将崛起，施加影响力决定制造业的面貌。就企业的未来而言，工厂的决定影响力将越来越低，反而是软体与服务方面将扮演更加重要的角色，因为未来只有连结与融合虚拟与真实两个世界，才能确保制造商充分发挥最高的生产潜力。

但半导体制造商也不能忽略现有的事业，或是过去成功以及至今仍然成功的产品。这些重要产品应进一步开发并继续支援，以维持适当的制造能量。虽然现今资料转换器的架构相当稳定，也将继续作为未来发展基础，但还是有必要根据基本架构进行持续的改进。举例来说，这类产品采用一些较小的制程，可能导致无法达成相同、甚至更好的效能。

新市场趋势下的温和成长

近几年的重大交易案带领半导体市场进行汇整。销售与经销的业务，也从元件转成系统销售。未来想要成功，意谓着企业必须重新定位，体察工业4.0时代颠覆性技术与新市场的潜力。企业必须持续利用半导体产业少数自然演化的成长动力来源。不幸的是，半导体产业的高度成长期已经过去，动辄30%至40%的销售年成长率已是过往云烟—如此亮丽的数据将不复再见。预估2015到2020年，平均年成长率仅有3.4%。厂商必须问自己基本的策略问题:未来的成长将来自何处?

以下的成长来源非常关键：以碳化矽（SiC）制成的电源半导体已成为未来成长动力的来源。由于它们速度更快、更强稳、且更有效率，因此超越用一般矽材料制成的半导体产品，被视为是颠覆市场的新宠。由于市场对于混合结构与电子迁移率的要求持续攀升，加上再生能源与特定产业应用的需求，预估碳化矽和其姊妹技术氮化镓（GaN）在未来几年将会具备市场主导性。

结论

在规模更大的物联网方面—亦称为万物联网—工业4.0也拥有着无穷的潜力。在未来几十年，市场价值预估将成长至数兆美元，在工业4.0协助下，任何有助于提高生产力的技术，都将吸引各种规模企业的极大兴趣。

要充分发挥物联网的潜力，市场需要的不光只有硬体，还需要由硬体、软体、以及服务共同构筑的产业体系。在这种新环境中，规模小但能快速应变的公司会有更多动力愿意和大型企业合作，联手推动研发。

然而，半导体制造商不可忽略当前趋势以及工业4.0背后的各项发展。有些技术的应用版图以往仅局限于单一市场，但未来终将也会影响其他市场，5G就是其中一个例子。 5G通讯技术以往都是行动装置与基础设施才会用到，但在未来其中一个带动5G需求的市场，就是汽车市场。

对于自动驾驶而言，和其他系统交换讯息至关重要。每部车子成为复杂产业体系的一部分，在这个体系中通讯扮演关键的角色。除了车辆之间交换资料外，这个产业体系还涵盖道路基础设施、5G网路、以及大型资料中心。此外，车辆还会依赖例如光达与雷达等感测器来撷取周围环境的必要资讯，整个通讯系统必须通盘合作。由于自动驾驶必须处理大量的数据，加上要求更高的速度、更低的延迟、以及超强的可靠度，5G是前景最被看好的现有通讯标准。

总结而论，工业4.0这波转型至各种智慧工厂的趋势以及对相关技术的需求，为半导体制造商以及公司营运绩效带来极其可观的潜力。

（本文作者Thomas Brand任职于ADI公司）