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【新通訊研討會特別報導】標籤成本居高不下 RFID成長不如預期
2007-06-11
【新通訊研討會特別報導】標籤成本居高不下 RFID成長不如預期
【侯俊宇/趙珮菁/莊惠雯】 2007.03

RFID的應用發展有如鴨子划水,雖未見到其出現爆炸性成長,但卻已將應用觸角延伸至各個領域。EPC Gen2標準的推出進一步擴大了市場,但業界期待的5美分Gen2標籤成本尚未實現,未來市場仍有待完整產業鏈及上下游廠商間緊密合作來促進成長。
 
EPC Gen2標準底定至今約2年,該標準受到廣大無線射頻識別系統(RFID)供應鏈廠商的支持,相關的RFID晶片、標籤與讀取器陸續推出。根據ABI Research最新研究報告顯示,2007年全球RFID市場將會出現平均價格下滑、整合式解決方案推出、公司合併以及採購策略等現象。
台灣國際商業機器(IBM)軟體研發中心原創技術創新服務部經理黃耀民(圖1)表示,近期國內已見不少RFID新興創意的應用,也帶動更多企業對於RFID的認識與投資,希望能透過導入RFID獲得更多幫助。不過,黃耀民強調,從上述的應用可以看出,RFID在台發展有愈趨專精之勢,原先期望的RFID接受度全面大爆發,未來可能是看不到了。
RFID走向特定產業
事實上,業者們表示,近期RFID在國內的發展,可說是一則以喜、一則以憂。喜的是,儘管RFID的發展始終稱不上是「大規模應用」,然而,RFID在特定產業的發展確有抬頭之勢;憂的是,不少業者看好RFID的優勢而爭相導入,卻忽略真正需要的原因,反而成為如雞肋般「食之無味、棄之可惜」。
黃耀民指出,原先估計RFID在物流零售產業上有極大的發展空間,尤在威名百貨(Wal-mart)的帶動之下,RFID一度成為零售業的國王權杖,希望依此帶來成本降低、庫存精準和人力精簡的豐碩成果。然而,由於成本一直降不下來,始終在30美分左右,直接衝擊零售業者採用RFID的意願;而一般企業的上下游關係不如威名百貨,也是威名經驗無法直接複製的原因。
也因此,黃耀民認為,企業在導入RFID之前,應先審慎思考,「為什麼我需要RFID?」黃耀民說,許多企業只是為了身分辨識而導入RFID,卻沒有想過如何和既有系統結合、如何與自身產品連結、如何帶動業務成長或是降低成本,導入結果就可能不如預期。
新興創意帶動投資
而在上述前提下,黃耀民強調,特定產業才會有導入RFID的需求。他進一步解釋說,在標籤成本沒有突破以前,無法實現全面性導入的期望,因此,RFID將以「不同產業、不同應用」的形式出現。
舉例來說,RFID可以進行進階的供應鏈管理(Supply Chain Management, SCM),利用標籤(Tag)與讀取器(Reader)進行貨品資料的自動收集與轉換,得以降低勞工成本、錯誤率、失竊率;亦可在製造業中進行運作,增加庫存精準度、提升工作效率;而在資產管理中,RFID亦有得以發揮之處,透過標籤和PDA的協助,散布在四處的設備得以被找到,進而完成資產清點的工作;另外,包括安全監控、物流運輸等領域,都可以看到RFID的身影(圖2)。
在國內,包括裕隆汽車台中修護廠就已經進行修護進度與RFID連結的先期導入,讓車主隨時可以查詢愛車的狀況,節省等待的時間;而台北市南湖國小也同樣透過RFID,在學童書包、校車與校園等地安裝RFID標籤與讀取器,確認學童與校車的所在地,以確保安全。
其他新興應用,甚至可能包括在大賣場的服務人員上配戴標籤,讓顧客隨時找得到;在畫作安裝標籤,與民眾的語音導覽系統結合,讓民眾看到哪裡、聽到哪裡;未來甚至可以跟運輸工具結合,完成燃料自動檢測、補充的工作等。
相較於產業的接受度與應用,RFID技術瓶頸似乎變得微不足道了。據了解,過去讓不少技術人員頭痛的金屬遮蔽效應,甚至轉為小型天線。黃耀民透露,目前IBM正持續研發可以完成上述工作的技術,成功之後,安裝在電腦主機板內的標籤就可以透過機殼直接傳送訊號,降低干擾。
主/被動式標籤滿足不同應用需求
RFID系統的兩個主要部分就是標籤與讀取器,在標籤部分,依照不同的終端裝置搭配天線及物理設計,而讀取器則扮演訊問者(Interrogators)的角色。RFID標籤又分成主動式與被動式兩種,所謂主動式RFID,其標籤本身須供電才能運作,電池生命可長達10年之久,其本身具有記憶體,且傳輸距離達100公尺,但隨著距離愈遠,價格也愈昂貴。當處於惡劣的應用環境下,使用主動式RFID標籤的可靠度較高。至於被動式RFID標籤,其電力是透過讀取器或是額外的電池,以電磁感應或是射頻感應的方式供電給標籤,具有潛在的無限壽命,讀取距離為10公分~10公尺,不僅在尺寸方面小於硬幣,且薄度如同紙張一樣。
在讀取器部分,其內含天線、收發器與解碼器等,具有不同的使用模式,包括週期性地詢問以檢查商品標籤、啟動偵測及啟動要求。並能自由調整期讀取距離與記憶體大小,但體積也可能因此變大,而記憶體所儲存的資料可供隨時取用或作為紀錄,提供掌控資訊的能力。
而標籤與讀取器之間的溝通方式即為RFID系統中的最重要部分,安捷倫專案經理蘇千翔(圖3)舉例,標籤就像是一個盲者,且近乎失聰,講話音量也相當小,而讀取器是另一個盲者,必須以嘶吼的高音量讓標籤聽見,且不知道在一個房間內有哪些標籤存在,也無法呼喊標籤的名字,甚至可能在這個房間內還有其他讀取器正在搜尋標籤,此時,該如何分辨房間內的每一個讀取器與標籤?
900MHz頻段廣獲青睞
為了能夠精確的選擇與辨識每一個標籤,標準的重要性不言而喻,蘇千翔表示,透過標準的限制,可達到碰撞控制(Collision Control)的目的,並允許在同一區域內同時存在多個讀取器,同時,在高速溝通、高雜訊環境下,將干擾減至最小,並保持傳輸速率的完整。另外,多個讀取器重複讀取同一個標籤的情況亦須避免,例如收銀機可能對同一商品讀取兩次標籤、收取兩次價錢。在開放性環境下,也可透過密碼與安全性規定進行人員管理,避免洩密的情況發生。
國際標準化組織(ISO)便針對不同頻段的使用及應用訂出一系列相關規定(表1),而近來相當熱門、由EPCglobal認證的EPC Gen2標準正是使用超高頻(UHF)860M~960MHz頻段,且支援ISO 18000-6標準。蘇千翔表示,由於RFID應用的緣故,900MHz頻段的使用方興未艾,採用該頻段的RFID的好處,在於可彌補使用條碼時會出現的缺點,例如儲存資訊限制及無重寫能力等,並且能拉大標籤與讀取器之間的距離、同時讀取多個標籤,甚至是視線外的標籤,能落實真正的自動辨識功能,最初是由威名百貨與美國軍方引領此潮流,但未來也能延伸至手機應用。
在不同國家,對於900MHz頻段的使用各有不同規定(表2),但除了900MHz頻段外,RFID還使用13.56MHz及毋須授權的ISM 2.45GHz,蘇千翔表示,900MHz頻段之所以優於其他頻段,原因在於其提供更長、更寬廣訊號傳送距離,並能透過多路徑衍射,連接不同地點、甚至是被障礙物所阻隔的讀取器。
透過技術與測試儀器排除訊號干擾
如何避免訊號干擾的議題也發生在RFID系統中,通常採取的作法是透過變頻避免碰撞,並採用時間多工(Time Multiplex)技術以及跳頻(Frequency-hopping Spread Spectrum, FHSS)與直接序列展頻(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)兩種機制。
透過向量訊號產生器也能進行訊號測試,排除干擾情況,蘇千翔表示,安捷倫針對RFID訊號測試推出的向量訊號產生器MXG N5182A符合標準、滿足高速測試,且具有擴充格式的彈性。該儀器並搭配軟體89601A,除了RFID外,尚能滿足其他如全球微波互通存取(WiMAX)、無線區域網路(WLAN)IEEE 802.11a/b/g/j/p、數位影像、私人行動無線電、CDMA、GSM、EDGE、PHS、WCDMA、TD-SCDMA、HSDPA、1xEV-DO、1xEVDV、藍牙、ZigBee及DECT等的訊號測試。
UCODE EPC Gen2晶片通過標準認證
RFID晶片方案早已進入市場,恩智浦(NXP)自1988年開始研發RFID晶片以來,除參與多個國際標準的制定外,RFID產品線包含低頻、中頻與高頻部分,其中UCODE EPC Gen2為在EPC標準確定前即開始研發之高頻RFID晶片,在生產過程中恩智浦亦加入EPC標準制定,可謂UCODE EPC Gen2晶片與標準一同成長,因此UCODE EPC Gen2晶片為完全符合標準之產品,包含EPC索引等基本需求,並具備其他由使用者可選擇的應用項目,增加資產管理的附加信心。
恩智浦大中華區市場銷售經理吳堅(圖4)指出,UCODE EPC Gen2晶片具體技術參數包括屬超高頻無線射頻範圍、可用記憶體數量為512位元、可使用之記憶體數量為224位元、讀寫速率可達640kbit/s及32位元的存取密碼等,其中客戶可用記憶體部分可依其需求寫入其應用之相關資料。
讀寫速度與記憶體讀寫數量成反比
一般而言,降低RFID晶片成本一直是晶片商努力的目標,而除晶片必須內建EPC碼外,更多的應用需更多的辨識資訊以增加標籤辨識度,以及讀卡機需有更快的資料讀取速度讀取標籤內完整的資料,亦即RFID晶片需有記憶體儲存空間,以供辨識時搜尋標籤內容。
而要通過EPC標準與有效辨識,RFID標籤與儲存資料之讀取速度必須同步,否則無法通過認證,因此資料讀寫速度須加快,以符合各種應用,如運用於機場輸送帶,雖有EPC編碼索引,但其還是無法配合輸送帶的速度,而目前有愈來愈多的RFID應用需要更多額外的資訊,以提高標籤辨識度。
但加快讀寫速度卻也帶來一項新挑戰,亦即讀寫速度增加,單位時間內可讀取的記憶體數量必然減少,而記憶體數量減少則無法增加標籤辨識的相關資訊,有可能造成辨識錯誤的問題與無法達到其他需更多相關資訊的應用。
因此RFID晶片必須增加讀寫速度,同時也必須增加記憶體空間,吳堅強調,短時間內讀卡機無法與標籤資料進行核對動作,即使有再大的記憶體空間也是徒然,成為晶片商頭痛的問題,一旦問題解決,即可壓縮製造成本,並提高投資報酬率。
有鑑於此,恩智浦不只推出符合標準的晶片,更在其內部自行研發的UCODE統一平台上,逐步增加晶片的特殊功能,以符合不同產業的需求,而且未來將進一步於晶片中結合感測器,如溫度感測,能在工作環境變化中喚醒晶片至工作狀態,亦可結合更高安全性,以有效保護資料內容,以及結合晶片主動式工作方式,不須以讀卡機驅動晶片,而是晶片主動與讀卡機通訊的架構。
為實現同時提高讀寫速度與晶片記憶體容量,如使用既有的技術,以EPC碼96位元的基礎架構下增加使用者記憶體容量,則晶片體積將增加,成本也會因此上升,而以新的印模縮小(Die Shrink)技術,在既有的EPC碼96位元架構下,記憶體容量增加416位元,反而縮小晶片體積,而再加上提高生產技術參數後,不但記憶體容量增加,還可控制成本。
Gen2標籤成本至5美分目標仍遙遠
RFID標籤成本能否持續下降,受各應用產業關注,吳堅表示,標籤成本如能低至5美分以下,可大幅提高標籤用量,並降低用戶整個投資成本,包括設備、架構等,然5美分的成本門檻,目前還是遙遠的目標,以半導體廠商角度來看,產出數量與技術複雜程度提高都將左右成本,目前晶片製程技術已達奈米等級,技術門檻相對提高,因此也造成成本上升,而當產量每年能超過10億顆以上時,始可降低成本,因此保持一定的產出量與提高產品品質,一直是半導體廠商秉持的信念。
針對UCODE EPC Gen2晶片成本的挑戰,吳堅表示,從圖5可看出,新技術生產的晶片成本一直較目前已臻成熟的技術高,而晶片縮小將提供克服額外增加的成本問題因素,而新技術加上增加晶片記憶體容量會形成新的曲線,預計2007年中時,可將成本降至與目前使用成熟技術的晶片成本相近,之後再進一步超越,達更低成本的目標。
而從另外一個角度來看,目前壓縮晶片成本僅占總成本的四分之一,其餘皆用於晶片設計工作與標籤設計等,因此如改變晶片封裝方式為成卷式的金屬帶(Sharp),再直接將晶片與天線結合,則晶片與封裝成本皆可下降,由之前所占總成本的四分之三,下降至二分之一,使用Sharp技術亦可達到簡化晶片設計、降低生產設施的投資,即製造商生產多種不同頻段與尺寸晶片時,技術及設備可完全相同,減少額外建置設備成本,再次減少整體成本支出。
促進RFID產業鏈合作  提升獲利
最後吳堅表示,RFID半導體廠商應與整體產業鏈合作,不以提供所有設計工作為發展目標,才能帶動整個產業鏈的發展,因此恩智浦僅著重於晶片研發,後續鑲嵌(Inlet)、標籤等設計工作皆未參與,以免造成與合作客戶間的競爭,而應與產業鏈共同發展,才能提高整體研發技術與標籤的供應量,並進一步提升整體獲利。
(詳細圖表請見新通訊元件雜誌73期3月號)
 
 
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