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2 I 2 C 溫 度 電 壓 和 電 流 監 視 器 電 源 測 量 參 數 : 外 部 溫 度 V1 V2 V3 FPGA 內 部 溫 度 I 2 C LTC2990 V4 溫 度 二 極 體 單 端 電 壓 差 分 電 壓 軌 至 軌 電 流 內 部 V CC 4 個 可 配 置 通 道 可 測 量 電 壓 和 電 流 至 13 位 元 以 及 溫 度 至 0.06ºC 解 析 度 特 點 10 Possible Sensing Configurations 產 品 資 料 / 免 費 樣 品 能 測 量 電 壓 電 流 和 溫 度 可 測 量 兩 個 遠 端 二 極 體 溫 度 ±1ºC 準 確 度,0.06ºC 解 析 度 ±2ºC 內 部 溫 度 感 測 器 13 位 元 ADC 負 責 測 量 電 壓 / 電 流 3V 至 5.5V 電 源 工 作 範 圍 4 個 可 選 地 址 內 部 10ppm/ºC 電 壓 基 準 10 引 腳 MSOP 封 裝 Configuration Internal V CC x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 Internal Temperature x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 x1 External Temperature x2 x1 x1 x1 Single-Ended Voltage x2 x4 x2 x2 Differential Voltage x1 x1 x2 x1 Rail-to-Rail Current x1 x1 x1 x2 請 電 : 本 公 司 或 經 銷 商 或 訪 : LTC,LT, LTM,µModule 是 凌 力 爾 特 公 司 的 註 冊 商 標 所 有 其 他 商 標 均 為 其 各 自 擁 有 者 的 產 權

3 大 型 電 池 充 電 的 新 概 念 完 整 的 解 決 方 案 : 自 動 電 源 路 徑 管 理 (PowerPath TM ) 和 充 電 終 止 LTC 4000 是 一 個 高 電 壓 控 制 器 和 電 源 管 理 器, 當 與 一 個 DC/DC 轉 換 器 配 合 使 用 時, 該 器 件 將 變 成 一 款 全 功 能 電 池 充 電 器 解 決 方 案 LTC 4000 幾 乎 能 驅 動 所 有 的 轉 換 器 架 構, 包 括 降 壓 升 壓 升 - 降 壓 SEPIC 和 flyback 轉 換 器 當 提 供 足 夠 的 輸 入 電 源 時, 其 智 慧 型 電 源 路 徑 管 理 器 (PowerPath) 對 系 統 負 載 供 電, 因 此 即 使 在 過 度 放 電 電 池 的 情 況 下 也 能 立 即 啟 動 系 統 LTC 4000 的 全 功 能 控 制 器 可 對 多 種 化 學 電 池 進 行 充 電, 包 括 鋰 電 池 鎳 電 池 和 鉛 酸 電 池 等 高 度 準 確 的 充 電 電 流 和 電 壓 設 定 以 及 內 建 的 充 電 終 止 電 路 可 確 保 安 全 和 準 確 的 充 電 操 作 特 點 輸 入 / 輸 出 電 壓 :3V 至 60V 充 電 電 流 高 達 20A 輸 入 端 低 損 耗 的 理 想 二 極 體 提 供 反 向 保 護 和 負 載 供 電 分 享 可 設 定 輸 入 和 充 電 電 流 : ±1% 準 確 度 ±0.2% 的 可 設 定 充 電 電 壓 可 設 定 C/X 或 定 時 器 充 電 終 止 方 式 NTC 輸 入 適 用 於 需 要 溫 度 控 制 的 充 電 I BAT (V) 12A 10A 8A 6A 4A 2A Charge Current Profile vs V BAT Pre-Charge Constant Current (CC) CC to CV Constant Voltage (CV) Termination 0A V BAT (V) V FLOAT = 10.8V 產 品 資 料 / 免 費 樣 品 請 電 : 本 公 司 或 經 銷 商 或 訪 : LINEAR LT,LTC, LTM,Linear Technology 和 Linear Logo 是 凌 力 爾 特 公 司 的 註 冊 商 標 所 有 其 他 商 標 均 為 其 各 自 擁 有 者 的 產 權

4 CONTENTS 封 面 故 事 技 術 分 析 48 TV White Space 23 Windows 8 的 衝 擊 ARM 版 本 將 改 變 勢 力 版 圖 電 子 世 界 Microsoft ARM SoC 69 LED 34 從 技 術 面 看 Windows 8 42 Windows 8 44 ARM 72 30mW 74 4 TECH up 科 技 雜 誌

5 目 錄 綠 能 前 瞻 產 業 動 向 NI SiP 製 造 技 術 Bosch Sensorte D IC FPGA 88 汽 車 電 子 CSR 2011 R&S Technology Week 102 ZF 廣 告 索 引 內 容 索 引

6 (02) #226 greenpublishers.com Editor Dept. Chief Editor Cathy Lin Chief Designer Felice Lai Sales & Marketing Dept. Manager Daniel Lai Deputy Manager Fiona Wang Angel Shao Circulation Dept. Zooey Lee December 2011 TECH up e-magazine Advertising Sales Office Daniel Lai, Administration Dept. Manager Joan Shiau Publisher Charles Ho Publisher DoTop Media Company Limited F, 176, Jian-Yi RD., Jhonghe District, Xinbei City, Taiwan 23553, R.O.C BP Nikkei Electronics Nikkei Monozukuri Nikkei Automotive Technology Green Device Magazine Tech-On English Nikkei BP Advertising Sales Office for TECH up e-magazine Japan Kaz Morii Nikkei Business Publications, Inc. Tel : Fax : morii@nikkeibp.co.jp Hong Kong Mayuko Kawano Nikkei Business Publications Asia Ltd Tel : Fax : kawano@nikkeibp.com.hk Shanghai Kevin Wong Nikkei Business Publications Asia Limited ( Shanghai Representative Office ) Tel/Fax : kevin@nikkeibp.com.hk U.S. West Coast Yasuyuki Iino Nikkei Business Publications America, Inc. Tel : Fax : yiino@nikkeibp-america.com U.S. East Coast Rodric Leerling Nikkei Business Publications America, Inc. Tel : leerling@nikkeibp-america.com Europe Matt Findel-Hawkins Nikkei Business Publications Europe Ltd. Tel : Fax : findel-hawkins@nikkeibp.co.uk 6 TECH up 科 技 雜 誌

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8 編 者 的 話 期 待 早 日 驅 寒 迎 暖 iphone Windows 8 Window 8 ARM X 8 TECH up 科 技 雜 誌

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10 產 業 動 向 產 業 動 向 NI NI NI NI NI NI NI NI LabVIEW LabVIEW Windows Mac Linux Real-Time LabVIEW FPGA NI NI Module LabVIEW LabVIEW LabVIEW 2011 Silver palette LabVIEW LabVIEW Tools Network APP Store LabVIEW LabVIEW LabVIEW ecosystem 10 TECH up 科 技 雜 誌

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12 產 業 動 向 NI PC-Based PXI 70 PXI PXI Systems Alliance, PXISA 1500 PXI PXI NI PXI NI PXIe-4140/41 SMU NI PXIe-6556 I/O PXIe GHz VSA NI SiP SiP SiP SiP ipad Intel Ultrabook SiP RF SiP SiP WiFi BT GPS ZigBee 3G 4G NFC 12 TECH up 科 技 雜 誌

13 STM32 F4 TEL: (02) FAX: (02) (02) (02) (02) (02)

14 產 業 動 向 RF p Full HD WiFi WiDi SiP 10mm SiP SiP ID SiP DDR2 WiFi+BT GPS SiP Bosch Sensortec Bosch Sensortec Bosch Bosch Sensortec Frank Melzer F r a n k M e l z e r B o sch Sensortec MEMS MEMS 20 MEMS Bosch Sensortec Frank Melzer Bosch Sensortec MEMS MEMS 14 TECH up 科 技 雜 誌

15 為 敏 感 電 路 提 供 過 壓 及 電 源 反 接 保 護 設 計 要 點 497 Victor Fleury 引 言 假 如 有 人 將 24V 電 源 連 接 到 您 的 12V 電 路 上, 將 發 生 什 麼? 倘 若 電 源 線 和 接 地 線 因 疏 忽 而 反 接, 電 路 還 能 安 然 無 恙 嗎? 您 的 應 用 電 路 是 否 工 作 於 那 種 輸 入 電 源 會 瞬 變 至 非 常 高 壓 或 甚 至 低 於 地 電 位 的 嚴 酷 環 境 中? 即 使 此 類 事 件 的 發 生 概 率 很 低, 但 只 要 出 現 任 何 一 種 就 將 徹 底 損 壞 電 路 板 為 了 隔 離 負 電 源 電 壓, 設 計 人 員 慣 常 的 做 法 是 佈 設 一 個 與 電 源 相 串 聯 的 功 率 二 極 體 或 P 溝 道 MOSFET 然 而, 二 極 體 既 佔 用 寶 貴 的 板 級 空 間, 又 會 在 高 負 載 電 流 下 消 耗 大 量 的 功 率 P 溝 道 MOSFET 的 功 耗 雖 然 低 於 串 聯 二 極 體, 但 MOSFET 以 及 所 需 的 驅 動 電 路 將 導 致 成 本 增 加 這 兩 種 解 決 方 案 均 犧 牲 了 低 電 源 操 作 性 能, 尤 其 是 串 聯 二 極 體 而 且, 兩 種 方 法 都 沒 有 提 供 針 對 過 高 電 壓 的 保 護 這 種 保 護 需 要 更 多 的 電 路, 包 括 一 個 高 電 壓 視 窗 比 較 器 和 充 電 泵 欠 壓 過 壓 和 電 源 反 向 保 護 LTC 4365 是 一 款 獨 特 的 解 決 方 案, 可 精 巧 和 穩 健 地 保 護 敏 感 電 路 免 遭 意 料 之 外 的 高 電 源 電 壓 或 負 電 源 電 壓 LTC4365 能 隔 離 高 達 60V 的 正 電 壓 和 低 至 40V 的 負 電 壓 只 有 處 於 安 全 工 作 電 源 範 圍 之 內 的 電 壓 被 傳 送 至 負 載 僅 需 的 外 部 有 源 元 件 是 一 個 連 接 在 不 可 預 知 的 電 源 與 敏 感 負 載 之 間 的 雙 路 N 溝 道 MOSFET 圖 1 示 出 了 一 款 完 整 的 應 用 電 路 一 個 阻 性 分 壓 器 負 責 設 定 用 於 負 載 與 V IN 連 接 / 斷 接 的 過 壓 (OV) 和 欠 壓 (UV) 跳 變 點 如 果 輸 入 電 源 漂 移 至 該 電 壓 視 窗 之 外, 則 LTC4365 將 迅 速 把 負 載 與 電 源 斷 接 雙 路 N 溝 道 MOSFET 負 責 在 V IN 上 隔 離 正 電 壓 和 負 電 壓 在 標 準 運 作 期 間,LTC4365 為 外 部 MOSFET 的 柵 極 提 供 了 增 強 的 8.4V LTC4365 的 有 效 工 作 範 圍 從 低 至 2.5V 到 高 達 34V OV 和 UV 視 窗 可 介 於 LT LTC LTM Linear Technology 和 Linear 標 識 是 凌 力 爾 特 公 司 的 註 冊 商 標 Hot Swap 是 凌 力 爾 特 公 司 的 商 標 所 有 其 他 商 標 均 為 其 各 自 擁 有 者 的 產 權 圖 1: 完 整 的 12V 汽 車 欠 壓 過 壓 及 電 源 反 向 保 護 電 路 12/11/497

16 此 範 圍 之 內 對 於 大 多 數 應 用 來 說, 無 需 在 V IN 上 設 置 保 護 性 箝 位 電 路, 從 而 進 一 步 簡 化 電 路 板 設 計 準 確 和 快 速 的 過 壓 及 欠 壓 保 護 LTC4365 中 兩 個 準 確 (±1.5%) 的 比 較 器 用 於 監 視 V IN 上 的 過 壓 (OV) 和 欠 壓 (UV) 狀 況 如 果 輸 入 電 壓 分 別 升 至 OV 門 限 以 上 或 降 至 UV 門 限 以 下, 則 外 部 MOSFET 的 柵 極 將 快 速 關 斷 外 部 阻 性 分 壓 器 允 許 用 戶 選 擇 一 個 與 V OUT 上 的 負 載 相 相 容 的 輸 入 電 源 範 圍 此 外,UV 和 OV 輸 入 還 具 有 非 常 低 的 漏 電 流 ( 在 100 C 時 通 常 <1nA), 因 而 可 在 外 部 阻 性 分 壓 器 中 提 供 大 的 電 流 值 圖 2 示 出 了 圖 1 電 路 中 的 V IN 從 30V 緩 慢 斜 坡 上 升 至 30V 時 做 出 的 反 應 UV 和 OV 門 限 被 分 別 設 定 為 3.5V 和 18V 當 電 源 電 壓 位 於 3.5V 至 18V 的 窗 口 之 內 時,V OUT 跟 隨 V IN 當 超 出 該 視 窗 時,LTC4365 將 關 斷 N 溝 道 MOSFET, 並 使 V OUT 與 V IN 斷 接, 即 使 在 V IN 為 負 值 的 情 況 下 也 不 例 外 新 穎 的 電 源 反 向 保 護 LTC4365 運 用 了 一 種 新 穎 的 負 電 源 保 護 電 路 當 LTC4365 在 V IN 上 檢 測 到 負 電 壓, 它 迅 速 將 GATE 引 腳 連 接 至 V IN 在 GATE 與 V IN 電 壓 之 間 沒 有 二 極 體 壓 降 當 外 部 N 溝 道 MOSFET 的 柵 極 處 於 最 負 電 位 (V IN ) 時, 從 V OUT 至 V IN 上 負 電 壓 的 漏 電 流 極 小 圖 3 示 出 了 當 V IN 帶 電 插 入 至 20V 時 出 現 的 狀 況 在 連 接 的 前 一 刻,V IN V OUT 和 GATE 以 地 電 位 為 起 始 點 由 於 V IN 和 GATE 連 接 線 的 寄 生 電 感 之 原 因,V IN 和 GATE 引 腳 上 的 電 壓 將 顯 著 地 大 幅 瞬 變 至 20V 以 下 外 部 MOSFET 必 須 具 有 一 個 可 安 全 承 受 該 過 沖 的 擊 穿 電 壓 指 標 顯 然,LTC4365 反 向 保 護 電 路 的 動 作 速 度 取 決 於 GATE 引 腳 在 負 電 壓 瞬 變 期 間 跟 隨 V IN 的 緊 密 程 度 在 所 示 的 標 度 上, 兩 者 的 波 形 幾 乎 無 法 區 分 請 注 意, 提 供 反 向 保 護 並 不 需 要 其 他 外 部 電 路 還 有 更 多 功 能!AC 隔 離 V OUT 通 電 時 的 反 向 V IN 熱 插 拔 (Hot Swap ) 控 制 在 出 現 OV 或 UV 故 障 之 後 ( 或 當 V IN 變 至 負 值 時 ), 輸 入 電 源 必 須 返 回 有 效 的 工 作 電 壓 視 窗 並 持 續 至 少 36ms 以 重 新 接 通 外 部 MOSFET 這 將 有 效 地 隔 離 50Hz 和 60Hz 的 未 整 流 AC 電 源 另 外,LTC4365 還 針 對 負 V IN 連 接 提 供 了 保 護 作 用, 即 使 V OUT 由 一 個 單 獨 的 電 源 驅 動 時 也 是 如 此 只 要 不 超 過 外 部 MOSFET 的 擊 穿 電 壓 (60V), 那 麼 V IN 上 的 極 性 反 接 就 不 會 對 V OUT 上 的 20V 電 源 造 成 影 響 結 論 通 過 採 用 背 對 背 MOSFET ( 而 並 未 使 用 二 極 體 ), LTC4365 控 制 器 為 敏 感 電 路 提 供 了 過 壓 欠 壓 和 電 源 反 接 的 保 護 作 用 電 源 電 壓 只 有 在 合 格 通 過 可 由 用 戶 調 節 的 UV 和 OV 跳 變 門 限 時 才 能 傳 送 至 輸 出 端 任 何 超 出 該 視 窗 的 電 壓 都 將 被 隔 離, 保 護 範 圍 可 高 達 60V 和 低 至 40V LTC4365 的 新 穎 架 構 造 就 了 一 款 外 部 組 件 極 少 的 堅 固 型 小 尺 寸 解 決 方 案, 並 可 提 供 纖 巧 型 8 引 腳 3mm x 2mm DFN 和 TSOT-23 封 裝 LTC4365 具 有 一 個 2.5V 至 34V 的 寬 工 作 範 圍, 停 機 期 間 僅 消 耗 10µA 圖 2: 當 V IN 從 30V 擺 動 至 30V 時 的 負 載 保 護 Data Sheet Download 圖 3: 從 V IN 至 20V 的 熱 插 拔 保 護 想 得 到 我 們 的 文 件 資 料 或 應 用 的 協 助, 請 電 洽 凌 力 爾 特 股 份 有 限 公 司 台 北 市 南 京 東 路 3 段 77 號 8 樓 之 1 電 話 :(02) 傳 真 :(02) 網 址 : 電 郵 :ltctwn@ms12.hinet.net 茂 宣 企 業 股 份 有 限 公 司 台 北 市 南 港 區 園 區 街 3-2 號 4 樓 電 話 :(02) 傳 真 :(02) 台 中 分 公 司 電 話 :(04) 傳 真 :(04) 電 郵 :philliao@morrihan.com 豐 藝 電 子 股 份 有 限 公 司 台 北 市 內 湖 區 環 山 路 1 段 32 號 4 樓 電 話 :(02) 傳 真 :(02) 電 郵 :benson_chang@promate.com.tw 樵 屋 國 際 股 份 有 限 公 司 台 北 縣 汐 止 市 新 台 五 路 一 段 106 號 B 棟 12 樓 電 話 :(02) 傳 真 :(02) 電 郵 :kevin.yang@chieftron.com.tw dn497f K PRINTED IN CHINA LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2011

17 NEWS BMC mm 2 Bosch FlipCore 1/ BMC T BMC050 GPS 2.5D IC FPGA Xilinx FPGA Virtex T Virtex T 68 1,954,560 28nm FPGA 28nm HPL FPGA SSI Virtex T FPGA SSI

18 產 業 動 向 Brent Przybus Virtex T FPGA FPGA 20 FPGA FPGA Virtex T Virtex-7 SSI sideby-side passive silicon interposer active dice PCB IC Virtex T FPGA 28nm Virtex-6 FPGA 2.5 Virtex T 1,954, ,400 CLB CLB RAM 21,550Kb 2,160 DSP slice 46,512 BRAM 24 4 PCIe 36 GTX 12.5Gbps 24 I/O bank 1,200 I/O ASIC IP Virtex T Virtex T FPGA ASIC 1/3 I/O ASIC 28nm ASIC ASSP NRE 5,000 ASIC 18 TECH up 科 技 雜 誌

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20 產 業 動 向 Virtex T 1,000 2,000 ASIC ASIC NRE Virtex T Virtex T 3D IC SSI FPGA 3D IC 2.5D 3D IC CSR CSR SiRFstarV SiRFprimaII SoC SiRFusion CSR SiRFstarV GPS GPS Galileo Glonass Compass Wi-Fi MEMS SiRFusion Wi-Fi CSR SiRFstarV SiRFprimaII SoC SiRFusion SiRFstarV SiRFusion SiRFstarV 20 TECH up 科 技 雜 誌

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22 產 業 動 向 SiRFusion SiRFprimaII GPS Galileo Glonass Compass multi-gnss SiRFDRive 3D ARM Cortex-A R&S Technology Week Rohde &Schwarz, R&S R&S Technology Week in Taiwan 4G 4G LTE G 3G 4G LTE 100Mbps 10ms Radio Access Network RAN LTE 4G 4G 22 TECH up 科 技 雜 誌

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24 封 面 故 事 Windows on ARM Microsoft 新 親 密 關 係 ARM Qualcomm NVIDIA TI Marvell Calxeda Wintel 時 代 告 終 x86 與 ARM 的 競 爭 在 雲 端 運 算 及 作 業 系 統 市 場 競 爭 Android 聯 盟 Intel 將 Android 最 佳 化 以 應 用 於 x86 Google 孤 獨 的 存 在 Apple 24 TECH up 科 技 雜 誌

25 Cover Story 直 以 來 以 穩 固 的 結 盟 支 配 個 人 一 電 腦 市 場 的 Wintel 雙 雄 Microsoft 與 Intel 的 親 密 關 係 如 今 出 現 了 微 妙 的 變 化 過 去 的 個 人 電 腦 市 場 取 決 於 x86 處 理 器 搭 配 Windows OS, 但 Microsoft 預 計 於 2012 年 推 出 的 下 一 代 Windows 作 業 系 統 Windows 8 將 扭 轉 此 局 面 Microsoft 稱 為 重 新 創 造 Windows 的 這 款 作 業 系 統 除 了 過 去 的 x86 處 理 器 用 版 本 之 外, 還 將 推 出 基 於 ARM 的 SoC 所 用 的 版 本 1996 年 發 售 的 Windows NT 4.0 除 了 x86 版 本 之 外, 還 同 時 推 出 了 Alpha 處 理 器 版 PowerPC 版 MIPS 版, 睽 違 15 年 後,Windows 作 業 系 統 再 次 現 身 於 Intel Architecture (IA) 以 外 的 平 台 也 就 是 Windows on ARM(WoA) 的 誕 生 在 應 用 程 式 朝 雲 端 化 社 群 化 發 展 的 現 在, 特 定 處 理 器 架 構 的 限 制 與 過 去 相 較 已 大 幅 減 少 這 對 於 以 眾 多 x86 基 礎 的 軟 體 資 產 為 強 項 的 Microsoft 而 言 是 危 機 也 是 轉 機 Microsoft 的 目 的 是 將 高 通 及 NVIDIA 等 因 智 慧 型 手 機 及 平 板 電 腦 熱 潮 而 活 躍 的 基 於 ARM 的 SoC 開 發 廠 商 拉 入 Windows 個 人 電 腦 陣 營 數 年 後,Windows 系 統 的 筆 記 型 電 腦 甚 至 有 可 能 不 再 是 Intel Inside, 而 是 冠 上 了 高 通 的 SoC 品 牌, 成 為 Snapdragon Inside 遭 枕 邊 人 背 叛 的 Intel 對 Intel 而 言,WoA 的 出 現 一 點 也 不 好 玩 過 去 以 指 令 集 架 構 所 堅 守 的 堡 壘 個 人 電 腦 用 處 理 器 市 場, 在 2012 年 WoA 登 場 後 將 出 現 ARM 陣 營 的 SoC 廠 商 攪 局 兩 陣 營 將 在 筆 記 型 電 腦 與 平 板 電 腦 市 場 正 面 交 鋒 其 實, 從 先 前 的 事 件 就 可 看 出 Wintel 陣 營 關 係 冷 卻 的 跡 象 Intel 每 年 用 來 發 布 新 技 術 或 處 理 器 進 程 計 畫 的 場 合 IDF, 今 年 剛 好 與 Microsoft 公 開 Windows 8 技 術 細 節 的 活 動 BUILD 撞 期 Intel 也 邀 請 了 在 Google 領 導 Android 開 發 的 Andy Rubin 擔 任 來 賓, 並 發 表 Android 的 Atom 用 最 佳 化 技 術 等, 企 圖 與 WoA 一 較 高 下 Microsoft 往 ARM 架 構 的 轉 向 不 僅 限 於 行 動 裝 置 領 域 為 了 減 低 急 速 增 加 的 資 料 中 心 用 電,ARM 處 理 器 在 伺 服 器 的 應 用 也 備 受 矚 目 同 時,ARM 公 司 在 2010 年 7 月 突 然 授 予 Microsoft 可 開 發 ARM 相 容 處 理 器 的 架 構 授 權 (architecture license) 有 看 法 認 為 這 是 在 伺 服 器 用 作 業 系 統 推 出 ARM 版 本 的 佈 局 從 過 去 的 Wintel, 轉 變 為 Win+ARM 以 WoA 為 契 機, 新 親 密 關 係 已 悄 悄 展 開

26 封面 故事 PART 1 反擊的劇本 Microsoft企圖將基於ARM 的SoC帶入個人電腦 Microsoft 已決定下一代 Windows 將推出 ARM 版本 Microsoft 的目的是將藉由智慧型手機及平板電腦掀起熱潮的基於 ARM 的 SoC 開發廠商拉入個人電腦業界 再次活絡市場 從 晶 片 組 到 使 用 者 經 驗 我 們 題 演 講 中 如 此 高 調 地 宣 佈 在 演 講 將 重 新 創 造 Windows 的 全 中 他 強 調 了 ARM 版 本 Windows 部 Microsoft 預 計 於 2012 年 Windows on ARM WoA 的意義 底 推 出 下 一 代 作 業 系 統 Windows 他提到 Windows 身為作業系統所 8 為 了 發 表 Windows 8 的 技 術 細 扮演的角色除了將硬體抽象化之外 節 Microsoft 於 2011 年 9 月 舉 辦 了 還有在開發者想連結特殊硬體時提供 BUILD 大會 負責指揮 Windows 連結方法 並讓硬體發揮特色 8 開發的 Steven Sinofsky Windows 由於顧慮到對 Microsoft 而言仍然是 和 Windows Live 部 門 總 裁 在 專 重要夥伴的 Intel 因此 Sinofsky 的發 數量龐大的 應用程式開發者 將藉由智慧型手機 平板電腦掀起熱潮的 基於ARM的SoC開發 商招向個人電腦市場 Windows巨大的 應用程式開發體系 流向平板電腦市場 ARM陣營 SoC開發商 Windows on ARM Windows個人電腦市場 約3.5億台 WoA 智慧型手機 平板電腦市場 約3億台 圖1 Windows on ARM為兩個市場之間的橋樑 ARM版Windows扮演了將基於ARM的SoC開發商拉向Windows個人電腦的角色 另一方面 這也 將使Windows個人電腦市場龐大的應用程式開發體系流向智慧型手機 平板電腦市場 市場規模 為2010年之數據 26 TECH up 科技雜誌

27 Cover Story 2 ARM NVIDIA Windows on ARM ARM SoC Tegra NVIDIA IDC Gartner Morgan Stanley Tegra 採 用 Windows on ARM (Tegra on Windows) 的 機 種 言 顯 得 謹 慎, 但 他 提 到 的 特 別 的 硬 體, 幾 乎 就 可 視 為 ARM 平 台 在 智 慧 型 手 機 及 平 板 電 腦 領 域 發 展 日 新 月 異 的 基 於 ARM 的 SoC 之 低 耗 電 低 價 等 特 色, 未 來 將 進 入 過 去 由 Intel x86 所 獨 占 的 Windows 體 系 中 此 外, Microsoft 也 期 望 全 世 界 的 應 用 程 式 開 發 者 能 在 Windows 上 設 計 出 發 揮 其 特 色 的 應 用 程 式 這 才 是 Microsoft 推 出 WoA 的 最 大 目 的 ( 圖 1) 為 對 應 ARM 而 輕 量 化 Microsoft 為 對 應 ARM 的 認 真 程 度 可 從 Windows 8 的 設 計 看 出 代 表 性 的 例 子 是 低 記 憶 體 使 用 量 以 GeForce x86 版 為 例,Windows 8 的 記 憶 體 使 用 量 僅 281MB(2011 年 9 月 發 表 的 developer preview 版 ), 與 Windows 7 SP1 的 404MB 相 較, 減 少 近 30% ARM 平 台 雖 然 正 不 斷 往 高 性 能 化 提 升, 但 與 x86 陣 營 相 較 仍 然 有 所 不 及, 為 了 讓 Windows 能 在 ARM 平 台 順 利 執 行, 必 須 進 行 如 此 的 瘦 身 設 備 製 造 商 也 顧 慮 在 處 理 能 力 有 限 的 ARM 核 心 上,Windows 到 底 能 不 能 流 暢 執 行? 是 否 要 推 出 WoA 版 本 的 硬 體 裝 置 就 看 這 一 點 了 某 位 Android 平 板 電 腦 廠 商 表 示, 因 此 正 密 切 注 意 WoA 展 現 出 的 成 果 Microsoft 過 去 在 Windows Vista

28 封面 故事 儀器 TI 等在智慧型手機及平板電 腦 掀 起 熱 潮 的 ARM 陣 營 SoC 開 發 商 招向巨大個人電腦市場所帶來的衝擊 極大 圖 1 同時 這還有將存在於 個人電腦市場的眾多應用程式開發者 招向平板電腦等行動裝置的效果 個 人 電 腦 市 場 在 2010 年 有 將 近 20 的 成 長 率 但 是 過 去 扮 演 火 車 圖3 基於ARM的SoC也涉足伺服器應用 ARM在該公司管轄之機構的網站使用了搭載 基於ARM的SoC的網路伺服器 圖為ARM公 司提供 頭角色的筆記型電腦近來人氣逐漸 雖然有因為擴充功能而失敗的例子 的 Intel 可 攜 式 裝 置 及 嵌 入 式 用 處 理 Sinofsky 還是強調了 Windows 8 的執 器 Atom 並 未 如 預 期 成 功 因 此 行流暢度 他提到 說到 Windows Microsoft 需 要 能 活 絡 Windows 個 人 將帶來新的使用者體驗 可能又會有 電腦市場的強心針 為達到更便宜 人覺得這是一套笨重 緩慢的作業系 更輕薄 電池驅動時間更長等目標 統 不 過 Windows 8 卻 非 如 此 爭 取 高 通 等 當 紅 的 ARM 陣 營 SoC 開 他 以 3 年 前 推 出 搭 載 1 GB 記 憶 體 的 發商鼎力相助才是上策 小筆電做展示 強調 Windows 8 在 這台電腦也能順暢執行 為 智 慧 型 手 機 及 平 板 電 腦 壓 過 成 長 趨 緩 由 於 被 視 為 行 動 裝 置 王 牌 除 了 幾 乎 由 Intel 與 AMD 所 獨 占 的 x 86 處理器之外 Windows 如果也能 在 競 爭 激 烈 的 基 於 ARM 的 SoC 上 執 個人電腦用SoC成為激戰區 Microsoft 以 前 所 未 有 的 精 力 投 入 開 發 的 WoA 究 竟 會 為 電 子 業 界 帶 來 什麼影響 市場可望擴大 特別是在這一兩年 中國的新興無 晶 圓 廠 SoC 開 發 商 藉 由 Android 平 板 一 般 大 多 認 為 Windows 8 推 出 電 腦 在 基 於 ARM 的 SoC 市 場 崛 起 ARM 版 及 導 入 觸 控 式 使 用 者 介 面 是 例如瑞芯微電子及新岸線公司 新岸 對抗蘋果 ipad 的手段 但這只不過是片面看法 事實上 Microsoft 將 高 通 NVIDIA 德 州 28 行 筆記型電腦的價格將會更便宜 TECH up 科技雜誌 線 在 2010 年 11 月 與 ARM 合 作 推 出 了 全 世 界 首 個 以 2 GHz Cor tex-a 9 為 基礎的 40 nm 雙核心 SoC

29 Cover Story 4 Metro Style CPU Windows on ARM Metro Style CPU Metro Style ARM x86 x64 接 下 來 將 全 新 開 發 應 用 程 式 在 瀏 覽 器 (IE10) 上 執 行, 所 有 平 台 都 能 使 用 相 同 應 用 程 式 有 一 定 的 應 用 程 式 資 產.NET 有 龐 大 的 應 用 程 式 資 產 應 用 程 式 資 產 很 少 目 前 Intel Atom 的 價 格 大 多 在 20 美 元 以 上, 基 於 ARM 的 SoC 一 般 都 在 十 幾 美 元 以 下, 中 國 的 無 晶 圓 廠 SoC 開 發 商 一 旦 開 始 將 晶 片 供 應 給 Windows 個 人 電 腦, 價 格 將 進 一 步 下 跌 其 實, 基 於 ARM 的 SoC 開 發 商 也 對 WoA 寄 予 厚 望 這 些 SoC 開 發 商 將 WoA 視 為 今 後 的 成 長 動 力 之 一 例 如, 在 Android 平 板 電 腦 上 逐 步 擴 大 使 用 自 製 處 理 器 Tegra 的 NVIDIA, 便 期 待 藉 由 WoA 讓 Tegra 的 出 貨 量 在 規 模 較 平 板 電 腦 更 大 的 筆 記 型 電 腦 市 場 有 所 成 長 ( 圖 2) Microsoft 雖 然 給 人 市 值 被 蘋 果 超 越, 雲 端 運 算 也 被 Google 取 得 先 機 居 於 劣 勢 的 印 象, 但 近 來 推 出 的 體 感 裝 置 Kinect 熱 銷 超 過 1000 萬 台, 潛 力 仍 然 不 容 小 覷 Microsoft 憑 藉 著 Kinect 刷 新 了 營 業 額 紀 錄, 手 頭 現 金 超 過 4 兆 日 圓 全 世 界 最 大 的 軟 體 企 業 傾 全 力 推 出 的 WoA, 很 有 可 能 會 改 變 業 界 的 勢 力 版 圖 伺 服 器 市 場 也 是 ARM 的 目 標 WoA 的 目 標 不 僅 止 於 筆 記 型 電 腦 及 平 板 電 腦,Microsoft 與 ARM 也 正 瞄 準 伺 服 器 市 場 在 智 慧 型 手 機 及 平 板 電 腦 領 域 建 立 起 壓 倒 性 地 位 的 ARM, 現 在 已 將 目 標 放 在 新 市 場, 也 就 是 面 臨 迫 切 電 力 削 減 課 題 的 雲 端 運 算 資 料 中 心 用 伺 服 器 Microsoft 在 2010 年 7 月 取 得 可 自 行

30 封面 故事 開 發 ARM 相 容 微 架 構 的 架 構 授 權 8 上的應用程式開發體系能否及早確 architecture license 也 可 視 為 立 支援 Windows 8 的應用程式種類 不僅是客戶端作業系統 Windows 8 是否豐富 具體來說 就是必須盡快 同 時 亦 為 開 發 Windows Ser ver 大量開發出對應 Windows 8 所導入的 ARM 版 本 的 佈 局 負 責 Microsoft 新執行環境 Metro Style 的應用程式 Windows Ser ver 的 技 術 人 員 提 到 而 WoA 的 成 敗 取 決 於 Metro Style 目 前 ARM 架 構 只 有 32 bit 版 因 此 成功與否 是因為 WoA 無法直接發揮 眼前並沒有 Windows Ser ver 的 ARM Windows 的強項 也就是過去累積起 版 計 畫 但 是 他 也 指 出 到 了 來 的 龐 大 軟 體 資 產 由 於 Windows 2013 年 前 後 ARM 可 能 會 出 現 64 bit 7 和 以 前 的 x 86 處 理 器 用 二 進 制 碼 與 版本 如果這樣的話情況就會有所改 CPU 架 構 不 同 因 此 無 法 在 ARM 陣 變 了 ARM 的 執 行 長 War ren East 營 SoC 上執行 也表示從過去開始便不斷暗示將推出 64 bit 版本的 ARM 處理器 圖 3 相對於此 如果是在網路瀏覽器上 執 行 的 Metro Style 應 用 程 式 則 可 不需依靠 CPU 架構 在個人電腦及平 成功取決於Metro Style的普及 WoA 能 否 成 功 取 決 於 Windows 板電腦雙方的市場上便能互相交流應 用程式 圖 4 取消原來的 開始 功能表 按下開始按鈕會回到Metro Style的開始畫面 Metro Style的開始畫面 桌上型畫面 按下桌上型磚塊會跳到桌上型畫面 圖5 強迫桌上型電腦使用者也得使用Metro Style Windows 8取消了 開始 功能表 這是強迫在非平板電腦的一般個人電腦上使用Windows 8的使 用者接觸Metro Style開始畫面所做的設計 30 TECH up 科技雜誌

31 Cover Story 圖6 從智慧型手機到遊戲主機全都使用Metro Style Microsoft以Windows Phone導入Metro Style作為第一步 平板電腦 個人電腦 遊戲主機等各種 產品都計劃用Metro Style加以統一 Windows Phone 擴大Metro Style使用者介面 Windows 8 平板電腦 Xbox 360 / Xbox LIVE Windows 8 筆記型電腦 由 於 Microsoft 在 維 持 與 過 去 的 Windows 8 桌上型電腦 都與 Metro Style 的開發方法有關 軟 體 資 產 之 相 容 性 上 費 盡 心 血 Windows 7 及之前的產品因而能夠享 不會 孤立 平板電腦 受龐大的既有應用程式資源 但這種 Microsoft 最 不 願 見 到 的 劇 本 是 情形到了 Windows 8 則產生了根本上 Metro Style 應 用 程 式 被 誤 解 為 平 的不同 那就是 Windows 8 背負著將 板電腦專用 與桌上或筆記型電腦使 Metro Style 這 個 全 新 的 應 用 程 式 執 用者不相關 使得 Metro Style 的開 行環境從零開始推廣的宿命 假使對 發基礎無法擴大 應 Metro Style 的 應 用 程 式 不 夠 多 Windows 8 是 Microsoft 對 ipad 或 WoA 將 會 成 為 幾 乎 沒 有 應 用 程 式 的 Android 平板電腦所做出的 充滿了 空 殼 平 台 並 導 致 基 於 ARM 的 Microsoft 風 格 的 回 應 開 發 上 確 實 SoC 開發商出走 有 考 量 到 在 平 板 電 腦 上 的 使 用 然 Microsoft 體 認 到 了 Windows 8 的 而 目前仍在發展初期的平板電腦市 這 個 宿 命 因 此 努 力 為 Metro Style 場與筆記型電腦或智慧型手機相較 宣傳 在以讓軟體開發者儘早開始開 規 模 要 小 得 多 了 舉 例 來 說 2010 發 Metro Style 應 用 程 式 為 目 的 所 舉 年全球筆記型電腦的出貨量在 2 億台 辦 的 BUILD 大 會 5000 位 出 席 者 全 以 上 相 對 於 此 平 板 電 腦 中 大 熱 都配發了搭載 Windows 8 developer 銷 的 蘋 果 ipad 從 2010 年 4 月 起 的 累 積 preview 的 平 板 電 腦 此 外 於 出 貨 量 也 只 有 約 3000 萬 台 因 此 BUILD 舉辦的近 300 場會議中 大半 萬 一 Metro Style 的 開 發 循 環 封 閉 在

32 封面 故事 圖7 Windows on ARM的今後發展 預計Windows 8 beta版將於2012年初發表 2012年底發售正式版 產品及 應用程式 的動向 Metro Style 應用程式開始開發 發表 Developer preview 作業系統 的動向 SoC 的動向 發表 beta版 四核心基於ARM 的SoC登場 2011年 發售搭載基於ARM 的SoC的筆記型電腦 或平板電腦 Windows 8 發售 Windows Server 可能也將推出ARM版 可能將發表 ARM 64bit ISA* 2012年 搭載ARM的 伺服器普及 2013年 伺服器用基於ARM 的SoC普及 2014年 *ISA 指令集架構 平板電腦市場內 由於其市場規模太 添了一項巧思 這是一項讓包括桌上 小 將難以建立穩固的新體系 型 電 腦 在 內 所 有 使 用 者 皆 能 接 觸 平板電腦的應用程式市場如果無 到 Metro Style 的 創 舉 具 體 來 說 法像智慧型手機或筆記型電腦一樣 就是取消了過去 Windows 的 開始 在 應 用 程 式 的 執 行 面 上 具 相 容 性 功能表 若是按下 開始 按鈕 便 並 自 成 一 個 市 場 加 以 連 結 的 話 將 會回到排列著磚塊狀使用者介面按鈕 難以獨自生存 的 Metro Style 畫面 圖 5 Microsoft 的 Sinofsky 不 斷 強 調 假如按下 開始 按鈕 出現的是 Metro Style 並 非 僅 用 在 平 板 電 腦 和原來相同的開始功能表及應用程式 它也是操作滑鼠與鍵盤時很好用的使 一覽 使用者便會停留在原本所習慣 用者介面 也 代 表 了 不 想 讓 Metro 的桌面畫面上 這樣除了僅占少數的 Style應用程式局限在平板電腦的決心 平 板 電 腦 使 用 者 外 恐 怕 大 部 分 人 並 不 會 主 動 接 觸 Metro Style 如 此 取消開始功能表 32 將 導 致 Metro Style 的 開 發 體 系 局 限 為了避免 WoA 的成功關鍵 Metro 於 平 板 電 腦 中 Microsoft 的 盤 算 是 Style 使 用 者 介 面 局 限 在 小 眾 的 平 板 強迫所有 Windows 使用者接觸 Metro 電 腦 Microsoft 在 Windows 8 上 增 Style 應 用 程 式 的 入 口 也 就 是 專 用 TECH up 科技雜誌

33 Cover Story 圖8 BUILD會場展示的Windows on ARM平板電腦 由左起為高通 a NVIDIA b 德州儀器 c 的展示機 a 高通的展示機 b NVIDIA的展示機 c 德州儀器的展示機 的 開始 畫面 以促進使用 Metro preview 但 僅 有 x 86 版 本 32 / 64 Style 應用程式 bit 並沒有 ARM 版本 Microsoft 計 劃 今 後 在 該 公 司 的 BUILD 會 場 雖 然 展 示 了 許 多 搭 載 各 種 產 品 上 導 入 Metro Style 使 用 者 Windows 8 的 裝 置 但 能 讓 與 會 者 介 面 在 Windows 8 之 前 Metro 自由接觸的只有使用 x 86 處理器的機 Style 將 先 出 現 在 Windows Phone 種 NVIDIA 及德州儀器等 ARM 陣營 上 2011 年 秋 天 遊 戲 主 機 Xbox 的 SoC 開發商所推出 搭載 WoA 的平 360 的 線 上 服 務 Xbox LIVE 的 板電腦都放在展示盒內 完全不讓與 起 始 畫 面 也 將 導 入 Metro Style 圖 會 者 碰 觸 圖 8 據 研 判 與 x 86 版 6 在 Microsoft Windows Platform 本 相 較 ARM 版 本 可 能 還 沒 有 到 達 group 領 可發表的水準 導 Xbox LIVE 的 Avi Ben- Menahem 表示 Microsoft 全體將逐 不 過 ARM 版 在 某 些 功 能 的 開 發 步導入 Metro Style 在 Windows 8 上 是 有 進 展 的 例 如 Windows 8 正 式 版 登 場 之 際 Microsoft 的 產 品 新導入的電源管理狀態 Connected 也將全面改採 Metro Style 圖 7 Standby 在 ARM 版 本 已 經 能 夠 執 行 但 x 86 版本則尚未對應 配發給 ARM版本開發遲緩 BUILD 與會者的平板電腦也是以 x 86 WoA 雖 然 是 將 基 於 ARM 的 SoC 開 版 本 為 基 礎 並 未 對 應 這 項 功 能 發商拉入個人電腦市場的戰略核心 ARM 陣 營 SoC 開 發 商 高 通 則 充 滿 自 但 ARM 版 本 的 開 發 似 乎 較 x 86 版 落 信 地 表 示 Connected Standby 這 後 儘 管 Microsoft 配 合 BUILD 的 類的電源管理功能才是能夠發揮出基 舉 辦 發 表 了 Windows 8 developer 於 ARM 的 SoC 真正價值的領域

34 封面 故事 從技術面分析 Windows 8 軟體巨擘帶來的新設計 程式設計基礎為 HTML5 與 JavaScript Windows 8 採 用 了 過 去 的 桌 上 型 畫 面 與 Metro Style 使 用 者 介 面 並 存 Windows 一直以來雖然以 Win 32 的 組 成 圖 1 執 行 過 去 的 桌 上 型 API 作 為 編 程 模 型 的 基 礎 但 在 應用程式時使用 Win 32 執行 Metro Windows 8 的 觸 控 式 使 用 者 介 面 Style 應 用 程 式 時 則 使 用 WinR T 網 Metro Style 的 應 用 程 式 則 導 入 頁 瀏 覽 器 Internet Explorer IE 了 新 的 API 及 執 行 環 境 也 就 是 10 及 控 制 台 等 則 各 有 Metro Style WinR T Windows Runtime 及桌上型模式 Model View Controller Metro Style應用程式 XAML 桌上型應用程式 HTML/CSS C C# C++ Visual Basic JavaScript HTML C C# JavaScript C++ Visual Basic Internet Explorer Win32 kernel 系統 服務 WinRT API 通訊 資料 圖形 媒體 設備 列印 應用程式模型.NET SL Windows kernel服務 圖1 Windows 8的軟體架構 除了過去的桌上型應用程式用Win32之外 又新導入了觸控式使用者介面Metro Style應用程式用的 API WinRT 以及執行環境 HTML5與JavaScript構成了開發基礎 34 TECH up 科技雜誌

35 Cover Story 2 JavaScript WinRT API WinRT API function filepicker(){ var filepicker = new Windows.Storage.Pickers.FileOpenPicker(); filepicker.suggestedstartlocation = Windows.Storage.Pickers.PickerLocationId. pictureslibrary; filepicker.filetypefilter.replaceall([".jpeg", ".jpg", ".png", ".bmp"]); filepicker.viewmode = Windows.Storage.Pickers.PickerViewMode.thumbnail; filepicker.picksinglefileasync().then(function (file){ if(file){ var img = new Image(); img.src = window.url.createobjecturl(file, false); img.onload = function () { ctx.drawimage(img, 0, 0); } }else { document.getelementbyid("filename").innerhtml = '<p>no files</p>'; } }) } Metro Style 應 用 程 式 基 本 上 是 以 HTML5 及 JavaScript 進 行 開 發 為 了 在 IE10 的 rendering 及 操 作 引 擎 上 執 行,ARM 版 x86 版 x64 版 等 所 有 平 台 上 都 能 夠 執 行 同 一 應 用 程 式 也 就 是 與 Ajax 等 網 路 應 用 程 式 相 近 的 執 行 模 型 就 在 瀏 覽 器 上 執 行 應 用 程 式 這 一 點 來 看,Windows 8 的 Metro Style 環 境 可 說 與 Google 的 Chrome OS 及 HP 的 webos 相 近 除 了 HTML5 及 JavaScript 之 外, 應 用 程 式 的 開 發 也 支 援 C/C++ Visual Basic C# 等 現 有 的 程 式 語 言 此 外 也 可 使 用 運 用 在 Microsoft RIA(rich internet application) 環 境 Silverlight 的 Microsoft 標 記 語 言 XAML 基 本 上 的 分 工 模 式 為 結 構 單 純 的 應 用 程 式 以 HTML5 及 JavaScript 編 寫, 結 構 複 雜 的 話 用 C# 等 編 寫, 並 以 XAML 執 行 Metro Style 使 用 者 介 面 除 了 Windows 8 以 外, 也 用 於 該 公 司 的 智 慧 型 手 機 用 作 業 系 統 Windows P h o n e 7. 5 W i n d o w s P h o n e 應 用 程 式 與 Windows 8 的 Metro Style 應 用 程 式 雖 然 沒 有 直 接 相 容 性, 但 移 植 相 對 容 易 Windows Phone 以 Silverlight 作 為 編 程 模 型, 這 是 因 為 Silverlight 所 使 用 的 XAML 也 能 為 Windows 8 的 Metro Style 共 用 具 體 而 言, 將 Windows Phone 應 用 程 式 的 Silverlight API 改 寫 為 WinR T API, 並 在 畫 面 解 析 度 的 不 同 及 滑 鼠 輸 入 上 做 出 對 應 便 能 夠 移 植

36 封面 故事 圖3 Metro Style應用程式基本上為全螢幕顯示 Metro Style取消了多重視窗 與智慧型手機等 一樣 基本上一個應用程式便佔滿了整個畫面 水平捲軸也成為基本設計 藉由雲端化轉變為非同步處理 網路進行的資訊往來 也就是即使叫 目前的智慧型手機或平板電腦的應 出了有延遲的方法 也不會阻擋使用 用程式 大多是從雲端讀取資料或各 者介面等之處理 等到網路端有回應 種 內 容 並 顯 示 出 來 因 此 WinR T 也 時再恢復處理的方式 嵌入的領域則 設計成不論本地儲存裝置或雲端儲存 是與對特定非同步事件執行動作的傳 裝置都可連結 圖 2 完全沒有與網 統 式 狀 態 模 型 state machine 相 路相關的編碼敘述 可從各種社群網 近之執行模型 站等取得檔案 然 而 雲 端 運 算 之 類 經 由 網 路 處 往來而全面採用非同步處理 具體來 理 的 資 訊 必 然 會 有 延 遲 時 間 如 說 就 是 在 可 對 應 WinR T 的 C# 5. 0 果以過去的同步處理來敘述會產生 及 Visual Basic 導 入 修 飾 子 延 遲 之 處 理 可 能 會 阻 擋 應 用 程 式 asyncm 與運算子 await 在方 整 體 的 處 理 讓 使 用 者 覺 得 應 用 程 法加上 async 加以定義 並在此方法 式好像當機了 內 加 入 await 叫 出 非 同 步 處 理 方 法 因此 非同步處理較適合一般經由 36 WinR T 也 因 考 量 到 與 雲 端 的 資 訊 TECH up 科技雜誌 就能用與同步處理一樣簡單的敘述執

37 Cover Story 4 Windows Store Microsoft Metro Style Windows Store BUILD Windows Store 行 非 同 步 處 理 在 雲 端 運 算 及 網 路 應 用 程 式 普 及 的 今 天,API 及 程 式 語 言 等 作 業 系 統 的 基 礎 也 如 同 Ajax 般, 以 非 同 步 處 理 為 導 向 此 外,WinRT 的 執 行 引 擎 雖 然 直 接 在 Windows 8 的 kernel 上 執 行, 部 分 有 關 安 全 及 隱 私 的 API 在 執 行 前 仍 然 會 先 以 blocker 阻 擋 為 防 止 惡 意 程 式 或 不 當 處 理, 當 應 用 程 式 連 結 到 特 定 硬 體 或 資 訊 時 會 像 智 慧 型 手 機 般 要 求 使 用 者 確 認 Metro Style 應 用 程 式 取 消 了 將 多 個 視 窗 重 疊 在 一 起 的 多 重 視 窗 顯 示, 與 智 慧 型 手 機 的 應 用 程 式 一 樣, 基 本 上 是 單 一 應 用 程 式 占 滿 整 個 畫 面 ( 圖 3) 此 外 並 儘 可 能 減 少 顯 示 捲 軸 及 應 用 程 式 結 束 按 鈕 等 使 用 者 介 面 元 件, 以 增 加 應 用 程 式 能 使 用 的 顯 示 區 域 這 沿 襲 了 智 慧 型 手 機 及 平 板 電 腦 重 視 作 為 資 訊 閱 讀 器 的 角 色 更 勝 文 字 輸 入 的 使 用 者 介 面 設 計 思 維 由 於 取 消 了 多 重 視 窗,Metro Style 應 用 程 式 編 碼 中, 若 是 寫 入 了 顯 示 訊 息 方 塊 的 方 法 MessageBox (), 將 會 導 致 Build Error 此 外, 視 窗 雖 然 不 能 重 疊, 但 可 對 應 將 畫 面

38 封面 故事 分為左右兩半以同時顯示應用程式的 side by side 的捲動則建議使用如雜誌翻頁般的水 平捲軸顯示 圖 3 在 Metro Style 中 由 於 應 用 程 式 占滿了整個畫面 因此要用手指於畫 藉由雲端運算同步應用程式 面的一端由外側往內滑動 各種操作 Metro Style 應 用 程 式 也 與 選單才會出現 目前的設計是畫面左 Microsoft 的 雲 端 服 務 Windows 右端為系統用選單 上下端為應用程 Live 整 合 在 一 起 應 用 程 式 等 的 式用選單 設 定 將 會 自 動 在 Windows Live 上 儲 舉例來說 從畫面右端往內滑動的 話 便會顯示開始按鈕及檢索選單 存 與其他安裝了 Windows 8 的個人 電腦同步 由左側往內滑動則可回到上一個執行 應用程式之間的資料整合則由新 的 應 用 程 式 畫 面 由 上 下 端 往 內 滑 設 計 contract 負 責 contract 有 動 則會從畫面上下方出現應用程式 share search picker 等種 的 專 用 選 單 App Bar 畫 面 內 容 類 只要執行對應各種 contract 的處 閒置狀態 System on 閒置狀態 CPU on 螢幕on Connected Standby狀態 Connected Standby CPU on 螢幕off 0 暫停 Suspend CPU off 休眠 Hibernate CPU off 秒 停止應用程式及優先服務 極力減低耗電 定時喚醒 並可從雲端進行 Push式發送 圖5 待機時也會定時連結至網路 讓資料維持在最新狀態 Windows 8新增了 Connected Standby 電源狀態 雖然在待機中 但仍會定時連結至雲端主機 讓應用程式的資料維持在最新狀態 38 TECH up 科技雜誌

39 Cover Story a 狀態改變 b Windows 8的工作管理員 Running Resuming Suspending Suspended Notifications Scheduled tasks Connected Standby狀態 理 即使應用程式之間沒有個別安裝 圖6 Metro Style應用程式的狀態改變 Metro Style將 Suspended 狀態導入了應用程 式 系統會自動使程式改變狀態以避免消耗電力 a 在工作管理員中也會顯示Metro Style應用 程式是否處於Suspended狀態 生的問題等資訊 資料整合 作業系統端也會自動居中 牽線 Metro Style 應 用 程 式 還 增 添 了 與手機同級的電源管理 自待機狀態啟動僅需0.3秒 在智慧型手機領域相當普遍的設計 Windows 8 在硬體面的使用參考了 應 用 程 式 經 由 網 路 發 送 也 就 是 智慧型手機及平板電腦做改進 啟動 Windows Store 只要從開發工具 時間縮短至 6 秒 從待機狀態重新啟 Visual Studio 上 選 擇 選 單 便 會 動也僅需 0. 3 秒 直接跳到上傳至 Windows Store 的畫 其中最受矚目的 便是 Windows 8 面 設定好價格及試用期間 並將應 導入的新電源管理狀態 Connected 用程式套裝上傳 經安全及一致性等 Standby CPU 雖 然 仍 在 運 作 測試 內容審查等步驟後 應用程式 但 螢 幕 卻 在 關 閉 狀 態 Connected 便會公開 圖 4 從 Windows Store Standby 從過去開始一直被認為與閒 上的開發者用頁面能夠瀏覽自己上傳 置狀態相似 但其特色在於極力壓低 的應用程式下載狀況 以及執行時發 耗電以延長電池運作時間

40 封面 故事 圖7 導入複合式啟動程序 Windows 8在冷開機時雖然也會執行驅動程式等的初始化 但kernel套用了休眠 因此縮短了啟動 時間 過去的 Power On Self Test POST 處理 冷開機 Windows 8 Power On Self Test POST 處理 的快速啟動 系統初始化 驅動程式 服務等 讀取 使用者 kernel 驅動程式 Session 的休眠 初始化 初始化 具體來說 就是停止使用者應用程 然 而 由 於 過 去 的 桌 上 型 應 用 程 式 及 優 先 順 位 的 服 務 間 歇 性 運 作 式 不 具 有 Suspended 狀 態 的 概 念 CPU 並 藉 由 週 期 性 喚 醒 及 連 結 網 Connected Standby 是 藉 由 DAM 路確保應用程式的資料保持在最新 desktop activity moderation 的 狀態 即使在 Connected Standby 狀 機制由系統強制暫停 態 郵 件 及 社 群 應 用 程 式 也 能 隨 時 Connected Standby 狀態的資料更 更新 Connected Standby 這個名稱 新靠著事前定義每個應用程式的背景 便 帶 有 即 使 在 待 機 狀 態 也 隨 時 與 作業達成 在週期性喚醒時 這個動 網 路 連 接 的 意 思 圖 5 此 外 作 便 會 被 叫 出 由 於 Metro Style 有 從 Connected Standby 重新啟動僅需 不消耗 CPU 資源的 Suspended 狀態 0. 3 秒 耗 電 量 的 目 標 是 16 小 時 消 耗 如過去的桌上型應用程式般明確的結 電池容量的 5 以下 束或儲存等操作將消失 Windows 8 應 用 程 式 的 執 行 模 型 採 取 了 與 Connected Standby 整 合 的 設 計 具 體 而 言 就 是 對 Metro 冷開機也僅需6秒 Windows 8 藉 由 導 入 Connected Style 應 用 程 式 定 義 Suspended Standby 假想電腦基本上可像智慧型 狀態 當電腦因 Connected Standby 手機般不需關機 隨時維持在開機狀 進 入 暫 停 Suspend 狀 態 時 態使用 由於從 Connected Standby Metro Style 應 用 程 式 會 全 部 轉 為 狀 態 重 新 開 機 僅 需 極 短 暫 的 0. 3 秒 Suspended 狀 態 不 耗 費 CPU 資 源 16 小時的電池耗電量也在 5 以下 圖 6 40 使用者 Session 初始化 TECH up 科技雜誌 這樣的使用模式是符合現實的

41 Cover Story 然 而, 在 系 統 更 新 驅 動 程 式 初 始 化 等 時 候, 仍 然 有 冷 開 機 的 必 要 Windows 8 將 冷 開 機 的 啟 動 時 間 也 縮 短 至 6 秒 雖 然 過 去 的 冷 開 機 要 經 過 所 有 的 啟 動 初 始 化 程 序, 但 Windows 8 藉 著 在 kernel 部 分 套 用 休 眠 以 縮 短 冷 開 機 的 啟 動 時 間 ( 圖 7) 也 就 是 將 休 眠 與 冷 開 機 組 合 在 一 起 的 複 合 型 啟 動 方 式 kernel 休 眠 所 需 的 儲 存 容 量 據 說 為 主 記 憶 容 量 的 10 ~ 15% 此 外,Windows 8 也 將 不 再 使 用 過 去 的 BIOS, 而 是 採 用 新 型 的 UEFI ( u n i f i e d e x t e n s i b l e f i r m w a r e interface), 這 一 點 對 於 縮 短 啟 動 時 間 也 有 幫 助 a NFC 由 於 Windows 8 也 考 量 到 了 在 平 板 電 腦 上 的 使 用, 因 此 作 業 系 統 的 標 準 支 援 介 面 也 較 過 去 增 加 除 了 加 速 度 計 及 陀 螺 儀 電 子 羅 盤 GPS USB 3.0 等, 還 支 援 了 近 距 離 無 線 通 訊 技 術 NFC(near field communication) NFC 可 藉 由 接 觸 來 傳 送 正 在 瀏 覽 的 網 頁 配 對 藍 牙 裝 置 也 能 用 來 將 視 訊 電 話 的 影 像 與 聲 音 轉 送 到 其 他 裝 置 ( 圖 8) 該 功 能 由 Microsoft 與 荷 蘭 的 NXP Semiconductors 共 同 合 作 開 發, NXP 的 NFC 晶 片 PN544 已 可 支 援 Windows 8 8 NFC Windows 8 NFC URL a b b NFC

42 封 面 故 事 認 識 搭 載 Windows 8 的 平 板 電 腦 於 2011 年 9 月 舉 辦, 以 Microsoft 開 發 者 大 會 BUILD 中, 約 5000 名 與 會 者 全 都 收 到 了 一 台 搭 載 Windows 8 developer preview 版 的 平 板 電 腦 該 平 板 電 腦 是 由 三 星 電 子 所 開 發 BUILD 中 Windows on ARM 的 動 向 雖 然 引 人 矚 目, 但 該 平 板 電 腦 並 未 搭 載 基 於 ARM 的 SoC, 而 是 搭 載 x86 處 理 器 這 款 平 板 電 腦 雖 然 是 非 賣 品, 但 三 星 預 計 將 於 2011 年 秋 季 發 售 硬 體 完 全 相 同, 只 是 搭 載 的 是 Windows 7 的 產 品 Ink Pad Metro Style NFC NFC Windows 8 42 TECH up 科 技 雜 誌

43 Cover Story 正面攝影機 microsd卡插槽 麥克風 開始按鈕 冷卻風扇排氣孔 背面攝影機 USB插槽 耳機 麥克風端子 電源鈕 畫面旋轉鎖 音量開關 SIM卡插槽 HDMI端子 電源端子 喇叭 裝置規格 作業系統 硬體 CPU 顯示器 3G通信模組 BIOS 主記憶體 儲存裝置 介面 感應器 重量 厚度 擴充基座介面 擴充基座連接用端子 喇叭 Windows 8 developer preview 三星Slate PC Series 7 Core i5 11.6吋 畫素 ST-Ericsson製 UEFI 4GB DDR3 64GB USB microsd卡 HDMI 手寫筆 陀螺儀 加速度計 電子羅盤 909g 12.9mm USB HDMI Gbit乙太網路

44 封面 故事 PART 2 另一項挑戰 雲端新應用出現 ARM的伺服器應用受矚目 電力削減是雲端運算資料中心目前面臨的迫切課題 由於在這 個領域中以 Hadoop 為代表的分散式處理獲普遍使用 讓基 於 ARM 的 SoC 有可能應用於伺服器 隨 著 2012 年 底 Windows 8 ARM Calxeda NVIDIA Mar vell 等 版的推出 ARM 架構將在長期 都正致力於開發伺服器用基於 以來由 x 86 所支配的個人電腦用處理 ARM的SoC 器 市 場 打 開 缺 口 ARM 架 構 雖 然 藉 ARM 架 構 會 在 伺 服 器 領 域 受 到 矚 著 W indows on ARM WoA 的 登 目是因為集中龐大數量伺服器的雲 場 在 個 人 市 場 建 立 了 灘 頭 堡 其 實 端 運 算 資 料 中 心 目 前 正 面 臨 削 減 ARM 架 構 所 面 臨 的 新 挑 戰 並 不 僅 限 耗電的迫切課題 耗電效率較 x 86 高 於 個 人 電 腦 領 域 在 伺 服 器 領 域 的 ARM 處理器因而備受矚目 ARM 架構目前也備受矚目 除 了 ARM 公 司 本 身 正 積 極 推 廣 ARM 架 構 之 外 美 國 的 創 投 企 業 目前的伺服器組成 Scale-up 單一伺服器藉由更換CPU等增強處理能力 使用關聯式DBMS的傳統OLTP處理 44 TECH up 科技雜誌 Scale-out將成為雲端主流 不管雲端運算資料中心的電力削 圖1 Scale-out將成為雲端主流 藉由增加伺服器數量以增加處理能力的 Scale-out 而非增強單一伺服器處理能力 的Scale-up將成為雲端運算的主流 Scale-out 藉由增加伺服器數量提升處理能力 雲端運算常見的分散處理適合使用Scale-out

45 Cover Story 2 ARM ARM Cortex-A15 Microsoft 64bit ISA 授 予 Microsoft 架 構 認 證 (2010 年 6 月 ) ARM Cortex-A9 發 表 (2007 年 10 月 ) Cortex-A15 發 表 (2010 年 9 月 ) 將 推 出 64bit 指 令 集 架 構 (ISA)? 以 行 動 裝 置 用 功 能 為 主 ARMv7-A 加 入 虛 擬 化 支 援 及 ECC 等 伺 服 器 相 關 功 能 ARMv7-A 之 擴 充 SoC 以 Cortex-A9 為 基 礎 的 平 板 電 腦 及 智 慧 型 手 機 用 SoC 普 及 以 Cortex-A15 為 基 礎 的 伺 服 器 用 SoC 登 場 以 Cortex-A9 為 基 礎 的 伺 服 器 用 SoC 登 場 減 問 題 再 怎 麼 緊 迫,ARM 是 否 真 有 辦 法 一 肩 挑 起 過 去 由 Intel 的 Xeon 等 高 性 能 x86 處 理 器 所 扛 起 的 伺 服 器 應 用? 這 種 情 形 有 機 會 化 為 可 能 的 原 因 雖 然 與 ARM 處 理 器 的 性 能 提 升 有 關, 伺 服 器 所 執 行 的 應 用 程 式 本 身 性 質 上 的 變 化 才 是 重 要 因 素 具 體 來 說, 與 連 結 至 關 聯 式 DBMS 等 的 OLTP(online transaction processing) 之 類, 過 去 在 一 般 伺 服 器 上 進 行 的 處 理 不 同, 雲 端 運 算 資 料 中 心 有 許 多 以 Hadoop 為 代 表 的 分 散 式 處 理 增 加 伺 服 器 數 量, 將 粒 度 細 小 的 處 理 並 聯 執 行 之 Scaleout, 比 起 將 單 一 伺 服 器 高 性 能 化 的 Scale-up 更 適 合 分 散 式 處 理 ( 圖 1) 即 使 ARM 處 理 器 目 前 不 及 x86, 在 分 散 處 理 式 應 用 程 式 眾 多 的 雲 端 運 算 資 料 中 心 仍 然 相 當 有 使 用 價 值 已 逐 步 進 行 佈 局 ARM 放 眼 即 將 到 來 的 伺 服 器 應 用, 已 經 一 步 步 安 排 其 佈 局 ( 圖 2) 雖 然 目 前 的 伺 服 器 用 ARM 的 SoC 使 用 的 是 行 動 裝 置 用 的 CPU 核 心 Cortex-A9, 但 ARM 已 在 2010 年 9 月 發 表 了 新 CPU 核 心 Cortex-A15 Cortex-A15 完 全 具 備 了 伺 服 器 用 處 理 器 的 特 色 具 體 而 言, 則 是 搭 載 了 虛 擬 化 支 援 架 構 對 應 至 40bit 的 實 體 位 址 並 實 現 到 1TB 的

46 封面 故事 表1 主要伺服器用ARM系SoC一覽 廠商 Calxeda 架構認證之有無 無 使用之CPU核心 Cortex-A9 備註 Marvell NVIDIA 有 有 PJ4B Denver 該公司自行開發的 與ARMv6及ARMv7相容 微架構 於2011年提供四核心產品 以向Intel收購的XScale技術 Tegra專攻行動裝置用途 之樣品 1片晶片耗電5W 為基礎 於2010年提供四核 Denver則負責伺服器用市場 2U機殼內搭載了120片晶片 心產品之樣品 記 憶 體 空 間 此 外 也 對 應 ECC 等 Cor tex-a 15 集 合 了 各 種 一 般 認 為 在 行動裝置上不需要的功能 ARM 架 構 目 前 僅 有 32 bit 的 指 令 第1代為A9的四核心 Calxeda NVIDIA Mar vell 這 3 家公司尤其投注心力在伺服器用基於 ARM 的 SoC 表 1 集 架 構 ISA 沒 有 64 bit 的 ISA 其中 最受矚目的是 2008 年成立的 ARM 的 Ferguson 表 示 資 料 中 心 創 投 企 業 Calxeda Calxeda 自 創 立 的 伺 服 器 用 途 32 bit ISA 就 很 夠 用 以來 幾乎不曾對外公開資訊 直到 了 其 實 Cor tex-a 15 的 實 體 位 址 2011 年 才 首 度 提 供 了 晶 片 樣 品 搭 最 多 可 擴 充 至 40 bit 且 可 使 用 1 TB 載 Cor tex-a 9 的 四 核 心 SoC 一 片 晶 的記憶體空間 雖說是伺服器用途 片 包 含 DRAM 在 內 的 平 均 耗 電 量 約 但 這 也 就 是 目 前 現 行 的 32 bit ISA 所 5 W 2 U 的機殼中安裝了 120 片 480 能 對 應 的 架 構 不 過 ARM 的 執 行 核 心 這 款 晶 片 據 Calxeda 表 示 長 War ren East 從 過 去 就 不 斷 表 示 僅 需 過 去 一 半 的 成 本 1 / 10 的 耗 電 下 一 世 代 的 關 鍵 字 是 64 bit 可 見 即可取代一般的 40 U 機架型伺服器 該公司遲早會推出 64 bit ISA NVIDIA 在 2011 年 1 月 取 得 ARM 的 架 構 授 權 目 前 正 自 行 開 發 微 架 構 伺 服 器 用 核 心 Denver NVIDIA 在行動裝置用的 Tegra 系列使用 Cor tex-a 9 但伺服器用產品則使用 Denver 在 2011 年 3 月對分析師舉辦 的活動中已公開 Die 的照片 圖 3 圖3 NVIDIA的伺服器用核心 Denver NVIDIA在2011年3月 的 活 動 中 公 佈 了Denver 的Die照片 46 TECH up 科技雜誌 Mar vell 則 於 2010 年 提 供 了 與 四 核 心 的 ARMv 7 相 容 的 SoC Armada XP 該 公 司 的 ARM 處 理 器 是 以 收

47 Cover Story 圖4 Facebook將資料中心的規格公開化 Facebook在名為 Open Compute 的計畫中 公開了主機板及電源 機殼 機架 伺服器配置 等資料中心的硬體規格 搭載了Intel CPU的主機板 資料中心內的配置 450W電源 機架 購 自 Intel 的 XScale 為 基 礎 因 此 月發表了名為 Open Compute 的 Mar vell 與 NVIDIA一樣持有 ARM 的架 計畫 並公佈該公司資料中心的詳細 構授權 Armada XP 系列也使用了根 技術規格 Open Compute 公佈的技 據該授權自行開發出的微架構核心 術規格種類繁多 從單一伺服器到整 個 資 料 中 心 都 包 含 在 內 圖 4 在 資料中心將公開化 網路企業等大多傾向自行設計雲端 伺服器方面 包括了主機板的電路資 訊 電源規格 CAD 資料等 技術用資料中心或伺服器 在極端的 目前 Open Compute 的伺服器僅有 例子中 甚至會將自行設計的資料中 x 86 規 格 並 沒 有 採 用 ARM 架 構 心之技術規格對外公開 但 ARM 的 Ferguson 表 示 目 前 正 例 如 社 群 網 路 業 者 Facebook 便 在該公司的資料中心使用了超過 6 萬 在與 Facebook 協商 請他們在 Open Compute 使用 ARM 架構 台的伺服器 而 Facebook 在 2011 年 4 點我 看完整文章

48 技 術 分 析 TV White Space 有 一 個 關 鍵 詞 引 起 了 Google 及 Intel Microsoft 等 網 路 及 個 人 電 腦 業 界 龍 頭 的 強 烈 注 意 那 就 是 TV White Space 這 個 概 念 指 的 是, 有 條 件 開 放 原 本 分 配 給 無 線 數 位 電 視 播 送 的 頻 帶 給 其 他 無 線 服 務 使 用 這 究 竟 指 的 是 哪 些 服 務? 此 外, 這 些 企 業 真 正 的 目 的 是? 我 們 以 美 國 的 發 展 為 中 心, 整 理 了 TV White Space 的 現 狀 及 今 後 課 題 Phil Keys 48 TECH up 科 技 雜 誌

49 Technical Analysis 藉 由運用 TV White Space 將能 這 樣 的 發 言 是 由 於 了 解 到 2. 4 GHz 實現傳送距離長 速度快 連 及 5 GHz 頻 帶 等 不 需 執 照 的 頻 帶 擴 線可靠度高的 super Wi-Fi 大 了 WLAN Wi-Fi 市 場 因 此 目前 在美國的通訊業界及個人電 如 果 同 樣 不 需 執 照 開 放 電 視 頻 帶 腦業界 智慧型手機相關業界有一個 號 稱 super Wi-Fi 的 新 服 務 也 備 受 矚 目 的 關 鍵 詞 也 就 是 所 謂 的 可 望 登 場 根 據 英 國 市 場 調 查 公 司 TV White Space 這 指 的 是 將 分 Perspective Associates 的 調 查 配給無線數位電視播送的頻帶中空閒 使 用 TV White Space 的 無 線 網 路 事 的頻道 不需執照 限時撥給 WLAN 業 光 是 在 美 國 未 來 將 帶 來 585 等其他無線服務使用之概念 1095 億美元規模的利益 電 視 播 送 用 的 頻 帶 數 十 M 700 MHz 帶 由於電波容易轉向 因 目標是解決 頻率不足 的對策 此能增加傳送距離 如果像這樣用於 會 出 現 TV White Space 這 個 概 念 通訊服務的頻段能夠讓 WLAN 等其他 最 大 的 原 因 是 頻 率 的 不 足 特 別 是 服務使用 在相同的發送功率下將能 Google 及 Intel 等 大 企 業 都 表 達 了 強 擁有數倍的傳輸距離 烈擔憂 並加強對 FCC 的運作 圖 1 文章開頭的評論出自掌管美國頻帶 政策的美國聯邦通訊委員會 FCC 會 長 Julius Genachowski 他 做 出 Google 及 Intel 等 科技業界的憂慮 圖 2 今後不只是智慧型手機 各式各樣 的裝置使用無線服務的時代將會來 加強敦促 FCC 整備頻率 開放無線數位電視 播送的頻帶 電視播送電波 無線頻帶 可攜式裝置等用途 的頻帶在未來將會不足 圖1 Google及Intel等公司敦促FCC開放TV White Space Google及Intel等企業認為未來的可攜式裝置及M2M通訊用頻帶將會不足 為了確保能自由使用的 頻帶 這些企業積極向FCC運作 讓無線數位電視播放的頻帶得以使用

50 技術 分析 圖2 FCC及通訊業界的動向 IEEE及創投企業等也順應FCC的政策決定積極發展 發表資料庫營運業者 當時為9家 2011年1月 FCC 的動向 公布包括TV White Space 進行對應 構想在內的 Spectrum 裝置之測試 PolicyTask Force 報告 年11月 2008年 發表 TV White Space 公告使用TV White 的開放方針 2008 年 11 月 Space的各項規則 2010年9月 2008年 2002年 2009年 2010年 IEEE開始制定 IEEE802.11af 規格 2009年10月 IEEE開始制定 IEEE 規格 2004年10月 參考 日本總務省 決定了 White Space特區 2011年4月 通訊業界等的動向 參考 英國Ofcom發表了 TV White Space的 許可方針 2011年9月 2011年 IEEE 制定 IEEE 規格結束 IETF 開始開發 PAWS 規格 2011 年 7 月 Neul公開了 M2M用協定 Weightless 2011年9月 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers M2M machine to machine IETF Internet Engineering Task Force PAWS Protocol to Access White Space database 圖3 可當作TV White Space加以利用的頻帶 FCC規定可使用的頻帶與頻道號碼 頻率 MHz 54 頻道 號碼 臨 M 2 M machine to machine 說 只 要 不 會 對 電 視 播 送 等 1 次 使 通訊即為一例 為了擴大市場 必須 用者 造成影響 WLAN 及感測器網 要有充沛的無線頻率頻道 然而目前 路等 2 次使用者 便能使用此頻帶 能使用的頻帶不僅有限 限制也多 欲 推 動 此 政 策 的 國 家 不 只 美 國 由於全球許多國家都正苦於頻率不 TV White Space是 政策 足 的 問 題 因 此 相 當 期 待 新 的 頻 率 所 謂 的 TV White Space 其 實 是 政 使 用 構 想 除 了 英 國 及 加 拿 大 新 策 性 詞 彙 White Space 指 的 是 加 坡 等 國 已 經 開 始 研 擬 政 策 之 外 允許在需要執照的頻帶讓其他服務 也有國家正在制定技術標準 不需執照限時運作的構想 TV 則 代表美國的無線數位電視播送頻帶 54 M 698 MHz 圖 3 也 就 是 50 TECH up 科技雜誌 要求使用資料庫 在 FCC 所 制 定 的 TV White Space

51 Technical Analysis 技術標準中 為避免干擾到電視播送 中最重要的是連結至資料庫的功能 等 1 次使用者 因而對 2 次使用者的設 藉 由 連 結 到 管 理 TV White Space 資 備 訂 下 了 幾 項 限 制 事 項 表 1 其 訊的資料庫 2 次使用者的設備便能 表1 FCC的TV White Space技術基準 表由NE雜誌參考NICT的資料製成 黃色部分的客戶端裝置部分因限制放寬而變得容易達成 個人 可攜式裝置用無線通訊 personal/portable device 固定式無線通訊 fixed device 模式 1 客戶端 模式 2 基地台或 僅有感應功能之機器 的裝置 無線 AP 要求條件 位置情報取得 必須 功能 ±50m 精確度 不需要 必須 ±50m 每60秒 取得 不需要 連結至資料庫 必須 不需要 之功能 啟動時 1天1次 必須 不需要 啟動時 1天1次 每移動100m 電視播送電波 不需要 之感應功能 不需要 不需要 必須 ATSC在6MHz時 為-114dBm NTSC在 100kHz時為-114dBm 使用無線麥克風等在 200kHz時為-107dBm 可使用頻率的 2 51 頻道編號 有例外 2 51 有例外 2 51 有例外 2 51 有例外 4W 6MHz時1W 最大輸出 EIRP 100mW 100mW 50mW 使用鄰近頻道 使用鄰近頻道時為 使用鄰近頻道時 時為40mW 40mW 為40mW 設備於資料庫 必須 之登錄 不需要 不需要 不需要 最大資料傳輸率 Mbps 圖4 可擴大傳送距離 使用TV White Space的頻帶 將可增加傳送距離 若以IEEE802.11g作比較 可較使用2.4GHz帶 及5GHz帶時傳送更長距離 圖由NE雜誌參考Microsoft的資料製成 GHz 頻帶 使用 IEEE802.11g GHz 頻帶 使用 IEEE802.11g TV White Space 的頻帶 使用 IEEE802.11g 與無線AP的距離 m

52 技術 分析 圖5 業界期盼能夠擴大市場 TV White Space被設想使用於地方的無線ISP及M2M等服務 此外 進行硬體開發的企業與希 望擴大無線收發IC銷售的企業 以及網路相關企業 著手進行資料庫事業的企業都期盼市場能 夠擴大 服務及應用程式相關企業 智慧型電網等的 M2M通訊 地方的無線ISP 手機業者的 基地台之間通訊 硬體相關企業 基地台及無線AP 無線收發IC Broadcom Intel Neul 等 Adaptrum Carlson Wireless Technologies Motorola Solutions等 智慧型手機及網路相關企業 Google Microsoft Nokia 等 Google Spectrum Bridge Telcordia Technologies 等 掌握可使用的頻道 FCC 將負責資料 區為主要服務區域的無線網路服務 庫管理 營運的業者數目訂為 10 家 業者 ISP 以及智慧型電網等涉入 以 促 進 業 者 間 的 競 爭 截 至 目 前 M 2 M 通訊服務的業者都對 TV White Google 及 Microsoft 都 已 被 選 為 負 責 Space 寄予厚望 圖 5 資料庫營運之業者 例 如 美 國 德 州 的 ISP Rock 由 於 TV White Space 的 一 大 特 性 Solid Internet 公 司 便 指 出 由 於 為能使用較低的頻率 因此可增加傳 TV White Space 較 該 公 司 目 前 使 用 輸 距 離 圖 4 無 線 網 路 服 務 若 能 的 900 MHz 頻帶更容易在森林地區傳 結 合 此 特 性 基 地 台 數 目 可 較 使 用 送 因此服務範圍可以擴及過去電 2. 4 GHz 等 其 他 頻 帶 技 術 的 少 進 而 波不易到達的區域 降 低 業 者 的 投 資 成 本 因 此 以 郊 52 資料庫相關企業 TECH up 科技雜誌 在 智 慧 型 電 網 的 M 2 M 通 訊 方 面

53 Technical Analysis 提出了自行開發的無線網狀網路技 營運服務 術 的 T r opos Network 公 司 也 以 使 TV White Space 的 資 料 庫 可 掌 握 用 TV White Space 為目標 該公司 全美各地區的無線數位電視播送等的 表 示 TV White Space 是 以 低 成 電波使用狀況 根據 2 次使用者的需 本擴大本公司網路覆蓋範圍的一個 求提供各地區可使用之頻率頻道 圖 選 項 而 像 是 以 英 國 CSR 的 創 辦 6 例 如 FCC 在 2011 年 9 月 便 決 定 人 等 人 為 首 所 成 立 的 創 投 企 業 Neul 允許 Spectr um Bridge 公司進行 45 天 一 樣 的 開 發 專 門 用 於 TV White 的試營運 圖 7 Space 的 泛 用 半 導 體 產 品 之 公 司 也 資料庫所使用的協定也已展開標 準 化 動 作 網 路 相 關 的 標 準 化 組 織 已經出現 IETF Inter net Engineering Task 已開始試營運 Force 便 在 2011 年 7 月 著 手 制 定 2 在 TV White Space 這 一 連 串 的 發 次使用設備連結至資料庫時的協定 展 中 資 料 庫 相 關 業 者 的 動 作 特 別 Protocol to Access White Space 活 絡 有 些 業 者 甚 至 已 經 在 進 行 試 database PAWS 藍線部分為 電視播送 資料庫正在 搜尋的部分 黃線部分為 海上廣播等 褐色線部分為 電視播送中繼設備 顯示可使用的頻道 圖6 於資料庫檢索時的畫面範例 使用Telcordia的TV White Space用資料庫 搜尋德州特定地區可使用的頻率頻道之情景 畫面 顯示有18個頻道可供使用 畫面右方的綠色標記 此外 紅色標記代表無法使用的頻道

54 技術 分析 創投企業也加入 標價格為 5 美元 因此 Neul 於 2011 年 使用 TV White Space 時用到的通訊 9 月發表了該公司自行開發的 M 2 M 通 設備市場也出現了創投企業的身影 訊用通訊協定 Weightless 圖 年 成 立 的 Adaptr um 公 司 便 計 Weightless 是 傳 輸 小 容 量 資 料 用 劃以 2012 年為目標 將以 FPGA 為基 的 M 2 M 通 訊 協 定 資 料 傳 輸 速 度 雖 礎的固定式通訊設備商品化 由於該 低 其特點在於通訊頻帶即使狹窄也 公司以 QoS 技術為強項 他們希望使 可 使 用 Neul 公 司 認 為 若 是 使 用 用於 TV White Space 的無線設備 能 Weightless 協定 以 5000 萬 1 億英 達到像手機通訊般的高信賴性 鎊 約 億 億 日 圓 就 能 此 外 前 面 提 到 的 Neul 公 司 則 已 建 構 覆 蓋 全 英 國 的 M 2 M 通 訊 網 路 發售了基地台用的通訊裝置等產品 Neul 並 計 劃 提 供 Weightless 的 免 費 除 此 之 外 該 公 司 還 計 劃 於 2012 年 認證給終端裝置廠商 底前銷售內建用無線模組 模組的目 資料來源 Spectrum Bridge所提供的資料庫服務 資料交換處理 關於電視播送及 終端裝置狀況的 資料 由FCC或其他 政府機關提供 而 Microsoft 則 於 該 公 司 內 進 行 持有執照之裝置的登錄 是否要對外公開 之管理 資料庫 使用者 BASlink或電視 播送的中繼裝置 無線麥克風 公用 辨識處理可使用 的頻率 使用TV White Space的裝置 其他資料來源 資料同步 與使用TV White Space 的裝置之介面 使用TV White Space的裝置 使用TV White Space的裝置 BAS broadcast auxiliary service 圖7 Spectrum Bridge所營運的資料庫 資料來源是自FCC等機關取得並加以使用 這些原始資料經處理過後 在使用TV White Space 的 設 備 連 結 至 資 料 庫 時 便 會 提 供 可 使 用 的 頻 率 頻 道 等 資 訊 圖 由NE雜 誌 參 考Spectrum Bridge的資料製作而成 54 TECH up 科技雜誌

55 Technical Analysis 圖8 Neul的M2M市場用產品與系統 Neul已開始銷售使用FPGA的基地台與接收器 a 此外 Neul還以開發收發IC為目標 公佈 了名為 Weightless 的協定規格 b 另外也預計營運管理網路的 Neul Global Network System c 圖由NE雜誌參考Neul的資料製作而成 b Weightless 協定之概要 a Neul的產品 通訊方式 下載連結方式 上傳頻道數 實體層傳輸效率 MAC層傳送效率 平時 幀週期 平均資料傳輸速度* 1 基地台 接收器 TDD TDMA 秒 0.3Mbit/秒 * 1 使用覆蓋全英國之網路時 c Neul的網路系統 業務應用程式1 業務應用程式2 業務應用程式3 其他M2M服務業者 管理安全性及終端裝置位置資訊的 Neul Global Network System 對應Weightless 的網路1 對應Weightless 的網路2 測 試 Microsoft 使 用 了 TV White 電信營運商的網路 對應Weightless 的網路3 動態頻譜管理的 第一步 Space 的 電 波 用 來 在 行 駛 於 美 國 Google 及 Microsoft 等 大 企 業 會 華盛頓州總公司園區內的員工巴士 關 注 TV White Space 還 有 另 一 項 理 建 構 WLAN 連 線 環 境 圖 9 此 由 那 就 是 他 們 了 解 到 TV White 外 Spectr um Bridge 及 Carlson Space 是 具 體 實 現 動 態 頻 譜 管 理 Wireless Technologies 公 司 也 正 於 Dynamic Spectr um Management 郊區進行無線網路服務測試 DSM 的第一步

56 技術 分析 a Microsoft b Spectrum Bridge c Neul 圖9 網路試營運開始 Microsoft在行駛於總公司園區的巴士裝設了專用 天線 搭載TV White Space用接收器 可連線至 網 路 a Spectrum Bridge的 測 試 系 統 則 在 加 州進行郊區智慧型電網相關的通訊等營運 b左 上圖 另外還有俄亥俄州醫院的監視系統 右上 圖 及北卡羅萊納州的水管監視系統 下圖 c 為Neul在劍橋市設置的專用天線 屋頂部分 所謂的動態頻譜管理是指 即時管 置將不再受到頻率的限制 由於無線 理分配給各種無線裝置使用的頻率頻 頻率的管理將由伺服器或資料庫等雲 道 過去的頻率管理是在事前分配好 端系統負責 使用者將不需顧慮自己 固定的可利用頻率頻道 相對於此 在使用哪種頻帶 此時 雲端系統及 動態頻譜管理則是由資料庫在每次設 服務的重要性肯定將比過去更為吃重 備進行通訊前計算出最適合的頻率頻 道及通訊服務種類 並開放使用 而 TV White Space 目 前 正 有 限 度 TV White Space 雖 然 可 望 建 構 出 地 導 入 動 態 頻 譜 管 理 Google 及 次 世 代 通 訊 環 境 但 靜 觀 現 狀 將 發 Microsoft 都 認 為 相 同 的 頻 率 政 策 現 目前其實尚有許多課題 這些課 在未來將普及到電視播送以外的頻 題 大 致 可 分 為 三 項 分 別 是a無 線 帶 如 此 一 來 可 攜 式 裝 置 及 M 2 M IC 大 廠 未 積 極 參 與 b美 國 政 府 有 通訊可使用的頻帶將大幅增加 意 減 少 TV White Space 的 頻 帶 以 若動態頻譜管理成為趨勢 無線裝 56 待克服的三項課題 TECH up 科技雜誌 及c目 前 TV White Space 的 頻 譜 遮

57 Technical Analysis 2 NE NICT FCC Ofcom IDA fixed device personal/portable device ATSC 6MHz -114dBm NTSC 100kHz -114dBm 200kHz -107dBm Master device Slave device ms 400ms M 608MHz M 698MHz 2 54M 60MHz M 88MHz M 216MHz M 550MHz M 790MHz 8MHz -120dBm MHz 8MHz 100kHz 12.2dBm 100kHz -0.8dBm 100kHz 2.2dBm 4dBm 17dBm 50m 100m 50m 罩 過 於 嚴 格, 可 能 導 致 終 端 裝 置 的 製 造 成 本 上 升 a 的 無 線 IC 大 廠 未 積 極 參 與, 是 因 為 目 前 TV White Space 的 可 利 用 地 區 僅 限 於 美 國, 欠 缺 全 球 市 場 的 普 及 性 例 如,Qualcomm Atheros 公 司 技 術 副 總 裁 Bill McFarland 便 點 出 了 其 憂 慮, 目 前 TV White Space 可 使 用 的 頻 帶 還 未 能 由 全 世 界 共 同 分 配 截 至 目 前, 英 國 及 新 加 坡 日 本 等 國 都 已 開 始 制 定 使 用 TV White Space 的 技 術 基 準 ( 表 2) 今 後 的 重 點 將 是 其 他 地 區 能 普 及 到 何 種 程 度 而 b 的 美 國 政 府 的 動 作, 起 因 是 由 於 美 國 為 了 削 減 財 政 赤 字, 使 得 拍 賣 無 線 數 位 電 視 播 送 頻 帶 的 頻 率 以 健 全 財 政 的 提 案 浮 上 檯 面 美 國 政 府 若 是 實 施 拍 賣, 在 TV White Space 的 服 務 正 式 上 路 之 際, 可 使 用 的 頻 帶 將 會 減 少 如 此 一 來, 原 本 備 受 期 待 的 無 線 網 路 服 務 市 場 性 將 會 大 減

58 技術 分析 頻譜遮罩嚴苛 譜 遮 罩 比 WLAN 規 格 IEEE c 的 課 題 則 是 因 為 在 FCC 的 TV 還要嚴格 為符合此頻譜遮罩 得要 White Space 規定中 為了防止干擾 擁有自家的濾波技術 勢必造成成本 到其他服務的電波 對於頻率頻道的 上 升 依 Motorola 的 計 算 與 一 般 頻譜遮罩做了非常嚴格的限制 無 線 設 備 相 較 價 格 將 高 出 65 相較於過去一般的無線服務 FCC Motorola 除 了 提 出 這 些 疑 慮 外 還 訂 出 了 20 db 左 右 的 嚴 苛 數 值 這 是 要 求 FCC 大 幅 放 寬 頻 譜 遮 罩 的 頻 帶 為了避免電視播送電波使用鄰近頻道 外抑制比 圖 10 而 Motorola 也附 時電視受到雜訊干擾 帶 說 明 會 讓 使 用 TV White Space 為 達 到 如 此 嚴 格 的 頻 譜 遮 罩 必 須採取使用許多高成本濾波零件等 措 施 會 對 負 責 硬 體 開 發 的 企 業 造 的設備物理上遠離電視播送服務地 區 以避免對電視造成影響 無論如何 如果不克服這些課題 TV White Space 的市場便難以擴大 成負擔 因此美國目前已出現了要求放寬的 相關企業雖然希望能一面提出各種解 聲 浪 根 據 Motorola Solutions 公 司 決 方 案 一 面 發 展 但 今 後 2 3 年 向 FCC 提 出 的 請 願 內 容 目 前 的 頻 恐怕仍是一段艱困的時間 0.00 TV White Space 放寬提案 訊號輸出的容許值 db IEEE802.11n LTE IEEE TV White Space 目前規定 與中心頻率之間隔 數值為相對值 圖10 放寬嚴格的頻譜遮罩之提案 Motorola Solutions提 出 了 應 放 寬FCC所 制 定 的 頻 譜 遮 罩 之 提 案 相 對 地 業 者 會 讓 使 用TV White Space的裝置與電視播送地區離得更遠以避免干擾 圖由NE雜誌參考該公司資料製成 58 TECH up 科技雜誌 點我 看完整文章

59 電 子 世 界 Electronic World 由 於 東 日 本 大 地 震 所 引 發 的 核 能 電 廠 事 故, 患 者 對 曝 露 量 之 重 視 程 度 急 遽 升 高, 這 也 使 得 各 廠 商 積 極 研 發 能 夠 降 低 醫 療 設 備 輻 射 曝 露 量 的 技 術 市 面 上 開 始 陸 續 出 現 兼 具 醫 療 設 備 原 有 性 能, 卻 能 大 幅 降 低 輻 射 曝 露 量 的 技 術 照 片 :Getty Images

60 電子 世界 歐姆龍健康事業公司所研發 部健檢預防行銷組經理金家正表示 並由歐姆龍科林公司剛於 2011 曾有某家醫院對我們表示 我們醫 年 8 月底開始銷售的內臟脂肪測量裝 院希望能以縣內第一家不須曝露在輻 置 HDS 大 為 暢 銷 在 短 短 射線中即可測量內臟脂肪的設施作為 一個月就達成首年度銷售目標的一半 宣 傳 所 以 希 望 能 盡 快 購 買 到 此 商 左右 品 不斷地催促我們進行研發 由 該裝置是利用身體組成計等設備所 使用的阻抗法 測量以往必須用到 X 2011年是社會意識劇變的一年 光 電 腦 斷 層 掃 描 CT 裝 置 才 能 得 因使用醫療設備而曝露在輻射線 知內臟脂肪正確積蓄量的設備 亦即 中 也就是所謂的醫療輻射問題 近 具備不須曝露於輻射線中即可進行測 來受到社會各界的重視 圖 1 Konica Minolta Medical & 定的特點 根據歐姆龍科林營業總部營業戰略 Graphic 公 司 於 2011 年 4 月 推 出 的 超 a 以醫療設備低曝露量為中心的動向 之前 醫療設備 製造商 的動向 患者與 醫療機構 的需求 目前 2011 年 今後 尤其從2 3年前左右起開始積極研發 需求與企業研發 的新技術一致 只有部分地區 較為重視 歐洲等地 技術研發 進一步加速 重視度由2011年3月11日後 急速上升 日本的每人平均X光 CT裝置設置台數為全球第一 b 低曝露量的動向大致區分為兩個方向 減少輻射量 影像重建技術的進展 材料技術的進展等 低曝露量 X光CT裝置 DR 等 將部分功能代換 為其他方式 替換為MRI或超音波診斷裝置 替換為新技術 阻抗法 光等 圖1 醫療設備的低曝露量化受到各界重視 大約從2 3年前開始變得熱絡的醫療設備低曝露量對策趨勢 於2011年3月11日之後進一步加速 a 近來陸續發表的醫療設備低曝露量動向大致可分為兩種 b 60 TECH up 科技雜誌

61 Electronic World 音 波 診 斷 裝 置 SONIMAGE 613 的核能事故 因當時電視台等媒體連 亦 有 相 同 的 情 況 圖 2 該 裝 置 的 日不斷地以 X 光 CT 裝置為 6. 9 msv 特點在於為了方便觀察由骨骼到肌肉 等數據作為曝露量的比較對象 導致 等身體表面下方廣大淺層部位之狀 患者與醫療機構對於醫療輻射的重視 態 而配備能於上下方顯示橫長型診 程度急速升高 斷畫面的模式 根據 Konica Minolta Healthcare 營業總部行銷統籌部超音 開發的方向性與需求一致 波營業部代理部長伊藤卓表示 這 另一方面 醫療設備製造商其實早 款機器在試圖由 X 光攝影設備轉換為 在 10 年以前 就已開始嘗試各種降低 其他設備的整形外科中極為暢銷 醫 療 輻 射 量 的 措 施 尤 其 在 2 3 年 促成此狀況形成的幕後推手 在於 前開始 則更加積極推動 根據多家 2011 年 3 月 11 日東日本大地震所引發 醫療設備商及醫療從業人員表示 在 a 內臟脂肪測量裝置 HDS-2000 以不使用X光CT裝置的方式 測量內臟脂肪的面積 b 超音波診斷裝置 SONIMAGE 613 配備適合整形外科使用的模式 用來取代X光檢查 支援於上下方顯示 兩個橫長型畫面的功能 圖2 暢銷的 零曝露量 裝置範例 以零曝露量方式取代部份X光CT裝置或X光攝影裝置局部功能的新產品大為暢銷 例如歐姆龍科 林於2011年8月推出的內臟脂肪測定裝置 a 以及Konica Minolta於同年4月推出的超音波診斷 裝置 b

62 電子 世界 圖3 X光CT裝置的射線量變化示意圖 圖3為使用X光CT裝置進行檢查之最低限度必要射線量 綠線 以及實際檢查時的射線量 紅線 但僅為大致上的趨勢 並未以嚴密的數值進行比較 圖由NE雜誌依據東京大學醫學部附設醫院之 赤羽先生在GE Healthcare Japan舉辦之研討會中介紹的圖表加入說明等內容製成 追求更高畫質的診斷影像 具備射線量校準機構 與預測最佳值等功能 射線量 X光管球的能力不足 無法輸出診斷所需最低 限度射線量的時代 X光檢查器持續多列化 所需射線量持續增加 X光管球的能力提升 實現大幅低射線量化 的連續漸進法等技術 開始商用化 最低限度 實際情況 年 匯集各公司最新技術的 RSNA 北 另一個促使製造商由數年前開始即 美放射線醫學會 中 降低曝露量的 積極推動降低曝露量的原因 在於為 主 題 早 在2 3年 前 開 始 就 已 成 為 討 了提升畫質性能所進行之傳統技術研 論的重點 發工作 開始遇到瓶頸 例如 X 光 CT 在 2010 年 召 開 之 RSNA 中 德 國 裝置藉由多列化 多斷層切面 提升 Siemens 公司對於使用該公司 X 光 CT 診斷能力的競爭已達到一定的飽和程 裝置進行之所有部位檢查作業 提出 度 因此製造商將研發重點轉移至如 將把輻射曝露量降低至 每人全年自 何在維持畫質不變的情況下 降低曝 然 輻 射 線 曝 露 量 平 均 值 2. 4 msv 以 露量上 圖 3 下之數值目標 Siemens 日本分公司 在醫療設備製造商早已採取上述技 成 像 與 治 療 事 業 總 部 CT 業 務 管 理 部 術 研 發 方 向 的 情 況 下 再 加 上 此 次 產品經理早川護表示 因此 各公司 以核能事故為開端的社會觀念大幅 皆開始致力宣傳本身對於降低曝露量 改變 因而形成了目前的狀況 圖 1 的努力 62 TECH up 科技雜誌 a

63 Electronic World 圖4 焦點集中在全新的 影像重建手法上 近來各公司為了大幅降 低X光CT裝 置 的 曝 露 量 而積極研發全新的 影像重建技術 偵測器取得之原始資料範例 診斷影像範例 重建影像 多家醫療設備製造商認為 原本患 其中a可說是降低曝露量的主流趨 者對於醫療輻射的重視程度 長久以 勢 近 來 在 X 光 CT 裝 置 與 DR 數 位 來皆呈現北歐高於日 美的情形 但 X 光攝影裝置 digital radiography 是這次 每人 X 光 CT 裝置平均設置台 等方面 皆陸續發表運用影像處理與 數在全球中屬於壓倒性高數的日本 材料等技術成功降低曝露量的產品 患者與醫療機構的觀念卻出現了轉 亦即由數年前起積極推動的技術研發 變 這使得各界強力認為醫療設備的 工作已開始出現成果 低曝露量趨勢將發展為全球規模的巨 另 一 方 面 在b的 方 式 則 有 一 開 大轉變 看來為了降低醫療設備的曝 始介紹的歐姆龍科林推出的內臟脂 露量 所進行的技術研發工作 今後 肪測量裝置 以及 Konica Minolta 推 將會更進一步加速 出的超音波診斷裝置等範例 此外 Philips 日 本 分 公 司 於 2011 年 5 月 發 應降低射線量或替換為其他方法 表 於 日 本 國 內 啟 用 的 MRI Ingenia 整理各廠商為了降低醫療設備曝露 3. 0 T 亦屬於其中一例 該裝置的特 量所採取的措施時 可發現大致區分 點為不需使用需將放射性同位元素注 為 兩 種 圖 1 b 分 別 為 a 降 低 射進體內的 PET 正子斷層掃描 方 使用放射線之設備本身的射線量 以 式 即可檢查全身的癌細胞 其原理 及b將 使 用 放 射 線 之 設 備 的 局 部 功 為透過與日本半導體廠共同研發的方 能替換為其他方式 而兩種措施皆必 式 將 A-D 轉換模組 IC 化 得以將取 須運用以電子學為首的各種技術 得之類比訊號高速轉換為數位影像

64 電子 世界 圖5 使用連續漸進法的各公司影像重建技術範例 a 為腹部攝影 0.54mSv 中的傳統影像重建法 左 與 Veo 右 的比較情況 b 為 idose4 的效果 c 為 AIDR 3D 的演算法 圖 b 與 c 為NE雜誌依據Philips與東芝 Medical Systems的資料製成 a GE Healthcare Japan的 Veo b Philips公司的 idose4 Veo 傳統構成方法 空間解析度提升68 射線量降低50 空間解析度提升35 影像品質 idose4 idose4 idose 4 傳統的影像重建法 射線量降低80 劑量 c 東芝Medical Systems的 AIDR 3D 掃描器模型 診斷影像 最佳化處理 原始資料 更新 降低影像雜訊 統計模型 合成 結 果 使 得 原 本 長 達 30 分 鐘 的 MRI 全 中 以降低 X 光 CT 裝置射線量的技術 身檢查時間 得以縮短為 7 分鐘 研 發 工 作 最 為 熱 絡 該 裝 置 如 同 前 此 外 Canon 目 前 正 與 京 都 大 學 述 在核能事故相關報導中一直被提 結 合 彼 此 擁 有 的 關 鍵 技 術 研 發 可 出 6. 9 msv 的 數 值 但 事 實 上 最 使 用 光 技 術 取 代 乳 房X光 攝 影 裝 置 新型的裝置造成的曝露量正持續顯著 Mammography 的乳房檢測方法 並預計在 2015 年商業化 降低中 圖 3 例 如 GE Healthcare Japan 於 2011 年 5 月 發 表 由 總 計 112 個 核 心 的 微 射線量大幅下降的CT 在 使 用 放 射 線 的 第a種 醫 療 設 備 64 TECH up 科技雜誌 處理器與 168 Gb 記憶體所構成 名為 Veo 的 伺 服 器 模 組 即 為 其 中 一

65 Electronic World 圖6 以獨家冷卻技術實現雙管球方式 Siemens公司的X光CT裝置中 存在著名為雙管球方式的業界唯一機種 a 因為能高速進行掃描 因 此有助於降低曝露量 讓該公司得以設計出雙管球方式的關鍵 在於採用獨特的冷卻方式將管球小型化 b 圖由NE雜誌依據Siemens日本分公司之資料製成 a 採用兩個管球進行掃描 b 直接冷卻陽極 陽極 此次作法 管球 熱 陰極 冷卻油 陽極 傳統作法 熱 陰極 冷卻油 例 據該公司竹內昌平表示 將該 原理為 先輸入適當的預設值 再透 模組連接同公司製造之 X 光 CT 裝置頂 過不斷套用精準度較高數值的方式 級機種 Discover y CT 750 HD 時 獲得診斷影像的近似解析 名為 連 可將每次攝影的輻射曝露量降低至 續漸進法 的手法 藉由將傳統方法 與 拍 攝 X 光 片 相 同 等 級 的 1 msv 排除在運算範圍外的資訊一併納入運 以下 因此該公司認為亦可應用於 算範圍中的方式 而得以在低射線量 至今為止因為擔心曝露量而難以透過 的情況下 依然獲得足夠進行診斷的 CT 檢查及早發現骨盆 肝臟 胰臟 畫質 圖 5 a 腎臟內腫瘤等用途 以及兒童與孕婦 等患者身上 各公司陸續採用連續漸進法 Veo 為 利 用 X 光 CT 裝 置 偵 測 器 取 得 其他公司亦陸續發表了將連續漸進 之原始資料製作診斷影像 也就是所 法運用在影像重建程序中的 X 光 CT 裝 謂影像重建的相關技術 圖 4 具體 置低曝露量化技術 圖 5 例如荷蘭

66 電子 世界 的 Royal Philips Electronics 公 司 由 只 由 傳 統 機 種 的 10 秒 增 加 至 13 秒 左 2011 年 開 始 出 貨 的 idose 4 以 及 右 並說明在找出原始資料與重建 東芝 Medical Systems 於同年 10 月發 資料中雜訊的技術 以及消除雜訊的 表的 AIDR 3 D 等 兩者皆屬於可 技術上 採用了該公司的獨家專業知 將部分檢查部位的曝露量 較傳統機 識 圖 5 c 該 公 司 預 計 將 在 今 種大幅降低數十個百分比的技術 後銷售的高級機種至普及機種的所有 各公司的影像重建方式之間存在 X 光 CT 裝置上 逐一加入該功能 細 微 的 差 異 因 此 難 以 籠 統 地 比 較 其 局 部 性 能 但 Philips 公 司 與 東 芝 利用獨家管球實現低曝露量 Medical System 卻 以 影 像 重 建 運 除了影像重建技術之外 另有幾個 算 時 間 較 GE Healthcare Japan 的 實現 X 光 CT 裝置低曝露量的要素 其 Veo 短 的 優 勢 作 為 主 要 訴 求 例 如 中之一為輸出 X 光線的管球 Philips 公 司 的 idose 4 只 需 數 十 秒 至 數分鐘即可完成運算 圖 5 b Siemens 公司擁有同業之間唯一在 一台設備上配置兩個管球 亦即雙管 而 東 芝 Medical Systems 營 業 總 部 球 方 式 的 X 光 CT 裝 置 圖 6 根 據 CT 營業部營業技術負責人兼 CT 事業 Siemens 日本分公司的早川護表示 部 CT 開 發 部 臨 床 應 用 開 發 負 責 人 的 採 用 該 方 法 後 可 進 行 單 管 球 方 津 島 總 亦 強 調 以 輸 出 320 張 診 斷 式 難 以 實 現 之 每 秒 46 cm 的 超 高 速 掃 影像的時間為例 本公司的 AIDR 3 D 瞄 有助於降低曝露量 人工石榴石 使用人工石榴石的64列偵測器 圖7 偵測器的材料亦為今後降低曝露量的重要關鍵 GE Healthcare Japan的X光CT裝置上 配備了使用該公司自行開發之人造石榴石的偵測器 66 TECH up 科技雜誌

67 Electronic World 他更進一步表示 該公司是藉由獨 因此有助於降低曝露量 家研發之小型 X 光管球 得以在一台 甚 至 有 企 業 已 有 具 體 行 動 例 如 設備上設置兩個管球 並因為將傳統 Siemens 公司在 2011 年即併購了以研 採用間接冷卻方式的陽極 變更為直 發材料為業的 Acrorad 據說這是一 接接觸冷卻油進行冷卻的構造 圖 6 家擁有被認為可應用為 X 光偵測器材 b 而 得 以 實 現 12 cm mm 料 之 碲 化 鎘 CdTe 技 術 的 公 司 由此看來 各公司對於新一代偵測器 的小型管球 的研發工作 今後將更為積極 今後焦點在於偵測器 根 據 Philips 日 本 分 公 司 的 小 山 克 DR亦有低曝露量競爭 彥 表 示 今 後 繼 續 推 動 X 光 CT 裝 置 不 僅 是 X 光 CT 裝 置 連 DR 領 域 亦 的低曝露量化時 最重要的關鍵在於 開 始 積 極 地 設 法 降 低 曝 露 量 例 如 偵測器 且許多人亦抱持相同看法 Konica Minolta 與富士 Film 即分別於 例 如 GE Healthcare Japan 就 在 X 2011 年 3 月與 9 月陸續推出以低曝露量 光偵測器中採用自行研發的人造石榴 為 賣 點 的 DR 據 說 兩 者 的 曝 露 量 皆 石 圖 7 對此 該公司的竹內昌平 較既有產品大幅降低數十個百分點 表示 因可配合螢光體的頻率特型 Konica Minolta 的 Aero DR 運 調整材料特性 提升光的利用效率 用本身公司的生產技術與材料技術 a 將螢光體直接黏貼於TFT上 此次作法 b 平均成長與結晶的螢光體 傳統作法 螢光體 Csl 由側面觀看時的情況 俯瞰時的情況 螢光體 Csl 光線 保護膜 TFT TFT 圖8 以生產技術與材料技術作為武器推動低曝露量化 Konica Minolta的DR以直接將螢光體黏貼於TFT上的生產技術 a 以及讓螢光體平均成長與結 晶的技術為基礎 藉以降低曝露量 b 圖由NE雜誌依據Konica Minolta Medical Image的資 料製成