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3 c科技

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  1. 1. 3C科技
  2. 2. 什麼是 3C ? Computers Communications Consumer Electronics (Contents)
  3. 3. 目錄3C 緒論 緣起、目的、發展背景3C 發展現況 國際發展 國內發展3C 應用產品 企業使用類/網路型 資訊家電 家庭使用類 資訊家電 個人使用類 資訊家電
  4. 4. 目錄 (Cont.) 3C 關鍵技術 3C關鍵性硬體技術元件 系統模組技術、資料儲存與顯示技術 3C關鍵性軟體技術元件 整合軟體技術、多媒體處理技術 3C通訊網路科技 單晶片系統及智財模組 3C整合科技結論與展望
  5. 5. 3C 緒論1960年代到1980年代 資訊科技以大型電腦或迷你電腦為主 通訊科技以交換機式電話為重心 消費電子以類比電視為中心1980年代中期開始改變 集中式電腦被 PC 及客戶端伺服器網路取代 通訊與消費電子結合產生視訊電話及視訊會議 資訊與通訊結合產生區域網路技術與網路電話 消費電子與資訊結合產生數位電視技術
  6. 6. 3C 緒論 (Cont.) 90年代後期 個人式電腦又轉變為網路中心式電腦 網際網路及企業網路開始興盛 無線通訊技術快速發展及電信自由化也加速 網路通訊發展與網際網路普及 使資訊開始迅速進入消費者個人、家庭及辦 公室
  7. 7. 3C 緒論 (Cont.) 數位聚合 Digital Convergence 結合 資訊、通訊及消費電子 三大領域 使用者端的突破: 資訊家電(Information Appliances, IA) 網際網路家電(Internet Appliances, IA) 骨幹網路的提昇及結合 公眾服務電話網路 廣播電視、有線電視網路 無線通訊網路 光纖骨幹網路
  8. 8. 3C 緒論 (Cont.) 1999年產業已由『個人電腦時代』進入 『後個人電腦』或『後PC時代』 個人電腦時代 半導體技術的發展 高性能CPU及記憶體帶動電腦性能提昇 後PC時代 半導體技術的突破 單晶片系統 (System On Chip, SOC)成為21 世紀重點關鍵核心技術
  9. 9. 3C 緒論 (Cont.) SOC 包含內嵌入式軟體、微處理機、數位訊號處 理、邏輯IC、類比IC、及介面IC等,並包含 可重複使用之核心軟體智財模組 (Intellectual Property, IP) 3C整合之應用 使用者端之資訊家電 通訊網路系統 資訊、服務與應用服務端
  10. 10. 發展現況 - 國際發展3C產業整合之發展 Intel跨足通訊/網路和數位式消費電子,併購 Level one and DSP Communication, Dialogic, L&H 微軟以 Windows CE跨足數位式消費電子,如 掌上型或個人數位助理(PDA),最近又跨足視 訊轉換系統及具Internet之網際網路電話 Sony跨足以網路為基礎的數位電子化產品及 資訊家電,並積極研發IP/Web數位視聽之產 品
  11. 11. 發展現況- 國際發展(Cont.)3C媒介與網路結合之發展 有線電視透過 HFC 和 Cable Modem 進入 Internet Cisco (思科) 和 Lucent (朗訊) 積極研發 VoIP (Voice over IP) 無線或行動通訊的語音網路也快速部署蜂巢 網 (Cell Network),使得 Phone 可打電話外 也可隨時接收 email 和 internet access 的功 能
  12. 12. Hybrid Fiber Coaxial(HFC) 混合光纖同軸網路主幹是光纖(Fiber)網路,末端枝幹是雙向同軸電纜線( Coaxial Cable)。在主幹網路上,每條光纖採用環狀結構連接,確保一條網路斷線時,另外一條網路仍能傳遞資料,提高系統可靠度,以光波傳輸訊號,傳輸距離長,提供高速連接至光纖節點(Fibernode),由光接收機將光訊號轉為電視訊號,再改經同軸電纜傳送至用戶終端。HFC 網路的頻寬達750MHz,以6MHz來劃分整體的頻道,可容納高達110個類比視訊頻道,或1000個數位節目。
  13. 13. 發展現況- 國際發展(Cont.)3C整合之產品與技術發展 Nokia, Motorola 以行動手機為通話基礎, 並納入 Internet access 的功能,成為個人 行動式資訊家電 掌上型個人數位助理也結合第三代通訊連成 企業網及家庭網 個人型/行動型 資訊家電 家庭式/娛樂式/視聽式資訊家電 企業型/網路型資訊家電
  14. 14. 發展現況- 國內發展資訊、通訊基本建設之推動 民國83年成立國家資訊基本建設推動小組 落實電信自由化 建立網網相連環境 大幅提高國家競爭力 1998年底,Internet用戶超過300萬戶 架設全國寬頻網路環境
  15. 15. 發展現況- 國內發展 (Cont.)資訊、通訊之發展 主要資訊硬體包括主機板、顯示器、掃描 器、滑鼠鍵盤、數據機、光碟機、筆記型電 腦等 通訊產業包含無線網路及手機,產值呈倍數 成長 高階的交換器、路由器、及廣域網路產品市 場持續擴大
  16. 16. 發展現況- 國內發展 (Cont.)消費電子產業之發展 傳統消費電子產業多處於成熟期,多數視訊 產品出貨量小,並逐年衰退 電視機、錄影機 新興3C整合或資訊家電產品預期市場龐大 數位影音光碟、DVD、數位照相機、網際網路視 訊轉換器 個人數位助理
  17. 17. 發展現況- 國內發展 (Cont.)半導體產業之發展 晶圓代工、動態隨機存取記憶體(DRAM)仍 蓬勃發展 半導體製程技術加速進步 單晶片系統為未來半導體產業帶來革命性的 突破
  18. 18. 3C關鍵技術SOC(單晶片系統)之定義 SLI – System Level Integration 高集積的特殊應用半導體元件 將系統中功能不同之晶片整合成一晶片,並 可執行原有系統之功能 一般來說,可依顧客需要,使用電路元件資 料庫設計特殊之應用積體電路(ASIC) 具有重複使用之功能 SOC應包含微處理機單元、數位訊號處理單 員、記憶體單元、資料處理交流介面、及特 殊應用電路單元
  19. 19. 3C關鍵技術 (Cont.)3C關鍵性硬體技術元件 晶圓技術、半導體電子零件 重複使用核心軟體智財模組 (Intellectual Property, IC) CPU/DSP IP, Embedded Memory IP, and Analog IP VLSI – Very Large Scale IC 微處理器、數位信號處理器、邏輯IC、類比 IC、及介面IC Board-Level Integrated Design
  20. 20. 3C關鍵技術 (Cont.)3C關鍵性軟體技術元件 硬體描述語言、硬體元件驅動軟體、 中間層軟體、 嵌入式作業系統、即時作業系統、 多媒體處理技術及壓縮演算法、 應用軟體、資料庫系統、 瀏覽器、 人性介面軟體工程
  21. 21. 3C關鍵技術 (Cont.)3C通訊網路科技 電信網路、有線電視網路、及電腦網路之整合 傳統電話網路、整合型數位服務網路、高速骨 幹網路 小型區域網路、高速區域網路、超高速及整合 服務區域網路 無線通信網路、衛星通信網路、蜂巢式行動電 話網路、高速無線區域網路
  22. 22. 3C應用產品企業使用類/網路型 資訊家電 網路電腦/精簡型電腦 視訊會議 網路路由器 非對稱式數位用戶迴路數據機(ADSL) 纜線數據機(Cable Modem)
  23. 23. 3C應用產品 (Cont.)家庭使用類 資訊家電 數位影音光碟機(DVD) 電視遊樂器 網際網路用視訊轉換器(Internet STB) 數位電視(DTV, Digital TV) 數位式廣播視訊轉換器(Digital Broadcasting STB)
  24. 24. 3C應用產品 (Cont.)個人使用類 資訊家電 個人數位助理(PDA)或掌上型電腦(Palm PC) 手提式電腦(HPC, Handheld PC) 影像電話(Video Phone) 智慧型電話(Smart Phone) 專用無線數據機 螢幕式電話(Screen Phone)
  25. 25. 3C應用產品 (Cont.)發展中的3C整合技術 家用數位網路技術 超級媒體行動電話 即時性作業系統
  26. 26. 3C關鍵性硬體技術元件晶圓技術 將IC設計圖,轉製在數層光罩 (TMA) 上,透過積體 電路晶圓的製造流程後,以矽晶圓為基材,將光罩 上的設計在轉置於晶圓上。 1999年半導體製成技術的線幅寬已達0.18um,可將 十億個電晶體做在一個晶片上。 現今晶圓代工廠的服務範圍已經擴大到設計支援、 光罩製作、晶圓製造、晶圓測試封裝等。如:台積 電、聯電。
  27. 27. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)半導體電子零件 半導體被大量用來製造電晶體,是一種導電力介於 導體和非導體之間的物質。 由於半導體能量障礙(亦即電阻)並不大,所以如果給 予能量,或者是適時加入減小能量障礙的物質,就 可以改變電阻,電子工業便是利用這種特性,將半 導體製成許多電子元件。 半導體的應用範圍相當廣大,從二極體、電晶體到 發光二極體等,以及各種顯示器,太陽能電池、功 率元件、放大器...等都可以看到半導體元件的存在。
  28. 28. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)重複使用核心軟體智財模組(IntellectualProperty,IP) 舉例而言,當家中要進行裝潢的時候,室內設計師 就像IC設計公司會針對客戶需求進行空間規劃,在 設計的過程中,也許需要有海浪波紋的磁磚,而這 些磁磚就是一種矽智財,幫助讓設計師做不同的應 用。 有了智財IP模組供設計者使用可加速產品的開發。
  29. 29. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)智財模組 在半導體不景氣中,IP營收卻迭創新高,可 見IP REUSE已為IC設計者廣為接受。其主 要元件有以下: CPU/DSP IP Embedded Memory IP Analog IP
  30. 30. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)Very Large Scale IC -超大型積體電路 原理是將電路的三種元件─電晶體、電阻和電容,放 在一片矽上,縮短電子移動的距離,大大改善早期電 腦使用玻璃真空管體積大、容易破碎、發熱量大等缺 點。 積體電路有時亦稱晶片或微晶片,是一種包含許多電 子元件的半導體。把電晶體、二極電阻器、電容器及 導線等電子元件,安裝在一個半導體基體上,可以用 作擴大器、振動器、計時器、計數器、電腦記憶體或 微處理器。
  31. 31. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)微處理器 微處理器是一種積體電路,於1971年發明,是一顆 單晶片,能夠執行命令。 通常包含電腦的控制單元與邏輯運算單位,最新的微 處理器還包含快取記憶體。 它具備完整的中央處理器功能。
  32. 32. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)數位信號處理器(DSP ) DSP是利用積體電路(IC)處理類比訊號的技術。 常見應用在語音辨識、影像處理、高速數據機、行動 電話及視訊介面等,可提高數位通訊的準確性與可靠 度。DSP電路可以將原本紛雜的人為訊號,區分為有 序的跟吵雜的。
  33. 33. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)邏輯IC IC(Integrated Circuit, 積體電路),又被稱為 是「資訊產業之母」,是 資訊產品最基本、也是 最重要的元件。 邏輯IC是將電晶體、二極體、電阻器及電容器等電 路元件,聚集在矽晶片上,形成完整的邏輯電路, 以達成控制、計算或記憶等功能。
  34. 34. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)類比IC 類比IC是處理有關類比信號的IC。因能耐高壓、耐 大電流。 主要運用在數位類比轉換器(A/D or D/A Convert) 、電源供應器(Power Supply)等。
  35. 35. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)介面IC 介面IC是運用於控制不同介質的溝通介面之IC。 如未來健保IC卡上之智慧卡介面IC及整體服務數位 網路介面積體電路之ISDN介面IC
  36. 36. 3C關鍵性硬體技術元件(Cont.)Board-Level Integrated Design 機板層級整合設計是利用有如麵包板為連接電路平 台之IC邏輯電路設計,並可利用模擬軟體進行模擬 電路如Pspice。 機板層級整合設計包含8051及FPGA Board等之IC 晶片整合設計。
  37. 37. 3C關鍵性軟體技術元件硬體描述語言硬體描述語言(Hardware Description Language)只是一種程式語言介面;它提供了一個極具彈性的設計入口,以作為電路設計者與各種電腦輔助設計工具之間溝通的橋樑 。硬體描述語言進行設計-亦即功能的行為描述(behavioral description);為能明確及有效率地描述模組的內部功能,各模組之下可能再細分成數個子模組(sub-module),直到能以可合成的語法描述為止。目前主要常用的語言有VHDL及Verilog HDL。
  38. 38. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)硬體元件驅動軟體 硬體元件驅動軟體主要是用於啟動硬體元件之驅動 軟體,以達到硬體元件能正常運作。 如USB之主控制器驅動軟體對USB主控制器進行控 管,提供一個獨特的主控制器的程式介面。
  39. 39. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)中間層軟體 中間層軟體(middleware)乃在解決不同作業系統 間彼此資料溝通的跨平台軟體。 中間層軟體之特色為它的市場空間很大,不像應用 軟體,技術上很容易被取代。
  40. 40. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)嵌入式作業系統 嵌入式作業系統乃是把整個作業系統和硬體系統包 成套件,當套件被啟動時,此系統便會自動運作, 其特色為耗電量低、容量小。 如PDA之Palm和Windows CE等等。
  41. 41. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)即時作業系統 即時作業系統常被用來作為特定應用系統的控制裝 置,具有定義精確的固定時間限制,系統必須在時限 內對程式呼叫做出反應。它還要具備一般作業系統的 程式多工與檔案管理的能力。 目前的RTOS有VxWorks, C-Executive, Nucleus, PSOS+等等。
  42. 42. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)多媒體處理技術及壓縮演算法 多媒體包含了影像、聲音、文字、圖形,甚至動畫等 資料,在處理時必須注意下列事項: 壓縮影像大小 : 有關於放映的速率及預留給聲音資料的空 間。 還原影像大小 : 與全螢幕、切割螢幕、縮小螢幕有關。 放映速率 : 每秒播放30張或15張。 最大還原時間 : 即時影像或圖形運算操作的等待時間。 發展使用 3/4的解壓縮影像取代全螢幕影像,如此即可允許有較 多時間做影像處理,也有更多的磁碟空間給額外的影像或其他 資料;另外,還可因多餘時間處理影像而使影像品質提高。
  43. 43. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)應用軟體 主要是為了解決某種特定的問題而設計的軟 體。資料庫系統 基本上是電腦化的資料保存系統,主要以電 腦化的方式來維護資料且讓使用者依據不同 的需求快速取得資訊。
  44. 44. 3C關鍵性軟體技術元件(Cont.)瀏覽器 瀏覽器(Web browser) 又稱 Internet browser 瀏覽器。 是用戶的應用軟體,它可在任何圖像式的用戶介面 上使用,如 Microsoft Windows 3.x、95、98、NT 和 Apple MacDS。 透過 HTML 語 言,它可以處理及顯示文字、圖像、 聲音及影像 。人性介面軟體工程 人與電腦間溝通,具有親和、體貼的軟體介面設 計。
  45. 45. 3C通訊網路科技電信網路 所謂「電信網路」,係由交換機、用戶設備、交換 機間的線路,以及交換機與用戶設備間的線路所構 成。這些線路可以是有線,也可以是無線(即電 波)。 實際上,因交換機為數眾多,不同區域間的交換 機,多透過長途交換機轉接。
  46. 46. 3C通訊網路科技(Cont.)有線電視網路 CATV - Community Antenna TV 1948年 第一個有線電視網路在美國架設 台灣在民國57年在台中清水、大甲架設 有線電視網路由頭端、傳輸線路及用戶端所構成 : 頭端是負責控制及維護整個有線電視網路的運 作。 傳輸線路是負責傳送頭端及用戶端兩者的訊號到 對方。可分同軸電纜與光纖電纜兩種。 用戶端是指有線電視網路訂戶的家中。有Cable Modem 與 Set-Top Box 兩種設備。
  47. 47. 3C通訊網路科技(Cont.)電腦網路之整合 目前電話網路、電腦網路與有線電視網路的整合已 使得產業趨向模糊化,但對終端的消費者而言,卻 可以享受到新的通訊服務。 電話與電腦網路之整合產生了時下最熱門的商品- 網路電話 (VoIP)。 電腦網路與有線電視的結合則產生了網路電視(Web TV)。 電話網路與有線電視網路的整合,產生了視訊會議 (Video Conference)與纜線數據機(Cable Modem)。
  48. 48. 3C通訊網路科技(Cont.)傳統電話網路 傳統電話網路以電路式交換 (Circuit Switching)的方 式透過雙絞銅線或T1(24頻道、1.544M)連接 PBX 來傳遞電話兩端的訊息,採用是一戶一組電話號碼 方式。 雖然提供了良好的服務品質,但在使用時卻會佔據 了網路與層層的轉接,在使用者付費的觀念下,計 時收費的結果也使得透過傳統電話溝通的成本居高 不下。
  49. 49. 3C通訊網路科技(Cont.) 整合型數位服務網路(ISDN) ISDN就是 Integrated整合、 Service服務、 Digital數位和 Network網路 的組合。ISDN以點對 點全數位化(Point-to-Point Digitized)的方式來傳 送電子資料,且能和傳統的PSTN電話網路連 接,因此仍保有PSTN無遠弗屆的特性。ISDN的 應用不是只限於資料傳輸,在語音上同樣具有強 大的功能。
  50. 50. 3C通訊網路科技(Cont.)高速骨幹網路 高速骨幹網路在整個Internet中扮演著重要的角色。 就好似高速公路一般,所有的接取網路都透過骨幹 網路來傳輸將資料送達遠端的另一網路。骨幹網路 大都是屬於光纖網路或ATM網路,具備極大的頻寬 以應付大量的資料傳輸需求。
  51. 51. 3C通訊網路科技(Cont.)小型區域網路(LAN) 規模範圍較小的內部網路,例如公司企業內部或校 園宿舍所使用的小規模網路。通常這些都是採用 10/100 Mbits 之乙太網路 。高速區域網路(High-Speed LAN) 內部網路,但通常使用的是100/1000 Mbits 之高速 乙太網路、光纖、 或ATM網路。
  52. 52. 3C通訊網路科技(Cont.)超高速及整合服務區域網路例如有線電視網路便是此一例子。在有線電視網路中,除了原本的電視觀賞外,我們還可以透過它來存取Internet,達成單一網路多重用途的目的。無線通信網路利用無線通訊的技術,取代了傳統以線材(如光纖、雙絞線)來傳輸的方式,使得網路的架構不再受到線材的羈絆。常見的無線網路有IEEE 802.11、衛星網路、蜂巢式網路等等。
  53. 53. 3C通訊網路科技(Cont.)衛星通信網路透過衛星的通訊來傳遞資訊,最大的優點在於因為衛星的通訊範圍在地球上是無遠弗屆的,因此不管是身在何處都能通訊無礙 ; 對於地面網路不發達或難以舖設的地方衛星通信是一個解決方案。
  54. 54. 3C通訊網路科技(Cont.)蜂巢式行動電話網路 蜂巢式網路是目前行動電話系統所使用的網路架 構。網路中有一個或一個以上的行動電話交換中 心,其下轄有若干基地臺,每個基地臺會依需要和 不同的天線設計,負責一個到三個蜂巢,或稱細胞 (cell)。蜂巢式無線網路就是由許多蜂巢細胞所組 成,一個蜂巢都有其控制頻道、信號強度接收器及 許多的通話頻道。可依照蜂巢網路通話密度之需 要,選擇通話頻道之數目、覆蓋區域及使用不同的 頻譜。
  55. 55. 3C通訊網路科技(Cont.)高速無線區域網路 1999年IEEE組織所推出的802.11b即為一高速無線 區網,又稱Wi-Fi 。此標準原是企業為節省安裝有 線區域網路的成本而發展出來,現在Wi-Fi產品已成 為消費性網路產品的主流。使用者配備無線Wi-Fi裝 置,如PCMCIA無線網路卡,即可在距無線橋接器 (wireless access points)500英尺的範圍內接取 企業的網路或收發email。但因為無線傳輸技術上的 難度問題,傳輸速度上尚無法和有線網路相匹敵。
  56. 56. 單晶片系統及智財模組單晶片系統之探討 設計流程面臨之挑戰 製程技術面臨之挑戰 設計工具面臨之挑戰 設計技術面臨之挑戰 測試技術面臨之挑戰 構裝技術面臨之挑戰
  57. 57. 單晶片系統及智財模組 (Cont.)智財模組之探討 選定微處理機核心技術 其他核心技術(DSP, Memory, Analog)及介 面技術之配合 考慮因素包含功能性、速度、功率消耗、價 格、可靠性、及簡單、發展時程短等
  58. 58. 3C整合科技結論與展望由於網際網路及半導體積體電路之快速發展,數位聚合及單晶片系統或系統層次整合為新世紀所矚目之重點技術2003年全球將有超過2100萬台掌上型裝置與超過5000萬台行動電話,與網路相連,網際網路人口將達5億,遠超過傳統使用PC的人口
  59. 59. 3C整合科技結論與展望 (Cont.)後PC時代特色:價格低、產量大、成本低,產品個人化、應用差異化、樣式多元化,預期2010年,將佔有全球80%的半導體市場隨著晶片集積度提高,設計流程、志成流程、設計工具、設計技術、策市技術及構裝技術皆面臨極大挑戰
  60. 60. 3C整合科技結論與展望 (Cont.)發展SOC所需之關鍵性智財模組也是需要加以重視的一環,必須考慮之因素包含性能、價格、可靠、簡單等3C整合科技願景 “以單晶片系統(SOC)科技為核心之3C整合 技術及產品,規劃推動策略及方向,協助相 關產官學研單位,建立IP設計,培育人才, 加強應用能力,使我國成為世界3C整合產 品研發與製造中心”─行政院3C科技白皮書

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