2014 Computex新趨勢：NFC-價廉物美的物聯網通訊技術

Author：Maxwell Chen  陳世芳
Version：1.1, 2014/7/12
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        每年的Computex是觀察新科技趨勢的好時機，可以面對面與自己想要投資或已經投資的科技公司的高階主管或業務人員討論新產品的未來發展趨勢，個人認為比去參加法說會還要有幫助，效果非常好。今年Computex我看到的新趨勢有：（1）NFC(Near Field Communication)的標籤(Tag)與貼紙(Sticker)，售價降到甜蜜點(sweat spot)，應用越來越廣泛；（2）RF遙控器正逐漸取代紅外線（IrDA）遙控器；（3）4G與光通訊帶動NAS(Network Attached Storage)銷售暢旺；（4）智慧家庭裝置(智能插座、溫濕度感測器、智慧燈控...etc)開始受到歡迎。為了讓大家清楚瞭解我想要表達的意思，後面先說明基礎物聯網概念，然後再逐步介紹相關新趨勢的發展。



        自從台積電董事長張忠謀公開演講看好物聯網(Internet of Things, IoT)之後，這個題目變成顯學。上述我觀察到的五個新趨勢，恰好都與物聯網有關，我個人十分認同物聯網將在未來扮演很重要的角色，值得投入研究。我所定義的物聯網和別人不太一樣，從架構上來區分，可以分成：（1）感應與反應層(Sensing & Responding Layer)；（2）通訊層(Communications Layer)；（3）雲與人工智慧層(Cloud & Artificial Intelligence Layer)；（4）端與人類決策層(Device & Human Decision Layer)。

        感應與反應層主要是各種感測器、致動器（如馬達、機械開關...）、發光體(LED)...等等。所謂的物聯網，其含意是智慧感測網路(Smart Sensing Networking)，有別於過去的數位化/自動化(Digitization/Automation)概念。最大的差異就是一般講自動化/數位化，強調致動器、發光體的控制，物聯網則更重視感測器的訊號回傳給雲層與端層，然後讓人做決策或具備人工智慧的軟體做決策。因此可以做到比自動化更智慧的效果。
        通訊層按照供電技術，又可以分成三種：（1）被動式通訊(Passive Communication)；（2）半主動式通訊(Semi-active Communication)；（3）主動式通訊(Active Communication)。NFC與RFID屬於被動式通訊，透過天線吸收射頻能量(RF Energy)，讓NFC SOC(System On a Chip)動作之後，再把訊號回傳。說白話一點，被動式通訊不需要電池，也不需要插電，可應用的範圍最廣泛，數量最大，成本最低，是一個未來上看數千億元新台幣規模的市場。全世界目前有70億的人口，如果每人每年使用2個NFC Tag，總價值US$1元，一年就有70億美金（2100億元新台幣）的市場。
        NFC與RFID(Propriety)技術，是物聯網非常關鍵的核心。人無法與機器溝通，使用NFC手機讀取電子裝置的資訊，顯示在智慧手機上，是目前最便宜的物聯網應用方案。因此，韓國的工研院(ETRI)認為NFC/RFID就是物聯網的鑰匙，是人類與機器溝通的橋樑。

        半主動式通訊結合能量採集(Energy Harvesting)與SOC，不需要電池與插電，可以傳輸的距離也比被動式遠數倍。可惜，能量採集的技術目前還不是很成熟，售價非常昂貴，僅少數應用才能負擔半主動式的售價，距離大量普及，還有數年的時間。
        主動式通訊是大家耳熟能詳的技術，可分成有線與無線兩種，需要插電或是電池供電。有線主動式通訊的技術包括Ethernet(IEEE 802.3)、DALI(Digital Addressable Lighting Interface)、Bacnet、KNX、Lonworks、DMX(Digital MultipleX)、PLC(Power Line Communication)、USB、Thunderbolt、RS232、D-Sub、HDMI、Display Port...等等。無線主動式技術就更多了，包括WiFi(802.11)、Zigbee、Bluetooth/BLE、Zwave、Jannet、Enocean、Clear Connect、2G/3G/4G LTE、Insteon、ONE-NET、Ant/Ant+、DASH7、Wireless KNX、RuBee、Wireless HART、6LowPAN...等等。技術的細節非本文重點，在此不贅述。
        雲與人工智慧層可分為雲儲存和雲運算。雲儲存來說，我的分法是私有雲、免費雲、付費雲。NAS是私有雲儲存的極致，隨著光通訊與4G LTE技術進步，家裡放一台10TB以上的NAS，有許多方便的好處。NAS的優勢在於：（1）空間大(4-bay, 4TB*4, RAID 5容量可達10TB)；（2）隱私權，私人資料上傳到公司/公眾網站總是不太好；（3）可供家中多人分享使用；（4）原廠的APP達到及格的程度，第三方的APP頗好用。付費雲首選是Google Drive，如果是10TB的方案，月租費是US$99.99元，三年的成本約US$3600元（NT$10,800元）。相較之下，如果我買一台4-bay NAS，約NT$30,000元、加上四顆4TB的硬碟，約24,000元。大約是Google Drive的半價。如果用50W來估計NAS耗電，每度電用NT$3.5元估計，三年的耗電量約1314度電，電費約4599元。在大容量的情況下，NAS的成本約是Google Drive的60%。如果用量不大的話，用免費雲就好了，最省錢。
        台灣的NAS領導者主要有三家：(1)QNAP威聯通；(2)Asustor華芸科技；(3)Synology群暉科技。三家公司各有特色，QNAP以商用為主，產品追求高效能，這幾年往Intel Core i3/5/7、10GbE、Virtual Machine(VM)等先進應用發展。VM功能讓家裡的電腦不用安裝應用程式，直接透過VM使用NAS上面的程式，節省維護個別電腦軟體的時間。正版程式光碟片有防燒烤保護，限定使用光碟機安裝，NAS需要能夠外接光碟機，讓VM支援更多軟體。有大量資料(100GB以上)需要每週備份到NAS的朋友，可以考慮QNAP TS-470Pro，需要搭配使用Netgear R7000/R8000 Nighthawk 無線IP分享器，就可以擁有很好的備份速度。如果經費允許，亦可以使用10GbE的有線傳輸備份，惟目前NAS專用的10GbE網路卡售價在1萬元新台幣左右，8 port 10 GbE Switch售價在5萬元新台幣。就個人的使用經驗，傳輸速度的快慢，最後還是取決於CPU。Intel Core i3/5/7的速度大於Atom，Atom又比Marvell Amanda還要快。

        個人使用QNAP的NAS多年，TS-219P & TS-419PII，深深被其強大的功能所吸引。下一台預計採購的NAS，CPU要是Intel i3以上，16GB DRAM for VM，支援Thunderbolt PC←→NAS雙向傳輸。
        Asustor華芸科技是華碩的子公司，公司成立約三年時間，已經逐漸在市場上打出名號，成長快速。Asustor的功能雖然輸給QNAP，但幾個貼心的軟體設計，讓NAS的使用變得比較簡單，獲得越來越多使用者的青睞。
（1）系統資料與安全上，支援AVAST Anti-Virus：雖然NAS使用Linux OS，不會中毒。但是當把NAS的檔案Copy到PC時，卻會讓PC中毒。如果NAS上有防毒程式消滅病毒，對家庭網路來說是很有幫助的。以我多年的使用經驗，AVAST Anti Virus是目前防毒軟體當中的第一名。
（2）Takeasy (影片下載)：下載備份網路影片與播放清單，影片格式和畫質也可選擇，想要將整部影片都下載一點都不困難。
        雲運算也就是人工智慧（Artificial Intelligence）。以風力發電的SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)系統為例，遠在歐洲的Vestas、Siemens監控中心，可以隨時知道台灣的風機的狀況（Real Time Monitoring），監控中心軟體收集數據，並進行統計分析，可以事先預測某些零組件的使用壽命，並且在災害發生之前，提早派員維修。或者是災害發生之前，停止風機運作，等待維修。
        端層包括PC/NB、平版電腦、智慧手機、遙控器、控制面板、Terminal...等等。端層的作用主要是讓人瞭解狀況，以及下達指令。
        NFC的應用非常廣泛，核心應用是電子支付(Payment)，其他還有上下載（韌體程式更新）、門禁、追蹤、定位、控制、授權、無線配對(Pairing)、遊戲、防偽(Anti-counterfeiting)、會員服務(Membership)/產品保固註冊...等等。

        微波爐的差異化之一，來自於烹調程式。新的NFC微波爐，可以透過智慧手機的APP，把最新的烹調程式下載到微波爐上，擴充新功能。代表產品Panasonic NE-R3500, LG Lightwave DIOS。飯鍋、洗衣機、家用醫療器材都可以透過NFC擴充產品公司，代表產品有Panasonic SR-SX102/182、NA-VX8200/VT8200、EW-FA43/NK63/BW53。目前Panasonic的產品使用者，已經有20%是年長族群。

        Panasonic的NFC電冰箱，目前使用NFC進行會員產品註冊。未來這個概念可以擴大到全部的電子產品。新的產品註冊流程：(1)下載App到手機或平版；(2)開啟手機或平板的NFC功能；(3)在App上註冊新會員或輸入舊會員的帳號與密碼；(4)開啟App中新產品登陸的頁面；(5)把NFC手機往新產品靠近，取得產品序號與相關資訊，登錄資訊上傳到雲端資料庫；(6)完成積點累積，當累積到一定的點數，可以換贈品或給予消費折扣。

        在過去品牌商受到通路的卡位，有的狀況下無法知道真正使用者是誰，因此比較難做促銷與客戶服務，只有通路才知道真正的客戶是誰。NFC標籤幫助打破這個限制。我們以藥品、健康食品為例，過去威而鋼（Viagra）的原廠Pfizer公司，並不清楚哪些人吃了他們家的產品。如果能夠鼓勵他們上網站登錄，留下會員資料，分析他們的銷售數字，應該是可以做一些行銷活動，增加客戶的忠誠度。同時，個人也知道所買的產品是正品，非仿冒品。

        解決會員服務與仿冒方法是一張不到新台幣10元的NFC貼紙（易碎型標籤）。NFC貼紙使用前，會經過一台NFC印表機，把產品的相關資訊寫入NFC晶片裡，然後作業員把貼紙貼在外包裝紙盒上，就大功告成。為了避免被使用重複使用，NFC貼紙設計上只能夠黏貼一次，如果被撕下來，產品損壞，無法繼續使用。如果NFC已經被註冊過了，原廠的資料庫會留下紀錄，消費者購買之前，可以確認是否為已經註冊過的舊品。

        以韋僑公司目前的NFC貼紙為例，可用晶片：

• NFC Forum Type 1 IC : Broadcom BCM20203T96 (Topaz) / BCM20203T512
• NFC Forum Type 2 IC : NXP Mifare Ultralight / Ultralight C / NTAG203 / Infineon SLE66R01PN
• NFC Forum Type 3 IC : SONY Felica Lite (RC-S965)
• NFC Forum Type 4 IC : NXP Desfire

        目前，台灣的威而鋼售價是每盒1200元，如果一次買40盒，可以壓低到25,000元，平均每盒售價是NT$625-1200元。威而鋼的仿冒問題嚴重，今年六月高雄市調查局再度查獲市價五億元的威而鋼。民眾如果不幸買到假藥，吃了傷身，原廠也因為假藥，損失營業額。以NFC貼紙一張不到10元的售價，約僅佔威而鋼零售價格的0.6-1.83%，這是一個非常低成本的投資。原廠透過長期的會員消費行為分析，可以局部針對某地區進行促銷，這是過去所做不到的事情，第一次，原廠可以精準掌握用藥資訊。有助於未來進行大型的醫療研究。當某地某種藥的用量特別大，背後的原因可能有醫療上的研究價值。
        這套藥廠的物聯網應用系統，可以讓高階主管及時知道藥品在終端消費者與藥局通路的銷售狀況，有助於行銷與研發的決策判斷。如果是一般比較常規的決策，則可以交給雲層的人工智慧系統做決策與調整。台灣網路公司的機會在於協助藥廠開發好用的APP與Middle-ware，橋接藥廠的CRM系統。看起來這會是一個project based的B2B生意，有利於網路公司的長期發展。畢竟，藥廠多數資金雄厚，歷史悠久，出手也比較大方。

圖：藥廠的NFC物聯網應用

        有關製藥業對於防偽的見解，建議參考Eli Lily的高階主管Stuart Hurst的見解。連結網址：https://www.youtube.com/watch?v=_TxlRcbr8RU 

        NFC是成本最低的物聯網通訊技術，成本根據不同的等級，最低低於新台幣10元，最高也不容易超過100元(特殊情況例外)。相較於半主動式與主動式通訊的100-1,000元的成本，NFC具備明顯的成本優勢。RFID只有Read/Write模式，其Reader 昂貴，造成普及不易的遺憾。

        鋁蝕刻天線(Aluminum Etching Antenna)與PET基板技術讓NFC標籤與貼紙的價格平民化，成為人人用得起的技術。傳統的NFC天線使用銅材料製作，並且用Polymide film (PI)當作基板，這兩種都是比較昂貴的材料。新的技術使用鋁蝕刻天線與較便宜的PET基版，而讓成本大幅降低。新材料的製程技術擁有很高的進入門檻，目前全世界有能力製造的公司，僅有非常少數幾家。

        NFC與智慧手機結合，把手機變成Reader，沒有額外的成本支出，大幅增加NFC普及的成功機率，現在高階的智慧手機都支援NFC。

        Apple也在今年申請NFC的專利，可能會導入NFC技術到新的手機裡(Patent application number 20140019367,USPTO)。

        Intel也宣布將在新的Ultrabook平台上，導入NFC技術。NFC成為主流技術，應該趨勢確定。   

        二維條碼(QR Code)是一項不安全的技術，如果用在金融交易，十分危險。QR Code容易被偽造，不容易被偽造的QR Code有專利保護，售價也昂貴。在今年(2014)，中國銀監會與人民銀行下令金融支付不可以使用QR Code，必須使用NFC。以下引述新聞報導：『中国人民银行金融IC卡领导小组办公室主任李晓枫：二维码支付，成本低廉但不安全，所以没有密码认证的二维码技术不可以作为可信支付技术在线下大范围推广。
李晓枫：促进移动金融服务与金融IC卡融合，商业银行、通信运营商、中国银联的NFC移动支付电子化路线为主导，第三方支付机构、地方性区域性移动支付电子化路线为补充，实现优势互补、多方共赢。』     

        目前，NFC總共有四種模式：（1）Read/Write；（2）Card Emulation；（3）Peer to Peer；（4）Host Card Emulation(HCE)。前面三種都需要安全元件（Secure Element, SE），第四種是Google所支持的技術，把安全元件放在雲端上，透過網路認證，故不需要在手機上設置安全元件，節省成本。目前VISA、Master Card都宣示支持HCE技術，將用在手機信用卡上面，可以減少手機的硬體成本。個人認為Android平台的智慧裝置，HCE技術將成為主流。

        NFC Tag/Sticker的零組件很簡單，但是進入門檻卻很高，原因在於：（1）售價要非常低廉；（2）應用廣泛，客製化程度偏高，製程的Knowhow很深；（3）NFC晶片廠商眾多，Tag/Sticker製造商需要瞭解各家的差異性；（4）NFC標準也很多，Tag/Sticker製造商需要瞭解不同標準的差異性；（5）客人期待100%的讀取率。以台灣的NFC領導廠商韋僑科技（SAG, 6417.TT）為例，其NFC晶片供應商有EM Microelectronic、Atmel、NXP、Legic、TI、SONY、Infineon、STM、Inside Contactless、Microchip等等。會造成這種現象就是因為NFC/RFID應用太廣泛、標準太多，每家晶片公司各自有其擅長的應用市場與標準，要跨到競爭對手熟悉的領域也有高門檻，這種百家爭鳴的並存現象，在電子業來說非常少見。

        NFC的標準亦可用多如牛毛來形容，ISO 14443裡面有2A、3A、2B、3B。還有type 1, 2, 3, 4A, 4B。ISO DEP Protocol & NFC DEP Protocol也充滿學問。NFC Tag/Sticker的製造商，通常需要累積超過十年的經驗，才能夠弄清楚每個標準裡面的細節與knowhow，新的競爭者很難在短時間之內瞭解這麼多實務經驗。

        當手機開始大量導入NFC之後，NFC的周邊商品也會開始熱賣。並非每一種物聯網裝置都需要隨時上網，隨時上網的成本昂貴，也非常耗電。家電類、個人電子產品使用NFC配對之後，就可以進行韌體更新、資料傳輸、故障/狀態回報、使用記錄、時鐘校正、自動重啟、定時設定，有用到才上網，沒用到就關閉。
        繼Wi-Fi、藍芽之後，NFC也逐漸成為電子產品的標準配備。電子大廠SONY喊出「NFC的一天」的口號，支援NFC的電子產品包括：手機、平版、數位相機、耳機、藍芽鏡頭、手錶、喇叭...等等。可以預見當PC/NB、手機、平版都支援NFC之後，相關的周邊商品也會大量導入NFC，創造更多智慧化的應用，帶給消費者更多的方便。

(source:Maxwell Chen, 2014)

        目前最常見的NFC功能就是電子產品的配對：(1)藍芽配對；(2)WiFi配對。藍芽裝置早期需要輸入密碼配對，雖然成本便宜，但不是很方便。現在透過NFC感應，就可以實現點對點配對，方便許多。WiFi配對則是把手機與平版的WiFi設定，傳遞給無線喇叭，讓無線喇叭直接連接無線IP分享器，省下觸控面板、按鍵的成本。一個3吋的觸控面板，大概要12元美金。如果改用NFC配對，成本不到2元美金，足足省下十元美金的成本。
        幫助電子裝置擁有NFC功能的產品叫做NFC天線模組(NFC Antenna Module)。高階產品(下圖Dynamic Tag)擁有I2C的連接端口，當NFC功能被使用的時候，可以傳送訊號到MCU，以執行更複雜的功能。低階的產品則直接將藍芽、Wi-Fi的MAC資訊寫進IC裡面，僅能夠執行單純的配對功能。
        近年來，NFC貼紙也被用在酒類的防偽與會員服務。酒類導入NFC的優點有：(1)及時知道貨品已經出售給終端消費者；(2)保固詐騙詐騙(Warranty Fraud Control)；(3)防止偽造(Anti-counterfeiting)。高級酒是一個轉手買賣的交易市場，導入NFC技術，可以記錄這瓶酒從出廠到現在擁有者中間過程中的每一個買家的資訊，確認這瓶酒是真品，且的確被轉手賣過多次。出品的酒廠資料庫當中，紀錄高級酒的收藏家的資訊，提供確認真品的服務，有助於高級酒的市場推廣。
        這個概念可以延伸到許多的收藏品，將來都有機會導入NFC貼紙做原廠驗證，讓次級交易市場更蓬勃發展。如果NFC貼紙壞了，收藏品就需要送回原廠做鑑定，重新發放新的貼紙。對於收藏品製造商來說，新增營業收入項目，同時賣產品與賣正品驗證服務。服務可以考慮用年費的方式收取，增加製造商的獲利來源。對消費者來說，他所購買的有投資價值的收藏品，擁有原廠的認證保護，增加了保障。這是一個多贏的新營運模式。

     有關WisKey公司應用NFC技術，杜絕高級皮包的應用影片，請參考以下影片：

        我所定義的物聯網從架構上來區分，可以分成：（1）感應與反應層(Sensing & Responding Layer)；（2）通訊層(Communications Layer)；（3）雲與人工智慧層(Cloud & Artificial Intelligence Layer)；（4）端與人類決策層(Device & Human Decision Layer)。NFC是成本最低的物聯網通訊技術，最低低於新台幣10元，最高也不容易超過100元。鋁蝕刻天線(Aluminum Etching Antenna)與PET基板技術讓NFC標籤與貼紙的價格平民化，成為人人用得起的技術。NFC的應用非常廣泛，核心應用是電子支付(Payment)，其他還有上下載（韌體程式更新）、門禁、追蹤、定位、控制、授權、無線配對(Pairing)、遊戲、防偽(Anti-counterfeiting)、會員服務(Membership)/產品保固註冊...等等。Apple也在今年(2014)申請NFC的專利，可能會導入NFC技術到新的手機裡，後面的發展值得觀察。QR Code並不安全，看起來未來NFC有逐漸取代QR Code的趨勢。NFC Tag/Sticker的零組件很簡單，但是進入門檻卻很高，原因在於：（1）售價要非常低廉；（2）應用廣泛，客製化程度偏高，製程的Knowhow很深；（3）NFC晶片廠商眾多，Tag/Sticker製造商需要瞭解各家的差異性；（4）NFC標準也很多，Tag/Sticker製造商需要瞭解不同標準的差異性；（5）客人期待100%的讀取率。酒品、藥品、精品、收藏品的真品驗證與會員服務提供許多新的商機。如果你相信藍芽與WiFi會大量普及，你也應該相信NFC將成為每日生活中的一部份。

延伸閱讀：
1. 还有什么是NFC不能做的吗？松下实现用手机控制家电, http://www.leiphone.com/0822-nfc-panasonic.html
2. NFC產業分析網站：https://www.facebook.com/media/set/?set=a.592186294190051.1073741832.541736035901744&type=3