國內自1990年起陸續有廠商投入GPS產業,在產業結構上已逐漸涵蓋上中下游,包括上游零件,如GPS晶片、天線、LCD面板;中游,如GPS Engine Board;至下游的系統產品,包括GPS接收器、電子地圖、系統軟體等...
國內自1990年起陸續有廠商投入GPS產業,在產業結構上已逐漸涵蓋上中下游,包括上游零件,如GPS晶片、天線、LCD面板;中游,如GPS Engine Board;至下游的系統產品,包括GPS接收器、電子地圖、系統軟體等。近年來,國內多數中下游系統廠商以品質佳、成本低的競爭優勢承接國外OEM訂單,可惜的是,GPS應用產品當中最核心關鍵零組件—GPS晶片組,到目前為止國內仍僅有少數廠商投入,大部分系統廠仍以國外廠商為採購對象。
GPS晶片組主要包含接收訊號的射頻及負責訊號處理的基頻兩大單元。由於GPS訊號頻率相當高(1,575.42MHz),且來自距離地面20,200公里的衛星,訊號相當微弱,因此當天線接收訊號之後經過一連串訊號放大、過濾雜訊、降頻、取樣等過程,此段一般即稱為RF front end。經過RF之後,訊號進入基頻處理部分,將前段取樣的數位訊號經過運算、輸出以便於使用者介面使用,其中GPS Baseband DSP晶片即為這個部分的核心元件,負責位址訊號的處理。綜合來看,射頻與基頻兩大部分包含許多元件,圖1為GPS engine board基本結構。
隨著全球GPS產品出貨穩定成長,GPS晶片市場也相當看好。根據ABI預估,2003年全球GPS晶片組出貨量約為2,360萬顆,預期至2008年成長達6,500萬顆。2002~2008年出貨量複合成長率為29.9%。而在價格方面,GPS晶片組在2003年價格約在美金20-25元之間,平均價格約21元,其中射頻與基頻晶片價格約為1:2。隨著出貨量成長、晶片整合度提高等影響,GPS價格正逐年下降中,不過由於GPS設備產量成長幅度穩定,因此晶片價格不至於快速下跌。
全球投入GPS晶片開發的廠商眾多,幾大知名半導體廠商如Motorola、Infineon、Sony、ST等都有推出消費性應用的GPS晶片,也有專注於GPS晶片開發的廠商如SiRF、u-blox、u-Nav等。另外,全球GPS應用產品大廠台灣國際航電(Garmin)、Trimble則自己參與開發晶片,其中台灣國際航電所開發的晶片僅提供該公司使用,到目前為止不對外銷售則是較特殊的狀況。
國內投入GPS晶片的廠商則包括長茂、亞全、嘉矽等。長茂是國內最早投入GPS晶片開發的公司,主要以基頻晶片為主,累積幾年的經驗後,長茂自2002年便開始正式推出該公司的產品。另外兩家則是近兩年才開始投入,亞全主要開發結合多功能的GPS基頻晶片,嘉矽則是投入GPS射頻晶片之研發,其中亞全的基頻晶片於2003年底正式量產。
整體而言,目前廠商所開發的晶片仍集中於民用的L1頻段,接收衛星信號的數量也以12個channel居多,少數廠商開發多channel、或 GPS/Glonass雙星晶片,特別強調訊號接收強度,就現階段來看,這類產品仍屬較特殊市場,如軍事用途,短期內仍不會成為主流趨勢。
GPS晶片隨著系統應用產品發展而不斷推陳出新,除了長期以來在耗電性、敏感度、定位準確度等方向上的改善之外,也陸續有廠商進一步著重在晶片設計上的突破,朝向系統單晶片化發展;此外,手機結合定位功能也促使廠商開發適合手機的GPS解決方式。由廠商的產品策略可大至歸納出GPS晶片在發展上的趨勢,分別說明如下。
隨著GPS與其他產品的結合度提高,且強調終端產品體積輕薄短小,對於GPS晶片而言,朝向系統單晶片化是必然的趨勢。目前廠商對於GPS單晶片化的作法可分為兩類,一種則是針對射頻或基頻單一晶片,將更多功能整合到其中。另外,單晶片的更進一步發展則是將傳統射頻與基頻兩晶片整合成一顆單晶片,在 2003年Motorola及Sony相繼提出GPS單晶片的產品,兩家廠商都極力將射頻單元中主要元件如放大器、濾波、降頻等功能與基頻的DSP、CPU、記憶體等整合,並推出利用其所設計的GPS模組。
GPS系統單晶片化不論是上述何種方式,都有助於GPS晶片組體積縮小、功率的消耗並提升整體效能。對於模組廠商或系廠商而言,晶片組縮小將使得GPS與手持式資通訊設備、車用設備等產品之結合更為容易,積體電路的整合也將降低晶片價格,進一步使縮減產品成本。
美國E911法令促使手機發展定位功能,利用GPS與手機整合則是目前業者所提出的方式當中,定位準確度最高、也較為可行的方式。而由於手機在體積上要求輕巧,且必須接收無線電波等特性,加入GPS功能時有更多困難。不過,由於E911已逐漸接近法令要求期限,至今A-GPS仍是最可行的方法定位,因此也有廠商致力開發行動電話適用的A-GPS晶片解決方案。
除了最早提出的Qualcomm將GPS功能內建於該公司的MSM系列晶片中之外,TI及Philips也在2003年相繼發表專為行動電話所開發的 GPS晶片,其中TI採取的是射頻與基頻雙晶片的模式,Philips則是與Qualcomm類似,將GPS功能整合至GSM基頻處理器當中,不過在射頻部分則在 GSM射頻晶片之外,獨立一顆專門處理GPS訊號的射頻晶片。
GPS功能整合至手機內的趨勢,從上述三家手機晶片大廠專為符合A-GPS定位方式開發手機專用晶片可見一斑。事實上,許多開發GPS晶片的公司也考慮到晶片應用的廣泛度,尤其在尺寸、耗電性方面的要求,使得GPS晶片不僅可以應用在一般GPS產品,廠商也強調可以整合到手機內,其中又以手機晶片廠商在這部分的發展最為顯著,如Freescale、SONY等公司,這兩家公司投入一般GPS用之晶片發展都有數年經驗,而在2003年所推出的單晶片則不約而同強調小尺寸,可應用於手機或其他手持式產品。
最近相當受到晶片廠關注的是應用於手機定位功能的GPS晶片,由於全球手機數量遠超過GPS設備,以2003年來看,全球手機出貨約5億支,其中若5%的比例搭載GPS晶片,其數量便已超過全球一般用GPS晶片出貨量。依據Strategy Analytics估計,2003年A-GPS手機普及率約4%,其發展空間仍相當大,因此晶片廠商對於此部分市場都報以期望。
GPS在手機上的發展與其他GPS設備相同都源自於安全考量,然而其未來發展相對於其他GPS設備而言將受到較多因素所影響,包括加入GPS功能之後使得手機價格提高,消費者是否願意購買這類較貴的手機是影響其未來發展的重要因素。此外,技術也是一大問題,目前採用A-GPS解決行動定位問題的以CDMA 系統較為容易,加上CDMA晶片廠Qualcomm將GPS晶片整合至手機基頻晶片中,相較於GSM系統而言,技術上較容易實現。
觀察目前全球發展狀況,美國地區以E911法令要求境內電信業者在2005年底前銷售具定位功能的手機比例必須達到95%,意謂著屆時業者銷售的手機當中絕大多數都已具備定位功能,但此法令僅限於美國地區,且並非所有境內電信業者皆採取GPS定位方式,因此亦不能保證美國地區的手機都將搭載GPS晶片。而其他地區在尚未有類似政策出現之前,GPS與手機的結合主要仍受到市場面之影響,其中又以行動定位應用加值服務為主。日本是目前全球行動定位相關加值服務推展最積極的地區,也是銷售搭載GPS功能手機的數量最高的地區,其中又以CDMA電信業者KDDI為首。其他包括南韓、中國大陸等地區的CDMA系統業者也都在2003年陸續推出行動定位服務,進一步帶動這類手機的銷售,至於GSM業者的腳步仍相當緩慢。
由此看來,GPS在手機上的發展不僅受到消費者需求或技術所影響,電信業者對於行動定位服務的發展態度也是相當關鍵的因素之一。現階段全球電信業者在基礎建設上著眼於3G系統的轉換,而加值服務的重心則是多媒體簡訊服務(MMS)的情況下,短期內,行動定位仍不太可能成為電信業者注目的焦點,反倒是人身安全追蹤、車隊管理等服務,由於有較特定的服務對象及市場,且電信業者利用現有網路便能推行,預期這類服務將會有較大的成長性,並帶動設備及GPS晶片的需求。
省電、微小化與低成本是發展重心
GPS晶片未來的發展如同其他無線通訊晶片相同,將朝向微小化、更省電、成本更低的方向;但就晶片發展模式來看,在手機上的發展方向與其他消費性GPS用途晶片將有所差異。多數消費性GPS設備當中,GPS晶片目前主要以模組方式實現,整合其他所需功能(如各式輸出入介面),未來則進一步往系統單晶片化如整合其他功能,或整合射頻、基頻為單晶片等方向發展;而與手機結合的部分,目前廠商則多以晶片內建方式進行。未來在體積、耗電性、成本等考量下,將會逐漸朝向以IP整合方式進行。
綜合來看,在國內其他GPS系統廠商目前晶片都以外購為主的情況下,本土晶片廠具有價格、可就近提供技術服務的競爭優勢,必須注意的是,GPS產品相當注重定位準確性,因此在品質上必須達到一定水準,否則即使價格較低仍無法獲得系統廠商的採用。面對未來晶片發展趨勢,國內晶片廠商如要新加入市場則必須能在 2年內快速推出產品,以避免在全球進入價格競爭之後失去機會;產品型態方面由於國內目前仍以基頻晶片為主,可朝結合多功能的系統晶片發展。國內GPS系統產品以手持式GPS、外接式接收器為主,而2003年底也開始有資訊廠商推出內建GPS的PDA、人身安全追蹤器等產品,顯現GPS與其他產品結合的比重將越來越高,系統晶片將有利於這類整合性產品的應用。