【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

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)