日立μ芯片：RFID芯片“粉末”登場

　　2005年日本愛知博覽會涌入了2200多萬名參觀者，沒有人能持假門票入場，實際上，想偽造門票是不可能的，因為每張門票都內含一個邊長0.4、厚0.06公厘的微型射頻識別（RFID）芯片，它以無線電波發出一個專屬的識別號碼給入口的掃描儀。 

　　在東京，該芯片的設計者、日立中央研究所的宇佐美光雄（Mitsuo Usami）舉起一小瓶液體，微笑地指著在里面打轉的顆粒，它們就像午后陽光下的塵埃那樣閃閃發亮。他興奮地說這是世界上最小的RFID芯片。 

      微型化的吸引力 

　　早在這次的尺寸突破之前，含芯片與天線的RFID標簽就被喻為供應鏈的革命力量。比起人們熟悉的直線條形碼，RFID標簽的成本較高，但它們仍被視為比條形碼更有效率的替代品；好的RFID標簽不需人工掃描或轉到特定方向就能讀取。近年來，沃爾瑪之類的大型零售業者已經引進RFID標簽，希望能節省數十億美元的盤點與勞工成本。其它成長中的應用包括電子收費系統、大眾運輸票券與護照，有些人甚至已將這種芯片植入手掌，可以更方便進出家門、控管計算機。 

　　但日立研發這款新芯片的主要目的是用在防偽技術，它可嵌入高價值的憑證，例如有價證券、音樂會入場券、禮券和現金，宇佐美光雄和同事相信，芯片越小，就越不著痕跡，他說：「隨著精細的高科技產品越來越便宜，紙做的東西就越容易偽造。盡管電子付費已日漸普及，支票用起來還是非常方便。」 

　　愛知博覽會用的芯片名為μ芯片，跟其它無源RFID芯片一樣，運作簡單且不需電池或電源。當芯片和連接在一起的天線（通常是細絲狀）嵌入物品時，就會對掃描儀發出的2.45GHz微波產生回應，將儲存在只讀存儲器（ROM）中獨一無二的128位識別號碼轉為訊號反射回去，掃描儀就會從數據庫（可設在世界上任何地方）檢查識別碼，立即鑒定物品。 

　　日立指出，μ芯片可用來識別「兆兆」種物品，因為128位設計提供的識別碼組合幾乎數不盡，有1038種。每一個識別碼本身并無意義，但當它符合數據庫的一個字段時，就能叫出使用者預先設定給這顆芯片的任意信息。而正在研發中的更小芯片，名為粉末LSI芯片（LSI意為大規模集成電路），儲存的也是128位識別碼。 

　　μ芯片和粉末芯片都是發展自宇佐美光雄的愿景，這位資深電路工程師在看到i-mode手機廣告后，就草繪出這個愿景（i-mode是日本電信巨人NTT在1999年推出的服務，他們的先進設備能讓使用者用手機連結因特網）。宇佐美光雄想象出一套由微型RFID芯片及服務器組成的網絡：把RFID芯片裝入小型裝置，基本上里頭除了一個用來傳給服務器的識別碼以外，什么也沒有。服務器接收到合法識別碼后，就會提供各種人們可能想用的功能。這個概念類似今日的「網云運算」，把原本應該儲存在個人計算機的應用程序放在別的地方，再透過因特網來使用。 

　　宇佐美光雄因此將注意力轉向創造出小到能裝入任何東西的RFID芯片，基于市場考慮，它也必須是便宜、簡單又安全。他已略懂微型芯片的研發，早在1990年代，他就設計出一款內嵌微芯片的非磁條式超薄電話卡，由于芯片有加密功能，因此能提供安全性。這款嵌入式芯片邊長4公厘，厚0.25公厘。 

　　但宇佐美光雄想要做得更小，首先得搞清楚芯片最小的功能需求為何，于是他求助任職于日立系統開發研究所的安全專家寶木和夫。他們兩人長談一番之后，宇佐美光雄判斷：只要使用128位的識別碼，就足以把設計做得非常簡單，但仍可提供非常多位數的組合。同時，這個做法也能確保安全性，因為儲存在ROM的信息無法被修改。他也剔除了所有不必要的功能，保留下的除了ROM之外，就只有簡化的無線電射頻電路（用來和天線互動）、一個整流電路（用來管理電流），以及一個頻率電路（用于芯片內運作的同步化，以及芯片運作和掃描儀間的協調）。 

　　諷刺的是，宇佐美光雄實現縮小微芯片的最大挑戰并非技術。當時（現在也是）傳統芯片研發總喜歡加大內存和芯片功能，宇佐美光雄提出的精簡設計，無異是違反潮流。日立商業部門大力反對，他們希望芯片納入可改寫的加密功能。如果得不到該部門的財務支持，宇佐美光雄的點子將會永遠停留在紙上。 

　　但是一位意料之外的人士介入了。當時日立的研究開發本部部長淺井彰二郎看到這項計劃的潛力，承諾資助μ芯片雛形產品的制造（μ這個希臘字母代表微米），條件是宇佐美光雄必須能回收所有成本。將芯片用來防偽滿足了這個條件，μ芯片在2005年愛知博覽會的成功，說服了日立讓宇佐美光雄繼續實現縮小的構想。 

     制造粉末芯片 

　　基本上，粉末芯片的組成組件和μ芯片相同，只是將它們擠進更小的空間。超級微型化的關鍵之一是運用所謂的90奈米絕緣層上覆硅技術（SOI），這是由IBM首創的先進芯片制程，現在其它廠商也都在使用。 

　　使用SOI制作的處理器，以絕緣體將晶體管一個個隔開，比傳統制程的處理器效能更高、更省電，因為絕緣體既能降低電能被周圍媒材吸收的程度（可提升訊號強度），又能分隔晶體管，這種分隔方式既能避免晶體管互相干擾，又能把它們包得更緊，因此讓芯片尺寸進一步縮小。 

　　電子束微影制程技術也派上用場。這項技術利用聚焦的電子束，在有限的空間內制作出獨特的線路圖樣，用來代表芯片的專屬識別碼。電子束微影制程布設電路圖樣時，比光刻技術慢，因為它是以循序而非平行方式產生圖樣。然而，日立研發出一種方法，使生產粉末芯片的速度比生產μ芯片快60倍。 

　　典型的RFID標簽包含芯片和外部天線，μ芯片也是如此。然而在某些應用中，μ芯片和粉末芯片就需要嵌在芯片上的內部天線，但那會縮減掃描儀的有效距離。日立商業化的μ芯片中含有外部天線者，目前最大掃描距離是30公分，而粉末芯片雛形也是一樣，掃描范圍雖然短，但已經足以應付現金或有價證券方面的大部份應用。日立公司目前正在研究如何延伸外部及內部天線的有效范圍，范圍的條件視用途而定：金錢或有價證券只需要幾公厘或幾公分，而包裹分揀則大約需要一公尺的范圍。日立公司也正在努力發展「防碰撞」技術，以便能同時讀取多個芯片，例如許多貨品在商店架上擺在一起、或是被丟進同一個購物籃的情形。 

     無所不在的第三只眼？ 

　　雖然把微型RFID放進現金是很合邏輯的應用，但裝有芯片的現金可能會加劇RFID應用所引發的隱私權疑慮。舉例來說，不肖份子可能會遠距離掃描他人錢包里的內容。然而，把標簽設計成只適用短距離掃描儀（例如自動提款機里的讀取器），就能限制這種侵犯隱私的行為。還有，犯罪者也必須連上正確的服務器和數據庫，才能得到有意義的信息。 

　　尚在研發的粉末LSI芯片尺寸極小，也有助于實現科幻小說的情節。例如，警方是否可以把粉末噴灑在一群暴民身上，事后再透過布設在道路或大眾運輸系統的安檢掃描儀追蹤他們？日立制作所表示，用噴的來安裝芯片是行不通的，因為芯片必須加裝天線才有用。宇佐美光雄則說：“許多公民團體已經發展出使用RFID時保護隱私權的規范。這種技術有個基本規范是：不能暗地里使用。”

　　然而，英國的《衛報》報導過一個案例，連鎖超市特易購（Tesco）曾經試賣加裝RFID標簽的吉列刮胡刀，如果有人企圖偷竊，就會觸動隱藏式攝影機。雖然隱私權擁護者可能也認同RFID對貨運及供應鏈的好處，他們還是希望一旦東西被購買后，能把標簽去除或關掉。 

　　宇佐美光雄認為，RFID的潛在好處勝過風險：「例如在人行道地磚或斑馬線裝入RFID標簽，能幫助輪椅的自動導航系統。這在日本這個高齡化社會尤其重要。」就算現在紙張使用率降低，在有限的尺寸、存取和復雜度之下，微型RFID芯片還是很有用。舉例來說，日立認為未來把粉末芯片用于公司、工廠和其它設施的復雜電路配線系統，可減少安裝和檢驗時間。把電纜和接頭裝上芯片，工作人員就能快速依照數據庫以及相關設計圖做檢查，而不必依賴肉眼進行冗長的檢視。 

　　如果隱私權擁護者憂心芯片越來越難被發現，他們并非杞人憂天──宇佐美光雄說，微型化的趨勢將持續下去。