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(nèi)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(fā)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(shè)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(zhuǎn)的顆粒，它們就像午后陽光下的塵埃那樣閃閃發(fā)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(biāo)簽就被喻為供應(yīng)鏈的革命力量。比起人們熟悉的直線條形碼，RFID標(biāo)簽的成本較高，但它們?nèi)员灰暈楸葪l形碼更有效率的替代品；好的RFID標(biāo)簽不需人工掃描或轉(zhuǎn)到特定方向就能讀取。近年來，沃爾瑪之類的大型零售業(yè)者已經(jīng)引進RFID標(biāo)簽，希望能節(jié)省數(shù)十億美元的盤點與勞工成本。其它成長中的應(yīng)用包括電子收費系統(tǒng)、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(fā)這款新芯片的主要目的是用在防偽技術(shù)，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(xiàn)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(chǎn)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?！?nbsp;

　　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(dāng)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(fā)出的2.45GHz微波產(chǎn)生回應(yīng)，將儲存在只讀存儲器（ROM）中獨一無二的128位識別號碼轉(zhuǎn)為訊號反射回去，掃描儀就會從數(shù)據(jù)庫（可設(shè)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(shè)計提供的識別碼組合幾乎數(shù)不盡，有1038種。每一個識別碼本身并無意義，但當(dāng)它符合數(shù)據(jù)庫的一個字段時，就能叫出使用者預(yù)先設(shè)定給這顆芯片的任意信息。而正在研發(fā)中的更小芯片，名為粉末LSI芯片（LSI意為大規(guī)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(fā)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(wù)，他們的先進設(shè)備能讓使用者用手機連結(jié)因特網(wǎng)）。宇佐美光雄想象出一套由微型RFID芯片及服務(wù)器組成的網(wǎng)絡(luò)：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(wù)器的識別碼以外，什么也沒有。服務(wù)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(wǎng)云運算」，把原本應(yīng)該儲存在個人計算機的應(yīng)用程序放在別的地方，再透過因特網(wǎng)來使用。 

　　宇佐美光雄因此將注意力轉(zhuǎn)向創(chuàng)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(fā)，早在1990年代，他就設(shè)計出一款內(nèi)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(tǒng)開發(fā)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(shè)計做得非常簡單，但仍可提供非常多位數(shù)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(nèi)運作的同步化，以及芯片運作和掃描儀間的協(xié)調(diào)）。 

　　諷刺的是，宇佐美光雄實現(xiàn)縮小微芯片的最大挑戰(zhàn)并非技術(shù)。當(dāng)時（現(xiàn)在也是）傳統(tǒng)芯片研發(fā)總喜歡加大內(nèi)存和芯片功能，宇佐美光雄提出的精簡設(shè)計，無異是違反潮流。日立商業(yè)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(wù)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(dāng)時日立的研究開發(fā)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(chǎn)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(xù)實現(xiàn)縮小的構(gòu)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(guān)鍵之一是運用所謂的90奈米絕緣層上覆硅技術(shù)（SOI），這是由IBM首創(chuàng)的先進芯片制程，現(xiàn)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(tǒng)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(shù)也派上用場。這項技術(shù)利用聚焦的電子束，在有限的空間內(nèi)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(shè)電路圖樣時，比光刻技術(shù)慢，因為它是以循序而非平行方式產(chǎn)生圖樣。然而，日立研發(fā)出一種方法，使生產(chǎn)粉末芯片的速度比生產(chǎn)μ芯片快60倍。 

　　典型的RFID標(biāo)簽包含芯片和外部天線，μ芯片也是如此。然而在某些應(yīng)用中，μ芯片和粉末芯片就需要嵌在芯片上的內(nèi)部天線，但那會縮減掃描儀的有效距離。日立商業(yè)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(jīng)足以應(yīng)付現(xiàn)金或有價證券方面的大部份應(yīng)用。日立公司目前正在研究如何延伸外部及內(nèi)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(fā)展「防碰撞」技術(shù)，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(xiàn)金是很合邏輯的應(yīng)用，但裝有芯片的現(xiàn)金可能會加劇RFID應(yīng)用所引發(fā)的隱私權(quán)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(nèi)容。然而，把標(biāo)簽設(shè)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(wù)器和數(shù)據(jù)庫，才能得到有意義的信息。 

　　尚在研發(fā)的粉末LSI芯片尺寸極小，也有助于實現(xiàn)科幻小說的情節(jié)。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(shè)在道路或大眾運輸系統(tǒng)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(jīng)發(fā)展出使用RFID時保護隱私權(quán)的規(guī)范。這種技術(shù)有個基本規(guī)范是：不能暗地里使用?！?

　　然而，英國的《衛(wèi)報》報導(dǎo)過一個案例，連鎖超市特易購（Tesco）曾經(jīng)試賣加裝RFID標(biāo)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(quán)擁護者可能也認(rèn)同RFID對貨運及供應(yīng)鏈的好處，他們還是希望一旦東西被購買后，能把標(biāo)簽去除或關(guān)掉。 

　　宇佐美光雄認(rèn)為，RFID的潛在好處勝過風(fēng)險：「例如在人行道地磚或斑馬線裝入RFID標(biāo)簽，能幫助輪椅的自動導(dǎo)航系統(tǒng)。這在日本這個高齡化社會尤其重要?！咕退悻F(xiàn)在紙張使用率降低，在有限的尺寸、存取和復(fù)雜度之下，微型RFID芯片還是很有用。舉例來說，日立認(rèn)為未來把粉末芯片用于公司、工廠和其它設(shè)施的復(fù)雜電路配線系統(tǒng)，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(shù)據(jù)庫以及相關(guān)設(shè)計圖做檢查，而不必依賴肉眼進行冗長的檢視。 

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