中国的RFID产业现状分析

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        许多人可能都有过开车堵长龙的经历,其中不少时候发生在收费站。如果采用了RFID技术,汽车在行使过程中即可完成鉴别收费,高速公路上不再堵车,所有桥梁都能快速通过 … …
    
       另一幅普遍的场景就是,每当人们在商场或超市购完物时,往往被收银台前熙熙攘攘的人群拦住,几乎所有的购物乐趣一扫而光。如果采用了RFID技术,推着满满的购物车,只要从收银台前一过,即可完成所有的结算!
    
       不久前的齐二药事件,人们可能都记忆犹新。大批的致命假药流入市场,夺走了那么多人无辜的生命,而大批的假药还神不知鬼不觉地藏匿在全国各地的药房仓库里。为了找出这些假药,全国紧急动员,遍地拉网搜查了几个星期!如果采用了RFID技术,任何药品从下生产线,到最后被那个病人所用,全过程中的任何来龙去脉都尽在掌控中!
    
       采用了RFID技术,整个社会的运行效率将大为改观,矿山安全监管将有所保证,人们不再为食品安全而烦恼  …  …
    
       既然RFID技术如此神奇,不禁有人要问,它究竟距离我们还有多远?中国的RFID技术的应用现状如何?中国的RFID标准制订进程如何?中国的RFID技术开发和产业现状又如何?……围绕这些问题,本文将用几个片断来为读者释其一二。 
    
      中国自己的RFID标准制订
    
      科技发展到今天,似乎没有多少人还对标准的重要性有任何怀疑。许多所谓的国际标准,就像架在发展中国家脖子上的一把利剑。而标准之争的背后,不仅仅意味着行业的巨大商业利益,甚至攸关国家利益和信息安全。由于种种原因,使得中国的RFID标准的制订几起几落。经过国家部委高层的直接干预,如今,中国的RFID标准的制订终于重新返回正常的轨道。2006年6月9日,中国发布了全国乃至全球RFID行业期待的《中国RFID技术政策白皮书》。这一天,对于中国的RFID行业来说,笃定是一个重要的日子。从此,中国的RFID产业发展的步伐将正式加速。
    
      RFID技术的标准体系主要包括空中接口规范、物理特性、读写协议、编码体系、应用规范、测试规范、数据安全和应用管理等。目前,国际上的RFID标准实际上包括三大阵营,即ISO系列、EPC系列、还有日本的UID系列。也有人说是EPC和UID两大系列。这些标准各自具有不同的特点。目前,EPC标准在案例方面和企业支持力度方面具有一定的领先优势,已经成功地实现了从GEN1到GEN2的演进,许多符合GEN2的产品已经面世。ISO标准则秉持标准的基本理念,少了一些商业利益,更侧重标准的中立性,因此对于加速RFID产业的发展来说,似乎更具有弹性和发展前景。而对于UID标准,通过汇集来自各方面的信息,似乎正在逐步迈向滑铁卢,而参照ISO18000系列的中国RFID标准取将更被看好。
    
      中国设立了7个RFID标准组,分别是总体组、标签和读写器组、频率与通信组、数据格式组、信息安全组、应用组和知识产权组。
    
      目前,中国的标准参与企业已经达到100余家,包括了中国RFID行业的所有知名企业。而来自国外的一些知名企业,包括微软等都有参与中国RFID标准制订的意愿。
    
      总的来说,上述7个标准涵盖了RFID产业的方方面面。标准的成功与否,将直接决定着产业的发展命运。那么,如何制订中国的RFID标准,才能够实现既能够保护国家的信息安全,规避IP风险,而又有利于国家RFID产业的快速发展呢?
    
      毋庸置疑,国际上的不少大企业,对中国制订自己的RFID标准都有点吃醋拈酸,但鉴于中国作为RFID消费超级大国的地位,绝大多数企业又都能给予理解。
    
      ST公司的观点比较具有代表性。ST公司数字安全存取事业部资深工程师杨军良表示:“中国即将在全球RFID产业中扮演中心角色,故对于中国建立自己的标准来规避IP风险的任何行为都能表示理解。ST也将对中国RFID标准的任何进展给予密切注视,并随时做好准备,提供符合中国标准的RFID产品,来为中国客户提供完善的服务。”
    
      TI则相信提高物流链的效率对于中国来说尤其重要。TI支持一个公开和透明的流程来发展中国的RFID标准。TI公司RFID中国区销售经理顾雷表示:“开放的标准对于创新和应用新产品非常重要。TI将乐于见到中国朝国际标准的方向靠近,例如ISO/IEC和EPC Global。必须应用统一的标注,只有这样RFID才可能在国际间和国家间无缝的工作,从而促使全球供应链成为可能。”他还表示:“不管中国将有独特的标准与否,TI都将向中国客户提供所需的产品和解决方案。”
    
      当然,也有人不太认同。一位不愿披露姓名的某国际知名公司的资深人士说道:“中国搞什么自己的标准,实际上就是依此来窃取我们的果实。我们所申请的100多项RFID专利,是投入了大量的人力和资金,花费了十几年的时间的努力才换来的。对此我们将加倍关注,来确保我们的合法利益。”
    
      实际上,即便是在中国国内,许多观点也是大相径庭。其中一种颇有市场的观点认为:硬件标准最好应用国际标准,软件标准与国际标准兼容,应用标准要有自己的知识产权。
    
      表面看来,这倒也与国家标准制订的指导性原则相吻合,即:中国首先要借鉴国际现行标准,二是应当有自己的知识产权,三是自己的标准一定要与世界标准兼容。但是,笔者认为这经不起仔细推敲。因为,RFID相关专利的绝大部分与硬件相关,到中间件部分就已经牵涉很少,而应用方面本来就不受任何专利的约束。依据这样的思路所制订的标准,实际上恐怕是竹篮打水一场空。而在这方面,笔者倒是更赞同中国物流协会副会长戴定一的主张。“RFID标准制订原则应该有二:一是只要不涉及国家安全和重大知识产权,尽量采用国际标准,特别是开放性的标准;二是不要过分追求标准的统一,统一总是相对的,复杂系统要容许多种标准的共存,但要有方便的协调和转换机制。”
    
      当然,也有不少企业处于观望的态度,只是希望标准尽快定下来。尤其是UHF频率标准最为急迫。由于ISO和EPC的RFID频率与中国的GSM等网络相冲突,中国的RFID工作频率长期没有着落。不过,据可靠信息披露,中国刚刚在深圳成功完成了UHF频段的RFID频率试验。试验结果,RFID试验频率位于GSM的上下行之间的保护带中。
    
      RFID芯片业,在UHF频段国际厂商遥遥领先
    
      RFID芯片在RFID的产品链中占据着举足轻重的位置,其成本占到整个标签的三分之一左右。对于广泛用于各种智能卡的低频和高频频段的芯片而言,以复旦微电子、上海华虹、清华同方等为代表的中国集成电路厂商已经攻克了相关技术,打破了国外厂商的统治地位。
    
      不过,在UHF频段,情况则不怎么乐观。很多人并不太理解,认为在UHF频段,覆盖了移动通信,而在ISM频段,也覆盖了大量的无线网络设备,因而RFID芯片不应该有什么技术难度。然而,实际情况却绝非如此。其面临的设计困难很多,主要包括:
    
    1. 苛刻的功耗限制;
    
    2. 片上天线技术;
    
    3. 后续封装问题;
    
    4. 与天线的适配技术。
    
      正是由于这么多的设计困难,目前在该频段芯片生产都被国外厂商所垄断。其中,飞利浦是首家RFID芯片通过EPCGlobal GEN2标准认证的芯片厂商。飞利浦UCODE EPC GEN 2芯片目前已投入市场。据飞利浦半导体RFID行销经理Dirk Morgenroth介绍,飞利浦UCODE EPC GEN 2芯片已可涵盖所有基本指令,内建一组单次可程序化的96位EPC的一次可编程存储器,采用防冲突运算法则,在现行美国规范下每秒能读取多达1,600张标签。反向散射数据速率从每秒数十比特提高到650kbps,扫描范围扩展到30英尺。它利用可灵活部署的应用现场识别码(AFI),除了支持EPC GEN2标准,还支持ISO 18000-6c编码结构。Morgenroth强调:“该芯片具有全球兼容性,有效解决了不同地区为RFID分配不同UHF频段的规范问题。”另外,该芯片中设有允许可程序化的读写字段,支持更快的标签读写率和在高密度读取器环境下的操作。
    
      “目前全球基于飞利浦的MIFARE的智能卡发售量已超过6亿张,读卡机安装超过5百万台,MIFARE已成为非接触接口技术的行业标准。”Dirk Morgenroth还介绍道,“在刚刚结束的世界杯赛上,飞利浦的MIFARE门票技术,就获得了成功应用。”
    
      ST公司曾经为全世界提供了首枚符合EPC规范的RFID芯片,目前可提供符合ISO和EPC标准的短距离、长距离和UHF三大系列的RFID芯片。在UHF频段,其XRAG2芯片完全符合EPC GEN2,凭借ST在串行非遗失性存储器方面的优势,该芯片具有40年的保持力,擦写次数超过10,000次以上,并为物流行业提供了良好的互操作性,增强的安全性和更加优化的性能。
    
      身为ISO15963标准联合创立者的TI公司,则更加侧重于采用最先进的节点工艺。顾雷表示:“在UHF EPC RFID芯片的设计中,目前已经成功引入了130nm工艺。TI率先引入基于灵活的薄膜天线基底,并积极推动Straps封装工艺。相对而言,TI具有从芯片到标签内芯(Inlay)制造的完整工艺。在该公司的标签内芯工艺中,对每一张标签内芯都经过激光调节以优化其性能,确保了标签后封装厂家不再需要进行全面的后道测试,从而节省了工序,降低了成本。”
    
      相对于上述国外大公司,中国半导体公司正在奋起直追。复旦微电子和上海华虹等公司都在致力于早日推出中国具有自主产权的UHF频段的RFID芯片。目前,该频段的芯片设计虽然有了突破,但还有较长的路要走。尽管已有数家声称已经成功开发出UHF频段的RFID芯片,但实际上真正出了样片的厂家还寥寥无几。据业内一位不愿透露姓名的资深专家披露,目前,中国的UHF频段RFID芯片还有一些问题正在解决,实际样片最早也要到2007年初,而规模应用至少要等到2008年以后。
    
      从另一个角度出发,中国RFID芯片的研发还面临着标准不确定性以及应用缺乏的困扰。其中,数据编码标准、频率标准以及防碰撞标准出台的早晚,都会直接影响到研发的进展。另外,中国缺乏有实力的RFID应用实施企业,缺乏大的行业用户带动作用和示范效应。这些都是中国RFID芯片行业所必须面对的问题。
    
      中国标签制造行业任重道远
    
      众所周知,RFID产业链中,标签制造是其关键的一环。标签制造面临无数的苛刻条件的制约,其中尤为重要的就是成本问题。从工艺及技术层面来讲,它包含了天线的设计、标签内芯的设计、芯片的邦定及标签后封装等。
    
      RFID标签天线的性能直接决定着整个系统的性能。通常,为了确保接收和发射信号的任意方向,标签天线必须采用全向天线。对于天线的设计来说,理论上与传统的微带天线设计无异。但是,笔者认为,RFID标签天线设计难度不可小觑。一方面,它受到成本的苛刻限制,另一方面,它又受到标签面积及基底材料的限制。为了节省成本,目前许多标签采用胶片乃至普通纸张作为基底。此时,由于材料的K值很低,在实现天线的增益等指标上有相当的难度。另外,还需面对复杂的环境。在UHF段,天线阻抗的均匀性和一致性也是很大的问题。传统天线,阻抗可以按照同轴线的标准来设计,但对于标签而言,由于材料的多样性,以及材料的劣质和不均匀性,使得天线的阻抗几乎无法控制。这实际上就意味着天线与芯片的匹配问题变得异常严峻。来自上海华虹集成电路公司的一位资深专家也确认如此。
    
      另外,标签天线特性还受使用环境的影响,包括所标识物体的形状及物理特性影响、标签到贴标签物体的距离、贴标签物体的介电常数、金属表面和液体的反射、局部结构对辐射模式的影响等都将影响天线的性能,当然还包括邦定芯片所用的材料。随着天线的制作工艺不同,邦定方式也不同。因此,邦定的材料也有所不同。这样一来,就必须针对不同的材料和环境来控制激光调节,对标签内芯的一些参数进行动态调整。否则,标签的合格率根本无法保证。
    
      据来自上海华虹的资深专家透露,目前,中国开始把片上天线的研究纳入了议事日程。
    
      采用片上天线,可以利用芯片上高K值的基底,从而可以实现高增益。减少了标签内芯的制作环节和相关成本并提高了可靠性。
    
      但在现实中,片上天线绝非容易解决的问题。特别是随着工艺节点的逐步提高。不过,这位专家表示,并不一定把天线全部放在片上。他说:“实际上也可以将天线分成两部分。一部分放到片上,而另一部分仍放到标签内芯上。这样做的好处是:通过片上天线,可以为芯片提供足够的工作电压。”从这个角度上看,片上天线可以被看成是一个芯片接收天线。而标签内芯上的天线则可看作是应答器天线。通过两个天线不同侧重的分工,可以解决设计过程中的制约。
    
      鉴于标签设计所存在的种种问题,目前还没有看到中国企业在这方面有大的起色。不过,中国企业在封装方面已经具有一定的优势。从传统的梁式引线,到芯片倒装工艺,中国企业已经全面掌握,封装良品率也在稳步提高。另外,中国企业已经开始封装设备的研发和制造。鉴于封装在标签成本中占据了三分之二的比重,故这些具有现实意义的举措,会对RFID产业起到举足轻重的影响。
    
      中国在RFID系统方案和集成方面取得进展
    
      目前中国RFID产业链已经基本搭建起来,并呈现了上海和深圳遥相呼应且快速发展的态势,还有北京地区的企业依赖区位优势,快速发展。上海地区以前端(芯片)为龙头,而深圳企业则以中后端(邦定与封装)和应用为先导,两地互为补充。据悉,中国已有企业正在建构标签全套生产线,来避开国外企业垄断地位的先进技术,通过降低成本来拓展市场。深圳有企业在加速研究印刷天线,另外,也有一家深圳企业盯上了价格高昂的标签封装设备,开始了这些设备的研发……
    
      实际上,在RFID产业链中,系统方案提供商以及系统集成商是承接RFID产品/设备与应用的桥梁。从国外RFID产业的发展轨迹上看,有着如此多的著名大公司的印记,就充分证明了这一点。 
    
      微软,IBM,易腾迈,讯宝,斑马,BEA都是RFID系统方案提供商。微软将以其RFID服务平台为各种符合标准的RFID设备提供设备适配接口,并协助开发商务解决方案。该平台将通过编码器和解码器插件实现对业界标准的支持,并确保全球范围内B2B数据交换所带来的全部利益;易腾迈正在打造麦德龙的未来商店;斑马承建了香港机场的行李信息管理系统;IBM构建了灵活的中远集装箱EDI平台……
    
      面对诸多的国际著名企业所取得的成功,中国本土企业的状况又如何呢?
    
      应该说,相对于RFID芯片和标签来说,中国在RFID系统方案提供和读写机具研发方面处于领先地位。已经基本形成了完备的读写机具产业链,也催生了一批专门从事RFID产业的成功企业。比如深圳远望谷信息技术有限公司、上海华虹、维深集团、北京实华开公司等。
    
      以市场应用为先导来带动技术的发展,是这些公司的共同成长模式。
    
      远望谷公司成功开发了具有完全自主产权并达到国际先进水平的铁路车号自动识别信息采集系统。可以说中国的铁路调度和统计系统是目前中国最大的RFID应用系统。在机车底部装上标签,标签上标有该列车的车种、车型、车号及所载货物等信息,铁路沿线有读取器,列车在行驶过程中,即可实现信息的自动采集,采集的数据传送到国家铁道部的中央服务器。此系统的应用,极大地提高了铁路统计调度水平。以此为带动,该公司还成功开发出物流托盘RFID解决方案(如杭州卷烟厂RFID系统),路桥电子收费RFID解决方案等。此外,还研发出了全业务链上的标签,读写设备……
    
      相对于国际巨头以及RFID产业本身的发展需求,中国本土企业要做的还有很多。且不说RFID芯片及标签,光是解决RFID应用系统中的种种问题,就已经不是简单的问题了。比如,满足各种标准的中间件的开发才刚刚起步,而各种不同应用的可靠的中央应用管理系统的开发还几乎是空白。不过,中国企业已呈现出一定的成本优势和规模生产能力。