從ＧＰＳ產業鏈動蕩看便攜式導航技術的發展

引言

GPS便攜式導航裝置的產業鏈，上中下游的購并案例不斷上演。以藍牙基帶為基礎的集成軟件GPS、GPS純軟件運算、應用處理器結合GPS或GPS強化多媒體能力、整合無縫通信及GPS功能的SoC設計，將是上游GPS芯片產業的四大發展趨向。中游地圖信息產業之間并購激烈，導航軟件及地圖則成為差異化的關鍵，影像導航考驗應用處理器運算能力。下游設備端包括PND集成無線通信應用、A－GPS定位技術和整合內建GPS手機，都將大放異彩，LBS和定位服務兵家必爭，競爭更為激烈。至于未來Galileo整合GPS芯片設計的普及度，牽涉到成本結構，市場接受度仍有待努力。

GPS產業的發展概況

整個汽車導航、手機與其它GPS便攜式產品導航裝置的產業價值鏈，大致可依照(圖1)所示，分為包含HW或SW解決方案的GPS IP、通信、地圖信息、導航軟件、硬件產品系統制造商、服務廠商等部分。正因為產業迅速火紅，從2006年至2007年第4季止，整體價值鏈上下游的購并案例不斷上演，這段期間GPS及多媒體芯片廠商、導航軟件、地圖、乃至于系統廠的購并過程，好不熱鬧。

由于多數芯片廠商的GPS相關技術及IP，都是從由CEVA獨立出來的GloNav授權而來，因此芯片效能例如靈敏度、功耗及定位速度等差異并不大。尤其以手持式或是汽車導航的應用及對應的地圖精確度來說，差異實在有限。以往，由于SiRF耕耘市場并布局已久，加上在裝置端設計及技術支持的能力較佳，因此幾乎獲得了大多數廠商的青睞，SiRF加上Samsung處理器便成為GPS應用的勝利方程式。

但是隨著如Global Locate、u-blox、聯發科(MediaTek)等競爭者相繼推出具備價格競爭力的產品，NXP也相繼推出軟件GPS功能，甚至CSR喊出結合藍牙芯片的產品價格只要1美元的競爭態勢，目前GPS芯片產業正在重整當中。因此，來自于產業價值鏈上游GPS技術的整并與合縱連橫，也更為激烈。

游：GPS技術的解構與重組并購案層出不窮

首先，藍牙廠商購并GPS芯片公司的積極行動一直從未停過，包括全球最大的藍牙芯片供貨商CSR于2007年1月購并劍橋定位系統公司Cambridge PositioningSystem(CPS)及NordNav，希望未來推出以集成藍牙基帶為基礎的軟件GPS解決方案，并且將價格訂在1美元。第二大藍牙芯片供貨商Broadcom隨即于2007年6月以1億4600萬美元，并購了從2000年起便致力于應用于手機領域GPS芯片組與軟件解決方案的Global Locate，以此Broadcom在四大主要無線技術：藍牙、Wi-Fi、FM廣播與GPS的架構，儼然成形。

成本結構牽動設計變化

根據市場調查研究機構ABI Research的資料預估，2006～2011年全世界GPS手機出貨量約2億支，不過GPS功能若要大量普及于高端智能型手機領域，占BOM的成本結構必須維持在4～5美元以下，若是低端手機領域，則需更進一步降至1～2美元，才有大量普及的可能性。目前主流的90納米制程、或是下一世代65納米制程的GPS芯片組，若要達成上述目標，非常困難。也因此，NXP、SiGe半導體及CSR都不約而同提出軟件GPS的架構，希望通過合理使用手機基帶、應用處理器，甚至是藍牙基帶的運算能力，將硬件成本限縮到射頻范圍，以達到降低成本的目的。

不過根據經驗，這樣一來手機基帶或是應用處理器的待機及運算功耗，將會耗掉將近100MIPS的能力，不僅會造成運算負擔，節能設計更是一大挑戰。除非結合網絡輔助式衛星定位技術(Assisted-GPS；A-GPS)，至少讓待機狀態時不必占用系統運算資源，否則在技術上還有很多尚待努力的空間。至于便攜式導航裝置(PND)產品，個人認為使用軟件GPS架構的機會并不大。

尋求完整GPS解決方案

此外，隨著GPS功能在手機與便攜式消費性電子裝置扮演越來越重要的角色，半導體業IC設計業者勢必更積極在GPS技術上花費心思，特別是應用處理器部分。例如NXP為了提供手機與媒體播放機平臺更好的GPS解決方案，正在尋找完整的GPS解決方案供應商。Marvell也希望能夠買下具有GPS解決方案的廠商，進而強化手機平臺解決方案，進一步推出整合GPS的系統單芯片及雙核心架構。

如此一來，身為GPS芯片供應大廠的SiRF，自然不能坐視，2007年6月便以合計約1.2億美元的現金與股票，買下導航處理器廠商Centrality Communications。這項購并案讓SiRF取得生產整合ARM核心、高速數字信號處理器(DSP)、多媒體加速裝置(Acclerator)、硬件GPS加速器的單芯片處理器解決方案，提升在GPS平臺解決方案的技術能力。

殺手級應用：GP8蔓合無縫通信應用

至于結合GPS、無縫通信功能的SoC，從筆者觀點來看，未來將在具備通信能力的PND以及內置GPS的手機領域大放異彩，成為最大贏家。因為用戶對現有PND上的MP3、MPEG4等功能反應平平，多數認為并非基本需要。盡管Samsung、Marvell、NXP、Freescale等應用處理器產品本身就具備多媒體功能，但這不代表在PND的配備中就必須涵蓋照片瀏覽或影片播放等功能。

上述那些以平臺技術為出發點(Platform-oriented)的規劃，并未掌握市場核心關鍵。使用者真正想要的，是能夠提升應用服務的整合功能，這包括雙向路況實時通信、其它定位服務(Location BasedService；LBS)、甚至是先進駕駛輔助系統(Advanced Driving Assisted System；ADAS)等，能通過通信方式取得實時有效的數據。這些功能必須具備無線寬帶傳輸能力，例如GSM/UMTS等等，這些才是以客戶需求為出發點(User desire－oriented)的規劃應用。

像是Qualcomm早在2000年1月便以10億美元代價收購具無線定位技術的Snaptrack，結合本身的gpsOne設計功能，率先推出A-GPS技術。據悉，MediaTek也有意將GPS整合到GSM通信，而神達(Mitac-Mio)將于2008年下半年擬推出采用Qualcomm平臺的3.5G導航產品。

GPS技術四大發展趨勢

綜上，GPS技術正在解構及重組，未來的發展趨勢將朝向四大區塊演進，如(圖2)所示：

·以藍牙基帶為基礎的整合軟件GPS；

·GPS純軟件運算即將出現；

·AP結合GPS或GPS強化多媒體能力。

·整合無縫通信及GPS功能的SoC設計。

這一場GPS產業上游的激烈整并爭奪戰，目前正依循這四大發展方向進行中，屆時純GPS芯片解決方案很難在市場單獨存在。如圖3所示的便攜式導航裝置發展及演化趨勢圖中可以看出，未來導航市場中純PDA的導航裝置幾乎不存在，具備通信能力及多功能的產品正逐漸興起。而根據TelematicsResearch Group于2007年研究顯示，如圖4所示，未來便攜式導航裝置市場成長趨勢，手機內建GPS功能(off-board)以及具通信能力的PND成長潛力，都會比車載導航裝置更為可觀。

因此到底是整合多媒體應用處理器功能有利?或是結合儼然已經成為周邊標準的藍牙功能有利?還是軟件GPS有利?未來的發展尚難預料。不論是導航產品廠商跨入智能手機領域、還是手機制造商跨足GPS導航功能，使用高整合度、同時具備GPS及通信能力的SoC，必然是一大趨勢，目前看來，諸如Qualcomm及MediaTek等廠商，將是最大的潛在受益者。

中游：導航軟件及地圖成為差異化的關鍵

相較于GPS導航產業上游重組整合的沸沸揚揚，屬于產業中游的導航軟件及地圖IP，2007年第4季的收購及版圖移動更是不遑多讓。隨著地圖格式走向標準化、地圖IP集中化的趨勢，目前NavTeq和Tele Atlas是兩家僅存的主要獨立地圖IP供貨商，并列全球最大的兩個數字地圖信息服務商，主要提供歐美地區的衛星導航地圖信息產品。

長期以來臺灣國際航電(Garmin)獨家使用NavTeq的地圖數據，而TomTom和Mitac則使用Tele Atlas的導航地圖信息。隨著導航裝置蓬勃發展，終端設備制造商開始意識到，產品差異化的重要性將是擺脫價格戰的泥沼。過去，收集地圖數據不但耗時且耗資不菲，在價值鏈端總是被壓縮，但目前持有地圖信息的軟件供貨商，在全球GPS導航供應鏈中卻正炙手可熱。

地圖信息并購競爭激烈

TomTom率先在2007年7月發動以29億美元打算收購地圖IP公司Tele Atlas。手機大廠Nokia除先前于2006年第4季購并德國導航軟件公司Gate5之后，又于2007年10月以近81億美元購并另一地圖IP公司NavTteq。雖然Nokia表示會讓NavTeq獨立經營，但Garmin旋即于10月份提出比TomTom出價更高的33億美元的收購金額，欲收購Tele Atlas。這迫使TomTom于11月初再度加碼出價至42億美元，才逼使Garmin于11月中旬放棄此項收購案，退出與TomTom的競標，并同時宣布延長使用NavTeq地圖信息的年限至2015年、并達成共同改善地圖質量與全球涵蓋范圍的合作協議。

完成上項收購之后，TomTom把地圖制作業務收歸門下，通過革新繪圖數據質量和更新頻率，欲創造產品差異化及高附加價格。無獨有偶，盡管Nokia表示NavTeq繼續維持獨立經營，但NavTeq成為其它導航設備制造商主要且共同的地圖供貨商，卻是不爭的事實。

上述大廠之間并購案的激烈競爭，直接影響整體導航價值鏈，從汽車電子廠商、導航系統生產商、PND制造商、到搜索引擎和軟件供貨商，都受到并購潮流的影響。這些制造商將被迫從相同來源購買地圖，然后把產品銷往相同的垂直市場，彼此競爭因此更為激烈。

地圖信息差異化的出路

盡管Tele Atlas被TomTom收購幾乎已經定案，但是其它以NavTeq數字地圖信息發展的廠商，并不完全會因此無法擺脫差異化的困境。因為地圖會隨著時間不斷變化，必須持續頻繁地更新、修正、擴充，是項耗時費力的作業。雖然相同精度的地圖IP不太可能重建，但是隨著冷戰結束后，許多高分辨率的衛星影像已經商用化，可用來制作高精度、實時、更新頻率快的導航地圖。加上伽利略(Galileo)系統營運后，可以提供更高準確度的定位(范圍在2～4公尺)，屆時目前所擁有的地圖IP優勢，將隨著時間以及地圖精度的提高而逐漸被淡化，甚至無法再應用。

另一種應對策略是將重點放在地圖的附加信息及服務內容，特別是結合實時交通路況、氣象狀況等動態信息，或是有趣實用的POI應用(point of interesting)。

不過，導航裝置要能讓使用者感受到差異化，地圖信息并不是唯一的關鍵。根據J.D.Power and Associations的導航使用及滿意度調查結果顯示，48％的功能與系統使用者接口的優劣有絕對的關連性。但如何達到導航裝置軟件的差異化?如圖5所示，隨著地圖數據庫(Standa rdized Map Databa se)和導航核(Standa rdized Navigation Core)的標準化，不同廠商之間的差異性并不大，但是使用者界面和應用架構留出足夠的余地讓廠商充分發揮定制化的效果。

影像導航考驗AP運算能力

此外，最近在研究導航相關專利時發現，影像導航考驗著應用處理器的運算處理能力。先前Google Maps提出了3D地圖導航和照片導航；TomTom為了省去建立3D地圖信息的麻煩，也提出結合攝像頭的實境導航等應用，需要2D/3D的圖形處理支持能力，或是影像encode或是decode的運算能力。這些影像導航功能，考驗著應用處理器的運算及處理能力。以目前市面上PND最為常見使用的Marvell PXA系列或是Samsung 24XX系列而言，都不足以擔負上述的影像導航應用。或許要到下一代功能較為強大的應用處里器，例如TI的OMAP3430或DaVinci系列、Freescale的i.MX31/51系列、nVidia的APl2/15系列；還是同時具備通信能力的Marvell的Tavor或Qt/alcomm MSM7K/8K系列，才有可能實現。

下游：終端的整合剛開始

對于GPS產業的成長預估，雖然各研究機構因為所分類的產品類別略有不同，估計數字稍有差異，不過均認為GPS產業爆發成長勢不可擋。其中根據iSuppli預測，2010年全球PND出貨量將從2006年的1270萬臺增至5040萬臺；2010年全球具備GPS功能的手機出貨量，預計從2006年的7000多萬支成長到2.5億臺。

因此，不論是PND廠商、TomTom或Mitac-Mio所推出導航裝置附加通信的GPS PDA手機、附加導航GPS功能的智能型手機廠商、或是Nokia和HTC推出的PDA手機、甚至Nokia直接推出的PND等等，都顯示越來越多的移動廠商覬覦手持式導航裝置的市場大餅，GPS手機及可通信的PND的界線已經越來越模糊，GPS市場競爭下并購廝殺的趨勢在所難免。

PND市場競爭激烈

首先從PND市場來看，神達(MitacMio)于2007年3月以1600萬美元收購歐洲第4大衛星導航品牌Navman，并維持雙品牌策略，往后神達在歐洲的雙品牌市占率將超過17％，僅次于龍頭TomTom的37％；在北美地區則有機會接近Magellan及TomTom，但距離Garmin的50％尚有一段差距。不過購并后，受惠于2008年北美市場將大幅成長的預估，神達在全球市占率穩坐第3，次于Garmin及TomTom。

此外根據市場調查研究機構Canalys于2007年全球第3季的最新調查，Nokia來勢洶洶，導航裝置銷售量將近73萬臺，全球市占率達8.2％，僅次于神達而位居第4。后勢不可小覷，將成為導航三雄潛在的最大勁敵。值得注意的是，Nokia手中握有可箝制Garmin及Mitac-Mio的王牌，亦即2007年第4季剛購并的地圖IP公司NavTeq。

內建GPS手機發展可觀

至于內建GPS功能的手機，未來成長態勢將比PND更為可觀，如圖4所示，目前來看，Nokia最為積極，早就因拍照手機的高占有率，成為全球最大的數字照相機生產廠商。Nokia下一步計劃在多數N系列多媒體手機、以及定制手機與多功能手機中，大舉整合GPS功能，以Nokia于2007年第3季銷售900萬部N系列手機的實力來看，未來數年Nokia每季將可望銷售出數百萬部GPS手機，很有可能成為全球最大的GPS裝置生產廠商。Nokia先前花巨資購并Gate5及NavTeq的舉措，即將開花結果。

LBS和定位服務兵家必爭

Google和Microsoft當然不會袖手旁觀。早在2000年初，Bill Gates就制定LBS是Microsoft未來三大發展主軸之一，從早期的MapPoint、MSN Maps Directions、乃至于Microsoft Live Maps的發展過程中，便可看出端倪。市場并有傳言臆測Microsoft正在考慮收購Garmin，或是合并后的TomTom/Tele Atlas等，以此補足設備裝置及地圖IP經營拼圖的缺塊。

另一方面，Google對于定位服務(LBS)的熱衷自不在話下。從Google Earth、Google MapsDirection，以及高分辨率的衛星地圖、街景地圖，甚至火星地圖等發展，到結合實時路況或是豐富的POI信息，以及以Web 2.0概念為基礎的開放使用者編修地圖等，均可看出Google的積極雄心。尤其是近日Google所發表的My Location服務，使用者可以在美國部分地區根據基站定位所在位置，獲得相關地圖信息。Google把使用者經驗帶向另一種層次，增添LBS的豐富性和趣味性。

目前看來Google暫時不會跨入導航市場，不過值得繼續觀察的是，Google欲以46億美元競標美國700MHz頻段，新近發表的Google phone手機開放平臺Android等策略，均有其目的性。不同于Nokia的模式，Google除了整合供應鏈端外，同時積極涉足服務端。如此Google便介入定位服務領域，可利用使用者手機的位置定位，發送與位置相關的信息，例如位置導航以及推播式廣告(push-mode advertising)等服務。

未來值得關注的發展趨勢PND整合無線通信

未來，GPS便攜式導航產業有三大值得關注的發展趨勢。首先，PND導航裝置將結合通信帶來Telematics相關服務，各式車用感應裝置以及先進駕駛輔助系統(ADAS)功能將崛起。使用者對于目前PND上的多媒體功能興趣不高，主要是因為這與導航功能的相關性較低。但是無線通信所帶來的變革，以及以此提供實時路況、避障信息、交通信息、氣象等服務功能，與導航應用卻是息息相關，對使用者是迫切需求的項目。因此，結合各種車載感應裝置拍攝影像提供行車記錄，以OBD-Ⅱ接口獲得行車數據信息從而作為汽車保養修護參考等功能，都是值得期待的發展方向。

GPS精確定位

再者，A-GPS技術將普及于GPS手機應用領域。手機及GPS定位是近年來無線通信領域成長最為迅速的兩大領域，結合這兩大領域的技術便是A-GPS定位功能。關鍵在于A-GPS技術的定位原理，是相互搭配移動通信技術與手持裝置GPS，可改進傳統GPS(conventional GPS)的定位反應時間、靈敏度、精準度、以及耗電量或消耗功率。進一步來說，由于利用網絡式定位技術，基站及信號到達時間三角定位相關技術的精度都不高，未來在終端式定位技術手持裝置市場，唯有A-GPS技術才能達到符合FCC E911 Mandate的定位反應時間及精準度需求。

Galileo整合GPS尚待努力

最后，由于成本價格較為昂貴，短期內市場尚難見到同時整合GPS及Galileo衛星系統的行動定位裝置。Galileo并不是為與GPS競爭，而是與其協同工作。以L1波段頻率、中心頻率為1.575GHz來說，Galileo相同于GPS，同時在互補的GPS衛星軌道之間相間隔，因此在相同位置上能獲取到的衛星定位信號量得以增加。這可大幅改善以往傳統GPS定位面臨“一線天”或是“半邊天”等導致精密度降低的情況，可將準確度提升到2～4米。

但是如果想同時維護支持GPS和Galileo兩種截然不同的射頻系統，不僅必須占據更大的電路空間，也會消耗更多的電力。并且，應用處理器若要同時提供兩條總線接口，將會提高成本，不易被消費市場所接受。更何況，盡管因為GPS及Galileo采用相同頻段，射頻部分可整合成為一組，但是由于GPS采用BPSK方式編碼，而Galileo則采用BOC方式編碼，這種設計方式會增加基帶設計的復雜性，從而導致Galileo芯片成本無法降至與GPS芯片相同的價格水平。因此，除非使用者非有必要，否則，短期內整合Galileo和GPS芯片的價格若要合理、且能被市場接受，似乎還需要更多的努力。