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專訪PCI-SIG副總裁Richard Solomon PCIe Gen4/Gen5開拓新應用

PCI-SIG副總裁Richard Solomon表示,從PCI Express Gen3推出至今,已經有超過7年歷史。這段期間內許多新應用出現,對介面頻寬有更高的需求,但PCIe新規格的制定速度卻相對遲緩,讓PCI-SIG最近幾年承受不小的壓力。 Gen4標準的制定速度之所以緩慢,其實跟PCI-SIG對PCIe未來發展方向的想法,以及從PCI時代一路遺留下來的包袱有關。Solomon透露,過去PCI-SIG的標準規格寫作方式其實有點像學術論文,很多繼承前一版規格的技術細節不會在標準文件裡面詳細描述,開發者得自己去查閱先前的標準文件。PCI-SIG決定利用PCIe Gen4做一次總整理,把所有技術細節一次說清楚講明白。但這也使得PCIe Gen4的文件工作負擔變得異常龐大。 另一方面,PCI-SIG也有意藉由PCIe Gen4開拓新的應用,因此在PCIe Gen4的規格上添加了很多新的功能,例如協定增加了新的標籤(Tag),以滿足新的服務需求,並且對通道的訊號裕度(Lane Marginig)有明確的規定,同時也強化了I/O的虛擬化能力。 這些新的規範,對於PCIe應用在各種嵌入式設備,甚至智慧型手機、平板電腦,可帶來很大的幫助。開拓新應用是PCIe標準未來發展的大方向,近期PCI-SIG跟SD協會達成合作協議,就是一個具體案例。藉由雙方合作,智慧型手機、平板電腦等應用產品的儲存系統或外部記憶卡採用PCIe,將可望成為趨勢。 也因為PCIe Gen4做好了打地基的工作,因此PCI-SIG可以在很短的時間內推出速度更快的PCIe Gen5,因為Gen5基本上就是升速版的Gen4,其他變動不大。目前PCIe Gen5標準草案已經進展到0.7版,0.9版則預計在2018年底到2019年初會公布,屆時標準就可算是底定。 PCI-SIG副總裁Richard Solomon表示,PCIe Gen4是PCI標準發展過程中的一個重大轉折點。  
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實現高效音訊訊號擷取 MEMS麥克風效能更上層樓

相較於傳統駐極體電容式麥克風(ECM),MEMS麥克風提供許多更好的優點。在效能等級相同的情況下,MEMS麥克風體積較小,來自多個麥克風的音訊訊號放大與相位也可相互匹配。此外,MEMS技術在抗高溫能力方面較為優異,而且適用於回流焊,因此可使用自動化電路板組裝。也因此,許多半導體業者紛紛推出MEMS麥克風解決方案,例如英飛凌便於近期發布XENSIV MEMS麥克風--IM69D130(圖1),以提供精確的語音辨識。 圖1 半導體業者推出新一代MEMS麥克風,克服現有音訊訊號鏈的限制。 高效能麥克風降低雜訊 麥克風做為聲音感測器,可將聲壓波轉換為電子訊號。然而,並非所有麥克風都具有同等的能力,而且有多項參數決定麥克風是否適用於特定應用。 麥克風輸出訊號中的電子雜訊,並不只是來自於所須輸入訊號的所有訊號有關。雜訊可能存在於環境中或來自麥克風本身,而且雜訊位準越高,音訊訊號的品質越低。各種參數或規格定義了麥克風的雜訊。一方面是自有雜訊,這是在沒有聲音訊號時,麥克風本身產生的雜訊,以Vrms、dBV或dBFS測量。等效輸入雜訊是對應於麥克風輸出處電子雜訊位準的虛數聲學雜訊位準,以dB聲壓水準(dB SPL)表示。訊噪比(SNR)是一個重要的標準。SNR值以dB表示,是相對於預期或期望輸入訊號的麥克風自有雜訊量度(圖2)。 圖2 MEMS麥克風在高聲壓水準的環境下,亦能提供無失真的音訊訊號。 其他重要的麥克風品質特性還有失真,如總諧波失真(THD)及聲學過載點(AOP)。實際上,如同所有訊號轉換器,麥克風也是非線性的,亦即會產生一定的失真。在失真的情況下,額外的訊號為諧波(通常是2至5次諧波)。THD是這些諧波中包含的能量與基頻能量的比率,以百分比表示。基本上,AOP定義了THD超過10%的點。但是,在要求較高的應用中,有時也將AOP指定為THD超過1%的點。 最佳化演算法降低訊號干擾/失真 對於執行演算法的系統而言,擷取聲音訊號的方式與人耳感知聲音的方式不同,因此聲音品質的目標也是不同的。只要針對所使用的演算法進行最佳化,訊號就不一定要聽起來很自然,重要的是訊號不受干擾、失真及雜訊影響,各種應用皆然。 自動語音辨識是將語音訊號自動轉換為書面文字的程序,目前的準確度約為95%,已非常接近人類水準;到目前為止,此值只有在環境條件非常有利的實驗室中才能實現。在開發語音控制系統時,基本概念應始終聚焦於可靠性以及使用者的易用性。為實現此目標,系統設計人員必須考量現場的實際應用,例如使用者與麥克風之間可能的距離,以及預期的背景噪音量。唯有如此才能設計出可實現最佳效能的系統。 實際上,特別是當喇叭不在附近時,語音控制通常在聲學方面有相當大的困難,例如背景噪音、殘響、回音消除及麥克風位置等。因此,僅擁有良好的語音辨識軟體是不夠的。系統的每個組件皆應提供最佳效能,以避免發生品質損失。麥克風的任務是為語音辨識系統提供最佳的輸入訊號,而高品質的輸入訊號有助於分析傳入聲音的語音內容。關鍵參數包括噪音、失真、頻率響應及相位。 在嘈雜的環境中,如果使用的麥克風具有高線性度以盡可能減少失真,則可以大幅改善語音辨識。高AOP有助於大幅減少失真並改善噪音與回音的抑制。有時語音訊號本身不夠響亮,並且還有其他聲音造成干擾。例如,當喇叭靠近語音啟動終端裝置的麥克風,或是當數位語音助理正在播放響亮的音樂或語音資訊時。 提高訊噪比為降噪主要步驟 與語音訊號源的距離越大,饋送至演算法之訊號的訊噪比就越低。因此,如果預期的偵測距離較大,麥克風的訊噪比就應該更高。 如果可以從訊號中遮蔽掉不需要的聲音,即可改善音訊與視訊訊號的偵測以及對話的品質。其目標是提高訊噪比,在此情況下即為所需要的音訊與不需要的環境噪音之間的比率。透過使用多個麥克風與適當的算法,可實現降噪與方向特性。 定向麥克風陣列(例如使用波束成形演算法)可增加麥克風在所需方向的靈敏度,同時放大所需的聲音來源。有一種複雜的抑制噪音方法是「盲源分離」演算法,無論方向、距離及來源位置為何,皆可抑制噪音。所有上述噪音抑制技術皆可獲益於所接收訊號的準確性與品質。因此,麥克風應具有最大訊噪比、低失真、線性頻率響應(可改善相位響應)及低波群延遲。 半導體商力推高效能MEMS麥克風 上述提到,MEMS麥克風需求增加,半導體業者也相繼推出解決方案,以英飛凌為例,該公司旗下的XENSIV MEMS麥克風「IM69D130」訊噪比為69dB,專為需要低自有雜訊、高動態範圍、低失真及高AOP的應用而設計。 此款麥克風結合英飛凌的雙背板技術,此技術以錄音電容式麥克風所使用的小型化、對稱式麥克風設計為基礎,可在105dB的動態範圍內實現輸出訊號的高線性度。麥克風的噪音底部為25dB(69dB訊噪比),即使聲壓位準為128dB SPL(130dB SPL時失真率為10%),失真率也不會超過1%。這意味著即使喇叭正在播放音樂,也可以無失真地偵測語音命令。線性頻率響應(28Hz低頻衰減)與嚴格的製造公差實現麥克風的緊密相位匹配(圖3)。此麥克風採用4mm×3mm×1.2mm封裝。 圖3 IM69D130典型的相位響應 此外,該產品憑藉其靈敏度(±1dB)與相位匹配(1kHz時為±2O),可支援極為精確的音訊波束成形,以提供創新的高效能音訊與語音演算法(圖4)。由於其具備數位介面,因此無需類比組件,如此也降低了保護電路板免受高頻雜訊影響的成本,而且多麥克風應用所需的資料線也會更少。同時,數位麥克風ASIC包含極低雜訊前置放大器與高效能Sigma-Delta AD轉換器(1kHz時僅6μs延遲)。可選擇不同的功率模式以符合特定的電流消耗要求。每個IM69D130麥克風皆經過微調,因此靈敏度的公差非常小(±1dB)。 圖4 IM69D130方塊圖 簡而言之,該產品結合的創新演算法易於處理高品質音訊原始資料訊號,可處理要求嚴苛的語音辨識場景,例如遠場偵測及擷取細微的語音;MEMS麥克風的效能提升,不再是音訊訊號鏈的限制因素,因而能支援強大的語音演算法。 (本文作者為英飛凌科技公司MEMS麥克風部門行銷經理)
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零組件出口持續成長 台廠3D感測元件前景可期

零組件產業競爭版圖透過智慧科技的創新正快速被重組,人工智慧(AI)感測應用爆發、5G商轉新應用競賽開跑以及智慧介面樣貌的迅速改變,帶動新零組件應用在智慧家庭、智慧零售、智慧製造、健康照護、無人載具與智慧空間的快速來臨,也牽動著顯示器、感測器、等電子零組件的產業趨勢走向。其中,對於台灣廠商而言,3D感測元件將成為最有成長潛力的零組件項目。 工研院產科國際所經理林澤民認為,在2018年,台灣零組件廠商延續了2017年的成長,在2018年前9個月出口成長14.4%。其中,台灣廠商在VCSEL代工、晶圓級光學元件設計、光學鏡頭/項機模組技術能量皆獲Apple認可並具產業領先地位,是台灣廠商實力最為堅強的零組件領域。 展望2019年,工研院觀察指出,除了蘋果(Apple) iPhone /iPad全系列手機/平板電腦皆已導入3D感測Face ID,中國大陸手機業者也跟進規畫導入更多3D感測功能;加上智慧家庭、智慧零售、智慧製造等各多創新應用,可望在不久的將來引爆更大市場動能,全面席捲B2C與B2B市場,衍生更多可觀應用商機,而台、日、中等亞洲業者也看準此一趨勢展開更積極的布局。 除此之外,Apple、pmd公司、奧地利微電子(AMS)、德州儀器(Texas Instruments, TI)等歐美大廠,正持續透過積極購併投資策略,藉此補足3D感測產業鏈缺口,進而打造完善產業生態鏈。同時,近來也有諸多歐美新創業者,投入更多資源於光學雷達(LiDAR)在汽車/工業/建築/國防安全之3D感測之應用,期望建立更大競爭優勢改寫市場版圖。
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5G商用帶動設備需求 「以硬帶軟」成台廠致勝關鍵

日、韓、美、中、英等國將在2019~2020年開始,陸續啟動5G商用服務;該趨勢將帶動5G基地台及智慧型手機等需求。台灣ICT廠商若要在此趨勢中搶得商機必須秉持著硬體優勢,並積極整合各垂直領域的專業知識;目前在各大開源組織計畫中,也已看見台灣網通廠商加入。 工研院產業科技國際策略發展所產業分析師陳梅鈴指出,5G通訊技術的發展不單單是會帶動ICT產業,相較於以往,5G將與各行各業垂直領域應用將有更為密切的合作。因此,對於台灣廠商而言,除了深化資通訊專業能量之外,也必須持續強化不同領域的專業知識。 在5G時代,軟硬體的整合與優化將是台灣ICT產業成長的契機。台灣廠商的硬體設備的開發製造實力堅強,應深化人工智慧(AI)、邊緣運算、開源軟體等技術開發,加速開發5G時代下所需要的創新應用產品。 自2018年3GPP完成5G NR NSA、SA標準制訂完成後,各國政府也陸續發放5G頻譜,加速了5G網路建置的時程。工研院預估,自2019~2020年起,南韓、美國、日本、中國大陸、英國等將搶先推出5G商用服務,進而帶動5G基地台、5G智慧型手機的需求出現。另外,5G大頻寬(eMBB)、大連結(mMTC)、低延遲高可靠(URLLC)特性,也將加速更多應用服務的發展。因此工研院預估,在5G行動網路應用發展下,除基地台、手機陸續升級至5G外,也將帶動更多包括AR/VR裝置、服務型機器人、無人機等新興載具的需求成長。 在此趨勢之下,設備的開源化也是一重要趨勢,未來電信商的設備將來自各個不同供應商。例如,由Facebook 發起的開放運算計畫(Open Computer Project, OCP)正積極的討論不同軟體架構的可能性,而在軟體定案後,更需要應體的配合運作。目前也已能在許多開源計畫中看見台灣廠商的參與,並且除了網通廠商之外,也能看見各零組件大廠紛紛開始布局。  
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智慧音箱2018年出貨量挑戰1億台大關

根據產業研究機構Strategy Analytics的最新研究報告,2018年第三季全球智慧音箱出貨量較去年同期成長197%,達2270萬台,全年出貨量有機會突破1億台。亞馬遜仍然是2018第三季排名第一的供應商,占32%的市占率,其次是谷歌,市占率23%。中國百度是本季成長幅度最大的廠商,從2018年第二季的1%增加到第三季的8%。百度已加入阿里巴巴和小米,成為產業領導廠商。 Strategy Analytics表示,消費者對語音喚醒的智慧音箱和螢幕的需求持續飆升,預計2018年全球出貨量將達到近9000萬。今年中國迅速成為智慧音箱的第二大市場,僅次於美國,預測2018年中國出貨量將成長12倍。雖然北美和歐洲是智慧音箱主要市場,但隨著百度出貨量逐漸加溫,中國正出現三方戰爭。繼6月推出首款入門級智慧音箱後,第三季出貨量增加。低價格和大幅折扣一直是阿里巴巴和小米在中國成長的關鍵驅動因素,因此百度的舉動表明,其迅速擴張的目標是在家中使用DuerOS語音平台。 Strategy Analytics補充,全球使用的智慧音箱數量將突破1億單位大關,到年底將超過1.25億。比過去十年推出的任何其他消費性設備都要快,語音優先產品正在成為許多家庭的永久固定裝置。  
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採8奈米製程 三星全新旗艦型行動處理器亮相

因應行動裝置AI應用,三星(Samsung)宣布推出全新高階應用處理器(AP)「Exynos 9 Series 9820」,該產品採用「2+2+4」的三叢式架構,包含2顆三星自行研發的CPU(Mongoose M4),2顆Cortex-A76 核心及4顆Cortex-A55核心,並具備下載速率達2Gbps的LTE Advanced Pro數據機(Modem),以及神經網路處理器(NPU),為行動設備帶來全新的智慧體驗,預計在2018年底量產。值得一提的是,Exynos 9820是採用8奈米製程,而非如華為麒麟980和蘋果A12一樣採用7奈米製程。 三星電子系統半導體市場副總裁Ben Hur表示,隨著AI應用在行動裝置中加速擴展並更加多樣化,處理器需要更高的運算能力和效率;而新推出的Exynos 9820將透過整合 NPU、第四代高性能自製CPU核心,以及2Gbps下載速率的數據機,為智慧行動設備提供全新的效能。 三星指出,和前一代產品Exynos 9810相比,新推出的9820多核性能提升了15%、單核性能最高提升20%,整體效能最高提升40%;並採用Mali-G76 MP12,效能比上一代9810所採用的Mali-G72 MP18增加40%,並減低35%的功耗。 此外,由於9820整合NPU,使得其AI執行效率比前一代產品快了7倍。透過NPU可直接在設備上執行AI相關處理,毋須將指令送至伺服器端,因而能提供更快、更好的AI應用體驗(如臉部識別、拍照環境即時調整及AR/VR等),並確保個人訊息安全性。 至於在網路連線的部分,如前面提到,9820的下載速度最高可達2Gbps(LTE Cat.20 8CA標準),約可在15秒內下載FHD高清電影(3.7GB),上傳速度則達316Mbps(LTE Cat.20 3CA)標準,並支援4×4 MIMO;另外,該產品也可支援4K/150fps或8K/30fps的影像內容,以及10bit HEVC/H.264/VP9的編解碼。
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混合驅動為趨勢 48V實現汽車電氣化創新

全球道路交通的碳排放新限值即將實施。然而,汽車電氣化的技術創新步伐若不能配合,根本無法實現這些目標。再加上,最近國外一家著名車廠的碳排放造假,這醜聞使得大眾更加擔心碳排放的問題。解決方法是採用高性能的混合驅動。汽車製造商到2021年之前必須實施混合驅動,否則便會無法遵守規定,因而面臨高額罰款。 12V難滿足混合驅動需求 實施混合驅動的基本要求是採用48V電氣系統。12V發電機難以滿足數量不斷成長的汽車消費性產品的要求。48V電源能夠採用截面面積更小的電纜,有助於減少產生的熱量和潛在的損耗。再加上,電流水準相同時,48V的性能提高4倍。這要求使用其他額外元件,如轉換電壓的DC-DC變換器及第二電池。要完全從目前的12V轉換到未來的全48V系統,在目前是不可能的,因為這將涉及改變所有電子系統和致動器,如氣囊或發動機控制器。為了繼續使用低功耗的元件,許多供應商目前還保留12V電氣系統。變換器可使得這兩種網路並存,它必須對應連續功率輸出高達4kW,效率至少96%的12V/48V雙向變換器,被動空冷方式可確保最高效率。 除此之外,新的核心元件是48V電池。在此一領域中,新技術的開發一直突飛猛進,例如,鋰-硫或鋰-空氣電池設計。它們的初步目標是改善充電容量和能量密度。儘管這些電池存在價格壓力,但是它們的預期使用壽命長,並且非常堅固,例如不會在車禍中損壞。 中度混合動力系統更快普及 根據VDA的報告,到2020年,大約400萬輛汽車將裝備48V部分電氣系統;2026年,這類汽車將增加到大約1,000萬輛,全球大約每十輛汽車就有一輛,其中大多數是中度混合動力型號。與全混合動力型號相比,它們未設計充電功能,並且單靠電子馬達無法驅動汽車。除提供啟動輔助之外,啟動發電機還充當制動能量換熱器,給電池充10kW電,從而降低碳排放。另外,利用換熱能量,還可以使汽車無排放運行,實現主動發動機關閉滑行(亦稱為航行)。根據測定指南和駕駛方式,碳排放減少量可高達12%。同時,滑行大幅降低了車內雜訊和振動,提高了駕車樂趣。換熱能量還可以用於碳中性電動增壓(e-Boost)功能,即超車時,馬達提供臨時的額外加速。 新技術甚至還可以進一步降低消耗,例如,開發高度自動化和全自動化駕駛解決方案。 為了降低12V電氣系統的負荷,一開始便可以在48V部分電氣系統中整合前擋風玻璃加熱器以及輔助設備(如水泵、油泵和燃油泵)、轉向輔助、HVAC控制(發動機控制)和PTC加熱器,會是比較明智的做法。後者對混合動力汽車尤其重要,因為馬達不會產生用於發動機加熱器和汽車內部的廢熱。2016年推出的電氣動態穩定性控制,也是48V應用必須的。 但是,最重要的決定性因數是充電器。例如,充電器使發動機規格變小,從六缸減為四缸,因而在降低二氧化碳排放中起主要作用。業界可生產出裝備兩個廢氣渦輪增壓器和不超過兩個電動壓縮機的客用車。 高電壓架構帶來新要求 48V系統的電壓更高,因此要求汽車採用與檢查規則一致的全新架構。峰值電壓必須限制在60V,過壓保護和欠壓保護也是必須的,為了要防止對網路中其他消費性產品的不良影響。必須安裝採用新絕緣技術的電纜,以抵消由此造成的間隙和爬電距離。還需要非常特殊的連接器配置,才可以連接更高的電壓。在這種情況下,千萬不要忽略總體系統。 在接下來的15年內,將逐漸轉換為更高電壓系統;全48V電氣系統汽車預期大約在2030年出現。如果仍然要保留這種部分系統,電纜截面積規格將必須增大4倍,以滿足新消費性產品對更高功率的要求。鑒於所需空間和重量(大約10kg)明顯增加,從而碳排放也明顯增加,這將是完全不能接受的。成本因素也十分重要:如果電動壓縮機與12V系統連接,大約3kW的輸出將導致250A以上的電流。採用標準元件時,這是不可行的。但是,可以採用48V系統電動壓縮機及大約4kW輸出。 隨著半導體元件迅速發展,未來大多數消費性產品將可能逐漸裝備48V技術: 短期:具備新8V功能的高性能消費性產品: .前擋風玻璃(1.5KW) .PTC(1.2KW) .電動壓縮機/充電器(3.5KW) 中期:更大功率要求的12/24V消費性產品轉換 .電動轉向(1KW) .動態穩定性控制(3KW) .發動機風扇(1.5KW) .燈(外部) 長期:所有12V應用(包括背光加熱器)轉換為新電壓級別 這些電氣消費性產品均可以啟動,並且不會磨損,確保其僅在實際需要時才消耗能量。如果採用了以需求為導向的控制策略,碳排放將減少大約10%。 高壓車載電源的開發繼續發展;在可以預見的未來,快速充電器系統將推出800V以上電壓。它們將能夠在30分鐘內消耗足夠能量,僅利用電力行駛大約400km。 根據一級供應商的預測,由於採用48V電氣系統、混合動力技術和各種其他措施(如重量輕的結構),汽車製造商可以將汽車的燃油消耗量最多降低25%。 大廠齊力推動高電壓架構 因此,一級和二級供應商將是許多新技術新系統的主要開發者。特別是,德國製造商在這此方面一直居於前線,例如,博世(Bosch)開發了各種類型的發動機,全球市場領先公司博澤(Brose)開發了電動窗調節器馬達應用或座椅調節系統馬達,而風扇電機專家ebm-papst也開發了相應產品。亞洲製造商也實現了廣泛的創新。電機製造商日本電產株式會社(Nidec)的最新開發成果包括電動轉向馬達和高達750W冷卻風扇應用。日本電裝株式會社(Denso)為汽車工業提供了範圍廣泛的高效技術、系統和元件。美國公司Johnson Electric是前燈步進馬達及冷卻風扇和空調系統馬達的世界領先供應商之一;然而,電動車目前最大的市場在法國。 與高電壓混合動力汽車相比,先在客用車中導入其他電壓級別更具有前景優勢。一方面,有機會實現頗有吸引力且成本合理的碳減排;另一方面,可以實施目前12V設置技術上不可行的功能,包括電動渦輪增壓器、空調壓縮機及可配合各種發動機速度的泵。這意味著可以根據車輛狀況有效地控制負荷,打開或關閉負荷。這些功能推動駕駛能力顯著提高,駕駛員將能夠親身體驗到。 就傳動系統的整合而言,48V電壓級別會比高電壓混合動力更易實施,並且可繼續使用現有的傳動系統理念,從而預期開發週期更短。作為實施過程的一部分,汽車製造商和供應商目前非常重視元件和系統開發,以及系統整合和驗證。 (本文作者為儒卓力ABU負責人)
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OPC UA巧扮網路協定翻譯員 智慧工廠設備互通有解

泓格科技副處長游尚明(圖1)表示,目前工廠所遭遇的挑戰,不外乎是生產的產品少量多樣且生命週期短、利潤長期在低端徘徊、隨著間接或直接汙染,環保規範愈來愈嚴格,以及中國人口紅利已成歷史(開始朝東南亞聘僱勞工)等。因此,如何讓傳統工廠轉型智動化,已成為製造業最重要的課題。 圖1 泓格科技副處長游尚明表示,要實現智慧工廠,聯網設備不可或缺,也因此需要一個統一的聯網標準。 而要達到智動化目標,大數據應用是十分重要的關鍵。透過大數據應用,可實現更完善的機電設備預防性保養(產線設備、空調設備或緊急發電機等);還可進行生產數據分析,提供更完整的生產履歷,優化產能等。 游尚明說明,目前工廠端常碰到的問題包括:無法有效針對問題提出改善方案,例如政府要求降低二氧化碳排放量,但工廠決策人員卻因為數據、資料不足而不知如何改進;機台數據未記錄或是數據只是粗略整理,無法活用資料供決策參考、分析;或是系統間彼此孤立,像是ERP、MES、FA的資料各自獨立,無法相互連結,導致整合困難等。 實現智慧工廠 OPC UA標準日受重視 游尚明進一步解釋,須先解決上述困境,才有可能實現大數據應用,而要達到此一願景,須仰賴統一的聯網標準,如此一來才能有效串連工廠內的各種聯網機台,進行資料擷取、整合;而OPC UA標準也因而愈來愈受到重視。 OPC(Open Platform Communications)是用於工業自動化的一種通訊標準,主要作為工業與自動化行業用戶端之間的資料交換及交互操作的參考規範。簡單來說,符合OPC標準的設備,可透過OPC將即時資料傳送給OPC Server,而使用者則透過OPC Client向OPC Server取得即時資料,進行設備監控。 OPC UA則是OPC下一代標準,同樣用於工廠網路與企業通訊,目的是改善OPC的缺點,以符合現代工業自動化的理想架構。OPC UA優點包含:功能等同性(Functional Equivalence),所有傳統的OPC規範都對應到OPC UA;跨平台(Platform Independence),從微控制器(MCU)到雲端基礎架構皆通用;安全(Secure)提升,具備加密,認證和審計(Auditing)功能;可擴展性(Extensible),能在不影響現有應用程式的情況下添加新功能;以及全面的資訊建模(Comprehensive Information Modeling),以定義複雜的資訊。 游尚明指出,過往工廠的聯網架構多採用內部乙太網(Modbus TCP),然而此一聯網架構在進行設備偵測時,是採用輪詢的方式;也就是中控系統不停發送訊息到各機台端點,確認是否有異常狀況,機台並不會主動回報異常狀況。此一方式缺點在於,當聯網設備愈來愈多,架構越來越大時,中控系統不停的發送訊息確認,會導致處理時間拉長,效率降低。也因此,已開始有工廠將聯網架構轉變成OPC UA,以提升資訊處理的即時性與資訊共享、整合。 資通訊技術扮工業4.0要角 資料收集尤為重要 工業4.0風潮席捲全球,製造業者無不積極投入發展。對此,工研院資通所智能製造服務系統組技術副組長李坤敏(圖2)表示,工業1.0變化在於動力來源改變,以蒸汽機代替人力;工業2.0為製造分工改變,開始引入電力應用、勞動分工批次生產。到了工業3.0,則是執行程序改變,也就是邁入自動化時代,而工業4.0最大的不同便在於「執行決策」的改變,也就是導入物聯網與資料分析,運用「資通訊」系統協助專業決策。也就是說,資通訊技術是工業4.0不可或缺的關鍵要素。 圖2 工研院資通所智能製造服務系統組技術副組長李坤敏指出,工業4.0最大不同在於「執行決策」的改變,而透過資通訊技術有助決策者下達準確指令。 李坤敏指出,現今製造業的困境多為試量產時程過長、量產良率不穩定、設備運作不穩定、產品/製程變數大(如缺乏可決策資訊)等,因此亟待資通訊技術協助以轉型為智慧工廠;而所謂的資通訊,便是指物聯網+巨量資料+雲端服務。 李坤敏進一步說明,資通訊的三個技術重點為數據分析、可視化中控平台與資料自動收集,其中,資料自動收集可說與數據分析息息相關。資料收集/建置的最終目的在於提升生產效能,強化產品品質與競爭力,以及協助決策者做出正確、即時的決策。 李坤敏說,若沒有收集機台設備或感測器的資訊,或是資料太少,無法看出差異化;又或是因需求不明確導致資料採樣太頻繁,收集過多資訊,皆會使決策者無法即時掌握現場狀況並降低決策效率。而當建置完善資料後,再配合聯網技術,便能串聯資料傳輸,運用資料流掌握實體流,實體流回饋資訊流來打造虛實整合系統,進而建構智慧工廠。 提升決策效率 可視化管理系統大有助益 從系統的角度來看,智慧工廠由上而下是由幾種系統組成,最頂層是工廠管理系統,此階層負責處理工廠經營時需要的資訊,包括財務資訊在內等關鍵績效指標(KPI);第二層為基礎系統,係由ERP及各別套裝軟體或各公司獨自打造的系統所涵蓋;第三層為製造執行系統(MES),其下則為電腦整合製造/製造現場控制(CIM/SFC)系統。 新漢IoT智動化事業群專案經理吳昇諺進一步指出,在智慧工廠裡,工廠自動化(FA)設備主要將透過三種形式與資訊類系統取得連線,一是直接取得FA設備資訊;二是收集來自PLC的資訊;第三則是收集MES的資訊。 關鍵數據資料收集的環節打通後,則要透過可視化管理來提升決策斷判效率。吳昇諺說明,可視化管理系統就如同戰情中心,透過隨時隨地監測設備運行並即時分析,提供現場與人員KPI看板、設備資產管理、AR遠端維運、生產檢測系統化,以及產線影音互動等功能,從而提升整體營運和設備效能管理效益。 聯網建置眉角多 備援/干擾機制不可忽略 另外,從網路基礎架構的角度來看,智慧工廠由上而下則包含應用層、通訊層及裝置層,每個階層有不同的基礎網路建置需求。新漢IoT智動化事業群產品經理陳正益分析,應用層主要有網路管理者及SCADA,通訊層則有無線和有線網路骨幹,裝置層則包含轉換器(Converter)、閘道器與現場總線閘道器。經由這三個階層網路的串連,來達到即時資料的整合。 陳正益談到,工業網路設計的拓撲架構眾多,最基本的是匯流排(Bus)架構,但考量到備援(Redundancy)機制的設計,因而衍生出其他的架構,如主幹埠(Port Trunk)、環狀(Ring)、雙環(Dual Ring)、雙宿(Dual Homing)、耦合(Coupling)、鏈狀(Chain)等等。廠商在設計時,必須考量實際環境運用時能不能順利達成通連,這往往跟實戰經驗有很大關係,經驗值愈高,競爭力也就愈強。 在工業無線網路方面,目前以區域網路(LAN)技術較為常用,主要是IEEE 802.11 WLAN技術。陳正益認為,商業用WLAN規格已進入到802.11ac等級,但工業應用由於需要的頻寬不高,因此現階段最多用到802.11n規格,未來會不會受到商業應用影響則仍待觀察。至於授權頻段的4G技術,通常會用於距離較遠的應用。 陳正益指出,無線訊號容易有干擾問題,因此須透過跳頻、通道和整體系統規劃來降低干擾情形發生。另外,工業應用亦相當重視可靠性及擴充性,因此網狀(Mesh)網路遂應運而生,藉由讓訊號可透過不同路徑傳輸來避免訊號掉包,達到更好的可靠性,同時也能彈性擴充網路建置與覆蓋範圍。 整合新舊設備 工業閘道器扮要角 由於工業製造現場設備多樣,且不乏許多使用多年的舊式機台設備,因此實務上要讓各種設備間彼此連結,不能只單純的讓機台連線,而須考量如何介接整合新舊設備的通訊協定,以達成無縫互連互通。 有鑑於此,研華科技資深工程師張俊凱表示,工業閘道器的角色遂益形重要。藉由閘道器的建置,工廠毋須更換現有機台的控制系統,僅須加裝閘道器,便可輕易連結機台和工廠內的工業網路,同時讓不同機台互相通訊,讓機台間可以進行群組協調控制和互相備援,甚至能從遠端調校,以提升生產良率。 張俊凱進一步說明,工業閘道器設計時須考量實際工廠環境、快速部署、容易使用,以及系統備援。以部署為例,傳統上當連結到閘道器的設備節點增加時,通常必須透過繁瑣的步驟達成,不僅耗費時間和人力,也容易產生人為錯誤,因此研華已將這些繁複流程簡化成一個步驟,只要在網頁上即可完成所有設定。 除資料收集、設備互連互通外,如何透過雲端平台整合提升工廠營運效率亦是落實智慧工廠的重要環節;因此研華科技IoT顧問服務市場開發經理卓建曄指出,該公司除提供多種物聯網感測裝置、閘道器等解決方案外,亦針對各應用領域推出SRP(Solution Ready Package)套件,例如要做設備聯網就有標準的SRP,製造商或系統整合(SI)業者就可利用此現成套件,加速智慧工廠落地,同時利用研華WISE-PaaS加速從端到雲的串接與維運。 卓建曄談到,現今業界已開始關注人工智慧的發展,而研華WISE-PaaS平台即支援資料標記(Data...
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搶占市場先機 英特爾宣布提前推出5G基頻晶片

搶占5G市場先機,英特爾(Intel)宣布提早推出Intel XMM 8160 5G數據機晶片組,此一經過優化多模數據機,可為手機、個人電腦和寬頻存取閘道器等設備提供5G連接,將可加速5G通訊技術被廣泛採用。Intel指出,該產品提早半年上市,預計將於2019下半年推出,而使用該數據機晶片組(包括手機、PC與寬頻存取閘道器)的商用設備預計將於2020上半年上市。 Intel公司副總裁暨通訊與設備事業群總經理Cormac Conroy表示,該公司看到市場對於XMM 8160進階功能集的龐大需求,因此決定將這款數據機晶片組的上市時間提早半年;新推出的數據機晶片組可支持大容量以擴充至多種設備類別,配合全方位的5G部署。 XMM 8160為一款多模數據機,可透過單一晶片組支援5G新無線電波(New Radio, NR)的新標準,包括獨立(Standalone, SA)和非獨立(Non-standalone, NSA)模式,以及4G,3G和2G傳統無線電波。 該產品還提供單晶片支援多模,可以設計出更小更省電的裝置,這可適用於5G與之前的無線網路、並且不會造成額外太複雜的設計、電源管理和外型規格調整等問題;另外,透過直接導入多模解決方案,新款數據機的功耗、尺寸和可擴充性方面皆有明顯的改進;值得一提的是,整合式多模解決方案還支持LTE和5G的雙連接(EN-DC)功能,當5G訊號無法使用的時候,5G行動網路可以跟4G標準相容。 同時,為解決用戶、裝置和連網機器帶來的更多巨大頻寬的需求,業界紛紛轉向毫米波(mmWave)頻譜和中頻頻譜,為此,該數據機也支持新的mmWave頻譜以及6GHz以下5G NR通訊標準(包括600MHz至6GHz的FDD和TDD頻段)和下載速度高達6Gbps所需的先進技術。
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折疊式智慧手機紛現 可摺疊AMOLED 2025年將達5000萬片

摺疊式智慧型手機紛紛亮相,驅使可摺疊AMOLED市場逐漸成長。根據研調機構IHS調查指出,在智慧手機創新用戶體驗需求增長的推動下,可摺疊螢幕將成為全螢幕之後,智慧手機顯示的全新形態,可摺疊AMOLED面板市場也因而逐漸攀升,到2025年,可摺疊AMOLED面板預計將達到5,000萬片,占AMOLED面板總出貨量(8.25億)的6%,占柔性AMOLED面板總出貨量(4.76億)的11%。 為帶給消費者創新使用體驗,並引爆新一波手機換機潮,智慧型手機供應商紛朝摺疊式手機發展,如中國的柔宇科技推出「FlexPai柔派」,螢幕尺寸達7.8 吋,摺起後為4.3吋,可自由彎曲、摺疊及捲起,且具AMOLED螢幕的色彩表現及耐摔性。 除了柔宇科技外,三星(Samsung)近期也發表採用「Infinity Flex Display」技術的摺疊螢幕手機,螢幕尺寸為7.3吋,摺疊起來後為4.58吋,可與一般智慧手機一樣放進口袋,預計將於2019上市。 IHS Markit顯示器研究資深首席分析師Jerry Kang表示,由於傳統智慧手機市場已經飽和,智慧手機品牌廠商紛紛積極賦予智慧手機創新的外型設計,期能吸引消費者,引發新一波換機潮;而可摺疊AMOLED面板則被認為是目前最具吸引力和差異性化的外型設計。 Kang進一步解釋,由於傳統柔性AMOLED面板的需求較低,因此AMOLED面板供應商希望智慧手機品牌商能儘早發布可摺疊設備,甚至有些樂觀的業者考慮投資另一個晶圓廠以專門生產AMOLED面板。不過,雖說三星、柔科已相繼發布可摺疊方案,但仍有些智慧手機品牌業者持謹慎態度,因摺疊式手機須有足夠的耐用度以能反覆摺疊,且採用了更大的顯示器和電池後,還須維持輕薄;在這些因素的考量之下,可摺疊AMOLED面板的單位出貨量或許不會呈現猛爆式的成長,不過單位面積有望比傳統顯示器更大,面板製造商預計將增加工廠的產能利用率。
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