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專訪安矽思產品管理總監Larry Williams 模擬工具加速5G應用開發

安矽思(Ansys)產品管理總監Larry Williams表示,行動通訊技術以往的應用情境相對單純,不是人與人之間的語音、文字通訊,就是行動寬頻上網。但5G將是一種和蒸汽機、引擎類似的通用技術(General Purpose Technology),除了要繼續支援現有的行動應用外,還要承載V2X通訊、物聯網等新的應用服務。 為了滿足更多樣化的應用情境,5G標準導入了許多新的射頻通訊技術,例如MU-MIMO、更複雜的天線陣列甚至毫米波(mmWave)等。這些新技術不是讓系統設計變得更為複雜,就是要採用全新的設計架構。例如毫米波通訊,由於線路損失太大,因此天線必定要整合到射頻前端的封裝裡,亦即AiP封裝。 因此,要確保5G通訊設備跟相關元件成功開發,周延的模擬必不可少。唯有透過模擬工具,才能在產品設計階段早期發現可能產生的問題,進而提出因應對策。目前Ansys在5G設計模擬方面,已經推出眾多解決方案,從晶片設計、封裝到基地台等級的訊號涵蓋模擬工具,Ansys都能提供。目的是要讓使用者盡可能減少在原型開發跟實地測試上所需投入的資源,並盡可能涵蓋各式各樣的應用情境。 事實上,從整個無線通訊產業的發展軌跡來看,模擬所扮演的角色只會越來越重要。沒有完善的模擬,工程師無法建立精確的模型,後面的應用開發就只能靠嘗試錯誤的方法來摸索,這是非常耗時又昂貴的過程。 RF CMOS就是一個典型案例,在相關元件的行為模型建立起來之前,RF CMOS的應用發展極為緩慢,但隨著模擬工具日趨完善,工程師對RF CMOS的行為特性掌握度更高,才促成今天RF CMOS元件廣泛應用的局面。 安矽思(Ansys)產品管理總監Larry Williams認為,在5G應用發展的過程中,模擬工具會扮演十分關鍵的角色。  
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有效省水/確保安全 MCU實現智慧浴室管控裝置

在現今這個年代裡,洗澡是每天個人衛生清潔活動,使用浴缸泡澡是人們生活中的一大享受,而且泡澡許多好處,像是消除疲勞、治療失眠、保養皮膚等等,但是有些人泡澡時間太久,有時會導致胸悶、呼吸急促、頭暈、甚至暈厥。 目前市面上浴缸並沒有提醒已放完水、洗澡時間過長的功能,無法實際的讓使用者知道浴缸何時放滿水與得知洗澡水的溫度。基於以上原因,本文試圖利用微控制器(MCU)建構出一套經濟、節能、安心的浴室裝置,期能幫助使用者在洗澡或泡澡的時候,避免浪費水資源。本裝置的相關功能如下所示: .具計時功能 .具節能功能 .具語音提醒功能 .具手機提示功能 .具手機啟動/停止放水功能 .具手動啟動/停止放水功能 .具溫度感測功能 .具LED提示功能 .具自動加冷熱水功能 .具自動偵測水位高低功能 本系統的功能與目前浴缸結合,具有自動加冷熱水功能可避免水溫太冷或太熱,並且利用浮球配合紅外線發射/接收。當浮球處於紅外線發射器與接收器之間時,因紅外線被遮斷,微控制器傳訊息到手機,讓使用者知道浴缸水位,且當浮球已至高水位時,系統會停止放水,讓浴缸放水的時候不會溢出,造成水資源的浪費。 防水型溫度感測器,用來偵測浴缸裡的水溫,可以藉由七段顯示器知道浴缸的水溫及對應的LED得知水位高低,同時使用者可透過手機連接藍牙模組,並啟動對應的App程式,讓使用者透過手機確認浴缸裡的目前水溫及目前浴缸放水位置。 當洗澡水已經施放完畢時,語音提示會發出提醒,告知使用者洗澡水已經放好,這樣一來洗澡水不會因為使用者的疏忽浪費而溢出,甚至能讓使用者在最完美的水溫中沐浴放鬆,而洗澡時間過長也會有語音提醒,告知使用者,該適度的讓身體休息,避免洗澡過久而造成身體上的不適。同時,當浴室的地板濕滑,語音亦會警示使用者,注意地板濕滑,避免滑倒而發生意外。此外,浴缸水位不會溢出、水溫可以保持在合適溫度以及可透過藍牙將數據上傳至手機,即可讓使用者方便查詢浴缸水位及溫度。綜上所述,本裝置透過以上功能,可讓人們避免因疏忽導致水浪費,洗澡時間過導致胸悶、呼吸急促、頭暈、甚至暈厥等症狀。 居家浴室管控裝置工作原理 圖1所示為本作品具創新性與實用性的「居家浴室管控裝置」之完整電路圖,整個系統以盛群半導體旗下的HT66F70A微控制器作為主要控制核心,來控制其它周邊元件,例如語音模組、溫度感測器、自動加冷熱水電路、紅外線發射/接收器,藍牙、雨滴感測模組與七段顯示器等,使得本系統的整體運作更加的流暢與完善,以下所示為相關元件之控制電路與工作原理。 圖1 居家浴室管控裝置完整電路圖 圖2所示為水位指示燈電路之控制電路圖,總共有三顆LED,將三顆LED正端接腳分別連接至HT66FU70A的PA.4、PF.4、PH.3接腳,當紅外線接收器的C接腳輸出一高電位的訊號給微控制器的時候,LED就會亮起,微控制器在接收到C接腳的訊號時,會依據其準位來進行相關的控制,藉此控制LED。 圖2 水位指示燈電路之控制電路圖 首先,必須先初始化DS18B20,以確定二者之間有沒有連接上,當微控制器要初始化DS18B20時,必須先令DQ=0的時間持續至少480us,然後再令其為1,即DQ=1。換言之,就是產生一個低電位的脈衝訊號。當DS18B20感應到此一訊號後,會經由DQ接腳送出一個持續60~240us的低電壓做為回應。當微控制器收到此一回應訊號時,表示初始化成功,亦即DS18B20有連接上微控制器,反之則否。 當DS18B20初始化成功後,即可開始對其下命令,以進行寫入/讀取資料的動作。微控制器要將資料0與1寫入DS18B20的方法略有不同,寫入1時須先令PB.1接腳輸出低電位,即PB.1=0,然後在15us內,再令PB.1輸出高電位,即PB.1=1,整個動作過程至少要持續60us以上。至於要將0寫入的話,則只需令PB.1輸出低電位的時間持續60us即可。 圖3所示為本系統溫度感測器之控制電路圖,MCU與DS1820之間僅需一條資料線即可,當溫度感測器偵測到外部的溫度時會透過PB.1接腳將訊號傳給MCU處理,雖然沒有時脈可以控制資料讀取傳輸時間,但溫度感測器卻是十分注重傳送資料與讀取資料的時間,所以必須要使用者程式上延遲時間寫的十分準確不可有太大誤差,才能讀取到正確的溫度值。 圖3 溫度感測器之控制電路圖 圖4與圖5所示為本系統控制七段顯示器的控制電路圖,主要是用於顯示溫度、時間之用。只要經由微控制器的接腳PG.0、PG.1、PG.6、PE.1~PE.4與 PC.1、PC.4、PC.6、PC.7、PD.0~PD.3接腳送出0~9的二進制碼,就可以令七段顯示器顯示相對應的數值。        圖4 七段顯示器(溫度)之控制電路圖 圖5 七段顯示器(時間)之控制電路圖 圖6所示為本系統語音模組之控制電路圖。主要是用來發出提示/警示語音之用。控制方法有很多種,本裝置是採用普通直放介面,語音模組上的P7接腳與微控制器的PA.4腳連結,低電位時會從SD卡內儲存的檔案播放輸出。 圖6 語音模組之控制電路圖 圖7所示為本系統音頻放大器模組之控制電路圖音頻訊號之輸出,採用TDA7266音頻功率放大模組進行聲音放大之功能,利用語音模組的HPR與HPL接腳傳送音訊資料,並將喇叭的正極與負極與音頻功率放大器模組的OUT1+及OUT1-上,透過音頻放大器將語音模組的聲音放大後播放出來。 圖7 音頻放大器之控制電路圖 圖8所示為本系統自動加冷熱水之控制電路圖,是由繼電器、電晶體與沉水泵浦所組成,在使用者按下放水按鍵後,微控制器的PH.4、PF.5會送出低電位訊號使得繼電器的COM腳與NO腳連接形成一個迴路,此時相對應的冷/熱水泵浦就會將冷/熱水桶中的水抽出來,然後經由高壓軟管傳送至水龍頭,再流入浴缸中。當停水按鍵放下後,就會停止放水。 圖8 自動加冷熱水之控制電路圖 圖9所示為藍牙模組(FBT06)之控制電路圖,是採用UART串列通訊介面,其中藍牙模組的TxD與RxD分別接至微控制器的PA.1(Tx)與PA.3(Rx)接腳,二者之間的傳輸速率為9600bps,串列資料的傳輸格式為8位元數據、無極性位元與1個停止位元。微控制器要將資料傳送給手機或接收來自手機的訊息之前,藍牙模組必須先與手機連結,同時手機上的App程式也要先撰寫好。 圖9 藍牙模組之控制電路圖 圖10所示為紅外線發射/接收器之控制電路圖,總共有三組主要是用偵測浴缸水位的高/中/低。其中第一組的紅外線的接腳C接至微控制器的PB.5接腳,第二組的紅外線的接腳C接至微控制器的PB.6接腳,至於第三組紅外線的接腳C則接至微控制器的PB.7接腳。 圖10 紅外線發射/接收器之控制電路圖 當浮球處於紅外線發射器與接收器之間時,因紅外線被遮斷,導致接腳C為高電位,則接收器的C接腳會輸出一高電位的訊號給微控制器的PB.4接腳,反之若紅外線接收器沒有被浮球遮斷時,則紅外線接收器的C接腳會輸出一低電位的訊號,微控制器在接收到C接腳的訊號時,會依據其準位來進行相關的控制,藉此可判斷出浴缸中的水位為高/中/低水位。 居家浴室管控裝置結構 圖11所示為「居家浴室管控裝置」的系統架構方塊圖,本裝置是利用微控制器來控制周邊諸如,沉水泵浦、防水型溫度感測器、紅外線接收器、紅外線發射器、雨滴感測模組、七段顯示器、語音模組、音頻放大器模組、水位LED、藍牙模組及手機等元件,以完成整個系統的運作,本系統的控制描述如下所示。 圖11 居家浴室管控裝置之系統架構方塊圖 首先當居家浴室管控裝置啟動時,系統會透過使用者按按鍵後,開始放水,並透過浮球遮斷紅外線接收模組,感應浴缸水位的低/中/高,當浴缸水位以至低水位時紅色LED亮起,中水位時黃色LED亮起,低水位時則綠色LED亮起,同時溫度感測器,感測浴缸水溫溫度,並顯示在七段顯示器上,上述兩項皆會顯示於手機App上。 溫度偵測若水溫太高則放冷水,太低則放熱水。如果浮球遮斷高水位紅外線接收模組時,系統會停止放水,若沒有則繼續放水。當系統停止放水時,語音提示洗澡水施放終了,啟動計時功能開始計時,並顯示在七段顯示器上,系統計時30秒之後,計時器會關閉,此時語音會發出提醒語音,提醒使用者,洗澡時間過長。當使用者在洗完澡要走出浴室時,若浴室地上有潮濕或積水的狀況時,語音模組將會警示地上濕滑請小心。  居家浴室管控裝置測試方法 「居家浴室管控系統」其中相關元件有沉水泵浦、繼電器控制盒、防水型溫度感測模組、紅外線發射/接收器、七段顯示器、音頻放大器、語音模組、喇叭、藍牙模組與LED 等元件,這些元件的成果展示如下(圖12)。 圖12 居家浴室管控裝置的完整成品照片 首先為具自動加冷熱水與溫度感測之測試方法(圖13)。首先開啟電源,按下放水按鍵或手機的放水鈕後,沉水泵浦會開始抽水到浴缸中。防水型溫度感測器偵測到的水溫會顯示於七段顯示器上。接著防水型溫度感測器偵測水溫,水溫太高則放冷水、水溫太低則放熱水;若水溫介於高與低之間,同時放冷熱水。當水位到達高水位時,浮球遮斷紅外線發射/接收器,系統會自動停止放水。 圖13 1為浴缸中水溫,2是自動切換加冷/熱水;3則是浴缸中水位到達高水位。 圖14為語音提醒/警示功能之成果展示當紅外線偵測到達高水位後,語音裝置(語音模組+音頻放大器+喇叭)會發出語音「洗澡水已經放好了」,以提醒使用者;緊接著系統便會開始計時,計時時間到了,語音裝置會發出語音「洗澡時間過長」,以警示使用者。當雨滴感測模組偵測到地板濕滑,語音裝置會發出語音「地上濕滑請小心」,以警示使用者。 圖14 語音提醒/警示 圖15為具自動偵測水位高低與計時功能之測試方法,當壓克力圓管中的浮球介於紅外線發射/接收器之間時,因紅外線被遮斷,可藉此得知浴缸中水位的高/中/低,因浮球介於第三組紅外線發射與接收器之間,所以為高水位。另外,當水位到達高水位後,系統會開始計時洗澡時間,目前以三十秒代替三十分鐘。        圖15 低/中/高水位指示燈點亮及洗澡時間設定為30秒 (本文作者皆為台北城市科技大學學生,指導老師為劉銘中教授)
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雙箭齊發 TI全新隔離收發器強化工業/車用通訊保護

為提高工業和車用系統的通訊可靠度和保護功能,德州儀器(TI)近期推出兩款新型隔離控制器網路(CAN)靈活資料速率(FD)收發器「ISO 1042/ISO1042-Q1」,新產品整合更高的匯流排故障保護、更高共模瞬間抑制能力(CMIT),和最低電磁放射,且尺寸縮小了35%並具備更高工作電壓;可提供更好的低壓電路保護,並提高如電網基礎設施、馬達驅動和建築自動化等工業應用,以及混合動力汽車和純電動汽車(HEV/EV)的通訊輸送量。 TI隔離系列市場產品經理Neel Seshan表示,隔離是為了避免系統內兩區域的DC與不需要的AC相遇,且仍然能同時在這兩區域之間實現數據與功率傳輸的一種方式,提升系統設備的穩健性和可靠性,以因應高電壓和惡劣的工作環境。 Seshan進一步說明,隔離保護很少用於個人電子產品當中,因為這類產品電壓不高,但是在工業傳輸、工廠自動化、汽車、電網基礎設施及馬達驅動等領域中,高電壓十分常見,而為了避免儀器設備受到損壞,便需要隔離方式以保護操作人員、處理通訊子系統之間的接地電位差異,以及改善雜訊抑制能力(Noise Immunity),特別是在工業4.0和電動車熱潮興起後,隔離產品的需求更是向上攀升。 新推出的兩款隔離CAN FD收發器特性包括:工作電壓提高18%,達1,000 Vrms,耐受電壓為5,000 Vrms,具備更長的使用壽命,進而有效提升系統可靠度;具備±70V的高匯流排故障保護,對Short-to-DC容許範圍提高20%,可在發生高壓短路時保護12V、24V和48V電池或電源系統;兩款產品共模瞬變抗雜訊抑制能力為最低的85 kV/us,具備+/- 8 kV的高ESD保護,可幫助工程師設計出能夠在嘈雜環境下仍保持正常運作的電子設備;具更低的電磁相容性(EMC)放射,可有效保證系統訊號的完整性;以及支援高達5Mbps的CAN靈活資料速率(FD),迴圈延時短,僅為215 ns,因此與傳統CAN相比,可實現更快的有效負載。
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提升彈性/簡化分工 OC SSD升級儲存容量/速度

圖1是一個共享儲存系統示意圖,底層的硬體儲存裝置是由許多固態硬碟(SSD)所聚集起來,在其上有一個儲存管理的軟體,這個軟體負責管理分配底層的SSD空間和頻寬,來提供上層各個不同應用所需的儲存服務。因此,擁有資料中心(Datacenter)的雲端服務業者(Cloud Service Provider, CSP),以及提供企業儲存方案的系統整合廠商(System Integrator, SI),都在尋求更具經濟效益和彈性維運效率的儲存架構來滿足眾多應用的需求。 圖1 共享式儲存集結許多硬體儲存裝置(如SSD),經由軟體管理分配,提供不同應用所需的儲存服務。 雲端服務業者提供給使用者許多應用程式和雲端儲存服務,種類多樣且變化快;企業儲存方案的系統整合廠商使用服務相對有限和固定,但對於儲存的優化需求也一樣存在;再者,現今NAND Flash技術發展迅速,3D NAND Flash堆疊層數增加帶來更高的單位體積容量以及更低的單位容量成本,良率也趨於成熟穩定,因此造就NAND Flash的迭代時程越來越密集,而基於新的NAND Flash技術的SSD產品更新也就越頻繁。 但每一個新的SSD產品要導入,就必須進行一輪嚴謹漫長的測試驗證,完成通過後還有繁複的SSD上線實測應用的過程,這些都是數據中心維運的隱性成本,也是一大困擾。最後,由於數據中心對於SSD的使用量越來越大,而數據中心也遍布全球,除了要避免受限於少數SSD供應商,也要避免受限於基於單一或少數幾家NAND Flash廠商的SSD產品,才能有更好的議價能力,也才能分散採購備貨風險(特別是在NAND Flash短缺的情況下)。 綜合以上所述,數據中心期待的儲存架構要能滿足以下特性,以降低整體維運成本(Total Cost of Ownership, TCO)。 .具有優化彈性、能快速導入、開發新功能的儲存架構。 .跟隨新的NAND Flash技術演進,減輕驗證工作、縮短導入上線時程。 .採用適配各家NAND Flash的SSD方案,以達到供應鏈的多元化。 Open Channel SSD架構/概念解析 Open Channel SSD正為上述的問題帶來解決方案。以下簡要說明OC SSD的概念和架構。 如大家所熟知,SSD上的控制晶片需要有一套韌體(FW),來管理主機(Host)端寫入的數據如何存放於NAND...
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AI輔助晶片設計話題熱 IC設計產業挑戰/機會並呈

利用人工智慧技術來加快晶片設計流程,是最近兩、三年來在EDA工具業界相當熱門的話題。特別是在布局繞線(P&R)與模擬(Simulation)階段,人工智慧技術已展現出相當大的應用潛力。  在此基礎之上,美國國防部旗下的DARPA希望更進一步,利用人工智慧實現全自動化的晶片設計(Push Button IC Design)。然而,這無疑是個相當遠大的目標。通常DARPA發起的先進研究計畫,都是十年磨一劍的專案,過程中失敗的機率也不低,但倘若能做出成果,對產業的顛覆性卻是不容小覷的。 從自駕車到全自動IC設計 DARPA挑戰科技極限 益華電腦(Cadence)資深副總裁暨客製化IC/PCB設計總經理Tom Beckley(圖1)指出,DARPA所推動的研究,通常都是挑戰當代科技極限的專案,其所舉辦的Grand Challenge競賽就是其中之一。 圖1 Cadence資深副總裁Tom Beckley指出,全自動設計是DARPA對半導體產業提出的下一個Grand Challenge。 2004年的DARPA Grand Challenge就以自動駕駛技術為主題,舉辦了第一屆自駕車挑戰賽,要求參賽隊伍用自動駕駛技術,完成從加州到內華達州,全程約150英里的賽事。結果第一屆參賽者沒有任何一支隊伍跑完全程,即便是跑得最遠的參賽隊伍,也只跑了7英里。2005年這項賽事捲土重來,賽事路線稍有變動,但大多數隊伍的表現都遠比前一屆更好,其中更有五支隊伍跑完全程132英里。 為了參與這項競賽所發展出來的技術,成為目前自駕車發展的基礎,未來更可能徹底改變人類社會的交通運輸。但從第一屆Grand Challenge到現在已經過了十多年,自駕車距離全面上路,還是有一段不小的距離。這就是DARPA計畫的特色--高度前瞻、高風險,但倘若能成功,將會對產業甚至整個社會造成顛覆性的變革。 拉回到半導體領域,DARPA這次對半導體產業提出的挑戰,全名為電子復興運動(Electronics Resurgence Initiative, ERI)。該計畫廣邀學術界、商用產業與軍事產業中獲選的成員共同參與,目的是將複雜又昂貴的SoC設計門檻壓低。 在EDA工具的輔助下,很多晶片設計流程已經進入自動化時代,但由於製程技術不斷進步,使得單一晶片得以整合更多功能,因此SoC設計變得越來越複雜,在SoC上執行的軟體也是如此。因此,兩相抵銷之下,SoC設計的成本還是一飛衝天,而且開發團隊的規模只增不減。這使得先進SoC的開發變成少數大型跨國公司的專利,而且只有少數市場規模夠大的應用,才能吸引業者開發這種先進SoC。 這個趨勢對小型晶片公司與美國國防部這種利基型客戶是不利的。以國防應用來說,許多系統設備也需要使用先進SoC,但由於國防航太產業的需求規模不夠大,因此開發費用很難攤提。  在ERI計畫之下,又分成電子資產智慧設計(Intelligent Design of Electronic Assets, IDEA)跟Posh開放原始碼硬體計畫(Posh Open Source Hardware, POSH)兩個子計畫,各有其研究團隊(表1)。   線路布局全面自動化 ERI的終極目標是創造出一個以軟體為基礎,完全自動化的實體線路布局產生器跟開放原始碼矽智財(IP)生態系,能在24小時內完成一次設計循環,進而讓客製化商用SoC跟符合國防部規格要求的軍用SoC均能大量、快速產出。 為了達成這個目標,IDEA團隊必須創造出一個無人介入(No Human...
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高畫素/小尺寸感測器需求增 三星再推新品搶市

多鏡頭、高畫質的拍照功能已成現今智慧手機必備功能,驅使影像感測器供應商加速研發體積更小、畫素更高的產品。繼索尼(Sony)在7月推出高達4,800萬畫素的新款CMOS感測器之後,三星(Samsung)也於近日發布2款新品,單位畫素尺寸皆只有0.8μm,分別為4,800萬畫素的「ISOCELL Bright GM1」及3,200萬畫素的「ISOCELL Bright GD1」,預計將在2018第四季開始量產。 三星電子系統LSI行銷副總裁Ben K. Hur表示,智慧手機規格、效能持續提升,而為了提供消費者更新、更令人興奮的拍照體驗,市場對於超小型、高解析度的影像感測器需求也不停上揚;該公司也為此推出ISOCELL Bright GM1/GD1,繼續推動影像感測器的技術創新。 據悉,新推出的兩款影像感測器皆採用三星最新的畫素隔離技術「ISOCELL Plus」設計,強化小尺寸畫素的效能。此外,三星還運用Tetracell 技術,可優化小尺寸圖像性能。此外,受惠於Tetracell技術,兩款產品可將4個畫素合併為1個畫素以增強光靈敏度,且支援基於陀螺儀的電子畫素穩定(EIS)裝置,達成快速準確的畫素捕捉。 除此之外,GD1影像感測器增加了即時高動態範圍(HDR)功能,即使在低光源,高對比的環境下拍攝影音,或是在直播時也能提供更均衡的曝光效果及更豐富的色彩。 三星指出,相機已成為目前行動裝置的重要賣點,如何將多個鏡頭整合到手機中也成為智慧手機製造商的一大挑戰;而在縮小畫素尺寸的情況下,新推出的影像感測器提供更大的設計靈活性,使得手機鏡頭模組廠可以打造更小的模組,進而讓智慧手機製造商能有更多的設計空間。
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晶片商拼量產 5G手機2019年大舉出籠

5G產業蓄勢待發,業界主要晶片廠商陸續發表5G手機晶片解決方案,資策會MIC表示,5G智慧型手機的推出比預期更早,搭載Qualcomm X50數據機晶片的5G手機,在2018年底就會正式問世。2019年初的世界通訊大會(Mobile World Congress, MWC),預期就是多款5G手機的火力展示場。 龍頭大廠Qualcomm預告2018年底前至少會有兩款旗艦手機率先採用,事實上,Motorola已在2018年8月宣布推出的 Moto Z3可透過外接5G Moto Mod配件享有5G功能;小米亦宣布即將發表的 MIX 3會支援5G連網。Qualcomm Snapdragon X50 5G數據晶片,將採用7奈米先進製程。 PC處理器霸主Intel積極布局5G,並於2017年11月發表Intel XMM 8000系列5G晶片,可於sub-6 GHz及毫米波頻段運行,Intel XMM 8060包括完整5G非獨立與獨立新無線電(NR),終端產品預計2019年第二季上市。而在MWC2018,華為發布第一款商用的符合3GPP標準的5G 晶片Balong 5G01,該款晶片強調可支援全球主流5G頻段,下載傳輸速率可達2.3Gbps。 智慧手機龍頭Samsung(三星)自然也不能在5G競賽中缺席,該公司正式於2018年8月中,推出Exynos Modem 5100基頻晶片,強調是全球首款完整支援3GPP Release 15標準的5G基頻晶片。可支援6GHz以下及毫米波頻段之外,並以三星10奈米製程打造,支援2/3/4G全網通網路,在6GHz及以下頻段中下載速率最高可達2Gbps,使用高頻毫米波頻段傳輸速率最高可達6Gbps。此外,三星還會提供射頻IC、ET網路追蹤以及電源管理IC晶片等完整解決方案,2018年底開始向客戶提供樣品。台灣手機晶片大廠聯發科(MTK)則於6月的Computex 2018,正式介紹旗下Helio...
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5G應用明年將爆發 PA需求帶動網通台廠商機

隨著各國陸續展開5G頻段釋出與5G標準制定告一階段,2019年5G逐步朝商用化邁進。初期以光纖、光纜布建及基地台天線和射頻元件為主,預估網路優化維護將對網路通訊設備有新一波需求。而台灣廠商秉持著在網通領域長期投入所打下的技術基礎,有望在相關設備的製造上搶下一波商機。 拓墣產業研究院研究經理謝雨珊指出,2019年的通訊產業將以5G為發展主軸,該發展趨勢將涉及非常廣泛的應用範疇,其中也包含智慧醫療、智慧工廠、智慧交通等等垂直應用領域。然而對於台灣廠商來說由於內需市場相對較小,因此在下游的創新應用這一塊商機,顯然競爭力較為薄弱,這也是NCC將頻譜規畫時間訂在2022年之後的原因。 對於台灣廠商來說,5G發展初期的機會點依然會是在晶圓代工產業,也由於5G對於功率放大器(PA)的需求將大幅提升、倍數成長,因此在此領域也將會有適合台灣廠商的商機出現。也由於大型基地台的架設成本過高,架設選址更是充滿挑戰,因此5G對於小型基地台的需求也將隨之提升。因此,謝雨珊認為,台灣網通廠商具備長久以來的優勢,因此也將慢慢往小型基地台的方向布局。 另一方面,由於URLLC應用範疇較為前瞻,如自駕車就必須同時掌握所有路上的人車裝置、基礎建設等等連線才有可能實現,因此目前所有運營商與設備商皆認為以現階段的通訊發展看來,URLLC要實現依然有一段很長的距離。謝雨珊認為,若以5G的三大應用領域(eMBB、mMTC與URLLC)來看,eMBB將是率先推出的應用,mMTC次之,最後才能看到URLLC問世。 在2019年,5G最受注目的進展依然會是智慧型手機的推出。然而,5G手機在短時間內還無法看到太大的出貨量,然而終端大廠皆已紛紛布局,將推出5G智慧型手機作為2019年的重要目標。因此,謝雨珊預測,在2019年的MWC展會上,便能看到許多廠商推出5G解決方案與5G手機展示。
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邊緣/5G帶動下一波DRAM成長 2020年後成資料中心發展主軸

伺服器是目前僅次於智慧型手機的DRAM重要產能出海口。儘管目前僅居第二,然而未來由於人工智慧、邊緣運算與5G的需求崛起,伺服器的DRAM需求將巨量上升,前景相當可觀。 DRAMeXchange研究經理黃郁璇預測,在2020~2021年,行動裝置的DRAM消耗量還是會居於世界第一,大部分的DRAM產能還是會到行動裝置上。然而,黃郁璇認為,到了2021年後,由於伺服器的應用更寬廣,容量又無上限,因此有可能會取代行動裝置在眾原廠心目中的地位。 DRAMeXchange資深分析師劉家豪進一步指出,現階段產業普遍專注於雲端到端點(Cloud to Device)的連線,此模式將會隨著使用量的增加而造成延遲。然而,如自駕車、智慧醫療、工業物聯網的應用實行上,對於延遲的容忍度較低,必須藉由未來5G落實之後,透過5G伺服器與閘道器(Gateway)的協同處理,邊緣運算才能夠解決此延遲情境。資料中心的落實成為近年DRAM需求的主要推手,占DRAM市場全年三成以上的消耗量。 在倚賴雲端架構提供服務的基礎上,終端被賦予的運算能力相對薄弱,多是藉由雲端來獲取運算與存儲資源。然而,未來5G商轉後將賦予資料中心活化的因子,帶動微型伺服器(Micro Server Node)與邊際運算成長,並將成為2020年後的產業發展主軸,以實現物聯網與車聯網等應用場景。由2017年開始,北美兩大電信營運商AT&T與Verizon已陸續開始在投入5G伺服器的配套措施,這也是台灣與中國的ODM、OEM廠商在未來需要關注的市場重點。
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半導體封裝產業走向工業4.0  各廠進展快慢不一

對半導體製造產業來說,由於業內領導企業想得夠遠,加上產業協會居中協調,早早就訂立了SECS/GEM這類半導體設備專用的聯網通訊標準,因此工業物聯網對相關業者來說,不僅不是新概念,更已經與日常運作緊密結合。然而,機台互聯只是落實智慧製造的第一步,各廠商在智慧製造上的布局進展,在這條起跑線之後,就呈現天差地遠的局面。 持續改善成本結構 智慧製造勢在必行 據了解,智慧製造進展速度最快的台積電,光是一條產線上平均就有7~8萬個感測單元,讓台積電的製造團隊不只可以即時掌握生產線的一舉一動,還有大量資料可以進一步分析各製程步驟的細部狀況,找出良率問題的成因或產能瓶頸所在,進而謀求改善對策。但對於其他晶圓代工廠,甚至是封測相關供應鏈業者而言,智慧製造的推展進度就存在相當大的落差。 日月光半導體總經理暨執行長吳田玉(圖1)表示,推動智慧製造,甚至進一步導入人工智慧來進行生產調校、找出生產瓶頸所在並予以克服,或進行生產排程等,將是整個封測產業未來必然要走的路。 圖1 日月光半導體總經理暨執行長吳田玉認為,智慧製造是半導體封裝產業未來必然要走的道路。 以日月光為例,目前該公司一共有超過2.5萬台打線機、9,000台測試設備,只要有些許良率提升或生產成本撙節的效果出現,都能帶來巨大的經濟效益,而且是留在自家口袋裡的真金白銀。因此,日月光對於推動智慧製造跟導入人工智慧的態度一直相當積極。 事實上,吳田玉認為,近年來摩爾定律推進速度越來越慢,不純然是技術問題,更關鍵的是成本下降的執行面出問題。先進製程越來越昂貴,導致越來越多應用晶片負擔不起,是拖累摩爾定律推進速度的關鍵因素之一。因此,如何降低製造成本,對半導體製造業者來說,是十分重要的議題。 據了解,從2008年開始,該公司就已經啟動工業4.0發展計畫,至今一共有400位系統工程師投入相關研發。目前該公司在智慧製造方面,共投入機械手臂、自動搬運、虛實整合、工業物聯網、大數據以及人工智慧這六大領域。並且從2014年開始,就已開始試行關燈工廠,並取得部分成果。目前日月光已經有3座關燈工廠,這些工廠除了巡邏員之外,沒有其他員工。 其實,對製造業而言,人一直是影響生產良率的一個重要因素。除了人為作業疏失是所有製造業都會遇到的問題外,對半導體晶圓製造、封裝等必須在無塵室進行生產的產業來說,人還是主要的汙染源之一。因此,在生產線上,如果能用機器取代人力作業,對生產效率、品質的提升,會帶來相當大的幫助。 由人機協作走向全自動 不過,目前全球封裝產業內,能做到無人工廠的業者其實還非常稀少。專攻晶圓搬運應用的賽思托機器人(Sesto Robotic)執行長梁漢清(圖2)就表示,雖然整體封裝產業的自動化技術運用確實比過去成熟,但整體來說,該公司目前的主力銷售產品仍是不帶機器手臂的純自動導引車(AGV),而非帶有手臂的智慧移動機器人(IMR)。 圖2 賽思托機器人執行長梁漢清指出,目前封裝業者大多還停留在人機協作的階段,要做到全自動化還需要一段時間。 梁漢清分析,這跟客戶生產線的自動化基礎建設進展有關,且事實上目前多數封裝業者的生產線,還是要靠作業員幫機台進行上下料作業,已經達到全自動化的客戶並不多見。 如果要實現無人封裝產線,則封裝機台跟IMR之間的整合,大概需要1~3年的時間。首先,封裝機台本身必須能支援全自動化作業,產線後端的軟體平台,例如派車系統、製造執行系統(MES)等,會需要進行調整跟升級;IMR跟機台之間,也要有直接通訊的能力。這也是該公司目前主力產品仍是AGV的原因,因為半自動化的作業流程,亦即AGV把晶圓搬到機台前,再由作業員協助上下料,是比較容易實現的。 不過,產業的趨勢很明顯,封裝業者對全自動化解決方案的詢問度正在升溫,而這也是該公司選擇在本屆Semicon Taiwan展覽期間主打S200+七軸機器手臂方案(圖3)的原因。該款整合了AGV跟七軸手臂的移動機器人,可以在相當狹小的空間內作業,手臂荷重為20公斤。AGV本身則搭載360機器視覺等多種感應技術,不僅能偵測到平面上的工作人員或機台,就連機台上突出在外的螢幕、鍵盤等配件也能感測得到,讓AGV也具備繞過這些懸空障礙物的能力。 圖3 賽思托在本屆Semicon Taiwan期間展示的S200 AGV與七軸機器手臂整合方案。 事實上,為了適應人機協作的需求,賽思托的AGV有許多安全防護機制,例如當AGV偵測到附近有人員存在時,就會自動減速;若發生碰撞,則是立刻停止。至於手臂本身,雖然不是採用協作型手臂,但因為晶圓盒、晶舟在取放時的速度本來就很慢,以免晶圓承受太大的加速度而破裂,因此該公司在評估之後認為,採用協作型手臂的意義不大。至於AGV本身,在移動時會把加速度控制在晶圓可承受的範圍內,以確保晶圓的安全。而這也意味著AGV在有人環境下很難全速運作,因為隨時都可能要減速甚至緊急剎車。 梁漢清認為,某方面來說,這也是封裝業者為何要走向全自動化的原因--在人機協作的環境裡,移動機器人通常無法將其效率完全發揮。在無人產線上,移動機器人才能發揮其真正的實力。 iNEMI標準化進展值得關注 封裝設備大廠Kulicke& Soffa(K&S)則認為,封裝產業如果要實現工業4.0或智慧製造,最應該優先釐清的問題其實不是怎麼做,而是要做什麼,為什麼做。 K&S資深副總裁張贊彬(圖4)認為,就技術層面來說,透過機台聯網來監控生產參數、機台健康狀況等,是相對很容易做到的;在虛擬環境進行產線規畫、調試,也不是太大的問題。真正困擾封裝業者的,其實是對智慧製造的問題意識不夠清晰。每家封裝業者擁有的資源、遭遇的挑戰跟企業文化都不一樣,因此每家公司營運上面臨的課題也不盡相同,封裝廠必須先釐清自己到底要解決哪些問題,排定優先次序,之後才能評估到底要導入什麼技術方案來解決。換言之,每家封裝業者的智慧製造發展路線圖,都會是獨特的。 圖4 K&S資深副總裁張贊彬表示,對封測業者來說,實踐智慧製造最重要的關鍵在於釐清自己的真正需求。 不過,就設備供應商的角度來觀察,確實有些共通的技術元素是所有封裝業者都需要的,因此K&S提出了智慧打線機(Smart Wirebonder)的概念(圖5),希望讓打線機能夠更輕鬆地融入各家封測廠的智慧製造發展路線規畫中。 圖5 智慧打線機的功能特點 另一方面,封裝業者身居電子產業鏈的中段,前有晶圓生產,後有電子組裝。因此,封裝業者的智慧製造發展路線,要如何和整個電子產業鏈的智慧製造發展進程銜接,也是每家封裝業者必須考慮的問題。 事實上,目前電子業界已有一個匯集產業鏈上中下游,名為iNEMI的產業聯盟,正試圖推動整個電子產業朝向智慧製造邁進。目前該聯盟有意利用IDM業者在馬來西亞所建立的封測基礎,在當地推動OSAT的工業4.0示範案場,預計在2~3年之後就能看到成果。 根據iNEMI的規畫,要實現晶片到終端產品的智慧製造,資料流(Data Flow)、資安與數位建構要素(Digital Building Blocks)的對接,是最重要的環節(圖6)。目前iNEMI正試圖集結產業鏈上下游之力,突破相關障礙。 圖6 iNEMI所提出的智慧製造架構  
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