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高密度介面配置/性能缺一不可 固定裝置助光學背板清潔/檢測

本文將探討是什麼吸引眾多的系統架構師和機械設計工程師來使用盲插光學互連系統,以及相應的設計要求、光纖密度的推動因素、維護作業、產業動態及人們對於未來需求和挑戰的看法。 與前面板光學連接作業一樣,板載光學(OBO)模組可以透過標準的多光纖圓形護套光纜、帶狀光纖或者附著到OBO模組上的帶狀預成型光纖技術,方便地連接到光學背板連接器上。 光學的FlexPlane還可以結合FlexPlane端上於光學背板的連接元件以及另一端上附著的OBO來使用。透過這種方式,可以在系統元件內部實現密度較高、極其複雜的光纖埠映射。在很多方面,硬體設計師和系統架構師都被這類介面技術所吸引。 ・釋放前面板空間,進而增加氣流以及用戶端介面或網路介面。 ・不再需要為前面板的布線連接進行手動安裝,進而加快系統部署、升級與維修的速度。 ・提高互連系統的密度並簡化光纜的管理,遠遠超越傳統的前面板光學連接器和光端機。 ・通過特定於系統的內置連接配置,例如光學重排,可以實現線卡和抽屜的標準化,進而使用機殼外部的標準結構化布線,這樣就允許系統元件達到更高程度的模組化。 圖1 共面、正交和標準光學背板連接器的配置 光學背板連接器類型 在幾十年前,首先上市的是分門別類陶瓷插芯的光學背板連接器,在很大程度上該型連接器都以用戶端的產業標準連接器為基礎,例如MU、SC和LC,以及適合特定供應商應用與定制端的版本。陶瓷單光纖插芯互連系統在介面的每一側都採用圓柱型的套管,套管在陶瓷對開套管內部對準,而該對開套管則固定在一個通常安裝在背板上的配對外殼當中。介面的電路板側是一種定制的外殼,安裝在印刷電路板上,印刷電路板對套管起固定作用,套管的設計可以正確插入對準至背板外殼中。 光學性能和光密度模仿了基於標準的連接器,在尺寸上提供了額外的淨空,供閉鎖和安裝功能使用。埠的數量範圍通常在2到8個連接器之間,採用了1.25或2.50毫米的套管。由於廣泛採用標準的連接器,清潔和檢測作業更加標準化,可以獲得良好的支援。當今的LC盲插介面最常在2、4和8埠的配置中使用,支援多模和單模光纖。 基於多光纖MT套管的光學背板介面最為常見,透過在每個套管上整合多條光纖並且在每個連接器上整合多個套管埠,與陶瓷單光纖套管相比,實現的光纖密度要高得多。埠的數量範圍通常在1到8個MT型套管之間,使用48個光纖套管時,在16×55毫米的面積上可為每個連接器啟用多達384條光纖。這類介面可從多家製造商處供貨,提供眾多的配置與安裝形式,滿足對於卡籠樣式的需求以及特定於系統的機械和封裝上的需求。 MT型套管採用精密成型的聚酯套管,在公端/母端配置中透過金屬導銷對準。內部結合了光學背板連接器外殼,這就需要詳細考慮機械調準和密封問題,以實現正確操作。 圖2 BLC,2、4、8 個LC埠 光學背板連接器機械性能概覽 系統架構師與光學背板連接器工程師之間早期溝通具有至關重要的作用,因為系統架構、機械外殼、連接器介面和系統光纖連接方案的需求都緊密聯繫。整個系統中連接器的光纖可以達到較高的數量,過千的數量才能滿足機械、光學元件、光纜管理、熱能及使用上的一系列複雜的需求。如果要在事後向系統設計中添加光學背板連接器,或者甚至由於機械安裝、卡間距以及機殼設計上的要求而對各種不同類型的介面進行更改,那樣幾乎不可能。較為靈活的方面則在於每個連接器上的光纖數量,由於多光纖MT套管,以及為多個MT套管埠提供支援的光學連接器,皆提供眾多可用的選項。光學性能則成為其中的權衡因素,因為隨著每個套管上光纖數量的增加,以及在光纖管理的過程中,一個單獨的光學背板連接器可以實現數百處的光纖連接,光學性能也會隨之降低。 由於配對時幾何外型以及連接器類型的關係、所需的閉鎖力和夾持力上的細微差別,光學背板連接器的機械設計與安裝要求,會很大程度地影響機殼的設計。顧及套管都是單獨承受彈簧載荷,在光學背板連接器或者在卡的前面板插鎖上就必須考慮這些力。每個MT套管上的彈簧力範圍從12光纖套管上的10牛頓起,一直延伸到每個套管上24條以上光纖情況下的20牛頓,對於連接器上的每個套管埠來說彈簧力將倍數成長。考量帶有8個24光纖MT套管埠的光學背板連接器,以及每個卡上4個連接器的情況,則每個卡上所需的夾持力將增加至640牛頓。光學背板連接器提供兩種類型,即自鎖式和非閉鎖式,對於後者來說,卡插鎖和機殼/背板結構必須將套管彈簧壓縮,並將各個卡和連接器保持在插入狀態。 自鎖式光學背板連接器提供了額外的Z軸行程,或者根據背板的設計公差提供浮動式的緩動卡。兩種版本之間的權衡因素在一定程度上取決於每種連接器的設計,並且插鎖會增加額外的尺寸、提高設計上的複雜性與元件數量,因而影響到密度、連接器的複雜程度及成本。這就是造成擴束和備用套管介面產生吸引力的原因之一,因為它們可以在很大程度上降低使套管保持接觸所需的彈簧力,在獨立於光纖數的情況下,往往可將所需的力減少5到10倍。 光學背板連接器通常安裝在後面板上,後面板上設有開孔,可使連接器安裝在內部,進而使光纖通過,抵達機殼的背部。就像電氣背板連接器一樣,光學背板連接器也提供多個版本,可以支援共面、正交和標準的卡籠設計,以及更新型的機架式抽屜/滑道架構,這些版本的安裝方法與機械要求各不相同(圖1)。安裝方法包括螺絲安裝、鉚釘安裝、固定夾安裝及滑入配合,要求連接器外殼進行機械懸浮,進而在卡或抽屜元件放入到背板/機殼中時滿足插入公差的要求。 如果卡籠或機架的機械公差超出了連接器支援的範圍,則通常會利用導銷來提高配對精度。由於光學連接器通常較長一些,或者首先要按照配對順序來插入,因而不能使用電氣連接器來發揮引導的功能。此外,板上安裝的電氣連接器不會浮動,因此光學連接器必須提供浮動功能以避免多個介面之間結合。機械設計人員必須仔細考慮這些事項,並且在連接器的選擇過程中也必須加以考量。 機械和環境性能的測試與資格標準,根據涉及的多光纖連接器的TelcordiaGR-1435-CORE標準確定。這類連接器的耐久性和性能主要由套管的性能來決定,其中的最佳光學性能可以超過已確定的50次插拔的要求。特定於系統的機械管理和光纜管理驗證作業在整個開發過程中都相當關鍵。 圖3 HBMT─4個MT埠 光學背板連接器的一個獨一無二的特點在於,推動著各家供應商之間進行協調或者促進互通性發展的行業標準少之又少。主要是在VITA和ARINC的組織當中,標準化方面的工作開展極其有限,重點關注的還是苛刻條件的環境及航太應用,在這些應用中只有少數幾家供應商可以實現交互操作,而在設計上還沒有完全協調。在光學背板連接器製造商當中,用於保護和固定光纜上的套管以及連接器外殼內部的套管的設計方法存在著很大的不同,各家製造商都嘗試在密度、魯棒性和易用性之間達到一定的折衷。一些低密度的版本將工業標準的MPO/MTP連接器作為配對介面,而大多數的版本都採用專利的固定夾和連接器,使得供應商的互通性根本無法實現。對於系統設計人員及使用者來說,重要的一點在於要充分瞭解光學套管在安裝夾中的固定方式、製造和維護過程中在主連接器外殼上的安裝與拆卸流程,以及在計畫使用的系統中開展可能的檢測或清潔作業的方法。 圖4 Vita 66.1─2個MT埠 替代用的多光纖套管解決方案正在開發過程中,可以解決終端使用者在魯棒性和易用性上的問題,目標則是降低總購置成本。這類套管具有的其他優勢還包括降低了對灰塵/碎屑的靈敏度、減小了彈簧力、採用不同的機械配對方式,同時具備對準方面的優勢。就像任何物理配對介面一樣,在套管表面保持一定的潔淨度,進而使光纖到光纖的接觸不發生減弱,對於光學性能以及防止光纖表面發生損壞來說至關重要。在光學背板連接器中,這一點尤其重要,因為在操作套管介面以進行清潔和檢測時會更加困難。套管和光纖的碎片引起了業界對不需要光纖到光纖物理配對套管介面的興趣,這類套管包括擴束套管和光纖間隙套管。當替代用的多光纖套管在體積上是以工業標準的MT套管為基礎時,它們就可以在任何基於MT套管的背板連接器中實施,進而拓寬連接器的應用領域並降低總購置成本。 圖5 VFI 產品族─2、4、6、8個MT埠 光纖介面清潔與檢測至關重要 由於光學背板連接器往往安放在機殼或者機架,或者間距較窄的卡內部較深位置處,對介面的操作會受到限制,因而光纖介面的檢測和清潔工作會受到極大的影響。此外,安全活門也是光學背板連接器上經常採用的一種方法,用於為套管介面提供保護,同時有助於確保眼部安全,因此完全的防塵往往並不可行,使清潔和檢測用品成為一種必需的條件,在工廠和現場使用時需要考慮在內。在系統的待機卡針對具體的機殼和光學背板連接器的實施作業而正確安裝並定位後,可以透過這些待機卡上特定於連接器的固定裝置來實施工業供應商提供的清潔和檢測設備。由於其中存在著極大的複雜性,在運送含有出廠前已檢測、清潔過並獲得良好保護的介面的系統元件時,需要非常小心,這樣才能使首次裝機的系統啟動速度達到較高的水準,否則長期的維修和檢驗作業需要付出更多的人工。這些挑戰都起了強大的推動作用,使業界增加對擴束套管和替代套管技術(例如氣隙套管)的興趣,因為在檢測、清潔和終端使用者的購置成本中,這些技術可以為其中的許多方面減輕負擔。 圖6 FlexPlane光電路 圖7 正交光學─9個MT埠 圖8 MTP-CPI─1個MTP連接器埠 背板連接器未來需求與挑戰 光學背板連接器的路線圖應包含以下幾個方面: ・版本支援機架式架構之類的新應用,整合更大的機械公差和魯棒性,進而適合大型和重型的抽屜和/或滑道使用。 ・版本在每個套管或每條光纖上降低插入力,以便實現更經濟的卡設計與背板設計。 ・整合替代用的多光纖套管技術,簡化部署和使用,同時減輕清潔和檢測上的負擔,進而降低總購置成本。 ・改善清潔和檢測技術 ・支援新的光纖類型以提高密度、縮小光纖的體積 ・在標準化潛力方面開展工作,為供應側確保安全性並通過更加廣泛的採用來增加使用數量 (圖2~8所示為莫仕(Molex)提供的光學背板互連系統,其中的一些範例。)   (本文作者任職於Molex)
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工業/醫療/食品多領域應用開花 智慧感測器實現五感擬真

讀者可能在一些4D電影或虛擬實境(VR)的體驗中,感受過如臨現場的氣味或栩栩如生的觸感,也可能聽過零售業者高喊「五感行銷」。說起視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺這五種感官,電腦視覺與語音辨識已經大量進入人們的生活中,另外三種也有不少業者投入,透過感測器陣列,搭配人工智慧與機器學習的功能,研發人員希望可以更真實地模擬人類的全感官能力,不管是分析葡萄酒的風土氣味、虛擬感受火山爆發的感覺、複製情人的味道等,相信都不是太遙遠的事。 電子鼻監測氣體 智慧工廠好幫手 電子鼻是一種模擬人類嗅覺能力的技術,先對各種氣味進行科學化的計量與統計工程,接著就能透過化學感測器接收氣體目標物來蒐集訊號,然後對應到氣味資料庫進行比對,藉此分析產品的氣味及構成氣味的化學分子,找出氣味的來源與成因。 相較於傳統的氣體感測方法,電子鼻不是採用單一感測器對應單一氣體的辨識方式,就如同哺乳動物的嗅覺,不是利用一個味覺感測器來感知一種氣味,而是將多個感測器組合成一個陣列;由於排列組合的方式千變萬化,因此哺乳動物能辨別大量不同的複雜氣味。目前電子鼻比較常見的應用領域包括香水美妝、食品安全、紅酒、醫療檢測、環境監測等。 近幾年電子鼻在智慧工廠的應用愈來愈多(圖1),透過高敏感度的氣體感測器,搭配物聯網架構,可即時偵測空氣中特定的氣體化合物及氣體中化學分子的變化,用於氣體排放監測、空氣品質管理等用途,就像「好鼻師」一樣,聞到奇怪的異味會立即通知警報,避免污染超標或產生工安意外,甚至還能架在無人機上,用於工廠煙道的高空氣體監測。 圖1 嗅覺感測三大技術                   在醫療應用方面,現代醫學也可透過電子鼻系統來協助診斷,就跟傳統中醫會以「望、聞、問、切」來看診,其中也包括嗅覺的部分。舉例來說,糖尿病患者、腎功能異常者都會出現「病理型口臭」,肺炎患者則會分泌出特有的氣體,採用電子鼻技術開發的呼吸氣體檢測系統,可檢測出這些氣體變化,並有非侵入式、快速、安全等優點,可作為醫師臨床診斷參考。 也有一些新創公司投入開發智慧電子鼻裝置,例如Food Sniffer就推出了全世界第一款的可攜式「電子鼻」,一按就能聞出肉品是否新鮮,就像狗鼻子一樣靈敏。這款產品內置靈敏度極高的四個嗅覺感測器,可以聞出食物周圍的溫度、濕度、氨氣等數據,包括超過100種揮發性有機化合物的指數,藉此判斷肉類的新鮮度;還可透過手機應用程式(App)選擇豬肉、牛肉、雞肉或魚肉,來提高嗅覺判斷的精準度,並能提供最佳的食用建議。 品嚐紅酒/咖啡有一套電子舌比人更靈敏 雖然人們嚐到的味道,有大約80%是由嗅覺提供,僅有20%是味覺提供,但不可否認的是,人類的味覺感知也是高度複雜,透過酸、甜、苦、鮮、鹹等五種基本味覺的辨別,卻會感受到千變萬化的滋味。為了分析食物味道的組成結構及人類喜歡其味道的原因,業界開發出電子舌系統,針對樣品內溶解物的不同味道組成進行科學性的分析,試圖拆解人類的味覺密碼(圖2)。 圖2 人類味覺及電腦味覺的運作原理            電子舌的運作主要是採用一系列的液體感測器,可偵測液體中有機及無機化合物的成分,搭配分析軟體,即可模擬人的舌頭進行味道分析。相較於過去採用人工品評,必須忍受難受的滋味,甚至得冒著中毒的風險,電子舌不僅對口味的差別更靈敏,而且可在快速時間裡測試多種樣品,即使長時間工作都不會告老闆壓榨員工。 目前電子舌最常應用於食品研究與管理、藥品品管、釀酒等用途,尤其是啤酒、醬油、咖啡、糖果、冰品、茶飲、製藥、美妝等產品。例如食品業可用來偵測產品中的甜味、苦味或油脂比例,用來改良口感及風味,也可用來研究不同的溫度、是否有氣泡對味覺產生的影響,如此就能更精準操控出一般人最喜歡的產品味道,也能用來區分不同年份、不同產區的葡萄酒風味,其他像是咖啡豆、茶葉的評比也都能用電子舌來代替人工。 如由日本慶應義塾大學所成立的Aissy,就是一家使用人工智慧進行味道分析的公司,藉由各種味覺數據的研究及味覺感測器的開發,可定量分析酸、甜、苦、鮮、鹹等五種基本味覺的濃度,還可分析一段時間後的味道變化,藉此規畫符合消費者需求的新產品或菜單,或者用來改善不同生產基地的溫度與濕度等環境因子。 許多日本企業都紛紛找上Aissy合作,例如要開發新款綠茶飲料產品,就可透過味覺感測器找出苦味與鮮味之間的最佳平衡,採用最有餘韻味道的新生茶;又如飲料客戶研究吃烤肉與哪種飲料之間最速配,結果發現果汁的速配程度超過90%,比綠茶、麥茶更對味,也打破了一般人覺得吃烤肉不適合搭配果汁的觀念。 AI觸覺尚處萌芽期  創新人機互動模式可期 對於研究人員來說,模擬人類觸覺能力的難度絕對不下於嗅覺與味覺。人類其實是結合視覺與觸覺回饋的感受,對於物體的觸感進行辨識處理,早期對電腦觸覺的開發,主要是透過觸覺感測器、電腦視覺、影像資料庫的搭配,近期則是受惠於人工智慧、神經網路與深度學習的進展,不靠視覺,僅靠觸覺的研究,即可模擬人類在觸摸時的理解力。 以麻省理工學院的研究為例,其開發出一種可擴充觸覺手套(Scalable Tactile Glove, STAG),配備550個微型感測器,藉以蒐集穿戴者的手部與物體互動時所產生的即時壓力訊號,轉換為觸覺地圖,再傳送到神經網路學習各種物體的特定訊號模式,建立出特定壓力模式與特定物體間的關聯性,如此一來機器人就能藉由抓取判斷物體類型與重量,擁有類似人類探索與辨識物體的能力,目前辨識物體的正確率可達76%(圖3)。 圖3 麻省理工學院開發的可擴充觸覺手套         再以北京他山科技為例,其開發出AI觸覺感測器,藉由曲面電容感應的核心技術,可以讓機器在3D空間內獲得接觸覺、壓覺、力矩覺、滑覺、濕覺、溫覺等感知,再搭配複雜的演算法疊加與深度學習能力,讓機器人的皮膚能夠模擬人類觸覺90%的功能,目前主要應用領域包括汽車電子、智慧家電、智慧建築玻璃、智慧醫療等。 在眾多產業中,汽車業對AI觸覺的應用一直表達高度興趣,如BMW就與他山科技合作,將電腦觸感方案應用於車內人機互動場景,以座椅靠背托板為媒介的3D感應技術,可代替傳統按鍵,能夠支援用戶的手勢喚醒、懸停、多指滑觸、按壓等更簡單且自然的操作指令。 可以期待的是,因為電腦觸覺的演進,可以創造許多令人驚奇的人機互動模式,未來像是座椅、床、衣服、遊戲控制器、玩偶這類與人密切接觸的東西,不再需要觸控螢幕、聲控或手勢辨識去操控,靠著AI觸覺就能提供更客製化的回饋或接近人與人互動的真實感受,包括虛擬擁抱、模擬觸摸實體的線上購物、遠端烹飪教學、數位醫療觸診也都不再是夢想。
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北美半導體設備市場穩定成長 政治/疫情因素仍有不確定性

國際半導體產業協會(SEMI)公布最新出貨報告(Billing Report),2020年4月北美半導體設備製造商出貨金額為22.6億美元,較2020年3月最終數據的22.1億美元相比上升2.2%,相較於去年同期19.3億美元則上升了17.2%。 SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示,四月份北美設備製造商的銷售額反映出穩定的設備需求,在面臨特殊情況下,整體市場仍表現良好。然受到COVID-19疫情與地緣政治緊張升溫等因素影響,未來市場走向仍充滿變數。  
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讓影像辨識更智慧 索尼CIS內建AI處理能力

根據Cole Market Research研究,2019年全球CMOS影像感測器市場價值達到153.9億美元,即使在智慧型手機面臨出貨量下降的壓力,其他產業對於影像感測器需求依舊強大,使得2020年該市場仍有機會呈現正成長,並預估到2025年市場價值可達255.7億美元,年複合成長率達8.7%。索尼(Sony)日前宣布,開發了新混合技術,在硬體中內建AI處理系統的影像感測器。 圖 索尼硬體中內建AI處理系統的影像感測器。來源:iKnow 索尼的AI影像感測器能夠處理許多複雜的影片並輸出。例如,如果暴露於野外的狗,透過晶片可以立即對其進行分析,而無需發送到雲端再來處理這一影像,其可以分別辨識出「狗」、「草地」以及其他任何東西。這種系統的好處在於,它可以在數據進入裝置的儲存或處理通道之前,將所有不必要或不需要的數據丟棄。意味著裝置將會使用更少的處理器功能,且變得更加安全。例如:公共場所的相機在隱私的保護下,可能可以將不相關的人或車牌以模糊方式處理。至於在智慧家庭裝置上,可以辨識個人而無需保存或發送任何影像數據至雲端。甚至可以合併多次曝光,以形成相機視野的熱量或頻率圖。 原本市場普遍認為,整合AI處理器的晶片會產生更高的功耗或產生延遲傳送,但是許多公司的產品卻明確的指出,此類任務的整合晶片可以以非常快速地且極低成本方式進行。即使要處理更複雜的影像仍然需要功能更強大的晶片,但是經過適當設計,且針對不同情景調整的晶片,絕對有能力產生大量有價值的數據,且可以避開攻擊或濫用影像的機會。 目前來看,索尼的AI影像感測器仍然只是一個原型,廠商可以訂購進行測試,但不能進入量產。不過,隨著索尼更積極布局影像感測器,其他廠商勢必也將跟隨這一趨勢前進。
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COVID-19疫情嚴峻 半導體產業急尋持盈保泰之道

2019年底開始,新聞偶有中國SARS捲土重來的零星報導,但多數人不以為意,直到2020年1月23日,華人準備歡度每年最重要的農曆春節之時,人口千萬的武漢市宣布因為傳染病加劇而「封城」,之後大陸其他城市也陸續採行形同武漢的「封閉式管理」,身為世界工廠的中國,在春節假期後彷彿被按下暫停鍵,許多工廠無法復工生產,這幾十年的全球化與自由經濟被打上大大的問號,高科技產業斷鏈的疑慮持續加深。 專業分工是全球化的一大重點,高科技半導體產業更是完美實踐此一原則的模範生,最近幾十年來的流行性傳染病,最嚴重的當屬2003年的SARS,很少有現代人會意識到比其更嚴重的疫情流行狀況,在近年經濟第一的大旗之下,部分重要的零組件或原物料停止供應就會影響整個產業鏈。1、2月的大陸與3、4月的歐美疫情,分別打擊供給與需求兩端,產業研究機構因而紛紛對新冠疫情(COVID-19)的影響發表看法。 疫情衝擊超乎預期 截至2020年4月底,COVID-19疫情嚴重的程度相信是當世人所僅見,全球感染人數已經超過270萬,死亡人數突破19萬;其中,最嚴重的美國感染人數已經接近87萬,死亡人數將近5萬。由於病毒感染力強,全球真正變成生命共同體,醫界說的「群體免疫」成為解決疫情最可能的途徑,但在沒有疫苗的狀況下,達成70億人中六~七成感染的時間可能要數年,在這之前全球經濟體系恐怕已經先崩潰。 當年在台灣造成震撼的SARS,最後因為季節變化讓病毒自然消失,新型冠狀病毒對氣候的適應能力看來更加升級,所以目前人類對於這個病毒還真的是「無藥可施」。因此,在疫情緩和之前,隔離與防堵是目前為止最有效的做法,居家令、保持社交距離現階段影響超過數十億人,對產業發展也帶來極為不利的走向。國際貨幣基金(IMF)指出,預料全球經濟活動衰退程度將是1930年代經濟大蕭條以來少見的嚴重衝擊,2020年會有170個國家出現人均收入下滑。 因此,2020年再次出現產業分析師滿地撿眼鏡碎片的情況,如Gartner年初時預估半導體市場年度成長率為12.5%,後來下修至9.9%,直到歐美疫情一發不可收拾,再度修正到衰退0.9%;而IC Insights原先預測成長8%,3月因應中國的疫情影響,下修到3%,4月再因為全球大爆發下修到衰退4%。而IDC原先就預估相對保守的成長1.7%,該單位指出若3月底到4月初疫情獲得控制,2020年全球半導體將呈現衰退6%的情況,若影響時間延後到第三季,產業將出現大幅衰退12%的狀況。 疫情帶動醫療/宅經濟/5G需求 儘管不斷有黑天鵝壟罩,但相對之下也有商機與需求應運而生,工研院產科國際所產業分析師黃慧修表示,線上消費取代實體店面消費,帶動筆電、平板、資料中心等需求;雲端運算需求增加,也一併拉抬伺服器出貨轉強,預期2020年第二季,伺服器DRAM與固態硬碟(SSD)的需求會增加。應用部分,醫療、宅經濟與新興領域需求亦提升。 醫療設備包括耳(額)溫槍、呼吸器等在這波疫情中需求強勁,這些設備中的電子元件如:防疫醫療器材微控制器、溫度感測器、醫療呼吸器用晶片等需求都提高,國內微控制器廠如紘康、松翰、盛群等,因疫情影響帶動測溫設備的市場需求,承接訂單已超越2019年出貨量。另外,宅經濟帶動處理器、記憶體、遊戲運算晶片、遊戲機音效晶片與感測元件的出貨。另外,5G與AI則是受惠的新興領域,其中中國5G的推動不受疫情影響,甚至在政策的刺激之下有加速的傾向。 半導體生產受輕傷 消費性需求受重傷 歐美由於在3、4月疫情快速升溫,而且嚴重程度大幅超越中國,許多IDM廠位於歐美的產線受到影響;IC設計公司較容易安排居家工作因此整體影響幅度在半導體產業中相對輕微;IC封測產線,主要集中在台灣、韓國、大陸、新加坡等地,受到疫情影響的程度較低(圖1)。 圖1 全球IC製造在各疫區產能比重 目前看來,半導體生產面的影響與損失屬於可控制的狀況,但需求端受到的衝擊更大,尤其消費性電子的需求將持續降低,需待疫情獲得控制後,才有望緩步回升,而需求回溫的情況也將視未來疫情控制的狀況而定。此次疫情最嚴重的幾個國家,到目前為止都是經濟或整體國力較佳的國家,這也代表面對看不見的病毒與未知的疾病,必須要更謹慎對待,若是為了怕傷害經濟發展而延遲採取管制措施,恐怕會遭受疫情爆發拖累醫療體系反而導致經濟更大規模的傷害。疫情終究會過去,地球有一天會恢復健康,在我們大病初癒那天,我們應該留下甚麼?學到甚麼?防範甚麼?記住甚麼?是現階段大家應該好好思考的。
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任務枯燥/骯髒/危險都不怕 協作機器人跨金屬製造難關

以下將分享四個協作型機器人在焊接和金屬製造領域中的應用,展現協作型自動化在金屬製造業的潛力。 Vectis協作型機器人電焊機工具可以將所有硬體設備整合至一台3×6英尺的行動模組化夾具車,使金屬加工作業員可將協作型機器人投入自身工作中,或將非定點或毋須限制作業空間的工作交由協作型機器人來處理。 金屬製造商以協作型焊接機器人提升生產率/利潤 像總部位於威斯康辛州的Processed Metal Innovators(PMI)正面臨焊接人員嚴重短缺的困境。PMI營運副總裁Erik Larson表示,大量的焊接需求使得該公司在招募人力上不得不一再降低標準,依目前的工作量評估,必須要再多僱用30多名焊接工以符合生產需要。藉由一次導入簡易機械沖壓應用的機會,PMI認識Universal Robots,該應用透過雲端連結UR協作型機器人進行作業,並在系統整合商Hirebotics的協助下完成應用導入設定,並依機器人使用時數支付費用。Hirebotics和北美焊接工具租賃商Red-D-Arc Rentals、工業氣體供應商AirGas與AirLiquide等攜手合作,開發出由UR10e協作型機器人驅動的BotX Welder自動化焊接解決方案。 Larson認為此一解決方案可被視為小型焊接工作的未來,回憶導入過程時他提到,Hirebotics在短短兩個小時內即完成BotX的安裝,而PMI團隊在安裝完畢的30分鐘之後便能開始執行程式。使用者透過BotX的App端即可執行已預先編程的焊接作業,這些編寫好的程式中包含多種經過認證的焊接製程,一旦設定完畢,任何操作員都可以操作。 在BotX中運作的系統程式皆獲得專業焊接人員的知識支援,協作型機器人所使用的每一個焊接角度、方向、速度和每個零件設置都需要經認證的焊接人員協助編程設定。在設置BotX之後,協作型機器人將執行焊接作業中最容易實現自動化的環節,藉由讓焊接人員專注於亟需人力鑑別和補焊的流程,可以創造翻倍的生產效率。如今人們在PMI的工作變得更有保障,焊接人員不僅執行焊接作業,更負擔起直接管理協作型機器人的責任,而這歸功於協作型自動化帶來的產能成長,也使得該公司擁有更高的競爭力來開發更多業務。 由於PMI的批次生產量低至20個,無法使用傳統的自動化解決方案,也無法享受其所帶來的品質優勢,但憑藉BotX的簡單編程和靈活性,即使在最小產量的運作期間,也能實現自動化的高品質。Larson表示,BotX提供了人工作業無法達到的生產一致性,當設定好特定的焊接位置,協作型機器人就會在該特定位置完成作業。舉例來說,如果設定焊接點為兩英吋,那無論由誰來執行程序或擺放零件,每個焊接點都將是兩英吋。然而,若採用傳統手工焊接,焊接人員不一定能準確地理解兩英吋代表的意義,結果可能導致每個焊接點為一又四分之一英吋或一英吋半,也有可能因焊接人員的誤解,導致每個焊接點之間都相隔兩英吋或兩英吋半。協作型機器人可以排除這些不必要的猜測,以確保焊接作業在正確位置進行。 機械工廠導入協作機器人 執行去毛邊作業提高產能 而法國機械工廠BWIndustrie對於金屬零件處理和工具機方面的應用並不陌生,他們過去即曾在工廠裡導入五台協作型機器人。最近,BWIndustrie將最新的UR16e協作型機器人部署在具高負重需求的去毛邊應用中。以往這些去毛邊作業都是由人工來完成,工廠作業員每次要搬運4~14公斤的零件,日復一日地舉重負荷導致嚴重的職業傷害。該公司每年的批次生產量落在300至300,000個零件不等,他們希望即使各個零件的尺寸、形狀和重量有很大的差異,仍能保證複雜的去毛邊作業具一致性。 而UR16e不僅可以完成工作,且機器人從交付到正式投入生產僅需短短兩週,創下BWIndustrie歷次導入以來的最短紀錄。此外,當訂單數量達到巔峰時,一般被認為必須採用傳統自動化作業才能達成的高產能,在導入協作型機器人後也能被常態實現。 在BWIndustrie的工廠中,UR16e位於一個被表面銑頭、帶式砂磨機和多種粒度尺寸的砂輪等去毛邊工具所環繞的開放式空間,尚未完成的零件放置在簡易的進料盤中,由協作型機器人一一取出,並透過一系列的處理步驟來達成指定的表面光潔度,最後機器人會將完成的零件放入出料盤(圖2)。 BWIndustrie導入的UR16e被用於處理4~14公斤的零件,有效滿足產線負重多樣化和設計靈活性的需求。 航太業維修導入協作型機器人至熱噴塗環境 位於德州的航太業維修中心Aircraft Tooling(ATI)則曾面臨將高速氧氣燃料(HVOF)熱噴塗作業自動化的困境。熱噴塗部門主管Juan Puente便表示,傳統自動化解決方案的成本太高,該公司看過的鑄鐵機體積都太過笨重,沒辦法輕易在限定空間內移動;且傳統自動化解決方案不僅編程困難,所有作業又都需要額外的安全防護措施,無法實現於小型零件的熱噴塗作業。他們後來所選擇的UR10因成本僅為傳統機器人的一半、可以靈活拆卸並轉移至其他產線上應用,且毋需額外的圍欄或防護措施,同時解決成本和利用率等問題,成功滿足需求。 最初,嚴苛的熱噴塗環境讓ATI對於UR10的耐用性產生疑慮,因為ATI所使用的碳化鎢有可能損毀暴露在外的機器人軸承;但在導入三年以來,UR10的軸承中並沒有粉塵入侵,更毋須為此維修。此外,Puente也回憶當時的另一個顧慮,表示該公司也擔心噴槍的後座力可能使協作型機器人失去平衡或干擾其伺服功能,因此試圖用最大的壓力讓機器人反彈,結果UR10不動如山,絲毫不受影響。而該結果對控制系統整合商Olympus Controls來說並不意外,協助ATI導入此解決方案的Nick Armenta表示,很多人都認為協作型機器人非常脆弱,但事實上剛好相反,它們密封防塵且耐高溫,在特定極端環境下也能像在無塵室裡一樣穩定運作,非常耐用。 為節省廠房空間,ATI以倒立方式安裝UR10,儘管如此,這台機器人仍然能以恆定的速度進行均勻噴塗,作業人員因而可輕鬆在產線間移動而不妨礙機器人運作;此外,ATI借助Universal Robots的教學編程系統,僅花四個小時便完成安裝,現在他們正準備再添購兩台協作型機器人,導入視覺和品質檢測環節,以進行更複雜的應用(圖3)。 圖3 ATI熱噴塗部門主管打開HVOF火焰噴槍後便離開,讓UR10獨立執行噴塗作業。 金屬加工商整合舊式機械提一站式解方 至於同樣位於德州的All Axis Machining利用CNC機械、雷射刻印工具和EDM線切割機,生產大量混合物料和少量零件。像許多小型機械工廠一樣,他們面臨整個企業中產生連鎖反應的人力短缺問題。負責人Gary Kuzmin表示,人力不足導致該公司無法按時交付訂單給客戶,進而影響該公司的競爭力和利潤。儘管試圖從傳統自動化解決方案中尋求出路,結果卻不盡人意。All Axis Machining使用大量的舊式機械,然而在傳統的機器人解決方案中,單一機械只能為單一應用進行專門的編程設置,為了實現所有產線自動化而犧牲廠房空間的作法顯然並不合理。協作型機器人即為解決此一困境而生,且立竿見影,為All Axis Machining取得利潤增加60%、零件初次交付提前2到5個月、主軸正常運作時間從8小時增加到20小時等顯著成果。由於UR10的重複精度達0.1毫米,使打磨和去毛邊的品質也得以提升。操作人員能夠透過一系列訓練模組,學會操作如Universal Robot開發的直覺化編程介面,將自己對機器使用的專業知識有效應用於協作型機器人的程式優化中。此外,為了能夠每天處理20多種不同的零件,像All Axis Machining這種產線高度混合的工廠,必須能在5到10分鐘內快速轉換生產模式,而像是為Universal Robots提供終端應用套件的平台UR+,便能滿足這個需求(圖4)。 圖4 All Axis...
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蘋果/Google發布接觸追蹤API 23國有興趣使用

全球已有23個國家的政府主動接觸蘋果(Apple)與Google合作推出的協作接觸追蹤API,蘋果與Google兩公司日前發布了初版系統。同時這兩家智慧型手機公司基於保護消費者隱私,而將追蹤功能的實用性放到第二順位,因而規定禁止各國政府要求使用者提供電話號碼。 示意圖 蘋果與Google合作推出的協作接觸追蹤API。來源:Unsplash 蘋果及Google表示,美國的幾個州及22個國家已經在尋找這個工具的使用途徑,但還不確定最終會有多少國家採用這個行動APP。此APP將加速追蹤使用者的接觸史,系統的追蹤數據可以與患者的記憶進行比對,更精準找到可能受到傳染的名單,協助政府盡快為可能密集接觸感染者的人篩檢,成為阻止疫情擴散的有效工具。 蘋果/Google表示追蹤系統可以透過設備之間的藍牙連線,紀錄物理上至少接觸五分鐘的用戶。但是有些政府單位認為,蘋果/Google的APP辨識使用者的病毒傳播路徑,找到病毒傳播的重要地點時,若是透過電話或簡訊,而非推播通知,將能達到更有效的警示效果。其中澳洲、英國和其他試圖自行開發追蹤技術的國家,正在經歷修復故障、調整使用電量及採用率受限的研發過程。
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波形更新/觸發/長時記錄面面觀 數位示波器驗證/除錯迎新機

類比式示波器在過去有著無與倫比的真實波形呈現,讓工程師們特別喜愛它的快速波形,但其無法穩定觸發與儲存波形的限制;隨著電子產品的進步與報告量的增加而來的便是數位儲存式示波器被廣泛的使用。然而雖然數位式示波器有著良好的功能如多種觸發方式、自動量測、儲存介面與電腦連線到創新的PC base架構,但是其無法即時呈現真實的波形卻讓工程師們在驗證除錯上耗費更多時間。 現今各家廠商在頻寬,即時取樣率與紀錄長度外,提升垂直解析是各家廠商在數位即時示波器上爭相研發的目標,其目的是希望藉由提高波形解析(分辨率)來達成示波器精準測量的效果,高解析扮演著重要的精準量測的角色。 數位示波器強化精準量測 一般而言,一部好的示波器必須具備: 1. 良好的頻率響應,在-3db定義下,必須保證足夠的頻寬。業界以3~5倍頻為基準。 2. 即時取樣,提供4~10倍取樣頻率達到訊號完整性。 3. 記憶深度,長時間有效擷取訊號不失真,支援歷史回放完整記錄波形。 4. 波形更新率,每秒高達數萬到數十萬次的波形更新率,真實快速呈現異常訊號。 5. 低雜訊與抖動,提供數位觸發系統確保示波器本身低雜訊與準確觸發,並提供可調濾波功能。 6. 高位元的呈現使得量測波形不隨著垂直刻度的變化而造成量測值的誤差。 7. 自動量測與統計。 8. FFT與通訊訊號分析工具。 9. 具備高解析模式測量鏈波與小訊號。 10. 簡單易學的操作介面。 11. 提供多功能自帶電表、訊號產生器、資料紀錄儀、頻率響應分析等。 高解析/長紀錄/波形更新加速驗證及除錯 高解析、長紀錄與波形更新率是新一代示波器加速工程師驗證與除錯的一大創新,使得示波器在測量小訊號時擺脫傳統示波器的馬賽克效應,並呈現最佳波形。例如量測儀器廠商OWON的XDS系列導入12/14位元硬體類比數位轉換器(ADC),精度是市場上其他示波器的16/64倍,可以觀察到低至31.25μV/div的訊號(圖1)。 圖1 12/14位元ADC與Zoom功能 傳統數位示波器採用的是8位元的ADC,其垂直分辨率為1/28。高精度示波器採用硬體12/14位元高速ADC,其解析度為1/212,比8位元示波器高出16倍,能展現更完整還原訊號真實情況,展現更多波形細節(圖2)。用8位元示波器和12位元示波器測量相同的200mVpp訊號。正常採樣時看,兩者區別很小。但暫停放大觀察時,兩者的區別就十分明顯。因此12位元示波器比傳統8位元示波器能夠捕獲更多的波形細節就是關鍵。 圖2 8bit馬賽克效應vs 14bit 透過高解析示波器捕獲訊號的真實情況,可更清楚地觀察大電壓訊號範圍中的小電壓訊號。除此之外,12位元示波器還能夠檢測到更小的訊號波動情況(圖3)。 圖3 高解析度的12位元示波器可以捕捉更多訊號細節 示波器垂直解析度通常為8位元,但實際上真正有效被應用到的有效位元一般在3~4位元左右,所以傳統數位示波器通常會教育客戶要將波形調整至接近螢幕的大小,或者盡可能的接近螢幕的3/4左右,此時的垂直解析度能有效的被運用。但是當工程師同時使用2個或4個通道時,被迫必須將波形縮小以利觀察訊號與量測,但是此時量測誤差已經出現,因此OWON提供12/14位元垂直解析度的選擇,量測波形不隨著垂直刻度的變化縮小波形而造成量測值的誤差,這是技術創新與高性能的表現(表1)。 表1  12/14位元垂直解析度選擇 不同頻率交替觸發便於觀測 觸發是示波器的關鍵功能之一,能夠捕捉到特定的訊號事件進行詳細的分析,並提供了一個穩定的重複波形。其在20世紀40年代發明以來,示波器觸發經歷了連續的創新。OWON提供了+-1ppm的時基精準度並且在不同頻率的波形量測下有效穩定交替觸發,為工程師提供觀測訊號便利(圖4)。 圖4 不同頻率下依舊可以進行量測 波形記憶深度攸關高頻訊號擬真 數位示波器是透過ADC將電子訊號以取樣點與正弦(線性)內插的方式將波形建立起來(圖5),並根據奈斯定理:取樣頻率為待測訊號頻率的兩倍為理論基礎。 圖5 數位示波器波形建立方式 當示波器長時間抓取訊號時,取樣率就會隨的時間變長而取樣率下降變低,當違反奈斯定理時稱之為失敗波形的還原或者稱之為贗頻。此時長時間紀錄就需要足夠的紀錄長度使得示波器能夠有能力抓取更高頻率的訊號而不失真。若以OWON XDS 40M取樣點在抓取100KHz的方波訊號,使用1MS/s的取樣率(10倍)(圖6),可以抓取30秒鐘(圖7)。 圖6 100KHz方波/1G高取樣/40M紀錄設定 圖7 數位示波器紀錄30秒波形不失真頻率準確量測 新波形紀錄/克隆技術掌握突發狀況 創新波形紀錄與克隆技術,其技術核心為錄製波形與紀錄,在複雜與危險的環境下紀錄波形以利後製處裡,隨時掌握關鍵突發波形與紀錄(圖8)。可配置電表作為更長時間資料取樣記錄儀使用。克隆資料擷取技術(Waveform Clone Technology),有別於傳統波形擷取儲存,高明的AD/DA技術(可內置訊號產生器),使得示波器在進行擷取突發或偶發以及觸發訊號時更準確的在重現波形與分析波形與雜訊的分析的一大利器(圖9)。工程師在驗證除錯過程中多了一個創新的選擇,革命性的改變解決了對傳統數位示波器無法解析細節反應與重現波形的詬病。 圖8 波形克隆與輸出 圖9 波形錄制與回放 EMI預測試落葉歸根為關鍵 現代的量測中基於電磁干擾測試的普及,EMI的先行測試格外重要,OWON在EMI的PRE TEST也不缺席並推出頻譜分析儀,運用示波器測試EMI行之有年但是如何回歸基本,是應用時的關鍵(圖10)。 圖10 利用示波器量測EMI 示波器不能取代電磁干擾測試儀,特別是在執行符合性測試,但它可以是一個良好的EMI測試和快速除錯工具。 數位協定驗證除錯於多領域普及 示波器回歸基礎還是以訊號的完整性量測為優先考慮,選對頻寬並搭配適合的探棒是一個關鍵。對於接地是否乾淨,是否有寄生電容,電感效應所產生的共振頻率,串音與否以及雜訊的干擾等都是量測時必須考慮的重要環節。近年來示波器的發展已隨著嵌入式系統的突飛猛進在各個領域中,如晶片設計、通訊、電腦、手機、汽車電子皆須使用示波器執行大量的驗證與除錯,此時多通道的需求應運而生。如OWON示波器提供解碼選項,五種基礎解碼I2C/RS232/SPI/CAN/LIN等滿足客戶在低速控制訊號的設計驗證與多通道的需要。 示波器在現代通訊領域的應用,使用雙通道X-Ymode里賽斯圖形觀察相位變化已經被現在工程師所遺忘,以示波器XY模式觀察相位差對於絕大部分工程師來說更是陌生,而OWON便提供X-Y Mode為設計基礎,加入I/Q Data輸入設定介面,使得從事通訊基頻的工程師得以輕易的使用示波器觀測星座圖(圖11),另一方面OWON投入新型任意波訊號產生器研發,推出頻率更高,內建數十種常用與特殊通訊與調製訊號波形,協助降低廠商產品驗證投資成本。 圖11 BPSK星座圖(使用OWON XDG作為訊號源) 頻率響應分析迎全新體認 為快速測量待測物在某一個頻率點的頻率特性,並快速解決電路元件測試而生。在示波器的基礎上配置訊號產生器來完成實現頻率響應分析的功能,使用示波器完成gain增益/phase相位量測變得相當容易(圖12)。 圖12 FRA頻率響應分析唯一階RC電路 本文希望透過新示波器面面觀傳達給讀者與示波器使用者對示波器的全新體認,並且在不丟失過去基本的量測理論上進一步強化新一代示波器所帶來的創新量測技術與革新。示波器的發展已經進入一個全新的領域,新的特性與多用途功能可以幫助工程師們節省時間,快速評估關鍵性的量測,達到更直觀的分析、簡單的操作以及豐富的配備。協助使用者輕鬆遊走在數位與射頻領域的驗證與除錯。 (本文作者為OWON資深工程師)
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ADI亞太區總經理趙傳禹: 堅持5G/AIoT/汽車電氣化長期投資

過去幾年可以說是5G、AIoT與電動車技術布局的時間,各廠商都在自身優勢的基礎上,發展這些領域的技術與產品,未來幾年相關落地應用與產業成長前景可期,亞德諾半導體(ADI)同樣積極投入新領域的探索,準備在未來幾年大展拳腳。該公司亞太區總經理趙傳禹即針對這些重要應用提出獨到見解,並就新型冠狀病毒疫情(COVID-19)後科技產業走向發表觀察。 積極扮演5G推動者Enabler 根據產業研究機構預測,2020年底,全球將有超過100個商業化的5G網路,經過2019年試水溫,各界都看好2020年是5G商用的爆發期,針對5G將對人們生活帶來的重大改變,趙傳禹認為,目前只是開始,未來的5~10年,5G的大頻寬、低延遲、大量聯結,將深入發展各式應用,而ADI更將扮演推動者(Enabler)的角色,發展小型化、低功耗、低成本、可部署的解決方案,涵蓋從Sub-6GHz到毫米波(mmWave),從位元到波束的廣泛架構。 5G商用由南韓帶頭開始,ADI也透過與三星合作並取得成功,趙傳禹強調,該公司的訊號轉換器ADC/DAC,在更早之前就看好5G測試設備的商機,與廠商有深入長期的合作經驗。另外,中國因疫情停工雖造成5G產品的生產節奏暫緩,但中國的5G部署大方向不會改變,並會在疫情受到控制後加速發展,目前看來疫情還屬於短期影響。 串聯產業鏈夥伴發展AIoT落地方案 物聯網經過幾年的發展已逐漸落地,據了解,2020年全球各式物聯網裝置總量將高達100億台,2025年可能倍增到200億台。趙傳禹指出,物聯網這兩年經由人工智慧(AI)的加值,朝向AIoT智慧物聯網邁進;ADI則是更專注於工業物聯網(IIoT)領域,在2018年收購新創公司OtoSense,並於2019年底收購發電機維護公司Test Motors,取得健康監測系統與設備維護相關技術,透過振動量測分析(Condition-based Monitoring, CbM)與飛時測距(ToF)等解決方案,搜集馬達震動頻率數據,導入排期維護、早期發現問題等功能,而確保機台正常運作,機台健康除了能夠維持良率,還能提升工廠的產能。 另外,IoT產業破碎化的特性,讓ADI認知須要與系統整合商(SI)更密切的進行合作,垂直領域的技術有各自的專業門檻,趙傳禹進一步說明,ADI開大門與更多廠商合作,分享Know-how、技術並共同發展垂直領域解決方案,希望將各領域經驗透過軟/硬體及演算法整合,建構自動化系統。並利用AI將人類的經驗量化,以提供完整可落地的技術與解決方案。 汽車電氣化趨勢不走回頭路 車輛電氣化已經成為不可逆的趨勢,就電動車與智慧車兩大領域而言,未來10年,電動車數量將成長10倍。電動車的能源管理需求日益提升,趙傳禹舉例,以精確度5%的電池管理系統(BMS)技術為例,一般電動車電能使用區間為25~85%的電池電力,約占電池蓄電量的60%,若BMS精確度提升到1%,則相同電量下,可用電力將提升到68%。 另外,駕駛體驗將以安全為主要目標,無論是電動化或智慧化,透過技術的提升來保障使用者的安全,已是產業的共同目標。趙傳禹說,ADI投入慣性感測(IMU)與雷達技術的發展,與車廠合作希望能提出更多「安全」解決方案。目前受疫情影響,車廠的生產速度趨緩,2020年車輛銷售可能受疫情影響,但研發工作仍持續進行,以十年為期長遠評估,成長走向不會改變。 疫情長期衝擊消費信心 ADI投資創新腳步堅定 就在各項明星產業蓄勢待發的2020年伊始,新型冠狀病毒疫情爆發,為全球經濟發展投下衰退的震撼彈,產業研究機構也紛紛下修2020年全球經濟成長預測,為正起步的新興產業趨勢蒙上陰影。趙傳禹認為,綜觀新冠疫情對上述領域之影響,可由供應鏈與市場需求兩方面分析。供應鏈短期受到防疫鎖國等國家政策衝擊,東南亞、印度及中國等地的工廠皆出現停工狀況,導致產能下降。但單就半導體業而言,因產業自動化程度高,生產線可透過遠距辦公控制,供應鏈並未全數停擺。 另一方面,疫情造成消費端疲弱的情況則較為嚴重,3月之後因為歐美及全球各地疫情爆發,各國政府紛紛採取嚴格的封閉式管理,大幅降低人際接觸,4月全球估計有數十億人口為當地政府下令居家,除了民生必須,許多經濟活動呈現停滯。趙傳禹表示,科技產業的因應大致說來,半導體廠商積極與客戶溝通產線狀況,以取得長期合作共識。推測疫情影響時間為一至兩季,2020下半年半導體市場可望加速恢復,但是恢復速度須依照各國政策與情勢觀察。 ADI亞太區包括台灣、韓國、澳洲、印度、新加坡、印尼等區域,趙傳禹提到,這個區域是全世界少數充滿活力又多元的市場,成熟如澳洲、新興如越南,多數區域都是出口導向的經濟體,未來疫情平息後,恢復的情況會比歐美等地更好。ADI在亞太區的發展策略,除關注長期在半導體領域的研發創新之外,也堅持長期投資,同時規畫強化亞太區的企業形象,並投入履行企業社會責任,落實環保、創新等目標。
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高科大/台大攜手發表國產1600G矽光子晶片技術

5G時代來臨,雲端應用的數據中心需要極大容量的傳輸能力。目前利用先進半導體矽製程發展的矽光子晶片,被視為最有潛力的技術。高科大與台大合作發表超世代大容量矽光子晶片,其傳輸架構由高科大電機與資訊學院院長施天從教授於2018年所提出的4波長、4光纖傳輸結構,晶片尺寸為5mm x 5mm,採用PAM4訊號格式,總傳輸率可達到1600G,為目前國內外相關研究領域中,單位晶片面積上的總傳輸率最高的發射端矽光子晶片,並已經初步驗證通過1600G傳輸之可行性。 高科大與台大1600G矽光子晶片技術開發團隊 2019年美國最大的電信系統設備商思科(Cisco)分別以28.4億美元併購矽光子技術廠商Acacia Communications,6.6億元併購矽光子晶片模組製造商Luxtera,以擴充思科在企業端、數據中心及電信運營商的市場。而全球半導體晶片領導廠商的英特爾(Intel)在100G PSM4市場有第一名市佔率,同時亦已經推出商用的400G矽光子晶片及模組。 矽光子技術結合了兩個20世紀最重要的發明:矽積體電路和半導體雷射。與傳統的技術相比,矽光子晶片能讓資料傳輸速率更快、距離更長。目前許多國際雲端服務商,如亞馬遜(Amazon)、臉書(Facebook)、谷歌(Google)、蘋果(Apple)、微軟(Microsoft)等皆投入大量資源建置更大型的資料中心。這些新資料中心的需求就是必須儲存更多的數據,更快的資料傳輸速度,以及更低的消耗功率,因此在有限的廠房空間,必須使用相同尺寸,但是可以倍數提升傳輸位元率的模組。而今年不因肺炎疫情停擺,在美國聖地牙哥舉行的光網路及通訊會議展覽(OFC 2020),亦有多家系統及模組廠商展示400G甚或800G的技術。 1600G矽光子發射器晶片架構  台灣半導體製造技術執全球牛耳,晶圓廠的互補型金氧半(CMOS)矽製程技術領先全世界,矽光子技術即是匹配運用互補型金氧半矽製程技術發展的光電晶片,相當適合台灣高科技產業發展。若台灣相關的半導體廠商能透過產能支援與學界合作,對於台灣發展矽光子技術非常有幫助,同時也能協助台灣製造業及早在矽光子製程領域建立自主元件資料庫及智財權布局,待產業起飛時必能占據最佳的產業地位。光電元件積體化目前還屬於發展初期,矽光子晶片複雜程度高,製程解析度越高,訊號的精確度越好,元件的效能才能有效發揮,因此矽光子技術的實現需要先進製程的搭配。 科技部的矽光子積體電路專案計畫是陳良基部長極力推動的半導體射月計畫之衍生項目,該專案計畫規劃於四年提撥新台幣3.2億元發展國內矽光子技術,由國內矽光子技術之先驅者台科大李三良教授負責專案計畫辦公室。預期前二年完成核心技術開發與系統晶片架構設計,第三年完成系統晶片製作與性能優化,第四年完成系統展示並能將技術與廠商進行後續之應用與推廣。計畫執行期間將培植國內研發團隊利用矽光子平台整合元件、光路與電路而組成生醫感測、光感測以及光連結等應用的光電系統晶片。該計劃自2018年開始執行,本次發表的1600G矽光子晶片,即為該專案計畫支持的國內五件研究計畫之一的成果。 高科大電機與資訊學院院長施天從教授(前排右三)領導的1600G矽光子晶片技術開發團隊 本次發布的超世代大容量1600G矽光子晶片之傳輸架構由高科大電機與資訊學院院長施天從教授於2018年所提出領先全球的前瞻性4波長、4光纖的傳輸結構,並由台大光電所黃定洧教授負責設計,以4x16陣列波導光柵(AWG)分波多工器,混成16路光調變信號,完成發射端的矽光子晶片。利用此新型之分波多工器,可以用最精簡的光路配置連接各元件。此外,此晶片之尺寸為 5mm x 5 mm,採用PAM4訊號格式,其總傳輸率可達到1600G。 台大光電所黃定洧教授表示,本矽光子晶片之完成,利用共用晶片方式送至比利時IMEC完成半導體製程,並依據設計製作完成矽光子晶片。同時感謝共同建構矽光子元件技術的中研院張書維研究員、成大曾碩彥教授及高科大吳曜東教授的一起努力,也感謝中興大學劉浚年教授、中山大學洪勇智教授、及TSRI提供之光纖耦光量測協助,台大林恭如教授及所負責的台大與Tektronix聯合實驗室的高速光傳輸量測協助,共同驗證本矽光子晶片具有1600G的傳輸的可能性。 研究計畫主持人,高科大電機與資訊學院院長施天從教授指出,非常高興能與國內頂尖大學團隊合作,有效鏈結南北學術能量,得以建構完成整個光引擎所需要的元件與技術。本矽光子元件及傳輸架構已經由相關單位申請專利中,希望團隊能持續獲得科技部補助,進一步優化矽光子晶片性能,並建構完成整個光引擎模組,厚植台灣於此新世代矽光子技術之實力。
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