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設備資安標準框架逐漸成形 半導體產業大步走向智慧製造

由於半導體晶片早已精密到無法用人力作業來生產,因此不管是晶圓製造或是封裝測試,絕大多數的製程步驟都是在設備內自動執行,這使得半導體產業先天上就是一個自動化程度遠高於其他產業的行業。 而在大數據分析、邊緣運算與人工智慧(AI)技術逐漸成熟後,許多半導體業者都已踏上從自動化邁向「智動化」的旅程。但在眾多機台設備全面聯網後,設備資安的問題也更加迫切,使得產業鏈必須快速提出標準化對策。 半導體設備資安標準化框架漸具雛形 對半導體產業而言,設備資安的問題早已存在多年,而且光靠一家廠商的力量,很難落實全面的防護。台積電資訊安全專案經理張啟煌(圖1)指出,根據統計,目前絕大多數還在線上運作的半導體設備機台,裡面所使用的作業系統都還是微軟(Microsoft)的Windows XP,而且更糟的是,即便半導體業者現在要購買新型機台,裡面所搭載的作業系統還是Windows XP。 圖1 台積電資訊安全專案經理張啟煌表示,為了確保生產效率,OT設備所使用的軟體在調整到最佳狀態後,會盡可能避免更動,因此OT設備的軟體慣性十分強大。 對於IT領域的資安工程師來說,這種情境或許很難想像,畢竟微軟早在很多年前就已經停止對Windows XP提供支援,若系統有新的漏洞被發現,也不會再提供修補或更新。但這在OT領域是司空見慣,因為機台上有很多跟生產製程、機台控制有關的軟體工具,如果機台的作業系統要從Windows XP升級到Windows 7或Windows 10,這些工具很可能會出現相容性問題,或是運作效率降低。此外,如果要在機台上安裝防毒軟體,設備運作效率會不會因此降低,也需要進行審慎評估。 對OT管理者來說,任何可能對生產效率產生負面影響的升級,都必須再三斟酌。這使得OT設備的軟體普遍都有非常強的慣性,半導體產業所使用的設備機台也不例外。 不過,由於惡意軟體、駭客攻擊越來越頻繁,加上半導體設備已經高度互聯,產業界不能再不拿出對策。因此,國際半導體產業協會(SEMI)已經成立了資安標準委員會,負責制定與半導體設備有關的資安標準框架,並已經取得初步共識,例如作業系統支援服務中止(EOS)後的處理方式、軟體更新服務的責任歸屬如何劃分、設備商應承擔的責任等。然而,由於資安威脅日新月異,因此這個框架還會持續演進,委員會也會持續邀請更多設備商及資安解決方案供應商加入討論。 對抗惡意軟體 白名單機制成基本防線 除了作業系統相關問題外,由於惡意程式的變種速度太快,只靠黑名單來把關已經沒有意義,因此包含工研院資通所所長闕志克、應材(Applied Materials)資安長Kannan Perumal、微軟現場網路安全技術長Diana Kelley及西門子(Siemens)全球客戶經理David Rogers都認同,針對OT設備的軟體管理權限,應該改用白名單機制來控管。 白名單權限控管可以分成很多個層次,從最基本的軟體安裝,到軟體安裝後,應用程式可以有哪些行為,不允許做哪些行為,以及應用程式更新後,白名單本身要如何做對應的控管等,每個環節都有一定程度的複雜性,每家廠商的做法也不盡相同。如應材是從供應商/第三方開始做源頭控管,西門子則是按照IEC 62443標準要求來進行。 但不論如何,對應用軟體進行更嚴格、更徹底的監控,是所有設備商跟軟體業者一致的態度。畢竟,隨著網路攻擊能造成的破壞跟經濟損失越來越大,激勵駭客發動攻擊的經濟誘因也開始出現,誘發更多攻擊事件。面對危機四伏的聯網世界,防禦方必須步步為營,小心謹慎。對IT人來說,這些都已經是常識,但OT領域的資安人,才正要開始學習這個功課,並調整應對心態。 邊緣運算/AI為智慧製造添加動能 針對智慧製造議題,聯電智慧製造處副處長吳京沛(圖2)開宗明義地說,半導體產業走向智慧製造,就是要藉由導入工業人工智慧(Industrial AI, IAI),來提升生產效能並改善生產流程。目前半導體廠在資料的蒐集跟取得方面,已經大致不成問題,但從大量數據中萃取洞見,創造商業價值的過程,還是高度仰賴人力。IAI的價值,就是要把這些工作,例如資料可視化、數據分析改成用機器自動處理,降低資料科學家的工作負擔,並節省時間跟成本。 圖2 聯電智慧製造處副處長吳京沛認為,半導體產業必須用更智慧化的工具,來降低員工的工作負擔,並提高企業運作跟決策的效率。 把這些工作交由IAI代勞後,下一個發展重點則是把工程師腦中的領域知識(Domain Knowledge)跟大數據結合起來,讓IAI有能力幫人做決策工作,至於人的工作,則轉變成檢視IAI的決策品質,確保決策無誤,並將結果反饋回機器學習模型中,提升IAI的決策品質。 目前在半導體產業內,IAI最為人熟知的具體應用在於實現自動化缺陷分類、機台自動調校,以及利用AI來做虛擬檢測(Virtual Metrology),加快晶圓的生產速度。無人工廠也是半導體業者正在努力發展的方向,畢竟無塵室並不是一個舒服的工作環境,要找到願意從事這種工作的人,將會越來越困難。 不過,對半導體產業來說,要導入IAI,還是有很多挑戰。除了資安疑慮、資料品質不好等所有AI應用都會遇到的共通問題外,半導體產業最獨特的挑戰在於,要用極有限的不良品資料訓練出推論準確率極高的模型。 半導體產業很多製程步驟的不良率都只有ppm(百萬分之一)等級,甚至還更低,這意味著半導體廠很難拿到足夠的不良樣品來訓練模型。但另一方面,半導體產業對模型推論準確度的要求又很高,因為IAI一次誤判,可能會讓公司付出極高代價。因此,結合規則式算法跟機器學習的混合式系統,會是比較可行的發展方向。另一方面,在應用布署的時候,還是要拿人來當比較基準,只有在機器判斷的準確率比人還高的環節,才值得布署IAI系統。 至於在設備端,包含科林研發(Lam Research)、ASM Pacific Technology、艾波比(ABB)、均豪精密,雖然專注的設備領域不同,但探討的主題都是機台的預防性維護、健康狀態/製程監控等議題。半導體大廠意法半導體(ST)也把主題放在預防性維護跟設備狀態監控上。 由於半導體產業所製造的產品都非常精密,因此對相關業者而言,不僅機台上的零部件飄移需要嚴密監控,甚至連零部件老化導致生產參數出現細微變化,都可能讓良率表現截然不同。這使得設備業者跟半導體製造業者,本來就非常需要掌握機台運作的即時狀況。只是,在數據分析技術成熟之前,大家都是按照經驗法則來排定歲修時程,而隨著人工智慧跟邊緣運算技術日益成熟,現在業界有了新的選擇。而且,每家業者都有志一同地強調邊緣運算架構,不會把原始資料傳到雲端去分析處理,而是在本機端直接用機器學習等AI技術完成資料分析,給出預測結果。 在眾家廠商英雄所見略同的情況下,在半導體走向智慧製造的過程中,邊緣運算所扮演的角色,將變得十分關鍵。 為專家賦能方可落實智慧製造 華邦電技術副總監李馥源(圖3)則為整個智慧製造論壇做總結,並指出所謂的智慧製造,就是一種為製造業解決問題、創造價值的手段。 圖3 華邦電技術副總監李馥源認為,為領域專家賦能,讓人的智慧固化成系統,是智慧製造落實的關鍵。 因此,智慧製造必須依照實際的製造需求,將自動化、商業智慧(Business Intelligence)與人工智慧結合。在這個過程中,企業內的IT部門、資料科學家、領域專家及外部供應商必須通力合作,才能讓計畫順利推動。 不過,在這個過程中,為領域專家賦能(Empowerment),讓他們能夠將智慧製造有系統地建立起來,是最關鍵的,特別是對中小企業來說。這些領域包含商業智慧工具、資料分析平台/工具、機器人製程自動化以及作業流程。畢竟,所有智慧都來自於人,智慧製造能不能成功,關鍵就在於能否將人的智慧固化成系統。
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專訪Ansys MFEBU產品管理資深總監Steve Pytel 結盟/購併操作強化模擬工具組合

Ansys MFEBU產品管理資深總監Steve Pytel(圖)表示,對產品設計者而言,在產品開發的過程中使用模擬工具,可以帶來加快開發速度、降低原型製作成本等優勢。而在智慧製造、工業4.0等概念興起後,模擬工具也開始被用在建置數位雙胞胎等工作上,成為產品生命週期管理的工具之一。這意味著模擬工具不只被運用在產品開發階段,在整個產品從布署到報廢的整個生命週期中,也扮演著一定的角色。 不過,若單就Pytel主管的產品領域--機構、流體與電子來說,模擬工具最大的價值還是在於加快設計速度跟降低原型建造成本。事實上,除了產品生命週期很短的消費性電子之外,很多原本設計週期很長的產業,例如汽車產業,現在產品開發的時程也被明顯壓縮。 而為了讓設計者有更多工具可用,進一步加快產品設計速度,Ansys在購併與策略結盟上動作頻頻。從2019年至今,已完成Helic跟Granta的購併案。Helic是一家提供電磁串音(Crosstalk)模擬與分析工具的業者,其技術對於發展5G毫米波通訊技術非常關鍵;Granta則是一家材料資料庫公司,提供與各種材料特性有關的資訊給設計者。 除了購併外,Ansys還有其他壯大生態圈的策略,例如近日該公司與Motor Design簽署合作協議,未來Ansys將成為Motor Design旗下Motor-CAD工具的經銷商。Motor-CAD是一款十分普及且簡單易用的馬達設計工具,可以用來計算馬達的電磁場、溫度與性能,再結合Ansys現有的模擬工具,可提供馬達開發者更完整的工具鏈。 Ansys MFEBU產品管理資深總監Steve Pytel認為,產品研發流程對模擬工具的依賴,將不斷提高。  
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專訪Vicor亞太區業務副總裁黃若煒 市場變化帶動公司策略轉型

Vicor亞太區業務副總裁黃若煒表示,電源應用市場在最近幾年出現很明顯的變化,隨著資料中心、高效能運算的需求不斷成長,加上汽車電氣化的趨勢越來越明顯,不僅Vicor的客戶組成出現變化,客戶對電源模組的要求也跟著轉變。 以往,電源設計者對成本最為敏感,其次才是轉換效率跟電源系統的整體尺寸,但隨著應用需求的變化,現在的客戶對成本越來越不看重,尺寸跟轉換效率的重要性則明顯提高。 然而,這對電源模組來說,是很大的技術考驗。首先,外觀尺寸要非常小;其次,電源模組本身的電磁干擾(EMI)要非常低,否則會對處理器產生干擾。而這也是Vicor之所以能在專為AI運算設計的高階GPU加速卡上擁有獨占地位的原因。舉例來說,NVIDIA專為資料中心設計的GPU加速卡,板上的主要電源就是Vicor獨家供應。 也因為高效率跟低EMI,目前Vicor還有許多跟其他客戶合作開發中的次世代電源設計,例如直接把電源模組放在處理器基板的背面,甚至跟處理器用異質封裝整合在同一個封裝體內。 然而,也因為這類應用的市場規模很大,加上Vicor是獨家供應商,不可諱言的是,客戶對Vicor的保證供貨能力要求很高。因此,公司決定在資源投入上更聚焦在幾個特定領域,並且展開擴產。現有廠房的第二期擴建計畫已在進行中,第三期擴建則在計畫階段。此外,Vicor也在評估新的廠房地點,以便分散生產,降低風險。 Vicor亞太區業務副總裁黃若煒表示,電力電子的應用市場正在朝對Vicor有利的局面改變,公司的經營策略會更加聚焦。  
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半導體業大者恆大 2019資本支出集中率再攀高

產業研究機構IC Insights發表主要半導體公司2019年和2020年的資本支出預測,2019年排名前五位的公司(三星、英特爾、台積電、SK海力士和美光)在半導體產業資本支出中所占的比重將達到68%的歷史新高,超過2013年和2018年創下的67%高點。回顧1994年,前五名支出僅占產業總支出的25%,因此大公司增加其資本支出比重的趨勢一直沒有減弱,再次證明半導體產業大者恆大的走向。 2019年排名前五位的半導體廠商資本支出所占的比重將達到68%的歷史新高。 三星和台積電2019年第四季與整年度資本支出顯示,兩家公司在年初時的支出都相對較低,然後在第二季支出增加到了較為適度的水平。此外,兩家公司在第三技法說會中都宣布,計劃將第四季的資本支出增加到創紀錄的水準。 台積電計劃將2019年第四季的資本支出較第三季增加64%至51.47億美元。這將是該公司季度支出的歷史新高,比2014年第一季度的37.99億美元的歷史記錄高出36%。台積電TSMC 7奈米(nm)製程的需求非常強勁,預計該製程將占2019年第四季營收的33%。目前,其大部分投資將針對7奈米和5奈米技術的的新增產能。 另一家半導體大廠三星則宣布了計劃在2019年四季創下其半導體支出的單季新高記錄,該季大部分資本支出專用於建立記憶體設備,以滿足中長期需求。三星2019年第四季資本支出預計達79億美元,與第三季相比,成長81%。比該公司在2017年第四季的單季最高支出68.77億美元高出15%。 對於2019年全年,三星的半導體資本支出預計為199億美元,較2018年的支出下降8%。然而,該公司2017、2018和2019年的半導體集團資本支出總額預計為658億美元,較同期第二大支出的英特爾多53%。此外,三星在2017~2019年的658億美元半導體資本支出將是同期所有中國本土半導體廠商總支出308億美元的兩倍多。無論是台積電或三星半導體,想要在產業中保持領先從來就不是件簡單的事,包括更多資本與研發都是必要的投資。
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超越5G 英特爾攜手/Sony/NTT布局下一代通訊技術

在退出手機基頻晶片業務之後,英特爾(Intel)積極發展通訊、網路基礎設施,除了加大5G布局力道之外,現在更將目標放在未來新一代通訊技術之上,宣布與日本通訊業龍頭NTT、索尼(Sony)共同合作,除針對運算、通訊和網路基礎設施進行重大革新,也成立全新的產業論壇(Industry Forum)「創新光網與無線網路全球論壇(IOWN)」。 英特爾首席執行長Bob Swan表示,數位化轉型和資料的成長,正推動基礎設施的擴張,我們正以全新的方式使用資訊技術,也因此,無論是傳輸、存儲、處理資料方面都要更快、更安全;而這不僅需要嶄新的合作方式與思維,也須整合超高速網路和無所不在的高效運算(隨時隨地提供智慧服務的邊緣基礎設施)。因此,創建IOWN論壇,是向前邁進的重要一步,只有跨行業的業者聯合,才能實現如此宏大的願景。 英特爾首席執行長Bob Swan。 此一論壇的目標是加速新通訊基礎設施的普及,新基礎設施將整合包括矽光子、邊緣運算和聯網運算在內的所有光子網路基礎設施,透過在三大領域開發新的技術、框架、規範和參考設計來滿足未來的資料和計算需求。 首先是光子研發。這包括未來的光子元件、光子網路設備和端到端架構,以光子-電子融合技術的進步為發展動力;這將顯著降低功耗,並透過縮短延遲、擴大傳輸容量實現即時回應。 接著是聯網運算,利用人工智慧以及動態的分散式負載,對於跨網路的運算將越來越重要。最後則是智慧應用案例的實踐,包括數位雙胞胎運算、設計更逼真的使用者介面/體驗設備等。 英特爾指出,下一代通訊有望改善生活的諸多方面,其中包括遠端醫療、防災、教育、自動駕駛、金融、娛樂、體育和工業製造;而IOWN旨在提供下一代通訊基礎設施,使得盡可能多的人能夠從中受益。 NTT、英特爾和索尼將成為IOWN論壇創始成員,未來幾個月三家業者將遴選IOWN全球論壇的初始董事會成員,共同啟動論壇的運營,而科技、電信和其它行業組織都將受邀加入該論壇。
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2020年全球穿戴式裝置消費者支出將達520億美元

國際研究暨顧問機構Gartner預測,2019年終端使用者在穿戴式裝置的消費金額將近410億美元,而2020年可望達到520億美元,較2019年成長27%。2020年智慧手表為終端使用者支出最多的項目,拿下44%市占,而智慧服飾市場成長最為顯著,較2019年提升52%。 Gartner表示,越來越多使用者捨棄智慧手環,轉而加入智慧手表的行列。智慧手表類別雖有Apple Watch和三星Galaxy Watch等領導品牌採高定價策略,但也有小米、華為等較平價的產品平衡市場價格。Gartner預期2020到2021年間,智慧手表平均售價將下滑4.5%。 就出貨量而言,2020年時智慧手錶和耳戴式裝置將居領導位置,Gartner預測2020年時智慧手表出貨量為8,600萬支,而耳戴式裝置則將近7,000萬副。耳戴式裝置市場競爭依舊激烈,領導廠商包括蘋果(AirPods)、三星(Galaxy Buds)、小米(AirDots)、Bose(SoundSport)和新進市場的亞馬遜(Amazon)。而Nuheara、微軟和Starkey等品牌所推出的產品也相當具吸引力,帶動市場對聽覺體驗強化和非處方(over-the-counter)聽覺擴增裝置的需求提升。 促使穿戴式裝置普及的最大原因之一在於新進使用者,其他影響因素包括感測準確度上升、微型化技術演進和使用者資料保護能力優化。裝置製造商專注於讓感測器變得更小、更智慧,而穿戴式裝置內的感測器也將使資料判讀能力更精準,以提供更多使用情境。智慧服飾會因微型化技術的進展而大幅受惠,因裝置製造商能將追蹤睡眠或病情的感測器整合到穿戴式裝置裡,使用者幾乎不會察覺。  
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Vivo與Qualcomm戰略結盟 共逐5G商機

5G進入商業化部署階段,各式5G解決方案競相出籠,2019年全球智慧手機市占率第五的Vivo,與行動通訊晶片龍頭Qualcomm結盟,積極推出5G 手機,其NEX 3 5G已在各地搶先上市,同時也持續投入技術的開發,預計2020年再推出至少5款5G手機,插旗5G商機。 Vivo 5G研發中心總監秦飛表示,為了納入更多天線,Vivo也開發出AiA(Antenna in Antenna)的專利技術。 在4G時代發展智慧手機有成的Vivo,迎接5G時代的全新發展趨勢,已於全世界各地布局9個研發中心並投入大量資源,Vivo 5G研發中心總監秦飛表示,該公司目前全球活躍用戶高達2.5億人,在5G方面有逾3000項技術貢獻,尤其在提升使用者經驗相關的技術上,如UE Power Saving、Multi-SIM、UL-MIMO、UE Mobility、UE Capability等。面對5G時代的全面聯網趨勢,Vivo提出「1+3+X」的產品策略,以手機為核心,搭配智慧眼鏡、手表與耳機,並向外聯結電視、電腦等更多裝置。 5G產業發展潛力十足,Qualcomm副總裁暨台灣與東南亞區總裁劉思泰指出,預計2035年,5G相關產品和服務帶動的產值高達12.3兆美元。Vivo與Qualcomm的5G合作自2018年開始,而Vivo全新的NEX 3 5G手機採用Qualcomm Snapdragon 885+平台,加快15%的圖像讀取速度,更大幅提高5G連接的穩定性。目前NEX 3的解決方案是由分開的Snapdragon 885+應用處理器與X50基頻晶片組成,2020年第一季,就會推出高整合度的5G SoC。 Vivo NEX 3 5G配備各項旗艦規格,10/29正式開賣,定價NT$26990,是台灣首款支援5G手機。 NEX 3規格為屏占比高達99.6%的6.89吋Super AMOLED...
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布局L4市場 汽車/半導體產業全力衝刺

自動駕駛風潮持續熱燒。在Level 2的ADAS技術逐漸成熟後,眾多國際車廠除了持續提供更高效能、更安全的ADAS功能,以逐步達到Level 3外,也紛紛同時投入Level 4自駕系統發展,藉此加快實現自駕車實際上路的願景。 現代開發全新智慧巡航控制技術 布局Level 3以上自駕車,現代汽車集團(Hyundai Motor Group)日前宣布研發首個基於機器學習的智慧定速巡航控制系統(SCC-ML),該技術會將駕駛人的行為模式納入其自動駕駛行為中,進而為駕駛人創造自定義的體驗。 現代汽車集團副總裁Woongjun Jang表示,新的SCC-ML技術改進了先前ADAS技術的智慧性,並大幅提高了半自主功能的實用性,現代汽車集團將繼續致力於創新AI技術的開發工作,以引領自動駕駛發展。 智慧巡航控制(SCC)為ADAS提供了基本的自動駕駛功能和核心技術,也就是當以駕駛員選擇的速度行駛時,可與前方車輛保持距離;而新研發的SCC-ML技術將AI和SCC結合到一個系統中,該系統可自行學習駕駛員的模式和習慣,透過機器學習,智慧巡航控制系統能以與駕駛人相同的模式自主駕駛。 另一方面,除了研發新一代智慧巡航控制系統外,現代也宣布與零件大廠Aptiv合作,投入16億美元資金創建合資企業,搶攻自駕車市場版圖。雙方共同聲明指出,此合資公司將推動SAE 4級(Level 4)和5級(Level 5)自動駕駛技術的設計、開發和商業化;該合資企業將於2020年開始測試完全無人駕駛系統(Level 5),並於2022年開始為機器人自動化廠商、車隊營運商和汽車製造商提供自動駕駛平台。同時,該合資公司將以韓國作為關鍵技術中心、汽車改裝基地和自動駕駛行動服務平台的試驗場域。 博世/戴姆勒共同開發無人自動停車技術 博世(Bosch)則是和戴姆勒(Daimler)共同開發自動停車技術,並已獲德國巴登-符騰堡邦官方核准,在斯圖加特的Mercedes-Benz博物館停車場提供無人駕駛自動泊車技術,而此一停車技術也是世界首個獲官方核准可日常使用的Level 4全自動停車功能(圖1)。 圖1 博世和戴姆勒共同開發的自動停車技術,已應用於斯圖加特的Mercedes-Benz博物館停車場。 據悉,透過此一技術,當駕駛開車到停車場、下車,接著只需點擊智慧型手機便可以將車輛自動送到停車位,無需駕駛即可自動停車。一旦駕駛離開停車場,車輛就會自動行駛至指定的位置停放;取車時,汽車也會以完全相同的方式返回下車點。過程中仰賴Bosch所提供的智慧停車場基礎建設,以及Mercedes-Benz自動駕駛科技的交互合作。 除了研發自動停車技術外,Bosch也與戴姆勒攜手於聖荷西進行自動駕駛叫車試驗服務。Bosch、戴姆勒和聖荷西市三方已簽訂備忘錄,未來將使用賓士S-Class自駕車,提供給聖荷西市中心和西聖荷西的聖卡洛斯(San Carlos)和史蒂文斯溪谷(Stevens Creek)之間的走廊地帶的特定社區來使用。 此前導試運行計畫將可提供如何使高度及全自動車輛整合到多模式平台的相關資訊,主要目的為提供無縫的數位體驗,使特定社區的使用者可透過線上叫車,召喚自駕車,並預約指定的接駁地點和目的地,行駛過程由安全駕駛員全程監控。 Bosch原廠汽車零件銷售部門總經理楊建新(圖2)表示,該公司在前幾年提出「三零願景」,也就是希望達到零事故、零排放、零擔憂。為此,自動駕駛發展可說勢在必行,而目前自動駕駛市場發展呈現兩個方向,一種是在一般房車上持續添加性能更強的ADAS功能,使汽車更自動化、更安全可靠,進而達到Level 3以上的等級;而另一種發展方向則是從公共運輸切入,在限定區域、路線上發展Level 4以上的自駕車,以營運服務為主。 圖2 Bosch原廠汽車零件銷售部門總經理楊建新表示,不論是ADAS或是Level 4的自駕車,都有龐大商機。 楊建新進一步指出,對於該公司而言,這兩種發展方向都具備龐大潛在商機,為此,博世採取雙頭並進的策略,一方面繼續強化ADAS功能,另一方面也投入Level 4自駕車的發展,並擴大應用場域,就像是與戴姆勒合作研發的自動停車技術,不僅可用在室內停車,同樣也可以用於汽車產線上,也就是當汽車生產完成後,不用再花費額外人力將車從產線開到其他地點,只需一個按鍵就可移動車子。 感測技術仍是自駕車發展重點 要實現自動駕駛,如何提升自駕車的感知能力是一大要件。為此,恩智浦半導體(NXP)積極推動高效能、低成本的雷達解決方案。像是新型RDK-S32R274雷達解決方案,是由NXP與Colorado Engineering合作構建,旨在幫助開發人員使用NXP技術,快速開發高性能汽車雷達的原型。 另外,NXP也與吉利汽車合作,共同探索下一代毫米波雷達感測器及多雷達系統的前瞻性合作定義,將其用於下一代ADAS與自動駕駛功能。NXP將為吉利汽車提供更高效且密集的支援,以滿足持續的技術演進需求,協助汽車企業實現創新變革,贏在未來。 NXP指出,毫米波雷達是實現自動駕駛不可或缺的關鍵因素,以此為合作起點,NXP將針對車用ADAS感測器、資料融合、安全控制、通訊及車載網路等應用領域,為吉利汽車提供更具針對性且領先國際的解決方案;並整合雙方技術與優勢,在此領域進行前瞻性設計及研發合作,引領產業技術變革。 NXP半導體汽車電子事業部系統架構師黃明達(圖3)表示,雷達是自動駕駛不可或缺的關鍵元件,而越高級別的自動駕駛車輛,越需要更精準、高效而且低成本/功耗的方案,而該公司也會繼續往這方向發展。 圖3 NXP半導體汽車電子事業部系統架構師黃明達表示,未來自駕車對於感測元件的性能要求會越來越高。 黃明達說明,舉例來說,未來的自動駕駛車輛可能會需要有「成像」能力的雷達,使其對周遭環境感知更精準。而要讓雷達具備成像能力,主要是提升雷達的角分辨率,目前單顆雷達晶片的通道多是3發4收,若將集結數顆雷達晶片,組成一個更大的收發陣,像是將四顆雷達晶片整合在一起,如此一來通道數就會明顯增加,變成12發16收(因為乘以4倍)。這麼一來,此一雷達方案的角分辨率就會有極大的提升,傳送回來的反射點也會從過往單顆雷達晶片2~3個,變成數十、數百個,也因此能夠更清楚的將物體輪廓描繪出來,而這也就是所謂的「成像能力」,使自駕車對於環境的感知更清晰、精準。因此,成像雷達也成為NXP下一代產品的主要發展方向。 除了NXP之外,Bosch同樣也積極布局感測市場。Bosch開發了一款使自駕車能精準定位的感測器:車輛動態和定位感測器。此款新型感測器包含一個高效能接收器,用於接收自駕車精確定位所需之全球導航衛星系統(GNSS)訊號。使用衛星定位的挑戰在於如何處理不準確的數據資料,由於GNSS衛星在距離地表25,000公里的軌道上,以每秒4,000公尺的速度繞行地球,在訊號傳至地面的過程中,必須穿過電離層和對流層中的雲層,這將導致分散訊號並產生誤差。 這就是為什麼Bosch採用各種數據業者所提供的校正數據,以及於2017年成立Sapcorda合資公司的原因。在已知精確位置之地面參考站網路的協助下,數據業者可進行GNSS定位資訊校正任務,校正資料則藉由雲端系統或地球同步衛星傳送至汽車。 楊建新指出,感測器是自動駕駛重要的關鍵零組件,因為汽車是需要處理最多訊息的交通工具。當然,除了感測器之外,車輛的資料處理能力和通訊能力也都要跟著強化,才能因應源源不絕的感測資訊,也因此,車輛運算和通訊功能是須伴隨著感測技術一同成長,這也是車廠、系統廠等重點發展方向。 除此之外,為昇科科技資深副總經理陳正夫則表示,自駕車的感測設計另一個重點在於要有備援機制,也就是在同一個區域內(例如車頭)至少要有兩種以上不同的感測器,除了可以互相補助,提升感知能力外,重要的是確保其中一種感測器有損毀時,另一種感測器還能持續運作(例如攝影機壞了還有雷達可感測),避免自駕車發生意外。換言之,備援機制是Level 3以上的車款十分重要的設計,這也促使感測器的需求大量增加。 搶搭自駕熱潮 台灣不落人後 自動駕駛熱潮席捲全球,台灣也積極搶搭此波浪潮,且已有了不少亮眼成果。例如財團法人車輛研究測試中心(ARTC)便串連產業打造的MIT自駕電動小型巴士「WinBus」(圖4),已達美國汽車工程師協會(SAE)的Level 4高度自動駕駛(High Automation)階段,在固定或封閉式場域內,車輛無須人為介入,可以完成所有駕駛和環境監測功能。 圖4 由ARTC串連台灣產業鏈所研發的自駕小巴WinBus。 財團法人車輛研究中心研究發展處經理陳建次表示,自駕小巴的設計包含定位、感知、決策+控制三大面向,當中所用的關鍵技術包含3D高精地圖、光達點雲圖建立、光達SLAM定位技術、AI影像辨識、多感測融合、動態軌跡規劃技術,以及駕駛模擬運算技術等。這些都是實現Level 4車子不可或缺的要素,而ARTC期望藉由打造自駕小巴,為台灣國內上下游系統與零組件供應鏈帶來新市場與經濟效益,同時實現智慧交通願景。 車輛中心董事長黃隆洲則透露,未來這自駕小型巴士將先支持政府沙盒運行政策,而2019年第4季將協助勤崴國際、中華電信行動數據分公司、宏碁智通為首的營運團隊提出申請,於車輛中心所在的彰濱工業區投入運行,串聯周邊觀光工廠之公共接駁運行服務;接下來也將到各場域應用,累積運行實績,以次系統及創新營運服務模式。 除此之外,為加速自駕產業發展,ARTC也與宏碁智通、聯華聚能科技及鑫威汽車工業等18家上中下游供應商正式攜手組成「自駕車產業聯盟」。由產官研共同合作,串聯科技軟硬實力,結合「營運服務」、「自駕整合」、「電能整合」與「車體製造」等完整自駕車產業鏈,打造台灣SAE...
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留意直流偏差效應 MLCC電容損耗免煩惱

多層陶瓷晶片電容器(MLCC)是當今使用最廣泛的陶瓷電容器之一。這並非沒有道理:它們在最大標稱C值和更低ESR值(等效串聯電阻)方面的最佳化十分突出。然而,伴隨而來的是更大的漂移,特別是在直流電壓、溫度和時間方面(圖1)。 圖1 由於2類陶瓷電容器使用鐵磁性基材鈦酸鋇,因此其C值會因溫度、直流和交流電壓以及部件的使用年限而有變化。 現在,2類陶瓷電容器已達到如此高的電容,這將反覆導致其在運作期間的實際電容之誤算。人們通常不知道元件在實際應用中的表現如何,以及它們為什麼在施加電壓時變化如此之大,一個有關的重要電氣參數就是直流偏壓(DC bias)。 陶瓷電容器易產生直流偏壓效應 直流偏壓效應可在實驗室中獲得充分的展示。TDK使用標稱電壓為25V的3216X7R1μF電容進行測試,並將其連接到LCR儀表。這在0V時顯示1μF。如果施加25V電壓,則可以檢測到與標稱電容值相比超過40%的電容損耗。 其原因在於陶瓷電容器的實際結構。它們的介電材料是從鈦酸鋇獲得的,鈦酸鋇是一種鐵磁性材料,其分子附著在結構鋇2+、氧2-、鈦4+上。 在這種情況下,鈦位於中間。該分子結構在高於居里溫度(約+125℃)時具有立方的晶體結構,並且在低於居里溫度時變為四方的晶體結構。這會產生一種稱為偶極子的極性,其中軸的一側會更正(More Positive),另一側會更負(More Negative)。 在沒有施加直流電壓的情況下,沒有電場,偶極子在整個晶體結構中隨機排列(自發極化)。同時,介電常數高,這也導致高電容。如果現在施加低直流電壓,則電場會由於極化而影響一些偶極子。它們開始與電場平行排列,而降低了電容。 如果施加更高的直流電壓,則有幾個偶極子會讓自身與電場平行排列,並且電容會持續減少。當標稱電壓施加到電容器時,電容水準可能會從標稱電容水準下降多達50%或更多(圖2)。 圖2 由於直流電壓引起的C值變化 改善電路設計避免電容影響 直流偏壓對2類陶瓷電容器電容的影響無法避免。不過,此一情況是有辦法可以處理的。比較2類電容器的幾條直流偏壓曲線,可說明有哪些可能性能夠減少它在應用中的影響。 使用具有1nF和標稱電壓為16V的電容器,電容在10V時降低了近9%,在16V時降低了21%。對於某些設計而言,這已是不可接受的情況。使用標稱電壓為25V的相同電容器,電容在10V時僅下降2%。 這是因為陶瓷電容器中的介電層在較高的標稱電壓下較厚,電介質較厚意味著電場較弱,其對偶極子的影響也較少。在10V時,相同封裝尺寸的470pF電容的電容變化僅為0.6%。如果設計允許這些電容中的兩個並聯連接,這將是直流偏壓效應的可能解決方案,這是因為較低的電容值允許較厚的介電層。有時,具有相同電容值的電容器也可使用較大的封裝。它們通常還具有較厚的介電層,因此具有更好的直流偏壓行為。 忽略直流偏壓將導致電路不良 用一個實際的例子來說明如果在應用中未考慮直流偏壓會出現什麼情況。一位客戶使用08054.7μFX5R多層陶瓷電容器,電壓為25V,標稱容差為10%,測量參數在1V eff時為1kHz。使用者抱怨元件有缺陷,因為它們的C值在14.5V時僅為1μF左右,而不是與「黃金」樣品一樣的大約1.5μF。這將導致15V時的紋波訊號,進而引起IPM驅動器電源的欠壓和不良的MOSFET換向(Commutation),最終導致電機繞組出現過電流的情況。 事實證明,電容器製造商使用了兩種不同的原料混合物來維持供應電壓的可靠性。在14.5V時,一種混合物顯示數值約為1μF,另一種則約為1.5μF。換句話說,兩者都符合特性資料(圖3和圖4)的說明。在使用者使用具有較高數值的元件來進行偏壓測試,而並未檢查差異原因或者考慮相應的一般圖表時,就會產生爭執。應用中的臨界值大約為1.25μF。最初,客戶恰好收到具有較低直流偏壓的元件,當客戶最終收到直流偏壓特性更明顯的元件時,這些元件會表現出電路的不良行為。 圖3 0805 4,7μF電容器的特性資料 圖4 MLCC中的各種基材顯示出不同的直流偏壓行為。 這個例子說明,在短缺情況下,瞭解和考慮應用中各項功能的實際要求以及MLCC的行為尤為重要。必須注意哪一種實際電壓是必要的、在實踐中需要考慮哪些溫度、有效電容值的閾值在哪裡等。如有疑問,開發人員應尋求電容器製造商或經銷商的建議,特別是如果與特性資料和圖表存在相對明顯的偏差時;因為與規範資料相比,這些並不能得到保證。 在這種情況下,特別建議要使用電容器的直流偏壓曲線來預先檢查,電容對於實際工作電壓是否可接受。如果不是這種情況,可以利用以下三種方式將電容損耗減到最少。 1.將兩個或多個電容值較低的電容器並聯。 2.選擇具有更高標稱電壓的電容器。 3.使用具有更大封裝的電容器。 這三種方法通常都具有較厚的介電層,有助於將由直流偏壓所引起的電容損耗減到最少。這可以避免技術上的問題,並為開發人員提供更多的選擇。 (本文作者為儒卓力陶瓷電容器現場應用工程師)
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戴樂格低價/高效藍牙SoC亮相 力攻IoT聯網商機

為降低IoT產品開發成本及加快設計時程,戴樂格(Dialog)宣布推出全新藍牙(Bluetooth)5.1系統單晶片「SmartBond TINY」,在量產前提下,可用低至0.5美元的價格為各項應用添加BLE功能,大幅簡化藍牙產品開發並促進更廣泛的應用。 Dialog低功耗連結事業部門總監Mark de Clercq表示,隨著需要無線連接的設備不斷增長,但實現完整物聯網系統的成本卻面臨壓力;多數設備無法聯網、智慧化的主因多是成本太高。因此,該公司以降低成本為出發點,打造出價格更低,但依舊有高效能的藍牙SoC。 Dialog低功耗連結事業部門總監Mark de Clercq Mark de Clercq進一步說明,該公司從更少材料、更少外部元件、更小/更便宜的電池;以及更低成本的製造這四大方向著手,才得以實現體積更小、高性能卻又保有低價的藍牙SoC。在以一千萬顆為量產單位的基準下,價格可以低至0.5美元。當然,為滿足少量開發的需求,該公司也推出SmartBond TINY模組,以一百萬為量產單位的話,每個模組的價格也只需約1美元,同樣能減少開發成本。 據悉,新產品的尺寸僅為其前代產品的一半,為2.0×1.7毫米,且具備高整合度,僅需要六個外部被動元件、一個時脈源和一個電源即可構成一個完整的藍牙低功耗系統。對於開發人員來說,這意味著SmartBond TINY可以輕鬆地納入任何設計,例如電子觸控筆,貨架標籤,信標或用於資產管理的主動式RFID標籤等;此外,消費者也可享受到減小系統尺寸和功耗的好處,因為可取代紅外線(IR)遙控器或運用於玩具、鍵盤或智慧信用卡和銀行卡等領域。 此外,該產品還具備功能強大的32位元Arm Cortex M0 +核心、內建記憶體和一整組類比和數位周邊,在最新的IoTMark BLE(適用於IoT連接的EEMBC基準)上達到18300分的高分,且其架構和資源使其可以當作獨立的無線微控制器,也可以作為具備微控制器設計的RF資料管道擴充。 簡而言之,新推出的藍牙SoC以較小的尺寸搭配高效能,成功降低系統成本,適時解決了IoT設備日益增多且成本日益攀升的難題,可以將無線連接擴展到以往因為尺寸,功耗或成本限制而無法廣泛採用的應用領域,特別是成長驚人的醫療領域,例如吸入器、分藥器、體重計、溫度計、血糖儀等設備當中。戴樂格預期該產品將被應用在10億個設備中,點燃新一波IoT設備的爆發成長。
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