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工業電源設計不斷追求高效率的同時，安全問題同樣不容小覷。工業物聯網時代來臨，工廠講求智慧化，但在降低成本與提升效能的同時，更不能忽略了最重要的工廠環境安全。在工業電源設計中使用隔離式控制器，簡化傳統馳返式(Flyback)架構，同時達到安全隔離的效果。 茂宣企業(亞德諾ADI)應用工程經理陳俞阡表示，工業系統做隔離不外乎幾個原因，其中一個就是安全，系統有時會瞬間產生高壓，為了防止人員碰觸而形成迴路引發安全危險；第二則是有時會有電壓主位轉移(Shift)的發生，因此有些人會使用一些隔離的電源來做電壓/電平轉換器(Level Shift, LS)，舉例來說，使用兩個乾電池，可以兩個並聯也可以兩個串連，也就是可以自由配置以得到高壓或負壓；另外，電流的路徑永遠都是有去有回的，從哪裡出發就回到哪裡，所以透過隔離的做法可以確保電流依照設計者希望的方法流動，設計可以因此更乾淨簡潔；最後一個理由則是透過隔離來避免電流的浪湧(Surge)與雷擊的狀況發生。 在工業系統的隔離有許多不同的電源設計，在工業用PLC系統等有電源設計需求的應用中，常見的拓撲以Flyback架構為主，因為Flyback的架構簡單而且成熟。其組成通常在一次側有一顆晶片，以及最重要的執行元件變壓器，要做隔離就少不了變壓器。傳統的Flyback架構設計會遇到幾個問題，就是線路太複雜、零件太多、備料太麻煩等。 為解決上述問題，ADI把所有元件全部整合到單一晶片，做一次側電流0電流的檢測，一次側電流到達到0的時候，才針對晶片內部MOSFET的切換，來達到最終混壓的效果。其好處是在PLC的系統裡面一次側和二次側的電流設定可以變得非常簡單，而不會出現太過複雜的線路，例用低廉的成本達到一樣的效果。 茂宣企業(亞德諾ADI)應用工程經理陳俞阡表示，工業電源設計要安全，做好隔離很重要。  

所謂工業4.0可以分為四個階段，第一階段就是收集設備上感測器的資訊，而後分析收集到的資料做格式化、圖型化的轉換，再對這些經過整理的資訊進行預測，例如產品何時要維修、產品生命週期等等。最後一個則是視覺化(Visualization)，包括攝影機、光學電視等具有高數據資料量的應用，而與5G通訊結合的工業應用也因此變得更加重要。 美商優北羅(u-blox)商業開發主任林世澤表示，在工業與車用方面，隨著電信資費的降價、5G基地台越來越普及，將有更多的設備商會直接透過蜂巢(Cellular)科技，將資料上傳到基地台。根據Machina Research的預測，到了2025年蜂巢式網路的物聯網設備連結數目將會達到220萬。 林世澤指出，5G通訊有三大應用，增強型行動寬頻通訊(Enhanced Mobile Broadband, eMBB)可以結合AR/VR，或是遠距醫療，而超可靠度和低延遲通訊(Ultra-reliable and Low Latency Communications, URLLC)主要用於車輛、工業應用，大規模機器型通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)常用於CAT M1/NB-IoT，其好處是非常省電且可以支援的連結數相當高。 u-blox主要著重在URLLC與mMTC的應用，其中針對CAT M1和NB-IoT兩種通訊協定，林世澤分析道，CAT M1可用於地下室，並可用在移動中物體或行駛中車輛。NB-IoT則可以在地底下(比地下室更深)使用，但是須要用於靜止設備上連接固定基地台，另外，NB-IoT的電池可以使用10年之久，非常適合用於電表等應用。 林世澤進一步說明，對u-blox來說5G應用包括了三大應用場景，物聯網、定位與V2X。在工業物聯網領域，現今應該都還是透過Wi-Fi、ZigBee等通訊協定將感測器資料傳送到設備供應商，供應商再藉由有線上傳雲端或是利用NR、NB-IoT等傳到基地台，但是u-blox在這裡看到了Wi-Fi、5G蜂巢通訊的機會，利用蜂巢式網路就可以直接將資料傳送到基地台；另外，定位方面就是GPS和蜂巢技術的結合，從衛星收到GPS訊號，再藉由5G傳回基地台；最後一個則是V2X，車與車之間或是車與交通設施之間的資訊交換可以直接藉由蜂巢技術傳回基地台。 u-blox商業開發主任林世澤表示，蜂巢式網路的物聯網設備連接數目正大幅成長。  

根據TrendForce LED研究(LEDinside)最新紅外線感測市場報告指出，在2019年智慧型手機整體出貨預估衰退的情況下，手機品牌廠商針對下半年旗艦機祭出規格競賽，3D感測模組成為其中一項重要配備。受此趨勢帶動，預估2019年手機3D感測用VCSEL市場產值有望成長至11.39億美元。 TrendForce表示，2019年除了蘋果iPhone仍將全面搭載臉部3D辨識外，包括三星、華為與Sony也規畫在下半年的旗艦機種搭載後鏡頭3D感測(World Facing 3D Sensing)。到2020年估計將有近10款高階機種可能採用3D感測方案，且部分機種將擴大至前後鏡頭皆採用，進一步拉升VCSEL產值。 目前應用於消費性市場的3D感測方案為結構光與飛時測距(TOF)。結構光是以圖案成像，其深度的準確性極高，然而缺點為成本與運算複雜性高，加上專利主要由蘋果掌握，專利壁壘難以突破。 飛時測距的精度和深度不及結構光，但是反應速度快，辨識範圍也更有優勢。飛時測距分為前鏡頭(Front Facing)和後鏡頭(World Facing)，前鏡頭成本相對較高，後鏡頭則需要功率較高的VCSEL。目前主要VCSEL相關供應商為Lumentum、Finisar、OSRAM旗下Vixar、ams、穩懋、宏捷科、VIAVI Solutions Inc.等。隨著3D感測的市場需求興起，未來的手機3D感測將不再只限於單純的臉部辨識與解鎖用途，將進一步延伸至立體景物的辨識以及模型建構及擴增實境等功能。  

在過去，對於特定的工業控制應用，製造商通常不得不採用專用的通訊協定和系統，而不是採用標準的乙太網路技術。雖然早期的乙太網路只能進行盡力傳送式通訊，但近年來標準乙太網路已經發展了漫長的歷程。隨著時效性網路(TSN)的出現，標準乙太網路現在能夠提供確定性服務，並整合了由過去眾多專用通訊協定隔離的「自動化」。 為了對於未來的智慧製造界定真正統一的網路基礎架構，Moxa等國際標準組織和硬體供應商正在共同開發以時效性網路為基礎的解決方案。隨著TSN成為實施真正的IIoT網路的堅實基礎，全球製造商終於可以發揮工業4.0本有的全部效益。本文會將時效性網路對工業自動化的革新分為兩部分，第一部分將介紹TSN與工業自動化的發展現況，另一部分將探討國際標準組織和裝置供應商如何促使TSN成為工業網路的未來基礎。 推動數位化轉型　技術/通訊協定無縫接軌 現今的世界正在見證數位化轉型的新曙光，製造商須要重新考慮現有的商業模式和工業自動化基礎架構。為了在「工業4.0」時代保持關聯性和競爭力，製造商須要做的不僅僅是採用數位技術，並像過去一樣在自動化孤島中部署預先定義的流程。未來的工業有賴於瞭解推動新一波數位化浪潮的因素、目前工業自動化模式對實現數位化轉型的侷限性，以及如何克服這些限制以實現工業4.0的全部優勢。 目前製造技術自動化和資料交換趨勢的基礎，也稱為「工業4.0」或「工業物聯網」(IIoT)，基本上是數位化。透過將類比訊號、聲音、影像、文字和其他資訊轉換為電腦可讀取格式，數位化幾十年來一直在改變產業的本質。傳統產業不僅能夠提高效率和生產力，而且以往難以想像的機會也開拓並改變了我們在全球展開業務的方式。在可預見的未來，這些趨勢將持續以相當強勁的速度推動成長，預計不僅對工業部門，而且對全球經濟都有重大利益。 然而，工業中的數位化轉型不僅僅涉及將類比資訊轉換為1和0系列的過程。為了讓製造商瞭解所有這些資訊，必須從廠區的無數感測器和設備傳輸資料，並為人或其他機器進行處理，以便即時做出明智的決策。因此，智慧製造的數位化轉型必然包括各種網路技術和通訊協定，這些技術和通訊協定能夠實現無縫通訊，而且從感測器到具有人工智慧的精密機器人提高各種數位化設備的可視性。 實際上，數位化能夠實現將來自連線裝置的資料整合，以及收集和採取效能提升回應的能力，這促使許多製造商採用IIoT技術。公司有明確的動機採用智慧製造，以促進營運效率和業務實務做法。無論是尋求減少機器停機時間、提升效能以開拓業務創新的新機會，還是採用全新的商業模式，例如提供產品即服務，製造商都在進行數位化轉型。 自從工業革命以來，製造商一直在尋找提高生產力的方法。在生產機械化之後，製造商已經將裝置連線做為提高效率和利潤的手段。從20世紀80年代開始，製造商開始採用數位裝置，這導致了我們現今所知的工業自動化的出現。可視化工業自動化目前架構的有用方法是經常引用的普渡模型(圖1)。 圖1　現今的普渡模型為現今的工業網路帶來許多基礎架構挑戰。 在目前的普渡模型中，工業自動化形成了金字塔，其中隔離的專用通訊協定佔據不同的層。但是，這種模式也為現今的工業網路帶來許多基礎架構挑戰。雖然獨立的專用通訊協定可能相當擅長自動進行對於本身開發的原始任務，但實質上說的是不同的「語言」，因此導致難以進行即時通訊。此模型中的傳統工業網路也針對延遲和控制進行了調整，無法共享線路，而且通常限制在100Mb/s(或更低)的傳輸速度，最後不利於可擴展性。 此外，為多個應用程式使用專用硬體和軟體會妨礙互通性，並增加維護和營運成本。因此，跨層的系統整合和可見性變得難以實現，這對整個價值鏈產生負面影響。 顯然，製造策略也需要發展，公司才能保持全球競爭力。如今，客戶需求變得愈來愈多樣化，公司正在尋找滿足這些新的和未來需求的方法，同時提高營運效率。企業必須盡可能靈活、高效率和快速回應，才能保持全球競爭力。製造商可以根據銷售預測單獨擴大生產的情況已經不復存在。相反地，製造商可能需要運用大數據分析的相關見解來即時滿足客戶需求，並且以更低的成本優化生產。這只是製造商如何部署最新技術以實現「工業4.0」並向前發展的一個例子。 由於產業正在持續數位化、自動化和創新，因此，在複雜的全球營運中，設備、裝置和人員比以往更加緊密。最後，工業網路需要趕上市場和產業發展，以確保企業能夠透過更可靠和可擴展的網路將效率、彈性和可用性轉化為更好的效能、更高的員工和客戶滿意度，以及更多的成長。 通用語意/統一基礎架構成要務 傳統的普渡模型以「自動化金字塔」為代表，概略呈現不同層次的網路通訊，這些層次仍然很零碎，可能不可靠且難以維護，尤其是從長遠來看。業界的呼籲已經轉向能夠即時回應市場和商業條件的「自制金字塔」。在這個新設想的架構中，自動化和網路資料流孤島能夠透過通用語義和統一的基礎架構相互通訊。 如圖2所示，這個新的「自制金字塔」將未來的工業自動化設想為一個無縫連接的系統。 圖2　未來的普渡模型將未來的工業自動化設想為一個無縫連接的系統。 小規模、靜態和隔離的控制環路演變成大規模、動態和開放的控制環路通訊，這稱為網路實體系統(CPS)，可將軟體和實體元件緊密結合。 閉環資料以前可以在共同基礎上公開通訊，藉以實現可以透過智慧的方式互相進行新的雙邊資料通訊流量傳輸。 從設備到材料再到人員的所有業務資產都在統一的基礎架構中智慧連接，透過端點對端點的「自主」通訊、協作、反應、適應和優化來滿足各種客戶需求，所有這些都能夠「適時」完成。 製造商透過為多種不同的應用程式(包括自動化、維護、分析等等)使用統一的網路基礎架構，可以實現下列效益： 1.由於不同的終端裝置能夠即時相互通訊，因此配置系統、裝置和應用程式來實現即時回應循環變得相當容易。統一的脈絡導向網路結構也允許進行機器學習，因此從長遠來看，可以運用大數據分析並做出相對應的回應，進一步提高按訂單生產的彈性和效率。 2.改進的資料存取有助於即時進行生產監控，因此可以在不同的情況下建立更高品質、更注重細節的KPI。 3.更強大的網路基礎架構可以支援廠區設備的更多應用，例如計數、分類、品質控制和視訊監控。由於所有即時資料都輸入系統，因此機器不再孤立地工作，而能夠與其他機器協同作業來提高生產力。結合機器人技術和機器感測技術的發展，例如動作引導、擴增實境、機器視覺和觸覺，工廠資產能夠以更低的成本達到優化的效能。 4.標準化技術和可擴展的結構(例如採用乙太網路標準的技術)可達到更大的彈性。透過基礎架構技術和通訊協定的標準化，能夠以與其他模組化單元或擴展類似的方式管理對網路配置構成重大挑戰的拓樸差異。建立、維護和移除分層更具成本效益，而且耗時更少。 實際上，能夠將現今普渡模型中的自動化孤島障礙打破的統一基礎架構將建立連接的實體工業物件系統，而且物件能夠交換並且分析資料，藉以產生有價值的資訊。透過這樣的做法，工業物聯網可以在適當的時間和地點做出正確的決策，藉以將以前預先定義的流程轉變為真正的動態流程。 TSN為工業網路奠定統一基礎 最後，工業自動化和控制系統的未來是關於資訊和網際網路技術的整合(圖3)，這些技術持續滿足高可用性和即時通訊的需求，並且也支援成本和效益達到最佳平衡的新產品和創新解決方案開發。更準確來說，未來的統一網路基礎架構也需要確定性的通訊功能，這些功能可以確保效能和QoS，或甚至優於目前將自動化孤島隔離開的專用通訊協定。值得慶幸的是，標準組織和獨立供應商已經體認到工業4.0的潛在效益，並且共同努力為工業網路奠定新的統一基礎：時效性網路。 圖3　使用統一的網路基礎架構邁向IIoT和工業4.0的道路。 為了滿足統一確定性基礎架構的需求，TSN具備一系列標準，可透過標準乙太網路實現確定性訊息傳遞。根據電機電子工程師學會(IEEE)的定義，TSN涉及一種網路流量管理形式，可確保端點對端點傳輸延遲的確切時間範圍。因此，所有TSN裝置必須將本身的時鐘彼此同步，並使用共同時間參考來支援工業控制應用的即時通訊。雖然TSN標準最初是由IEEE開發而成，但重要的是要體認到TSN已超出主要的IEEE標準，而且這是許多國際組織和公司共同辛勤努力的成果。 早期的標準乙太網路無法保證資料傳輸，而且受到高延遲的影響。因此，需要高網路可靠性和可用性的產業開發本身的專用網路解決方案(例如，改進的乙太網路、Fieldbus)，用於工業控制系統和自動化。為了滿足製造業工業應用的高可用性和低延遲要求，傳統盡力傳送式乙太網路技術必須不斷發展，才能變得更有確定性。 TSN基本上是標準乙太網路技術發展的下一個階段，目的是滿足IIoT未來的需求。除了為乙太網路上的確定性服務提供一套標準之外，TSN也將許多不同的產業組織和市場領導廠商聚集在一起，共同實現工業4.0的全部潛力和數位化效用。 傳統的乙太網路技術通常包括採用盡力傳送式封包傳送的集線器和交換器。在大多數情況下，資料封包會依序成功傳遞，但不保證必定如此。雖然盡力傳送式網路可以充分運用於網頁瀏覽應用，但是工業控制應用需要更高的可用性、零封包遺失和更低的延遲。畢竟，如果不能保證資料封包傳送，關鍵控制資料可能無法適時傳送到正確的位置。 在20世紀80年代，製造商開始從機械或類比技術轉向數位技術時，雖然盡力傳送式乙太網路提供比傳統Fieldbus更高的頻寬，但是，對於需要高精度、可用性和有保證即時傳輸的工業控制系統而言，並不是適合的基礎架構選項。除了當時乙太網路技術的高成本之外，乙太網路重新傳輸演算法和衝突偵測尚無法滿足工業控制系統的效能要求。因此，製造商必須開發專用系統和通訊協定，才能透過確定性網路實現數位化。 不同於盡力傳送式網路，確定性網路支援下列服務： ．時間同步 ．資源保留 ．極低的封包遺失 ．保證端點對端點延遲和頻寬 從乙太網路和工業自動化的早期開始，網路技術已經發生了很大變化。實際上，現代乙太網路技術甚至可以提供確定性服務，滿足以前需要專用系統和通訊協定的許多工業應用需求。由於融合網路的發展趨勢以及頻寬需求的相對應成長，真正確定性乙太網路可能比專用網路更具成本效益並符合未來需求。 為了實現能夠傳輸即時控制以及在工業設施中傳輸音訊/視訊的真正融合網路，IEEE 802.1工作小組的TSN任務群組正在為乙太網路上的確定性資料傳輸界定一套標準。做為一系列標準，TSN更像是一個工具箱，而不是多功能解決方案；要瞭解有哪些「工具」可用，以及每個工具有什麼作用，才能確定哪些工具適合什麼應用。 如表1所述的關鍵通訊協定所示，時效性網路標準主要著重於下列主要方面： 1.時間同步 2.延遲 3.可靠性 4.資源管理 正如名稱「時效性網路」所示，TSN需要所有網路設備採用IEEE 802.1AS(未來的IEEE 802.1AS-Rev)，這會界定定時和同步的標準。畢竟，所有終端裝置和乙太網路交換器之間的共享時間概念是確定性網路的其中一個關鍵特徵。此外，IEEE 802.1Qbv界定裝置須如何根據固定排程傳輸時間關鍵訊框，而且也要為共用相同線路的其他大量流量保留盡力傳送式通訊。除了網路基礎架構本身，TSN也需要一種新方法來處理資料流和需要更複雜計算的相對應需求。因此，IEEE 802.1Qcc界定啟用網路管理新方法的管理介面、機制和原則。 為了便於說明，TSN可以比擬為鐵路系統，列車類似於乙太網路資料訊框(圖4)。在這個例子中，乙太網路交換器和終端裝置就像火車站。想像一下，如果每個火車站顯示不同的當地時間，而不遵循整個系統的嚴格時間表，會發生什麼情況。如果列車從A站出發，而且火車站沒有共同時間參考，乘客如何知道列車何時抵達B站？這個問題正是鐵路開始規定標準鐵路旅客和列車時間的原因，也說明了為什麼工業網路需要時間同步。 圖4　時效性網路幫助工業網路時間同步。 (本文作者為Moxa產品經理)

5G、人工智慧(AI)等應用推升資料傳輸量持續上升，因應此一趨勢，各種傳輸標準也紛紛更新原有規格，朝更快、更大的頻寬、速度邁進。例如 USB-IF正在加快USB 4標準制訂作業，預計將頻寬拉高到40Gbps；而MicroSD Express則是結合PCIe，將傳輸速率提升到最高985MB/s。 USB-IF加足馬力　USB 4標準即將底定 隨著USB與Thunderbolt介面融合的趨勢底定，USB-IF正在加快USB 4標準的制訂作業。USB-IF主席Jeff Ravencraft表示，按照目前的時程規畫，USB 4標準可望在2019年中，也就是未來兩個月內發布，對應的相容性測試規範則正在同步制定中。USB 4將納入Thunderbolt協定，並一舉把頻寬拉高到40Gbps，同時向前相容USB 3.x與Thunderbolt 3。 Ravencraft表示，藉由USB 4，使用者將可很輕鬆地建置出多螢幕作業環境，例如在這次採訪過程中，其所使用的簡報資料就是存放在一台平板電腦上，並利用USB介面將螢幕訊號傳送到另一台顯示設備，以便和記者進行討論跟交流。 除了新的協定標準之外，由於訊號傳輸頻寬更高，因此訊號衰減的速度將變得更快，必須用品質更好的線纜，甚至主動線纜來補償。因此，USB-IF將進一步推動更嚴格的線纜認證規範，並計畫推出進階版的主動式線纜規範。目前USB Type-C的主動式線纜可讓使用者在5公尺以內得到USB標準所要求的通訊頻寬、電力傳輸與顯示功能，但USB-IF技術長Rahman Ismail表示，未來的目標是要讓USB在50公尺外仍可提供10Gbps的傳輸頻寬。這對於USB介面進入工廠自動化等其他應用場域，是相當關鍵的。 除了傳輸性能外，由於快速充電的崛起跟普及，現在USB纜線上承載的能量越來越大，這也使得線纜的品質不僅攸關傳輸性能，還會影響到使用者的生命財產安全。因此，USB-IF也呼籲，業界不要在產品設計上偷工減料，推出無法通過USB-IF驗證的線纜產品，消費者也應該認清一分錢一分貨的道理，不要為了貪小便宜，購買品質低劣的線纜。 但USB-IF也理解，光靠道德呼籲無法解決問題，且許多USB-IF的成員，也深受劣質充電器、線纜所帶來的困擾。舉例來說，當使用者用劣質的充電器、線纜為平板電腦充電時，若發生火災意外，第一時間一定是找平板製造商要求賠償，而不是劣質線纜、充電器的製造廠商。因此，USB-IF在2019年初已正式推出Type-C安全驗證機制，只有在主機、充電器跟線纜三方彼此認證通過後，才會進入快速充電模式，否則只會用標準充電速度，以策安全。 滿足5G時代傳輸　MicroSD效能再提升 資料傳輸量與日俱增，特別是5G時代將出現更多大量、快速的資料傳送需求，以實現更多創新應用。因應此一趨勢，各種傳輸標準皆於近幾年釋出新規範，提升傳輸效率；而SD協會(SD Association)也跟緊腳步，發布MicroSD Express規範，將SD Express規範的優勢延伸至MicroSD，讓傳輸速率提升到最高985MB/s。目前儲存業者如Western Digital已開始積極布局，MicroSD Express產品預計將在2020年陸續出爐。 Western Digital市場產品總監林哲仲(圖1)表示，資料傳輸需求越來越大，以4G為例，目前4G頻寬已被大量的串流、社群影音占據，如Netflix、抖音、FB/IG上的短影片等。而到了5G時代，影音傳輸、儲存的需求只會越來越多，同時還伴隨更多的新技術，例如4K、8K、360度環景等。也因此，除了Wi-Fi、USB等標準不斷提升規格，SD記憶卡也須跟著進步，添加PCIe加快傳輸速率，以因應未來應用。 圖1　Western Digital市場產品總監林哲仲指出，資料傳輸的需求越來越大，特別是在5G時代會更加明顯，因此，SD協會便推出MicroSD Express規範，提供更高的傳輸速率。 事實上，MicroSD Express規範和2018發布的SD Express規範相同，兩者皆基於PCIe...

Arm日前宣布全新合約模式「Flexible Access」，擴大與既有/新合作夥伴存取與取得半導體設計技術的授權方式；不過，此一模式也被部分產業人士和媒體認為Arm感受到RISC-V威脅而推出的新策略。對此，Arm則表示，Flexible Access是針對更遠大的目標，期能掌握業界契機以推動創新，並歡迎市場新進者加入。 Arm亞太區企業公關行銷副總裁俞艾玲指出，Arm Flexible Access讓標準的Arm授權模式以及DesignStart變得更完整。Arm現有的商業模式運作良好，且對許多的合作夥伴來說已是最佳選擇。而Arm Flexible Access計畫可因應業界快速變化的需求，加入更多的選擇和彈性。合作夥伴得以選擇最適合他們的商業模式。同時，考量一兆台安全連網裝置的願景，Arm Flexible Access提供現有合作夥伴以及市場新進者快速、簡單存取其所需技術，以應對這些全新成長的領域，包含物聯網、機器學習、自駕車與5G。 Arm Flexible Access最主要目的在於推動創新契機。 Arm Flexible Access可讓SoC設計團隊在取得IP授權前就能展開計劃，屆時只要針對生產時使用到的部份進行付費。透過Arm Flexible Access，企業將能驅使他們的設計團隊擁有更多的實驗、評估與創新的自由度。 通常，合作夥伴從Arm獲得個別元件的授權，並在存取此一技術之前預付授權費。藉由Arm Flexible Access，只要支付少許的費用，就可以立即存取廣泛產品系列的技術，隨後只需在確認製造生產時，再支付一筆授權費，以及之後隨每個單元的出貨支付權利金(Royalties)。產品系列包括所有SoC設計所需的必要IP與工具，讓合作夥伴在承諾授權前，便於針對多IP模組進行評估與原型設計。 可以透過Arm Flexible Access計畫存取的IP，包括Arm Cortex-A、Cortex-R與Cortex-M產品系列等大多數Arm架構處理器，這些CPU占過去兩年內所有Cortex CPU 75%的簽約授權。它同時包括Arm TrustZone與CryptoCell安全IP、部份Mali GPU、系統IP，以及SoC設計與早期軟體開發的工具與模型。此計畫同時包括Arm全球支援與訓練服務的存取。 俞艾玲說明，在業界，Arm...

物聯網(IoT)、AI、雲端運算、工業4.0等應用推升資訊量呈現爆炸性的成長，所有資料都必須在邊緣收集，並從邊緣到雲端的多個層級進行處理和傳輸、儲存和分析。因應如此龐大的資料儲存、傳輸需求，在DRAM、SRAM、快閃記憶體等存在已久的記憶體技術愈顯吃力的情況下，新興記憶體技術MRAM趁勢而起，而為加快MRAM量產普及速度，應用材料推出全新物理氣相沉積(PVD)平台。 應用材料公司半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明表示，由AI和大數據所推動的新運算需求，加上摩爾定律擴展的趨緩，造成硬體開發和投資的復興。各種規模的企業正競相開發新的硬體平台、架構與設計，以提升運算效率，新興記憶體技術也隨之興起(MRAM、ReRAM和PCRAM等)，這些新型記憶體提供更多工具來增強近記憶體運算(Near Memory Compute)，同時也是下一階段記憶體內運算(In-Memory Compute)的建構模組。 MRAM採用硬碟機中常見的精緻磁性材料，具備快速且非揮發性的特性，就算在失去電力的情況下，也能保存軟體和資料。由於速度快與元件容忍度高，MRAM最終可能做為第3級快取記憶體中SRAM的替代產品；且MRAM可以整合於物聯網晶片設計的後端互連層，進而實現更小的晶粒尺寸，並降低成本。 新興記憶體技術隨著越來越多資料量而誕生。 不過，新興記憶體技術的出現也意味著為量產製程帶來獨特挑戰，須在設備技術上有所突破才能實現全面生產。周春明指出，MRAM是一種非常複雜的薄膜多層堆疊，由10多種不同材料和超過30層以上的薄膜與堆疊組成。部分薄膜層的厚度僅達數埃，相近於一顆原子的大小；要如何控制這些薄膜層的厚度、沉積均勻性、介面品質等參數是關鍵所在，因為在原子層任何極小的缺陷都會影響裝置效能。總結來說，矽上沉積和整合新興材料的能力將影響新型記憶體裝置的效能和可靠性，要如何推疊這麼多層數的薄膜並維持高效能，是MRAM量產的最大挑戰。 也因此，應材推出全新Endura Clover MRAM物理氣相沉積平台，該設備是由 9 個獨特的晶圓處理反應室組成，可在超高真空環境下執行多流程步驟，實現整個MRAM單元製造，包括材料沉積、介面清潔和熱處理。其核心是Clover PVD反應室，可在原子層級精度下沉積多達五種材料。至於影響效能關鍵的穿隧阻障氧化鎂，是透過應材獨特的Clover PVD氧化鎂技術沉積而成，以實現低功耗、高耐久性的MRAM效能。 周春明說明，Clover PVD氧化鎂沉積技術是目前市場上唯一可以透過陶瓷濺鍍來沉積氧化鎂的解決方案；和另一種替代技術，即先沉積鎂，然後再氧化形成氧化鎂(需要兩步驟製程)相比，Clover PVD 系統已經通過驗證，可提供改良的讀取訊號耐久性100倍以上。 應材研發全新Clover PVD平台，加快MRAM量產速度及降低量產成本。  

隨著工業物聯網(IIoT)時代來臨，將設備資料與雲端連結已經成為現代工廠的一大課題。智慧工廠已成趨勢，將設備連網不僅能提升設備產能、效能，同時又能兼顧工廠環境與資料安全。 MOXA市場開發副理林昌翰指出工廠自動化目前的三大挑戰，由於工廠內有太多不同廠牌、種類的設備，該如何整合各種設備，如何收集資料、監控設備是第一個問題；第二個則是不同資料的截取。例如工具機台的廠商過去是跟飛機引擎商買設備，現在卻是買里程數，所以資產設備是屬於製造商而不是業者，因此要裝很多感測器在設備上進行管理監測，但如果將設備賣到全球，要如何管理監測也是一大挑戰；最後則是越來越多的邊緣設備應該如何管理。 林昌翰進一步說明，過去的工廠設備都是連到中控中心，但是AI大數據時代，所有設備都要收集資訊，因此需要大量感測器。目前常見廠商用可程式控制器(Programming Logical Controller, PLC)收集資料，但這會出現幾個問題，用PLC來截取資料可能會造成過大的負擔，因為資料量太大。在上傳資料到雲端時如果要做邊緣運算甚至上傳到公有雲，都須要耗費很多精力，因此MOXA認為要把資料擷取到雲端，應該讓設備做該做的事。 比方說，串列轉換器要連網時可以使用串列設備連網伺服器，另外若是複數感測器要連網，則可使用支援雲端技術的IIoT控制器。林昌翰表示，未來MOXA的設備都會支援雲端，可以快速布建模組化設計，易於進行故障排除。而這樣做的好處就是可以直接進行邊緣運算，不用把所有資料都上傳雲端，先進行前端處置，讓設備連網更有效率。另外，為解決太多不同通訊協定閘道器(Protocol Gateway)，不同設備間彼此溝通的問題，MOXA推出支援各種通訊協定的控制器，先解決操作技術(OT)的問題，才能討論資料上雲端的問題。 林昌翰解釋，至於工廠自動化的第二個挑戰，業者將設備賣到國外要如何監控？早期的做法是用VPN，但使用VPN就需要IT(資訊技術)部門的同意，針對此問題，可以利用雲端技術，在設備銷售時就搭配可遠端連接的閘道器(Remote Connect Gateway)，業者可以提供一個USB給廠商，設備發生問題時再進行連接，此時業者就可以從遠端處理經過加密的資料。這樣的做法就可以彈性地使用，並能大量部署。 最後一個問題則是如何有效管理大量部署的邊緣裝置，林昌翰指出可以利用雲端技術的IIoT閘道器，並增加智慧功能，先在前端進行初步資訊處理，再上傳至雲端。MOXA提供了小巧、強固的解決方案能夠大量部署在裝置上，舉例來說，可以設置在工具機台中，偵測震動、溫度、濕度和電壓電流，收集到足夠資訊後，進行產能和預防保養的預測。妥善運用IoT技術，就能進行全面的統整分析，未來更有機會做到用大數據的方式更準確地預測每一個機台能為廠商賺多少錢、何時可以結算ERP做教調的動作等，讓工廠更智慧、更加安全有效率。 MOXA市場開發副理林昌翰表示，AI大數據時代，升級智慧工廠首要任務就是讓設備資訊上雲。  

MEMS是一種工程空間技術，主要仰仗於機械和機電裝置及相關結構的小型化。這些可以透過多種技術創建，統稱為微製程(Microfabrication)。與這種MEMS元件相關的尺寸(Form Factors)可以從幾個mm直到次微米(Sub-micron)級。有些元件可以運動，但其他元件會在裝置中保持靜態。 MEMS技術有許多潛在用途，但它目前在轉換器(Transducers)領域具有最重要影響。作為通用術語，轉換器可以涵蓋將能量從一種形態轉換為另一種形態的任何裝置。在MEMS環境中，這將是機械能到電能，或者反過來的方式，包括微感測器和微致動器(Micro-actuators)。 雖然標準的機電裝置本身非常有用，並且可以完成大量任務，但是當它們在整合到MEMS中時，可以實現其全部最大潛力，感測元件可以與伴隨的IC和其他元件共用同一矽基板。採用典型的半導體製程(CMOS、BiCMOS等)來製造IC，而MEMS特性則使用微加工製程製造，選擇性地蝕刻掉晶片的一部分，或者添加新的結構以形成轉換器元件。除了在許多應用中具有很大吸引力的小型化明顯優勢外，MEMS元件批量製造和自動校準能力也帶來明顯的規模經濟，從而可以大大降低製造費用，降低實際的單價。 MEMS感測器可簡化任務/降低風險 現代感測解決方案通常將MEMS元件與相關的訊號調節電路整合，例如類比數位轉換器(ADC)和數位介面。這形成更緊湊的解決方案，可以輕易地與系統主處理器互連。透過在系統級封裝(SiP)格式中包含此類功能，設計工程師的任務變得更加簡潔，進而降低設計風險，並加速產品上市時程。 整合MEMS元件的另一個優勢則是它們總能提供「理想」的輸出。如果裝置的機械元件為非線性，那麼這可以透過裝置本身的演算法來解決。例如，還可以透過在MEMS元件內整合小的熱感測器來應對由於溫度變化引起的非線性或偏移(Offset)。藉由這種自補償能力，基於MEMS的感測技術能夠提供高品質輸出。 使用MEMS技術的最簡單裝置之一是麥克風(圖1)，它是一種直接的感測器類型，可將聲壓轉換為電能。由於語音啟動助理(如Amazon、Google等)、降雜訊耳機以及音訊會議等車輛和商業應用中使用的語音控制系統等大幅成長，麥克風市場正在迅速復甦。 圖1　基於Infineon IM69D120 MEMS的麥克風。 一些基於MEMS的麥克風，例如Infineon的IM69D120，相較其較大的機電同類產品具有更好的性能。該特定元件具有非常高的訊噪比(SNR)和極低的失真(<1%)以及完美的匹配，非常適合多麥克風陣列型應用。它還具備高整合度，包括一個低雜訊前置放大器和一個ADC，可提供完全的數位輸出。 雖然有許多類型的基於MEMS的感測器，能夠量測流量、位置、運動、壓力等，但這些節省空間的裝置現在也開始承擔更複雜的任務。例如，它們已經廣泛用在汽車工業，以便更精確地知道車輛的方位和運動，確保持續的穩定性並增強安全感，執行這些任務的關鍵元件包括採用MEMS技術的加速度計和陀螺儀。 MEMS加速度計廣泛應用消費/工業/汽車產業 基於MEMS的加速度計能夠感測由於運動/加速度引起的力，這些主要透過懸掛(在彈簧上)微加工層來實現，當安裝於任何媒介上的感測器因動作而受到力時，該層可自由運動。一些MEMS加速度計利用壓電效應，這些裝置包含微晶體結構，晶體結構受到機構層運動造成的壓力，之後產生與加速度成比例的電壓。另一種方法是將可動作層懸掛在一對電極板之間，當機構層移動時，電容就會改變，該變化可以被量測並產生與加速力成比例之輸出。在大多數微加工製程中，確定電容只需要一個小小的額外步驟。這種方法能夠具備明顯提高的靈敏度，並且本質對溫度變化不敏感，所有這些都使其應用具有很大吸引力。 近年來，加速度計已經進入更廣泛應用領域。它們現在被整合到智慧型手機中，可以幫助偵測方向以轉動螢幕，並提供額外的功能(例如統計步數以提高健身水準)。它們可以整合在媒體播放機等產品中以提供創新的用戶介面，可以在口袋內輕敲以變換到下一音樂曲目。此外，它們可以作為一種偵測「相機抖動」方式(包括數位相機和影像攝影機)，透過反相動作影像感測器來校正可能導致模糊影像。在筆記型電腦型號中，它們可用於偵測突然跌落，並在硬碟驅動器(HDD)撞擊地面之前將其關閉，以保護高價值資料。 在消費性領域之外，加速度計還具有其他軍事、研究和商業用例。它們也常用于機器人和機器控制系統，但最重要的是它們在汽車產業中執行安全關鍵功能。結合車輛中的高級駕駛員輔助系統(ADAS)，具備高g值的加速度計可以透過偵測快速負加速度來及時回應即將發生的撞擊，可以啟動安全氣囊，關閉燃料供應，甚至自動向急救人員發出緊急呼叫。 基於MEMS的陀螺儀可以仰仗Coriolis Effect量測圍繞正常行駛軸的側傾和偏航，並能夠偵測打滑，提供進一步的安全功能。舉例來說，Murata的SCC2230將三軸加速度計與陀螺儀和訊號處理電路整合在一個小型SiP中(圖2)，構成一個基於MEMS的慣性量測系統(IMU)，可以高精度地跟蹤位置。該元件基於Murata專有的電容式MEMS機構，能夠量測加速度和角速率，同時透過方便的數位SPI輸出提供資料。 圖2　Murata的SCC2230 IMU的功能方塊圖。 感測器融合　資料準確更可靠 因此，感測器融合能夠處理來自多個感測器的資料，隨後得到的資料更準確或更可靠，或者兩者兼而有之。業界對這一概念的興趣日益增加，至少部分是由於MEMS感測器使用越來越多，這些感測器能夠降低感測系統的尺寸和成本。隨著物聯網的不斷進步，現在可以訪問雲端運算資源，以更有意義的方式組合來自多個感測器的資料，並提供所需的處理能力。 以相對濕度作為一個簡單的範例。這須要運算空氣中存在的水量，表示為在相同溫度下飽和狀況所需水量的百分比。這對於室內氣候控制很重要，特別是在儲存敏感電子元件的地方，以及工業應用(例如塗漆和塗層)中。可以透過將濕度感測器的資料與溫度感測器的資料組合來運算環境相對濕度。 感測器融合還可用於改進系統或物體在三維空間中的定位。透過前面討論過的Murata IMU，來自加速度計和陀螺儀的資料可以透過感測器融合進行組合，以提供高精度的3D位置，能夠克服陀螺儀內的任何偏差或可能影響加速度計讀數的振動，可使用複合濾波演算法(包括流行的卡爾曼濾波技術)來組合資料。除了在汽車產業也具備許多應用外，該技術也註定廣泛應用于機器人等領域，例如，必須要知道機器人手臂的確切位置。 基於MEMS感測器資料的融合也在醫療保健市場取得了重大進展。可穿戴健身追蹤器中的感測器可以與其他心率或體溫監測器等貼近身體裝置組合，提供患者生命體徵的完整資料，並用於遠端監護等用途。如果再將人工智慧(AI)導入這些類似的醫療應用，可以開創沒有任何人工參與狀況下的醫學診斷巨大潛力。 雖然MEMS感測器與較大的機電元件都仰仗相同的原理，但MEMS感測器正在為當今世界中所看到的快速變化做出重大貢獻。小而堅固的MEMS元件(通常以SiP格式提供)可以將感測元件與板載訊號調節和數位通訊整合在一起，能夠更容易地將資料傳輸到適當的硬體處理。 透過自動化製造和校準的組合，以及量產快速成長所帶來的規模經濟效應，這種先進技術比以往都更加經濟實惠。所有這些發展都得益於將多個感測器的運作整合在一起所帶來的機會，藉此能夠實現更高的準確度和可靠性，並可獲得透過單獨感測器無法實現的參數量測。 (本文作者任職於貿澤電子)

記憶體儲存產業在歷經2017~2018年飛躍式成長，帶動所謂的「超級循環」後，2019年產業景氣出現轉折，面對產業景氣循環，多年以來，記憶體產業鏈的廠商多半練就面對景氣大幅波動的本事。因此，在景氣轉折的時候就是準備與練功的時機，將技術與產品持續提升，在下一波景氣來臨的時候，可以收穫最多的報酬。 慧榮布局SSD儲存控制解決方案 快閃記憶體控制晶片廠商慧榮科技(Silicon Motion)於台北國際電腦展(Computex 2019)發表新款USB外接式固態硬碟(SSD)控制晶片解決方案，採用單晶片USB 3.2 Gen1介面。該公司產品企劃部協理邱慧甄(圖1)表示，目前巿場上可攜式SSD均採用橋接晶片設計，將SATA或PCIe介面轉接為USB介面。SM3282為單晶片USB 3.2 Gen 1介面設計，提供完整的單晶片硬體及軟體解決方案，並支援UASP協定。SM3282採用雙通道設計，支援96層QLC NAND Flash，容量最高可達2TB，且採用低功耗設計，毋須外部電源IC即可自行運作，降低物料(BOM)成本。 圖1　慧榮科技產品企劃部協理邱慧甄表示，SM3282為單晶片USB 3.2 Gen 1介面設計，提供完整的單晶片硬體及軟體解決方案，並支援UASP協定。 邱慧甄說明，該款SSD控制晶片的主要功能包括：高速連續讀寫傳輸速度超過400MB/s，支援USB Type A與Type C連接埠，可相容Windows 10、Mac OS 10.x和Linux kernel v2.4作業系統，單晶片解決方案實現高性能、低功耗，最優化系統成本，並內建3.3V/2.5V/1.8V/1.2V穩壓器，支援LED顯示讀寫狀態，68-pin QFN封裝。 另外，針對企業級的SSD應用，慧榮也推出SATA SSD控制晶片解決方案SM2271，該公司產品企劃部專案經理黃莨展(圖2)指出，該解決方案提供完整的ASIC及Turnkey韌體，支援容量最高可達16TB，滿足企業及資料中心應用所需的大容量、高效能、穩定的需求。一般企業用SSD介面趨勢是往PCI-e發展，但是SATA介面強調的高性價比還是有一定的市場需求。 圖2　慧榮科技產品企劃部專案經理黃莨展指出，一般企業用SSD介面朝PCI-e發展，但SATA強調的高性價比還是有一定的市場需求。 SM2271是一款八通道高效能企業級SATA SSD控制晶片解決方案，支援最3D...