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實現高效5G前端設計 模擬工具扮要角

為實現5G標準所設定的技術性能目標,新技術的引進勢在必行,以打造更高效能的射頻系統。對此,安矽思(ANSYS)資深應用工程師吳俊昆指出,5G有望在2019開始蓬勃發展;不過,進入5G時代後,許多關於毫米波的應用和技術也應運而生,因而會出現眾多新挑戰。 像是需要較小的物理尺寸、較短的波長及更高的設計靈敏度;更多新的材料需進行測試;頻率越高帶來越多的損耗,因此必須有效避免;以及溫度影響變得越來越顯著,像是由於熱漲冷縮影響,有可能出現中午能夠收到5G訊號,但到夜晚卻無法等狀況,這些都是邁入5G毫米波設計時需要面臨的挑戰。 國家儀器(NI)大中華暨東南亞區域技術經理連俊憲則表示,5G潛在商機十分龐大,像是車聯網、智慧路燈、智慧城市等應用都未來都將以5G為基礎;然而,要實現這些應用,重點在於5G元件的設計須符合3GPP等標準組織所訂出的規範,帶給消費者良好的使用體驗。 連俊憲進一步說明,不過,6GHz以上的5G毫米波應用,最主要的挑戰便是損耗,而要補足損耗,實現5G應用,前端須添加更多濾波器、功率放大器等,不僅會帶來更多的設計挑戰,也勢將會增加設計成本和時間。因此,這是目前5G射頻系統(RF和毫米波)須解決的困境。 因此,要克服上述挑戰,設計出能因應高頻應用的5G射頻系統,於實體設計時便需要有完善的模擬工具從旁輔助,以便先行驗證。為此,安矽思和國家儀器都備有相關模擬方案,進而簡化設計難度與成本。 例如安矽思旗下的ANSYS HFSS軟體,目的在計算各種各樣的微波、RF和高速數位化等問題。該產品提供三維全波精度的模擬技術,從而實現 RF和高速設計,透過高級電磁場求解器和高效諧波平衡和瞬態電路求解器之間的動態連結,進而加快反覆運算和物理原型製作的時程,滿足工程團隊於天線、RF微波元件、高速互連、連接器、IC封裝和 PCB等設計需求。 至於NI則是提供Visual System Simulator,Visual System Simulator(VSS),為當今複雜的通訊系統提供了一個完整的軟體設計環境。該產品使工程師們能夠在通訊設計中為每個底層元件設計合適的系統架構,制定適當的規範。與AWR的旗艦射頻/微波設計套件Microwave Office一樣,VSS也建立在AWR獨特的統一資料模型之上,實現了系統和電路的協同模擬。
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SerDes速度成400GbE挑戰 賽靈思Versal新品正面迎戰

資料中心市場若要採納400G Ethernet(400GbE)主要將面臨三大挑戰:更低成本、更低耗電以及採用更高速的SerDes,這三者之間也將彼此相互影響。 資料中心不停的追求更高的效能,促使業界發展出更快的介面速度。賽靈思(Xilinx)有線IP行銷部門經理Amy Chang指出,SerDes的高速序列介面是促成介面技術快速進展的關鍵技術,目前使用的SerDes技術為32GT/s。賽靈思以及少數幾家供應商現在能透過三公尺以上的銅導線與光纖支援56 GT/s的傳輸速度。 在未來三至五年,SerDes技術的鏈路速度將翻倍至112GT/s,而賽靈思未來推出的Versal系列產品也將皆支援此速度。目前業界主流的SerDes世代支援25G NRZ,並需要16鏈路的25G通道來支援400GbE乙太網路解決方案。隨著業界開始廣泛採納56G PAM4收發器,400GbE技術的成本與耗電需求將逐漸下滑,而112G PAM4在幾年內也會跟進。 賽靈思採用16×25G的介面及軟體矽閘極(Soft Silicon Gates)技術來展示400GbE方案的半導體廠商。賽靈思近期已開始出貨新款可支援8×53G 400GbE IP的UltraScale+ 58G系列元件,而預計在2020年將隨後推出112G。   Chang進一步說明,由於各界需要更高的資料傳輸率,FlexE將透過現有的低成本實體層,承載這些更高的資料傳輸率。賽靈思已採用標準型低成本100GbE技術,在4x100GbE FlexE上達到400GbE的傳輸率。在未來,該公司目標是透過N×400bG實體層運行更高的資料傳輸率(Terabit等級)。賽靈思將採用低成本的技術,來提供軟體IP促成這些更高的資料傳輸率。  
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5G晶片戰火熱 聯發科主攻Sub-6GHz終端市場

隨著第三代合作夥伴計劃(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)陸續底定5G相關技術規範,5G技術在全球掀起的新革命也將正式展開。台灣是全球半導體及資通訊零組件發展重鎮,從晶片設計、製造、模組終端、都有完整產業鏈,有望藉由5G應用帶動新一波產業升級機會。聯發科技亦看好此趨勢,將率先搶攻Sub-6GHz頻段終端晶片市場。  聯發科技通訊系統設計本部總經理黃合淇表示,5G在全球各國即將商轉,相關的技術與服務應用需要成熟且完整的生態系共同合作,而非一家公司能夠主導。為因應此趨勢,聯發科致力於參與3GPP國際標準的會議討論以及終端晶片的開發,致力於為客戶提供方案,達到在2020年5G商轉的目標。 小型基地台(Small Cell)已經被提出討論多年,但隨著5G時代來臨,為滿足高傳輸量的需求,小型基地台的建置再次成為眾所注目的焦點。然而,黃合淇分享,傳統基礎建設業者在建置大型基地台的同時,也築起了一些技術高牆,小基站若要與核心網路連結將面對較高門檻;基地台之間的互通性尚有疑慮。另外,民眾對於在自家住宅附近搭設基地台普遍排斥,也將使得建置小基站的地點難尋。也正因如此,因此,儘管小基站倡議多年,但商業模式仍不明確。 另一方面,由3GPP所制定的頻段範圍可分為Sub-6GHz以及毫米波(mmWave)頻段,不同的地區在商轉初期的布局考量要素多,因此會有些許差異;頻段的選擇上將因地制宜。Sub-6GHz頻段的特色在於傳輸距離長、蜂巢覆蓋範圍較廣,因此相對於毫米波頻段而言,使用Sub-6GHz頻段相對對於基地台數量的需求較少。同時,Sub-6GHz頻段所使用的技術多可沿用4G時期開始發展的技術,因此Sub-6GHz頻段相關的射頻元件產業鏈也相對成熟。 黃合淇也提到,由於5G的終端市場非常多樣化、應用非常廣大,因此從技術開發的角度來看,儘管聯發科技會先由Sub-6GHz頻段優先切入,但也依然會持續在毫米波頻段上持續開發。同時,也由於終端晶片是聯發科技最為熟悉的市場,因此面對5G革命,聯發科技也將持續往該方向投入研發。 目前聯發科技在5G技術的研發實力,也獲得國際標準組織的高度肯定。根據德國市場調查單位IPlytics GmbH調研報導 指出,在全球已提交3GPP 5G標準技術貢獻的前20大公司中,相對於4G標準制定時期,聯發科技的5G提案參與度大幅增加了將近四倍,且聯發科技以43%的5G提案審核通過率高居全球第三。
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搭乘自駕風潮 MCU性能/安全大躍進

自動駕駛風潮起,連帶推車用MCU需求增加,其效能和安全性也須跟著提傷。恩智浦半導體(NXP)大中華區車用微控制器與微處理器事業部產品行銷經理張曦表示,伴隨著新能源、智慧網聯和自動駕駛技術的快速發展和日趨成熟,對車用MCU不僅需求增加,且對其性能、功能、生態以及開發難度都提出了新的要求,比如運算力、功耗、功能安全、資訊安全、線上升級、軟體相容性、複用性、可攜性等。 張曦進一步說明,自動駕駛是個極其複雜的系統,總體來說,要打造自動駕駛,需處理來自於各種感應器的資料,因此資料處理量大;同時需要有很強的運算能力,以透過神經網路深度學習來處理感應器資料,建立環境模型;再來是要有很強的自糾錯和異常恢復能力,實現Fail-Operation,才能確保駕駛安全,最後則是要有可靠的通訊能力,使前端與感應器通訊,收集資料,後端與執行機構通訊,完成自動駕駛。 如前所述,由於自動駕駛的特殊性,整個系統必須有很強的自糾錯和異常恢復能力,實現Fail-Operation,也就是在出在異常後,系統必須還要維持至少一定時間的最小系統運行。為了實現這個目的,就要求系統能夠在最短時間內診斷恢復異常,如果不能恢復就要及時切換到備用系統,以保證整體功能安全。為此,必須採用符合功能安全ASIL-D級的處理器和控制單元,滿足高可靠性的需求,同時也須有高性能的平行運算能力,滿足大量資料處理、運算需求。 張曦指出,要開發ASIL-D級的處理器,在設計上會有許多特殊的考量,包含、互相校驗的互鎖內核、帶自動校驗和恢復的匯流排和存儲單元、內置自測試模組、亂序存儲陣列,以及異常搜集通訊模組等。須符合這些考量,才能開發與具功能安全的處理器和控制元件,進而簡化功能安全系統的開發,克服系統複雜都高、代碼量大;系統複雜度增長快、升級頻繁;新應用新技術導入加速、開發週期縮短;以及對系統功能安全和資訊安全的要求日益提高等挑戰。 如上所述,為了打造更加安全、可靠的車用MCU,在設計上會有很多特殊的考量,而為了應對這些挑戰,NXP推出S32處理器平台,藉由基礎共用平台涵蓋不同應用處理器間的共同需求,像是運算性能、功能安全、資訊安全、線上升級等,進而提升軟體移植性和複用性,同時在不同的應用處理器上搭載專屬硬體加速器提升系統應用功能處理能力。
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人工智慧技術引發各領域AI投資熱潮

人工智慧(AI)將深入各行各業、個個角落,根據產業研究機構資策會MIC研究指出,AI將成為基盤性技術,全球人工智慧的科技支出,2016年約為4.5億美元,但預計於2020年達到192.8億美元、2021年更將突破達到289.6億美元,顯示全球公私領域皆將人工智慧視為科技研發投入的重點,並將逐漸導入應用以強化自身競爭力。 另外,全球人工智慧已在許多領域展現影響力,以應用類型的營收為例,資策會MIC認為,2016~2025年其累計收入最大者為靜態圖像標記與分類,產業規模達80億9780萬美元,其次為演算法交易策略75億4050萬美元,而性能提升則能創造73億6640萬美元商業價值,其他如病患數據處理提升、預測性維護、物件辨識等都有不錯的商業價值,顯現AI正在逐步改變各種基盤性技術。 再者,商業營運、生產流程等也將試著由人工智慧的導入,來提升營運的效率。全球自動化與人工智慧商業支出中,投入最高比重智慧化流程自動化(Intelligence Process Automation)顯示出部分廠商投入人工智慧主要的目的在於改善現有的生產流程;其次,則為機器人流程自動化,並且有比例擴張的情況,顯示未來生產流程中將有更多的機器人,而人工智慧則可導入進行最佳化應用。  
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AI商機/挑戰並存 半導體材料突破將成重點

人工智慧(AI)大行其道,但若要執行相關演算法或模型,需要大量運算能力,因此對半導體產業而言,AI固然蘊含龐大商機,但同時也帶來許多挑戰。在摩爾定律(Moore's Law)逐漸失效,晶片業者不再只能倚靠電路微縮來實現效能更高、成本更低的晶片之際,AI運算需求所帶來的挑戰更形艱鉅。美商應用材料(應材)認為,為了回應這些AI帶來的挑戰,在產業生態面,半導體產業的風貌將從上下游關係分明的直線鏈條轉變成互相交錯的產業網路;在技術面,則必須在運算架構、設計結構、材料、微縮方法與先進封裝這五大領域提出新的對策,而材料工程將在這中間扮演最核心的角色。 美商應用材料副總裁暨台灣區總裁余定陸認為,對整個半導體產業來說,AI是一個完美風暴,但同時也是完美的商機。我們正面臨有史以來最大的AI大戰,不論是傳統科技領導大廠、新創公司或軟體公司,都投入大量的資源、押寶不同的技術領域、聚焦應用的客製化及最佳化,專注於硬體的設計以及投資發展。在電腦運算處理器部分,人工智慧需要大量、快速的記憶體存取及平行運算,才能提升巨量資料處理能力,這時繪圖處理器(GPU)及張量處理器(TPU)會比傳統運算架構更適合處理人工智慧的應用。 為了使人工智慧潛力完全開發,其效能/功耗比(Performance/Watt)需比目前方案提高1,000倍 ,已成為現階段技術層面亟需突破的關鍵。 另一方面,為了應對大量資料跟高速運算需求,儲存資料用的記憶體、用來傳輸資料的高速介面技術等,也有許多可以發揮跟探索的空間。過去幾年,NAND Flash已經率先從2D走向3D,接下來還有許多新興記憶體蓄勢待發。先進封裝技術的推陳出新,讓異質整合成為可能,不僅讓晶片業者可以在單一封裝內整合更多功能,同時也讓資料傳輸的速度大為提升。 而在整個半導體產業面臨如此重大變化之際,市場對半導體產品的需求其實沒有太大改變。對半導體使用者、客戶來說,最注重的還是晶片的效能(Performance)、功耗(Power)、面積成本(Area Cost, AC),也就是應材常說的PPAC這三大指標。為了滿足客戶對產品的需求,應材認為,材料科學的突破是最關鍵的。 隨著晶片的結構越來越複雜,半導體製程發展的挑戰變得更為艱鉅。但如果在材料科學方面能有新的突破,將可協助半導體製造商解決不少問題。例如在晶片內數量越來越多的矽穿孔(TSV),必須精準地打在正確的位置上,否則就會形成短路。但以現在的製程方法,要確保TSV的位置正確,是相當有挑戰性的課題。為此,應材已發展出可以自動對位的新材料跟對應製程方法,可協助半導體製造業者解決這項難題。 最後,為了應對未來的挑戰,半導體產業的運作模式也必須跟著改變。當今的半導體產業上下游都是以直線型的方式來運作,互連性十分薄弱,但未來必須以神經網路形態(Neuromorphic)的思維,進行平行發展與學習,運用互連加速創新。每家廠商不只要面對客戶,以後還要跟客戶的客戶、客戶的夥伴攜手合作,才能發展出符合客戶需求的產品跟解決方案。
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無鎘QD/矽基氮化鎵聯盟 MicroLED像素縮小87%

Plessey Semiconductors和Nanoco Technologies近日宣布合作,利用Nanoco的無鎘量子點(CFQD量子點)半導體奈米粒子技術,能大幅縮小MicroLED顯示器的晶粒像素尺寸。再加上Plessey Semiconductors所掌握的矽基氮化鎵(GaN-on-Silicon)製程技術,整體驅動架構更能進一步做到微型化。是RGB全彩MicroLED顯示技術進程的新里程碑。 由於真正的RGB全彩MicroLED要做到微型化同時維持轉移良率,其技術難度非常高。因此, Plessey Semiconductors利用其現有的單晶製程,將Nanoco的無鎘量子點導入至藍光LED的選定區域,以增加紅光和綠光。這使最小的像素尺寸(Pixel Size)從現在的30μm縮小到僅4微米(μm),縮小幅度達到87%。在縮小Pixel Size的同時,該製程進展也能使MicroLED顯示器的色彩表現更加寫實,也能增強能源效率。 Plessey Semiconductors業務發展總裁Mike Lee表示,量子點技術為當今新興的顯示器提供了最佳解決方案。Plessey的MicroLED顯示器產品計畫,便是在2019年利用無鎘量子點技術將MicroLED Pixel Size降至4μm。 聚積科技微發光二極體事業部經理黃炳凱說明,由於轉移RGB全彩MicroLED的技術難度過高,因此目前主流的解決方案是利用量子點做到色彩轉換(Color Conversion),就能使的單色藍光LED做到RGB全彩效果。另一方面,驅動電路的設計也是實現超小Pixel Size MicroLED顯示器的一項技術難點,GaN-on-Silicon技術則能做到驅動電路的極度微型化。 Plessey Semiconductors表示,與OLED顯示技術相比,MicroLED能達到更高亮度,體積也更輕巧,並且擁有較高的使用壽命。在AR/VR顯示器應用領域,MicroLED的解析度能夠達到OLED的十倍,對比度更能比OLED高出100倍。而且MicroLED的功耗只有OLED的一半,使注重攜帶的消費電子產品的續航力延長一倍,更沒有如OLED這樣的有機材質所帶來的短壽命與螢幕烙印疑慮。在CES 2019展會上,Plessey展示了其MicroLED技術產品,並獲得了CES 2019創新獎項。  
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邊緣運算帶動新傳輸需求 CCIX/PCIe相輔拓商機

物聯網、機器學習等等新應用的興起,驅動了許多運算與資料處理的需求,該需求為資料中心產業鏈帶來了許多機會,同時也帶來了挑戰。目前,在應用領域中以PCIe Gen4為主流介面,而CCIX的出現,則有望在與PCIe聯手合作的狀況下,開啟更多異質運算的可能性。 自2016年起成立的CCIX聯盟,正企圖推動統一的標準,並創造出頻寬更高、延遲更低的介面標準,如此看來,不免認為CCIX將成為PCIe的頭號勁敵。然而Arm資深產品經理Jeff Defilippi認為,CCIX是一個基於PCIe協定延伸而生的通訊協定,對於Arm而言,會將CCIX視為一個與PCIe互補的通訊協定,而非競爭者。在新興的應用之中,出現了越來越多特殊的設備,像是TPU、GPU、FPGA的卸載應用,CCIX可充分運用既有的伺服器互連基礎設施,還提供更高的頻寬、更低的延遲,以及共用快取記憶體的資料同步性。這不僅大幅提升加速器的實用性以及資料中心平台的整體效能與效率,亦能降低切入現有伺服器系統的門檻,以及改善加速系統的總體擁有成本(TCO)。 Defilippi進一步說明,PCIe在市場行之有年,在短時間內依然會是非常關鍵的通訊協定;Arm也會持續支援相關的解決方案。Defilippi也指出,現在也可以看見越來越多設備同時支援PCIe與CCIX介面。 另一方面,伺服器不僅僅是可應用於超大型資料中心,中小型的資料中心也同樣帶動市場發展的重要驅動力。Defilippi舉例,如機器學習相關的應用不見得只會出現在大型資料中心,許多邊緣運算設備也同樣可以做到機器學習應用。而位於邊緣、較為小型的資料中心,所需要的高速傳輸介面與大型資料中心並無太大差異;然而,對於機器尺寸的要求將會更加嚴苛,這才是未來主要的技術挑戰所在。  
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創新應用推波助瀾 車用MCU需求上揚

隨著汽車朝智慧化、自動駕駛的方向發展,對微控制器(MCU)需求持續增加;未來不論是自駕車、車聯網,都有著各式各樣的連接控制、數據與訊號處理,而MCU便扮演關鍵的控制角色。 德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪表示,MCU在車用市場可分為五個應用,第一是影音娛樂,第二是電動車的電源管理(尤其是電動車的OBC、OBG、AC-DC、DC-DC等),第三是現今十分熱門的自動駕駛輔助系統(ADAS),再來是車體照明,最後則是汽車被動安全(安全氣囊)。而目前電動車、ADAS話題相當熱門,也因而成為驅動車用成長的兩大關鍵推手。 詹勳琪指出,MCU於電動車的主要應用還是在馬達控制、電源管理之上,像是OBC、OBG、AC-DC、DC-DC,最主要的目的便是使電動車能有更好的能源使用效率。至於ADAS方面,則是車用感測器帶動(如超音波、雷達、攝影機等),因ADAS的感測器都會搭配MCU進行控制,MCU的需求遂而上揚。 因應電動車、ADAS市場需求,TI也備有相關解決方案,像是C2000 Piccolo微控制器組合最新產品「C2000 F28004x MCU」,可優化如電動汽車載充電器、馬達控制逆變器和工業電源供應等高成本電源控制應用。開發人員可利用該產品減少物料成本,同時建構更小、更可靠的系統,提供系統保護和新功能,實現高性能的電源控制系統。 該產品特色包括:優化的性能和功率;先進的驅動和靈活的設計,可有效提高效率和功率密度;強化的數位和類比交叉開關,靈活地支援控制和保護機制;以及嵌入式即時分析和診斷單元強化了除錯功能,超高速序列介面提高了隔離範圍內的輸送量,靈活的引導模式使開發人員能夠減少或消除引導模式針腳。 又或是用於安全控制的Hercules MCU系列產品,該系列產品強化多項安全特性,憑藉整合型即時指令和資料追蹤支援,系統和軟體開發人員將得到富有洞察力、高效率和強大的代碼分析除錯體驗以及更高的執行力,將有助於設計人員更為簡便快速地滿足針對交通運輸應用的ISO 26262功能安全性標準,如先進駕駛輔助系統、網域控制、電子推進系統等。 詹勳琪表示,事實上,車用MCU的應用十分廣泛。然而,不論是用於電動車馬達控制、ADAS系統,或車體控制等,車用MCU的共通設計要點便是「安全性」。為了要確保安全性,MCU不僅須通過ISO26262 ASIL A~D(依車廠要求)的認證,也須在MCU中添加所謂的「備援機制」,也就是車用MCU開始採用雙核心鎖步(Lockstep)的設計。 詹勳琪進一步說明,具備雙核心的MCU意味有著雙重保險,也就是同樣的程式由兩顆核心進行運算,而當其中一顆核心故障時,另一顆可以立刻進行錯誤處置,而不致於使運算出現問題,影響駕駛安全。
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2019年智慧型手機全球出貨量陷衰退陰影

市場研究機構TrendForce研究報告指出,2019年智慧型手機市場受到中美貿易戰影響,不確定因素增加,加上換機周期延長、創新程度降低等衝擊,導致市場需求遲滯,預估全年生產總量將落在14.1億支,較2018年衰退3.3%,若全球需求進一步惡化,不排除衰退幅度將擴大至5%。以全球市占排名來看,三星將續擁冠軍頭銜,華為預估在今年超越蘋果成為全球第二大手機品牌廠,而蘋果則將下滑一個席次至全球第三名。 TrendForce指出,由於三星在中高低階手機市場的布建已相當完整,相較於中國品牌廠可以往更低階或是海外進行布局,三星透過新興市場帶動成長的難度相對較高,因而市占版圖持續萎縮,2018年生產總量約為2.93億支,年衰退8%。TrendForce預估,三星今年仍將為全球市占第一、市占率約20%。 華為產品線佈局完整、擁有自主晶片開發優勢,在高階市場方面,以P系列以及Mate系列瓜分蘋果在中國的高階市場市占,並且以榮耀等系列成功進軍東歐等海外市場,帶動2018年生產總量達2.05億支,年成長30%。2019年華為除了守成中國市場既有版圖外,更仰賴東歐、巴西、南美等新市場市占的擴大,TrendForce預估其生產總量有機會持續成長至2.25億支,市占率達16%,正式取代蘋果成為全球市占率第二名的智慧型手機品牌。 回顧蘋果2018年生產總量表現,上半年和2017年同期差異不大,但下半年新機發表並未如期帶動生產總量增長,反較同期衰退7%,全年生產總量約落在2.15億支,較2017年下滑3%。其中在中國的銷售表現上,受到新機定價問題以及舊機型禁售事件的影響,銷售表現較2017年衰退將近1000萬支。 2019年蘋果將持續面臨換機週期延長、品牌獲利與定價策略如何取得平衡,以及中國高階市場的銷售失利等問題,預估2019年的生產總數將比2018年衰退至1.89億支,市占率將從15%下滑至13%。 2019年全球市占第四名至第六名的排名則與2018年改變不大,第四名為小米,透過低毛利的行銷方式,以及引進米家生態鏈周邊商品、軟體服務等吸引買氣,生產總量達1.23億支,相較2017年的生產總量成長約32%。預估小米2019年的生產總量將略為提升至1.29億支。 TrendForce表示,2018年已有多家中國手機品牌廠倒閉或遭整併,顯示手機產業已進入大者恆大格局。2019年除了將延續此一趨勢外,產品差異化越來越困難,導致全球前六席次的市占率差距將更為收斂。另外,中美貿易戰的發展也為整體產業帶來更多不確定的因素,是否將擴大甚至導致手機產業版圖的位移與重整,將會是2019年最大觀察重點。  
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