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5G引擎加速半導體智慧製造應用

5G不僅能帶來更大的傳輸頻寬,更具備低網路延遲與支援大量節點裝置連線的特性,因此在智慧製造領域有相當大的應用潛力。許多半導體製造業者都已經開始評估該如何在自家產線中導入5G,以及可能會遇到哪些問題,例如基地台該如何布建?訊號品質與涵蓋範圍是否符合需求?以及成本是否負擔得起?在5G被普遍導入半導體產業鏈的過程中,這些問題都有待思考與釐清。

 

國際半導體產業協會(SEMI)日前在一場以5G智慧製造為主題的閉門會議中,便邀請了中華電信、台積電、聯電、日月光等重要業者,一同探討5G應該如何應用在半導體製造場域中,並針對上述製造業者關心的問題,進行非常深入的討論。

 

中華電信行動通信分公司協理賈仲雍開門見山地指出,5G應用發展的關鍵不在連接人與人,而是能否實現串聯萬物的願景。因此,智慧製造無疑是5G應用發展的重頭戲。在智慧製造應用的場景中,跟有線通訊或使用免授權頻段的其他無線通訊技術相比,5G最大的優勢在於兼顧移動性跟有保障的網路服務品質,但網路建置的成本跟需要投入的資源也比較高。

 

對有意建置5G專網,發展智慧製造應用的業者來說,如果真的要做到專頻專網,其成本將非常驚人。由國家通訊傳播委員會(NCC)已宣告的企業專用頻段(4.8GHz~4.9GHz)申請規則來看,如果企業要申請自己的專用頻段,預計每年頻率使用費將會以商用頻段的得標金額為計算基礎,依使用之廠區面積級距核算,總體持有成本是非常高昂的。

 

不過,企業不一定非得走專頻專網路線,才能在智慧製造應用中導入5G技術。由於5G規格在制定時,設計了許多彈性的網路組建方式,因此企業也可跟電信業者合作,採用商頻搭配獨立多接取邊緣運算(MEC)、商頻共享MEC,或商頻加上網路切片(Network Slicing)來實現虛擬專網等其他三種5G企業專網建置方式,成本都會比專頻專網來得低廉許多。畢竟,企業光是申請自己的專屬頻段,保守估計就需花費新台幣數百萬元,再加上網路設備採購、後續網路維運等,無疑是相當大的負擔。

 

事實上,目前國外大型製造業者,如汽車大廠賓士(Mercedes Benz)、飛雅特(FIAT)集團旗下的工業自動化大廠柯馬(COMAU)等,在建置5G企業專網時,都選擇與當地的電信業者合作,以節省資源,專注在發展自己的智慧製造應用上。智慧製造應用的開發,必須結合個別業者獨特的領域專業知識,電信業者能提供的專業協助則是網路建置與維運,並提供實驗場域、設備入網認證等支援服務,讓企業能發展其智慧製造的應用。

 

SEMI智慧製造委員會共同主席游志源則從整體製造業者的角度分析指出,各種生產線上會使用到的移動式設備,例如搬運機器人、自主引導車(AGV)等,會是對5G需求最強的設備類別,因為這類設備必須在廠區內到處移動,先天上就得使用無線技術來連接,但現有的無線技術在廠內應用,存在不少問題。

 

Wi-Fi為例,因為半導體廠的廠區面積通常遠比一個Wi-Fi基地台的訊號涵蓋範圍來得大,因此在廠區內到處移動的搬運機器人若使用Wi-Fi,很容易就會遇到訊號死角,或跑到另一個基地台涵蓋區,基地台必須換手的問題。改用5G來連接這類設備,則有機會解決使用Wi-Fi時遇到的諸多問題。

 

除了移動設備之外,5G還可支撐許多目前還在發展中的智慧製造應用。舉例來說,由於半導體業者的廠區多半分散各地,設備維護團隊經常需要從遠端連上機台,進行機台診斷跟維護,如果能將5G跟擴增實境(AR)結合,對提高設備維護作業的效率,將帶來明顯助益。

 

此外,半導體廠務系統使用5G連線的需求也相當明確,因為5G可以提供更大的傳輸頻寬、更低的網路延遲與容納更多節點設備連線上網,而廠務系統中,有許多應用都可從這些特性受惠。例如生產現場的影像監控、遍布廠區各地的感測器節點等,就需要大頻寬、低延遲與容量更大的網路系統來作為資料傳輸的骨幹。

 

在工業應用領域,5G具備許多現有無線技術所缺乏的特性,使其非常適合運用在移動式機台設備跟節點數量眾多的廠務系統中。但5G專頻專網的建置成本不低,且5G網路的維運是一門相對複雜的專業,因此對製造業者而言,與電信業者分工合作,將5G網路的建置跟維護交給電信業者,自己則專注於發展自家產線所需要的智慧製造應用,不僅能減少所需投入的資源,更能加快智慧製造應用落實的時程。

 

整體來說,對製造業者而言,最關心的還是5G究竟能否在自家的場域中正常運作。雖然5G網路可以直接在無塵室內建置基地台,理論上室內的訊號涵蓋狀況會比現有的行動通訊網路更優異,但考量到無塵室內有大量半導體設備,且半導體設備通常都有金屬外殼包覆,會造成訊號屏蔽,故5G網路能否在無塵室內正常運作,還是需要經過實地測試。事實上,不管是電信業者或設備商,都建議應該要在廠區布建實驗網路,一方面實地測試訊號狀況,同時也可以對智慧製造應用進行概念驗證(Prove of Concept, PoC)

 智慧製造

另一方面,許多業者也指出,5G雖然承諾會提供更大頻寬、更低延遲與支援大量設備接入,但目前只有針對大頻寬的eMBB標準已經確立,超低延遲(URLLC)與支援大量設備接入(mMTC)的標準則還未定義完成,因此各家業者目前在評估5G智慧製造時,還是要面對標準的不確定性。

 

在智慧製造逐步落實的過程中,SEMI正持續扮演凝聚共識,推動各方同步向前的產業平台角色。SEMI數年來持續推動產業智慧製造發展,並成立智慧製造委員會。藉由展會、標準制定服務與資安、大數據等各種技術會議,讓相關業者得以互相交流,協調產業鏈上下游一同朝智慧製造的目標邁進。本次閉門會議中,由SEMI帶領設備商、電信業者與半導體業者的互動與討論,相信對產業未來的5G布局,將產生極大的啟發意義。

 

Topics: Smart Manufacturing

 

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