0

4
0

文字

分享

0
4
0

臺灣的5G發展:除了網路速度比較快,你還知道什麼?

台灣科技媒體中心_96
・2020/07/25 ・2109字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

5G 是第五代行動通訊技術的簡稱,於 2018 年底被標準制定組織「3GPP」所提出。5G 除了擁有快於前一代 4G 行動通訊技術約 100 倍的網路傳輸速度,並有著低於 1 毫秒,即 0.001 秒的網路延遲,能夠帶來快速且可靠的網路服務。

與歷代行動通訊技術只專注人與人之間的通訊不同,5G 將能夠讓更多樣的裝置連接,如物聯網、車載系統及穿戴式等裝置,提供更多元的服務,讓網路所帶來的便利無所不在。

5G 世代即將來臨,將能提供更多元的服務,讓網路所帶來的便利無所不在。
圖/pixabay

什麼是「5G」?

通訊網路自發展以來皆可拆成三個部份 ── 終端裝置、基地台及核心網路

終端裝置即我們一般所熟知的手機,會對訊號範圍內的基地台連接進行通訊;數台基地台後面會再連著核心網路,負責處理終端裝置的連接、認證、資料流處理、漫遊等,為整個通訊網路的中樞,主宰了整個通訊網路的效能。最後在核心網路的背後即是我們所熟知的網際網路。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖一 通訊網路的架構。
圖/張宏鉦博士後研究員提供(轉載自新興媒體中心)

於1998 年成立,專職於制定通訊網路的各項標準的組織「3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代合作夥伴計劃)」,成員包含各國的電信業者及通訊設備製造商,舉凡現在所用的手機、基地台、核心網路等設備或裝置,都是遵循著 3GPP 所制定的標準去設計製造的。之所以會有「第三代」這個名稱,是因為這個組織最初的目的就是致力於推動第三代通訊網路(3G)的產生,即使後續的通訊網路標準仍然是由這個組織所制定,「第三代」這個名稱依舊保留了下來。

3GPP 每一個涵蓋完整議題的標準發佈會稱為一個 Release,例如最初裝置間通訊(Device-to-device, D2D)就被規範在 3GPP Release 12 (簡稱為R12);一個世代(Generation)會由連續幾個 Release 所組成,以 4G 來說,其標準就涵蓋了 R8 到 R14 等多種版本,世代的變動代表整個通訊網路架構的革新,也同時意味著能夠提供更快速、功能更多的行動網路服務。現在的第五代行動通訊技術是從 R15 開始定義且持續更新中。

3GPP logo。圖/3gpp.org

行動通訊網路每一世代的變動都會帶來傳輸速率的提升及網路延遲的降低。以 5G 來說,10 Gbit/s 的速率是 4G 理論值上限 80-90 Mbit/s 的約 100 倍;低於 1 毫秒的網路延遲也優於 4G 的 30-70 毫秒。然而 5G 所帶來的革新並不只在傳輸速率提升和網路延遲降低,其最大的特色在於 5G 的應用將不再只在是連結「人」與「人」,更多的物聯網、車載、穿戴式裝置將被加入到 5G 網路裡。

想像一個街道上,一個交通號誌可以透過 5G 網路,告知同樣連至 5G 網路的車輛或行人身上的裝置(如項鍊、手錶),這個區域的路況或所發生的交通事故;而車輛或行人之間也能透過 5G 系統,瞭解彼此的位置及距離,在事故發生之前發出警告。5G 的應用將使得網路服務無所不在。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
5G 雖然方便,但仍有致命缺點。圖/Hill Air Force Base

然而 5G 有一個致命的缺點:受於物理限制,5G 無線訊號的傳輸距離會大幅小於 4G;也就是,要服務同樣範圍裡的裝置,5G 需要設置比 4G 還多的基地台。無論是因佈建的時間或是增加的成本所造成的影響,這對於 5G 的普及無疑是一種障礙。

在臺灣,5G 如何發展?

由於行動通訊網路的價格相對於其他國家相當便宜,臺灣使用行動通訊網路的人口遠高於使用非 3GPP 接取網路(如 WiFi)的族群;再加上臺灣土地面積小且人口密度高,使得佈建完整 5G 網路所需的基地台數量相對較少,佈建完成後也能保持高度的使用率,這樣特殊的條件將能有效減少 5G 因通訊距離短所造成的影響。在佈建成本上台灣已有相對的優勢。

另一方面,臺灣的通訊產業發達,在 4G 時代就已有多家廠商發表小型基地台產品,而 5G 的小型基地台更是有多樣產品正在進行測試準備發表中。在這市場與技術看似完美的環境中,卻有著一個致命的缺點 ── 臺灣沒有自己的核心網路。目前核心網路的技術大都掌握在國外大廠手中,諸如 Nokia、Ericsson、華為,這些廠商所生產的核心網路造價昂貴,動輒數十甚至數百萬,若要大量佈署成本將是一個很大的負擔。

關於 free5GC

free5GC 為臺灣學界所發展的全世界第一套完全依照 3GPP R15 標準的開放原始碼核心網路,任何一個同樣以 3GPP 標準而開發的基地台皆能與之對接。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

free5GC 開發團隊最初目的,只是希望從事通訊網路相關研究的人員,能夠有一個完整且可靠的測試或實現平台,以軟體實現 free5GC 能很輕易地在一台個人電腦上,就建出一套完全符合 3GPP 標準的核心網路。而 free5GC 在開放的同時,並未對商用行為有所限制,也就是 free5GC 除了學術上使用,於 5G 通訊網路的佈建上更能作為可實際使用的核心網路,相信以台灣通訊產業的實力加上 free5GC 的加持,5G 的普及將指日可待。

其他詳情,請見:free5gc

文章難易度
台灣科技媒體中心_96
46 篇文章 ・ 327 位粉絲
台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
培育屏東數位能量——屏東縣政府跨域數位爭霸戰頒獎典禮暨成果展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/24 ・650字 ・閱讀時間約 1 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「屏東縣跨域數位爭霸戰實戰競賽」頒獎典禮暨成果展於11月19號完美落幕。為培育屏東青年數位能力,屏東縣政府特別推動「跨域數位人才培育計畫」,主題包含「AVR 應用」、「數位光影技術」、「智慧物聯」、「自媒體影音串流」及「數位媒體應用」五大類,以透過學習數位工具提升履歷競爭力。更延伸計畫辦理「屏東縣跨域數位爭霸戰實戰競賽」,參賽隊伍都是在屏東就學或就業之青年報名,提供競賽總獎金30萬元,鼓勵與培育屏東的數位人才發揮創意,將屏東的故事透過數位方式展現出來。

本次參賽作品精采多元,展現屏東青年設計的創意及數位能量。包括影片拍攝屏東美食美景的「屏安米樂」及「做伙憩屏東」,利用線上展覽介紹屏東單車路線的「屏東單車旅遊趣」,以及獲得潛力獎的團隊「Animation Pingtung」、「斯卡羅」及「禁忌之戀」,第三名則是由透過線上迷宮遊戲的模式融入屏東各個區域的特產、美食的「屏藏物語」,第二名則是製作了年底即將啟動的屏東數位青創中心外牆,運用非常吸睛的光雕影像結合屏東元素的「光點屏東∞斑雕共構」,第一名殊榮則由屏東科技大學餐旅管理系的「鐵橋記」獲得,同學們運用實境解謎搭配Line機器人,透過遊戲方式介紹高屏溪的歷史。

每個團隊皆發揮獨特創造力,在課程中從0到1扎根數位技能、從無到有創造屬於自己的成果,屏東青年人才有目共睹,展現屏東縣政府陪伴青年,提供良好的創業環境與資源,有望未來提升屏東競爭力!

0

5
1

文字

分享

0
5
1
從「自動化」進化成「智動化」——智慧製造是半導體產業的未來趨勢
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/15 ・3611字 ・閱讀時間約 7 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 文/曾繁安

台灣擁有傲視全球、成熟完整的半導體產業聚落,在世界科技領域中扮演舉足輕重的角色。這個國家的經濟命脈,經過全自動化的時代後,即將迎來另一次生產技術的大變革——智慧製造。

當訂單越來越多,人力卻不夠,半導體業者該怎麽辦?

半導體產業包含了矽晶圓[註]、相關化學品與氣體及導線架等封裝材料,其中又以晶圓厰為大宗,例如台積電便是全球規模最大的晶圓代工厰。素有「現代科技應用的大腦與心臟」之稱的半導體,是現代多數電子產品的核心單元,因為各項產品正是利用半導體電導率變化的特性來處理資訊。然而,目前半導體製造業卻面臨人力資源跟不上產量需求提高的挑戰。

晶圓是積體電路製程中的載體基片。圖/wikimedia

一般半導體廠場域面積大,人力短缺使企業面臨管理人手吃緊,再加上人員進出無塵室的過程繁瑣耗時,也是另一大負擔。與此同時,在廠內儀器參數比對和規劃生產計劃上,傳統人力也可能有出現誤差的風險。疫情時代也促成在宅經濟和 5G 應用的高速發展,各領域對晶片的需求大增,造成半導體產業出現產量需求高,但人力短缺的現象。

因此對不少業者而言,可有效緩解人力不足、大幅提升作業效率的數位轉型(Digital Transformation),可謂勢在必行。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

從「自動化」升級到「智動化」的智慧製造

那半導體產業的數位轉型,該怎麽做?所謂數位轉型,不僅僅只是將資料或作業數位化,還包括導入人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)與數位科技,來改變企業的整個營運生產模式。AI 指的是電腦程式可模擬人類思維過程的能力,而在 AI 概念下的機器學習(Machine Learning,簡稱 ML),即為機器可以根據已收集的大量數據,經由建立模型對新數據進行推測,學習找出最佳解、改善效能

結合 ML 的製造執行系統,需搭配裝置在工廠各處的多個傳感器(Sensor),來收集與回傳各樣的生產數據。它們與工廠設備的相互連接,即是運用了物聯網(Internet of Things)的技術。有賴於 5G 科技的發展,數據可以達成高速率傳輸與低延遲,使得機器與機器之間可以達成溝通,在整合分析各方數據資訊後,有效率地完成各種指令操作,可以比自動化製造系統,更進一步為人類代勞工廠運作的大小事務。

舉例來説,當工廠的生產過程出現問題,自動化系統只會跳出異常通知,還是需要仰賴人員來進行手動排除;但換作應用 ML 系統的話,便可透過自我學習,來自動調整製作流程以解除異常狀況,無需人力介入便可自主解決,提升良率,達成「智動化」智慧製造(Smart Manufacturing)的最終目的。

機器可以根據已收集的大量數據,經由建立模型對新數據進行推測,學習找出最佳解、改善效能。 圖/elements

懂得精益求精、提高品質產量的智慧工廠

一座運用智慧製造的半導體工厰,不但能自主克服製程中的疑難雜症,更能幫助提高晶圓的產量品質。在研發方面,AI 可以協助理解高複雜、高維度的製程開發挑戰,也可與 ML 軟體分析感測資料和檢測影響,進行品質管理與缺陷檢查。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,數據治理和數位分身,也是智慧製造的關鍵策略。對企業整體的數據進行管理和控制以提高數據的價值將因為數據產生的成本風險降到最低,是數據治理(Data Governance)的核心精神。

在兼顧資訊安全下,數據治理的體系能使跨部門間的數據共享更為方便暢通。輔以 AI 及 ML 的運算,便可以使業務部門的客戶需求、供應鏈管理等資料,與工廠生產部門的設備控制與品管等流程,有更迅速緊密的配合,規劃好合適的未來生產計劃,指導人員進行相關作業。

如同我們可以在電玩游戲或社交媒體上,按照自己的個人形象,來打造自己的虛擬化身,工厰也能藉助現今的科技,來為產品的物理實體,在資訊化平臺或系統的虛擬空間中,打造一個類比實物數位分身(Digital Twin)

數位分身模型之概念圖。圖/wikimedia

數位分身也是物聯網的應用之一,半導體廠中,由傳感器所收集到的晶圓製造數據,在 AI、ML 和軟體分析的協助下被整合,對映成數位空間中「雙胞胎」的存在。這位孿生兄弟不僅能夠隨物理實體的變化而即時做出相應變化,還可以提供無法在實體產品上測試計算的數據。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

理想情況下,數位分身可以經由機器學習,分析過去的歷史資料或多重來源的數據,來推估實體的未來情境。因此在危機或異常事件發生前,業者便可預先進行預測性的設備維護與產品的良率分析,比起傳統人力的判斷更加精確,降低技術風險,大大提高生產效率。

工業 4.0 浪潮來襲,智慧製造是產業未來趨勢

運用通訊科技、資料庫和電腦系統達成全自動化生產,已不是新鮮事,如今人類社會正迎來第四次工業革命的新一波浪潮。主打網絡與機械相互連接的核心精神,導入人工智慧、機器學習、物聯網感測與大數據分析等人機協作的智慧製造,是因應多變市場需求的時下趨勢。

在半導體領域中,企業龍頭台積電可説是數位轉型的成功案例,從二十年前的全自動化製造系統,如今致力於打造組織內部友善 AI 的工作環境,努力向智慧製造全面轉型。數位轉型的技術支援不能沒有半導體產業製造的晶片,而如今數位轉型也有望帶領半導體產業突破產能吃緊、人才短缺的困境,走向智慧製造的新紀元。

以台灣在地企業的智慧製造覆蓋率而言,就已在短短 6 年內成長 50%。舉全台最大的國際半導體展 SEMICON Taiwan 為例,智慧製造相關的展商在近六年內的成長幅度也同樣攀升了 50%。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

今年高科技智慧製造特展將以歷年最大規模之姿登場,與全台最大半導體盛宴 SEMICON Taiwan 2022 國際半導體展同期同地舉辦,匯集橫跨高科技製造業智慧製造解決方案業者、系統整合、軟硬體商及智慧製造需求端業者,如盟立自動化、倍福自動化、家登精密、攝揚企業、日商 JEL 等不容錯過。

今年高科技智慧製造特展將以歷年最大規模之姿登場,與全台最大半導體盛宴 SEMICON Taiwan 2022 國際半導體展同期同地舉辦。圖/SEMI

因應疫情下數位轉型成為全球企業的重要任務,今屆展覽中的「高科技智慧製造論壇」將由美光科技、 Lam Research、 Rockwell Automation、Siemens 等知名企業專家以人工智慧工廠為主軸,探討 GEC 技術藍圖,內容包含五個部分包含數據管理、智能分析、數位分身預測等重點實務經驗分享,從晶圓厰到設備製造商和解決方案提供者的角度,讓參與者得以探究 AI 智能工廠的前景和挑戰,跟上數位轉型的步伐。

除了智慧製造議題,展覽期間共有超過 20 場重磅級的國際趨勢論壇,豐富主題涵蓋先進製程、異質整合、化合物半導體、車用晶片、永續製造、半導體資安及人才。論壇將在今年 9 月 13 日率先開幕,展覽則於 9 月 14 日至 16 日於臺北南港展覽館一館盛大開場,規模創歷年新高,届時將有 700 間國內外指標性大廠共襄盛舉,現場將有 2,450 個攤位展出,完整串聯全球半導體供應鏈,目前展會參觀與論壇皆已開放報名,參與席次有限,有興趣者趕快手刀至官網報名起來!

註:晶圓(Wafer)是半導體晶體圓形的簡稱,是從半導體材料如最常見的矽,經過拉製、提煉等一系列處理過程,製成的圓柱狀半導體晶體經過切片、抛光而來。這些圓形薄切片被用於積體電路製程中的載體基片,也可用來製作太陽能電池。

參考資料

  1. 半導體是什麼?晶片產業一次看懂
  2. About SEMI Smart Manufacturing initiative
  3. 【獨家披露】台積電數位轉型的下一步,靠AI推動全面轉型(上
  4. 【獨家披露】台積電數位轉型的下一步,靠AI推動全面轉型(下)
  5. 泛科學:每分鐘 15 次的駭客攻擊,5G 世代的臺灣資安挑戰——資安所王仁甫策略總監專訪
  6. Data Governance – 臺灣人工智慧行動網
  7. 「數據治理」:人工智慧企業的基本功
  8. 科技大觀園:從全自動化製造邁向智慧製造
  9. 聯剛科技股份有限公司
  10. 【新興領域:9月焦點8】數位分身(Digital Twin)技術發展趨勢與不同層次應用模式
  11. 半導體資安的新挑戰!後疫情時代,如何全面打造半導體供應鏈數位韌性
  12. 工業4.0大全,從淺到深一篇搞懂它!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
196 篇文章 ・ 302 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

4
0

文字

分享

0
4
0
物聯網世代資安保護的熱門選擇——新型「加密金鑰」PUF 技術
科技大觀園_96
・2022/02/06 ・1831字 ・閱讀時間約 3 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

隨著萬物聯網時代到來,越來越多數據以數位化方式儲存共享,架構安全性也越來越受到重視。就在今年 5 月,美國賓州大學研究團隊開發出一種基於石墨烯的 PUF(Physically Unclonable Function),能夠有效防範利用 AI 模型的新型攻擊,使加密金鑰更難以被破解。

石墨烯是一種由碳原子以 sp2 混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。圖/pixabay

什麼是 PUF?

要解釋什麼是 PUF,就得先理解物聯網(Internet of Things , IoT)的概念。簡單來說,物聯網就是讓設備裝上感測器、軟體及技術來相互連接傳輸資料所形成的網路,是很多產業智慧化的基礎,然而很容易就可以想像這種便利性同時也帶來更高的資安風險,由於物聯網設備涵蓋的領域相當廣泛,駭客從許多層面都可以發動攻擊。

物聯網是讓設備相互連接傳輸資料所形成的網路。圖/pixabay

過去談到物聯網的資訊安全,許多人都會先想到軟體及網路加密連線,但其實除了網路層面的安全防護,實體設備同樣存在著威脅。一旦出現仿冒晶片或其他問題,駭客就可能透過網路遠端控制設備獲得金鑰和其他敏感資訊,進而造成企業損失。以軟體為主的資安設計已不再足以提供全面保障,這也是為什麼基於硬體的安全技術開始逐年受到青睞。

全名為「物理不可仿製功能」 的 PUF 就是這樣一種硬體安全技術。透過半導體製程中引入的隨機變數,讓晶片在微觀結構上產生些許差異,在變數無法預測及控制的情況下,複製該晶片成為幾乎不可能的事,減少遭人逆向工程或操作的擔憂。這樣的隨機性、唯一性及不可複製性,讓 PUF 彷彿成為一種「晶片指紋」的存在,因此自然也變成新世代資安「零信任」(Zero Trust)架構下的熱門選擇。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不同於傳統資訊加密技術將密鑰儲存在設備的方式,PUF 技術主要使用一個客製應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit , ASIC)或現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array , FPGA)就可以完成,透過製造時挑戰/反應數據庫(Challenge/Response)的建立,便能在無須加密認證演算法的情況下對設備進行驗證,防止身分被竊取、竄改的同時,也免除了將私鑰儲存在設備的額外成本以及金鑰遺失的風險。

自 2013 年開始,PUF 已經開始逐漸受到重視,只是就像所有的密碼學應用一樣,儘管 PUF 技術存在著這些驚人特性,駭客攻擊手法也仍在持續演化中。國外一些研究已經證明,透過機器學習,AI 技術還是可能預測出密鑰並獲取數據,因此針對 PUF 技術的改良研發也仍在持續進步中。

以賓州大學團隊 5 月公布在《 Nature Electronics 》的最新研究為例,工程科學與力學助理教授 Saptarshi Das 就進一步結合了石墨烯(Graphene)的諸多特性,開發出一種新型低功耗、可擴展及可重構的 PUF,在面對 AI 攻擊時也能保持顯著彈性不易被入侵。

據研究人員表示,透過石墨烯獨特的物理和電學性質,新型 PUF 更加節能、可延展,即使受到 AI 攻擊試圖預測金鑰,受損的系統也可以在不需要額外硬體或更換元件的情況下重新配置過程並生成新密鑰,藉此有效抵抗對傳統矽製 PUF 構成威脅的 AI 攻擊。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

隨著物聯網走入各大產業、設備數量大規模增長,可想見更嚴峻的資安挑戰也即將到來。目前國內廠商及研究團隊許多針對 PUF 的努力正在進行,除了矽智財知名大廠力旺開發的 NeoPUF 技術,成功大學電機系張順志教授進行的研究也是其中之一。

在「具高安全性且低耗能之物聯網晶片電路及系統之分析、設計及實作」整合型計劃中,張教授希望透過超低功耗之類比數位轉換器設計技術及內建物理密鑰技術、 AI 輔助訊號轉換電路設計技術的研發,來提升物聯網晶片的安全性與穩定性。據了解,該項目已經進入後期階段,將基於先前的經驗嘗試完成整個物聯網系統的實體整合與量測驗證。

資料來源

  1. 初探物聯網安全趨勢下PUF晶片安全發展機會|跨域資安強化產業推動計畫網站 ACW
  2. 具高安全性且低耗能之物聯網晶片電路及系統之分析、設計及實作-子計畫三:應用於高安全性且低耗能物聯網系統的類比至數位轉換器之研製( I )
  3. Stabilization in Physically Unclonable Constants
  4. Graphene key for novel hardware security | Penn State University

科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1124 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。