Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

2

3
0

文字

分享

2
3
0

福島 5 縣食品輸入,如何知道風險可接受?分析報告說了什麼?

PanSci_96
・2022/02/09 ・6400字 ・閱讀時間約 13 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 資料整理 / 泛科學編輯部

行政院於今日(2022/2/8)舉行「日本食品輸入管制措施」記者會,在 3 原則(回歸科學檢驗、比國際標準更嚴格、為民眾把關)、3 配套(將「禁止特定地區進口」改為「禁止特定產品進口」、針對具風險品項要求輻射安全證明加產地證明、福島 5 縣食品在邊境 100% 檢驗)的措施之下,開放福島 5 縣食品進口(五縣分別為福島、茨城、櫪木、群馬、千葉等)。

圖/行政院

於前一日的晚間,衛福部食藥署公布了委託台大毒理學研究所姜至剛教授執行的「輸入食品風險分析」報告,這份含封面共 94 頁的報告說了什麼呢?讓我們從重點整理中,來看看食品風險評估是如何進行的。

以下資料多引用自109年度「輸入食品風險分析」報告,為使閱讀更為流暢,有些段落有經過編修以及微調字句。

食品安全要以「風險分析」作為溝通工具

任何的科學研究都無法直接告訴你食物有沒有毒,因為食物是很複雜的「不太可能有百分之百純淨的、零檢出的選擇,絕對無毒的產品並不存在。」* 那要怎麼知道食品安不安全呢?可以透過「風險分析」來做為決策參考。

風險分析是由「風險評估」、「風險管理」及「風險溝通」所構成:風險評估以科學數據為基礎,進行風險辨識及評量。風險管理,則是以風險評估結果為依據,制訂一個能將風險盡可能降至最低的管理政策。風險溝通,則是將風險評估結果或風險管理政策裡的重要內容,對利害關係人、一般民眾進行傳播與交流。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2011 年 3 月 25 日起,臺灣暫停受理報驗福島 5 縣所生產製造之食品,並加強日本輸台食品的輻射檢驗,同時也委託同一團隊,於 2018 年的時候進行「日本食品取樣檢驗與調查研究」。當時團隊實地採樣了 301 項樣本(包含:乾香菇、沙丁魚、果乾、米、牛奶、小麥粉/麵粉、茶葉、貝類、蔬菜、冰淇淋等),並交給三個不同單位的實驗室進行「銫134」與「銫137」的含量檢測。

檢驗結果顯示,樣品均符合衛福部的公告標準(銫134 + 銫137 標準:飲料及包裝水 =10Bq / Kg;乳品及嬰兒食品 = 50Bq / Kg;其他食品為 100 Bq / Kg)。

儘管風險評估結果顯示輻射風險低於標準值, 但 2018 年 11 月 24 日公投「禁止開放福島五縣食品」通過後,顯示大眾對日本相關食品的安全性仍存有疑慮。民眾對食品安全之風險感知,會影響其對政府風險管理、資訊揭露及邊境抽驗的信任程度。

2018年福島食品進口公投結果。

風險評估怎麼做?

以科學為基礎的「風險評估」,其四步驟包含:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 危害辨識 (Hazard Identification)
  2. 劑量反應評估 (Dose Response Assessment)
  3. 暴露評估 (Exposure Assessment)
  4. 風險特徵描述 (Risk Characterization)

這四步驟又代表著什麼意思呢?

危害辨識:造成危害的是誰?

當可能會有危險時,要先知道這個「危險」是誰造成的,因此要進行危害辨識。在福島 5 縣食品風險評估的案例中,便是要找到是哪些物質造成食品安全的風險。

依據國際原子能總署 (International Atomic Energy Agency, IAEA) 2015 年發表的 The Fukushima Daiichi Accident 報告,此次災害主要是爐心熔融,主要洩漏為高度揮發性元素,因此,日本厚生勞動省自事故發生後隨即進行食品中 碘131、銫134、銫137 的含量檢測,而 碘131 半衰期僅為 8 天,因此自 2012 年 6 月起便不再進行碘 131 檢測。因此國際間食品輻射標準,大多以 銫134、銫137 含量,作為危害辨識標的。

劑量反應評估:多少量會有影響?

圖/envato elements

知道是誰會造成影響,接下來就是要知道「多少劑量」會對人體造成影響呢?依據國際放射防護委員會第 119 號報告所列,一般民眾攝入每單位放射性核種的約定等價劑量(Committed Effective Dose),銫 134 的劑量為 1.9×10-8 西弗 / 貝克,銫 137 的劑量為 1.3×10-8 西弗 / 貝克。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另依據國際放射防護委員會第 103 號報告,每 1 西弗輻射曝露,會增加成年人 4.2%、全年齡 5.7% 的癌症及遺傳效應之風險。

暴露評估:可能攝取多少量?

知道了劑量,往下要知道的量採用「是可能的曝露量有多少。這次的研究參考國家攝食資料庫 2019 年國人 17 大類食品,不同族群不同類食物的攝食率如下表,並假設大家吃東西時不會特別挑選進口國家產地,食品放射性元素含檢測平均值」進行暴露評估。

風險特徵描述:所以有風險嗎?風險是多少?

國際放射防護委員會 (International commission on radiological protection, ICRP) 於 2007 年出版的 ICRP publication 103 報告中提出,一般民眾額外暴露游離輻射的劑量,延續 ICRP publication26 之建議,亦即年劑量不超過 1 毫西弗 (1mSv/yr)。

當上述食品輻射中 銫134、銫137 含量經與國人平均攝食率計算後,可以推導出可能暴露的游離輻射量,進一步演算出癌症及遺傳效應之風險。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

平均輻射曝露劑量結果顯示,因攝食日本食品而增加的輻射曝露量:孩童每人每年平均 0.001762 毫西弗,青少年每年平均 0.002308 毫西弗,成人每年平均 0.002814 毫西弗,老年人每年平均 0.002406 毫西弗,育齡女性每年平均 0.002334 毫西弗。

如果採用極端值處理後的食品輻射含量計算:攝食日本食品導致國人增加輻射曝露量,孩童每人每年最高 0.003088 毫西弗,青少年每年最高 0.004030 毫西弗,成人每年最高 0.005094 毫西弗,老年人每年最高 0.004597 毫西弗,育齡女性每年最高 0.004182 毫西弗。

圖/行政院記者會簡報

在這樣的計算下,癌症及遺傳效應增加的風險為:孩童每人每年平均 1.00 x 10-7,青少年每年平均 1.32 x 10-7,成人每年平均 1.18 x 10-7,老年人每年平均 1.01 x 10-7,育齡女性每年平均9.80 x 10 -8,癌症及遺傳效應風險部分各年齡層皆低於 10-6;依據美國國家環境保護局 (U.S. Environmental Protection Agency, US EPA) 之標準,癌症及遺傳效應風險等級可以歸類為「可忽略之風險」。

其他國家的監測與管制作為

每個國家對日本災區食品的輸入管制措施,可以區分為數種類型,包括:第一、特定縣市「全部」食品禁止輸入。第二、特定縣市「特定」 食品禁止輸入。第三、特定縣市特定食品檢附官方輻射檢驗證明後始得輸入。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

進一步而言,雖然各國各有不同管制措施,然可歸納管制核心在於,特定縣市中「全部或部分」品項的食品得否輸入;其次,得以輸入之縣市或食品,是否存在「輸入前提」—— 例如是否須檢附何種證明、或進行何種形式之查驗。

以上數種管制措施, 各有其優缺點,茲簡要分析如下:

(一)特定縣市「全部」食品禁止輸入:以台灣為例

此種措施之優點在於首先,管制上可以做到滴水不漏——針對該遭禁止輸入 之縣市食品,因為不論該縣市之食品有無風險或有多高風險,一律禁止輸入、杜絕於境外。其次,此種管制措施得節省行政成本,因為無須耗費人力或其他資源來對輸入食品進行任何檢驗、或者查核檢附證明文件。

然而其缺點在於:此種管制措施,與歐、美等國家並不一致,亦與現今自由貿易之世界潮流,存在若干落差;尤其我國已成為世界貿易組織(WTO)會員多年, 會員國之間自有國際貿易規則必須遵守,無法完全憑藉自身意願制定管制政策或進行管理措施,否則容易引起我國與日本二國間之糾紛。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

尤其,經本計畫之風險評估,福島五縣市食品之檢測結果皆符合我國標準,是否需要投注這麼大的行政資源與社會成本,專注在福島五縣市,而忽略日本其他地區輸入食品之安全,值得各界慎思。

(二)特定縣市「特定」食品管制輸入:以美國為例

美國與歐盟之管制措施雖然不同而有「管制輸入」之措施,然其與歐盟之表述方法相同,係詳列管制輸入之縣市及其食品品項,其餘未在表列者,則不管制輸入。

美國管制輸入部分食品之縣市,包括青森、岩手、宮城、山形、 福島、茨城、櫪木、群馬、埼玉、千葉、新瀉、山梨、長野及靜岡等 14 縣市。每一縣市管制輸入之品項,繁簡不一、各有不同。管制的品項會適時依據日本「非流通品」公告進行調整。

此種管制措施,立基於「使用日本國內檢測之結果,作為自己國內管制基準。」日本依其檢測結果,將特定縣市之「特定」食品設定為「非流通品」;美、日二國之間則基於信任關係,參照此一「非流通品」之品項,納為管制輸入之列。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此一模式,優點在於以科學基礎之客觀事實為依據,日本檢測超標者代表該項食品風險較高,則進行管制輸入;其次,因其參照日本國內「非流通品」之品項,簡單明確節省行政成本之耗費,並且可以減少二國間之貿易爭端。

其缺點在於,非流通品可能混在流通品中輸入,如美國管制輸入岩手之鹿肉, 可能混雜於其他未管制輸入縣市之鹿肉,一起輸入;此種混入狀況,於辨識上極為困難,從而增加檢驗之難度。其次,參考日本之檢測數據,也不免有「球員兼裁判」的疑慮。

美國直接使用日本的檢測標準進口核災地區食品。示意圖/envato elements

不過,本計畫認為,日本政府實施輻射檢測、設定非流通品,乃是為了保障其國民之食品安全與身心健康,並非為了產品輸出而為之;日本政府亦不可能為了產品順利輸出,罔顧自己國民健康而對數據造假。因此,上述「球員兼裁判」而可能造假之質疑,現實中應無發生之虞。

(三)檢附官方輻射檢驗證明:以歐盟為例

歐盟各國對日本食品輸入,並無針對特定縣市或品項禁止輸入之規定,而是詳列分縣市之特定食品,要求輸入時須檢附官方輻射檢驗證明。而需要附上證明的,包括福島、山形、山梨、靜岡、茨城、長野、新瀉、群馬及宮城等 9 縣市,其中福島所列的食品品項最多。

此種管制措施,要求食品輸入時,必須檢附輻射檢驗符合標準之官方證明。此種管制措施,側重於輻射殘留之檢測數值,不論產地、品項為何,只論輻射檢測結果,將管制對象聚焦於輻射「風險所在」,應為值得肯定之作法。

其缺點則為, 輻射檢驗數據可能受到若干外力影響,包括檢測儀器靈敏度、檢測方式等,從而對數據產生不同解讀;尤其,即使檢測數據符合標準,但仍有驗出輻射殘留者, 如遇有要求「零檢出」之言論,是否真能獲得民眾信任而輸入,有待商榷。因此,此一措施固然基於科學而較為可取,但仍存在部分不確定因素。

以科學方式檢測是最直接的做法,但很難面對「零檢出」的要求。圖/envato elements

此外,為求上述 3 種管制措施確實達成管制目的,尚有「檢附官方產地證明」、「邊境檢驗」等二種輔助措施,茲分述如下。

「檢附官方產地證明」措施之優點,在於方便主管機關判別食品產地來源, 以免有誤認產地情形發生,一定程度上可提高消費者「安心」程度。

而其缺點則在於,實務上曾經發生偽造產地證明之案例,如何杜絕此一情形發生,恐存在一定難度,且亦增加行政成本支出。其次,此種措施僅為產地(產品來源)之客觀呈現,是否存在風險,並非基於何種科學證據或論述,與提高消費者健康「安全」並不必然存在正相關。

「邊境查驗」則是於食品輸入時進行查驗,確認食品符合標準始得放行,往下又可區分為「逐批查驗」或「抽批查驗」。

此種管制措施之優點在於直接、有效,透過機械儀器之幫助,對輸入之食品進行輻射檢測,篩選出高風險食品。而其缺點則為, 輸入食品數量、種類繁多,檢驗人力有限,即便逐批查驗,也不可能「逐項查驗」; 其次,檢測儀器也有靈敏度之不同,如欲進行高強度之查驗,勢必耗費大量行政成本。且部分生鮮食品保存期較短,等待檢測期間過長,或者保存方式不佳,皆有產生食品腐敗之可能性,進而面臨國家賠償爭議。

行政院最新公布的進口標準中,也包含「產地證明」與「邊境檢驗」。圖/行政院記者會簡報

韓國

為評估日本福島核災事件對於韓國民眾所增加的風險,韓國參考利用韓國食品藥品安全部  (MFDS) 於 2012 – 2013 年所監測放射性 碘131、銫134、銫137 的資料,食物種類包括農產品、畜產品、乳製品、水產品與加工食品共 8496 筆。劑量部分假定輻射檢測最小可測量(minimum detectable amount, MDA) 為 0.5 Bq / kg,利用放射性濃度的平均值進行計算。

攝食量則使用韓國 2008-2010 年國家健康與營養調查 (KNHANES) 的攝食資料庫,為了以保守方式估計,僅使用食品消耗量 第 95 個百分位水平進行計算。

風險評估結果顯示,攝食日本食品導致增加之輻射曝露量,各年齡層每年平均劑量皆小於 1 毫西弗,終生承諾的有效劑量為 2.957- 3.710 毫西弗。癌症發生率部分,終生攝食輻射食品所產生之實體癌、甲狀腺癌及白血病之癌症風險,分別為每十萬人可能產生實體癌 14.4 至 18.1 例、甲狀腺癌 0.4 至 0.5 例、以及白血病 1.8 至 2.3 例。

研究結果表明,在韓國,現階段日本食物攝入不會增加輻射劑量或增加致命癌症的風險。

而韓國的管制措施型態較為複雜,既有禁止輸入特定縣市部分食品之手段,也有要求檢附官方證明文件之手段。以禁止輸入而言,韓國禁止輸入之縣市包括福島、群馬、櫪木、茨城、宮城、千葉、神奈川、岩手、長野、埼玉、青森、山梨、靜岡及新瀉等 14 縣市,相較於美國管制輸入之 14 縣市, 韓國多了神奈川而少了山形。

韓國對日本進口食品的輻射檢測說明。圖/韓國食品醫藥品安全處

香港

自日本福島核災事件發生到 2020 年 12 月 31 日止,香港邊境檢測共抽樣檢測了 752,986 件樣本,不合格件數 3 件。另外,自 2018 年 7 月 24 日准許茨城、櫪木、千葉及群馬四個縣輸入以來, 該些地區共檢測 190 件樣本,檢測結果皆低於檢測極限。

由於檢測結果較無風險危害,所以食物安全中心宣布於 2021 年 1 月 1 日起,將輻射檢測日本食品納入每年的恆常食物監測計劃內,不再特別公告。

香港邊境管理單位為「食物環境衛生署」及「食物安全中心」,其管制措施主要包括:福島之水果、蔬菜、奶、奶類飲品及奶粉,禁止輸入(目前僅剩餘福島地區產品禁止進口),其餘四縣市之水果、蔬菜、奶、奶類飲品及奶粉,則須檢附官方輻射檢驗證明及輸出業者證明,而福島五縣市之肉類及家禽、禽蛋、水產品、野味,亦須檢附官方輻射檢驗證明。

建議與結語

最後,報告建議:1.可以參考其他國家之做法,實施高風險管制措施,建議兼採美國與歐盟之管制特色,將管理措施由現行特定地區全部食品皆禁止輸入,調整為特定地區高風險食品禁止輸入。2.提高資訊揭露能見度,讓資訊能夠更有效地傳遞。

延伸閱讀

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 2
PanSci_96
1262 篇文章 ・ 2411 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

👉 更多研華Edge AI解決方案
👉 立即申請Server租借

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
一條 Type-C 線打天下!歐盟規範 13 類產品全面統一,2024 年 12 月底強制生效
宜特科技_96
・2024/12/30 ・3887字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文轉載自 宜特小學堂,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

2024 年底將至,歐盟立法要求 13 類電子產品將強制統一採用 USB Type-C 接口,將在 12 月底強制實施。對於消費者來說是一大福音,對於企業則是重大衝擊,隨著截止日期日益逼近,企業該如何確保自家產品有符合規範,並維持在歐盟市場中的競爭力呢?

點擊圖片收看影片版

早在 2022 年,歐盟就已正式發布有關通用充电器的修訂指令 Directive(EU) 2022/2380,除了筆記型電腦在 2026 年 4 月 28 日才開始適用以外,其他 12 類可充電無線裝置 ( Radio Equipment ),包括手機、平板、數位相機、耳機及耳麥、手持遊戲機、可攜式喇叭、電子閱讀器、鍵盤、滑鼠、可攜式導航設備以及入耳式耳機,從今年 12 月 28 日起,就須統一採用 USB Type-C 充電接口。

這大大提高設備之間的相容性,為消費者提供更方便的充電解決方案,也能減少電子廢棄物的產生。甚至英國政府也考慮比照歐盟規範,開始諮詢是否要求所有新電子裝置採統一充電標準。

歐盟納管的 13 類可充電無線裝置。圖/宜特科技

而歐盟境內將根據這一指令,所有銷售的相關電子設備都需要符合 IEC 62680-1-3:2021(USB Type-C® Cable and Connector Specification)標準。此外,對於充電電壓超過 5 伏特、電流超過 3 安培或功率超過 15 瓦的設備,則須符合 IEC 62680-1-2:2021(USB Power Delivery specification)標準,確保這些設備能夠快速充電,並在各種充電環境下維持高效運作。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了不讓OEM / ODM廠商面對新規範無所適從,2024 年 8 月底USB-IF(USB Implementers Forum,簡稱USB-IF)協會緊急推出符合 IEC 62680 測試規範的正式計畫(USB-IF Conformity to IEC 62680 (USB) Specifications Program),針對歐盟關注的 USB Type-C 裝置在「充電功能」上的要求,提供廠商一個簡便且具成本效益的測試流程。如此一來,大家對測試項目就有所依循,能確保自家產品符合規範。

本篇文章我們將火速解讀測項並分享已進行測試的實際案例,想進一步了解規範解讀,或是要帶領產品前進歐盟市場嗎?那就接著看下去吧!

為符合歐盟Type-C規範,USB-IF 公布的 IEC 62680 測試指南

USB-IF 從 IEC 62680(USB)規範繁複的測試項目中,針對歐盟對 Type-C 接口充電效能的要求,去蕪存菁定義了一組最基本的必要測試,測試內容可見 USB-IF 官網連結

Conformity to IEC 62680 測試規範解讀

歐盟Directive(EU)的指令(EU 2022/2380)是對RED(Radio Equipment Directive)2014/53/EU中 3.3(a) 條款的補充,主要確保 13 類無線充電設備統一使用 USB Type-C 接口。宜特整理出符合 IEC 62680 規範的三大測試項目,以便讀者更清楚了解如何達到最新的合規要求。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

USB Type-C 功能測試規範(USB Type-C Functional Test Specification):

此測試項目主要是檢查 USB Type-C 裝置是否符合 USB Type-C 規範要求。測試內容涵蓋多種不同的 USB Type-C 操作模式,包括:

1. UPF/DFP(Upstream Facing Port / Downstream Facing Port):

測試設備在擔任 Host 或 Device 角色時的功能和相容性。

2. DRP(Dual Role Port):

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

檢查設備是否能在 Host 或 Device 角色間切換。

這些測試的目標是確保 USB Type-C 裝置能在不同設備間正確運作,並且符合電氣和計時要求,以建立穩定的功能連接。

USB 電力傳送合規性測試規範(Power Delivery Compliance Test Specification):

這部分的測試是確保 USB Type-C 裝置符合 USB Power Delivery 3.1 的規範要求,如果產品支援 Power Delivery,就需要執行這項測試,具體包括:

1. 電壓、電流、電力的要求:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

檢查設備是否符合 USB Power Delivery(PD)規範中定義的不同電壓與電流的要求。

2. 不同模式下的功能測試:

特別是在 PD2 Mode 和 PD3 Mode 下,測試設備的功能和向下相容性,確保設備能夠在不同的 PD 模式中正確運作。

3. USB Power Delivery (PD)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

確保設備能夠正確支持 USB Power Delivery SPR (Standard Power Range/標準功率範圍,簡稱SPR) 或 EPR (Extended Power Range/擴展功率範圍,簡稱EPR),管理電力交換和通信。

這些測試旨在確保 USB Type-C 裝置在提供電力時,能夠滿足規範要求,從而確保設備在實際使用中的安全性和穩定性。

USB 電源測試規範(Source Power Test Specification):

這些測試是用來驗證 USB Type-C 接口作為電源供應端時的各項功能。如果產品具備Source Power能力,就需要執行以下測試,測試內容包括:

1. 負載測試(Load Test):

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

檢查設備在不同負載下的電壓和電流變化。

2. 過電流保護(Over Current Protection,簡稱OCP):

檢查設備在過電流情況下是否能夠啟動保護機制,防止損壞。

3. Multi-Port 裝置的電力分配和管理:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

對於具有多個 Type-C Port 的設備,測試其在多個 Port 同時使用時的電力分配和管理功能。

這些測試的目的是確保 USB Type-C 電源在實際使用中能夠安全、穩定、可靠地提供所需的電力,並且在多 Port 裝置的情況下,各個 Port 之間的電力分配和管理也符合規範要求。

案例分享

訊號測試實驗室工程師協助除錯(debug)。圖/宜特科技

宜特訊號測試實驗室透過符合 USB-IF 規範的測試儀器進行測試,並擷取過程中未通過的資訊,提供給廠商進行除錯後(debug)順利取得相關證書。以下分享兩個案例:

案例一 : 合規測試規範變動導致測試誤判的問題排查

在產品測試過程中,可能因為合規測試規範(Compliance Test Specification,簡稱 CTS)更動或是尚未定義,造成測試儀器誤判而未能通過測試。透過側錄的資訊(Trace or Log)檢查未通過的結果與 CTS 似乎有衝突,宜特訊號測試實驗室將此現象反應給儀器商進行討論,確認出真正的問題之外,亦會在每週和 USB-IF 協會的線上會議確認是否有類似問題已被提出工程變更請求(Engineering Change Request,簡稱 ECR),未來是否有機會修正為工程變更通知(Engineering Change Notice,簡稱 ECN),並進而修訂 CTS,減少廠商 debug 時間。

案例二 : 負載測試中 Vbus 電壓過低問題的分析與解決

進行負載測試時(Load Test),Vbus 過低且未在規範要求的時間內恢復到合適的電壓範圍,如下圖,若 Vbus 低於 4.75V(VSrcNew(min))且未能在 tSrcTransient 內拉回至 4.75V 以上。儀器就會判定產品未能通過負載測試,這種情況可能導致裝置無法正常工作。遇到這樣的情形,宜特訊號測試工程師會說明規範,讓廠商了解未通過的原因,協助對症下藥、縮短 debug 時間。

tSrcReady 後,Vbus 可以在 vSrcNew 和 vSrcValid 之間存在的時間不應超過tSrcTransient 所定義的時間限制。圖/USB-IF官網

當負載(load)高於或低於 60mA 時,Source 輸出電壓在應對負載瞬態變化時必須遵守以下規範(見下表):

1. 負載高於或等於60mA的情況:

Source 輸出電壓必須在負載瞬態變化後的 5 毫秒內,回到介於 vSrcNew 和 vSrcValid 之間的範圍內。

2. 負載低於60mA的情況:

Source 輸出電壓必須在負載瞬態變化後的 150 毫秒內,回到介於 vSrcNew 和vSrcValid 之間的範圍內。

當負載(load)高於或低於 60Ma 時,Source 輸出電壓在應對負載瞬態變化時的規範。圖/USB-IF 官網

因 Vbus 過低且未在規範要求的時間內恢復到合適的電壓範圍,因此儀器判定未能通過測試。紅線代表未通過的區段。圖/宜特科技

如何進行 USB-IF Conformity to IEC62680?

USB-IF 為了有效管理和追蹤 USB 產品設備,將審查所有提交的測試結果並提供正式的批准。OEM/ODM 廠商可將其 USB Type-C 產品提交至 USB-IF 授權的獨立測試實驗室(Independent Test Labs,簡稱 ITLs)進行正式測試。廠商需要先取得 Vendor ID(VID),VID 可以透過成為 USB-IF 會員或購買取得。有了 VID 後就能進入 USB-IF 網站中登錄產品,USB-IF 會分配給該產品一個 Test ID(TID)識別碼,用於追蹤該產品的測試和認證記錄,接著就能開始進行 Conformity 測試。通過測試的產品會被公開登錄在 USB-IF 網頁上的 IEC 62680 Conformity 名單中,並收到來自 USB-IF 證明產品符合 IEC 62680(USB)規範的通知信。

產品通過 IEC62680 的測試後,USB-IF 寄給廠商的正式通知。圖/USB-IF 官網

雖然 USB-IF Conformity to IEC 62680(USB)為 OEM/ODM 廠商提供了一個正式的測試途徑,以符合歐盟指令,但需要注意的是,這與完整的 USB-IF 認證計畫有所不同。USB-IF 認證計畫提供了更為全面的測試,不僅能證明產品符合歐盟對充電功能的要求,還能驗證其在數據傳輸、可靠性和互通性方面是否達到 USB-IF 的標準。通過完整認證的產品有資格使用消費者熟知且信任的 USB 認證標章,而僅通過 USB-IF Conformity to IEC 62680(USB)規範計畫的產品則無法使用該標章。儘管如此,該新計畫仍能協助 OEM/ODM 廠商快速測試其產品,進一步推動進入歐盟市場的進程。

宜特科技作為 USB Power Delivery(PD)正式認證的測試實驗室(ITL),已取得 USB-IF 最新的 Power Delivery 3.1 技術授權,並同時具備 USB4 V1 電氣測試(Electrical Testing)、USB 3.2 和 USB 2.0 產品認證測試的資格。這些授權能協助客戶進行各類 USB-IF 產品的認證測試,並幫助驗證 13 類 Type-C 可充電無線裝置是否符合 IEC 62680 標準,順利取得 USB-IF 符合性認證。如需要獲得 USB-IF 標章認證,宜特也提供完整的 USB 相容性測試,為產品提供更全面的保障。

本文出自 www.istgroup.com

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

宜特科技_96
13 篇文章 ・ 4 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室

0

2
0

文字

分享

0
2
0
進軍太空產業!SpaceX 啟航,台灣太空中心佈局低軌衛星供應鏈——當商用電子產品從地面上太空,必經哪些環境測試?
宜特科技_96
・2024/12/02 ・4777字 ・閱讀時間約 9 分鐘

低軌衛星引爆全球商機,全球太空經濟在 2040 年預計突破 1 兆美元,許多國家跟科技大廠都加速投入太空市場,台灣也成立太空國家隊。但面對火箭與太空環境嚴苛的考驗,如何在地面模擬測試,使產品能在軌道順利運行?

本文轉載自宜特小學堂〈從地面到太空 商用衛星電子零組件必經的測試〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

點擊圖片收看影片版

自從 1957 年第一顆人造衛星發射後,現今已有近萬顆衛星在太空飛行,並且數量持續增加中。衛星已經跟我們的日常生活密不可分,例如地圖導航、實況轉播等,另外.俄烏戰爭中使用「星鏈」衛星通訊連網,台灣也在今年四月的花蓮地震首次使用低軌衛星技術,協助災區通訊。因此,發展衛星科技除了民生用途,也深具國家安全考量。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

台灣從 2019 年到 2029 年,於第 3 期「國家太空科技發展長程計畫」投入超過新台幣 400 億元,進行低軌通訊衛星的研製、規劃國家發射場與人才培育。工研院估算,至 2030 年全球每年將發射 1,700 顆衛星升空,屆時將創造至少 4,000 億美元的產值。根據美國衛星產業協(Satellite Industry Association)預計,全球太空經濟在 2040 年更有望突破 1 兆美元,其中衛星產業占比上看 88%,達 9,252 億美元。

衛星按軌道高度可分成低軌(LEO<2,000 Km)、中軌(MEO<10,000 Km)以及地球同步軌道衛星(GEO~35,800 Km),重量從幾公斤到數百公斤不等,其中 SpaceX Starlink 低軌通訊衛星近年轉商業化,開啟了新太空經濟模式。另外立方衛星(CubeSat)造價門檻相對低,成為切入衛星技術研究的熱門標的。衛星產業鏈日趨成熟,以及衛星發射和製造成本的降低,帶來龐大的太空商機,相應的電子零組件需求亦隨之增加,讓不少廠商對邁向太空市場摩拳擦掌。

衛星依據軌道高度的分類。圖/宜特科技

衛星是由幾個次系統整合而成,包含姿態控制、電力、熱控、通訊、推進和酬載(Payload)…等。例如遙測衛星(Remote Sensing Satellite),它的功能是繞地球軌道拍攝照片,其中姿態控制次系統使鏡頭能維持對著地球方向;影像感測器則是攝取影像的酬載,電力次系統負責電力儲存與電源管理,最後將照片透過通訊次系統傳回地面。

衛星內部有我們熟知的各種電子零組件,正統太空規的電子零組件要價不斐,且某些零件因各國管制政策不易取得,而商用現貨(Commercial Off-the-Shelf,簡稱 COTS),例如電腦、手機和汽車採用的電子零組件,價格親民、性能良好,供貨也較充沛,近年採用 COTS 執行太空任務是相當熱門的趨勢。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
衛星的次系統。圖/宜特科技

那麼,COTS 電子零組件要上太空,必須經過哪些驗證測試?本文將從火箭發射環境、太空環境,逐一說明 COTS 欲跨入太空應用將面臨的挑戰和驗證測試方式。

3.2.1 發射!火箭發射對電子零組件的影響

1. 振動測試

衛星在地面製造組裝,需考量溫度、濕度、粉塵汙染等影響;組裝好的衛星搭乘火箭從地面發射,首先會承受火箭的劇烈振動,振動測試機可以在地面模擬火箭發射,以垂直與水平方向進行振動測試。不同的火箭有不同的振動大小,例如美國 SpaceX 獵鷹重型火箭的振動測試參數,以每秒鐘 10~2,000 次的振動頻率,重力加速度到幾十倍,振動測試可用來確認衛星或電子零組件在經歷發射過程仍能正常運作。

美國 SpaceX 獵鷹重型火箭發射。圖/p.7, SPACE X FALCON USER’s GUIDE, August 2021

立方衛星振動測試。圖/Sat Search

2. 音震測試

火箭發射過程會產生音震(Acoustic Noise),尤其是面積大且薄的零件,特別容易受音震影響,例如太陽能電池板,天線面板等。音震可能會使這些零件破裂、機構損壞、功能異常。音震艙就是用來模擬火箭所產生的音震,測試時將液態氮汽化,此時液態氮體積會瞬間膨脹數百倍產生巨大壓力,再經由喇叭將氣流動能轉為聲波導入音震艙,測試音震艙內的衛星或零件。

音震艙測試。圖/European Space Agency

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

3. 衝擊測試

當火箭離開地面抵達一定的高度時,各節火箭引擎開始陸續分離,接著整流罩展開釋放衛星入軌,這些過程都會產生衝擊(Shock),對衛星內部零件的焊接點、晶片,或其他脆性材料都是嚴苛的考驗。因此需要在地面先進行衝擊測試,了解衛星與其電子零組件對巨大衝擊的耐受程度。

火箭整流罩打開釋放衛星。圖/German Aerospace Center 

衝擊測試。圖/金頓

4. 電磁相容性測試

此外,因為各種電子零組件集中在火箭狹小空間內,衛星跟火箭之間的電磁干擾可能會影響任務,因此衛星在發射前也需經過電磁相容性測試(EMC),確保衛星所使用的電子零組件不會與火箭之間互相干擾。

電磁相容性測試。圖/ European Space Agency

  1. 熱真空循環測試

低軌衛星以每秒七公里的時速飛行,大約九十分鐘繞行地球一圈,衛星繞軌飛行處於真空環境,同時也會面臨溫差挑戰,當衛星被太陽正面照射時,其溫度高達攝氏 120 度,遠離太陽時,溫度可能低到零下 120 度。另外,真空環境可能使電子零組件因散熱不良燒毀,真空低壓也會造成零組件材料分解、腔體洩漏(Leak),或是零組件釋氣(Outgassing)產生汙染。

熱真空循環測試(Thermal Vacuum Cycling Test)可模擬太空環境真空狀態與溫度變化,測試時會將衛星或電子零組件架設於極低壓力的真空艙內,再經設備以輻射、傳導方式對衛星或電子零組件升降溫以模擬太陽照射,此時衛星或電子零組件處於通電運作狀態,須即時監控觀察其功能是否正常。熱真空循環通常測試為期一週甚至更長,也是衛星或電子零組件常見的失效項目。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

熱真空艙測試。圖/TriasRnD

  1. 輻射測試

少了大氣層的保護,電子零組件在太空環境會直接面對輻射的衝擊。以地球軌道而言,輻射環境包含輻射帶(Van Allen Belts)、銀河宇宙射線(Galactic Cosmic Rays,簡稱GCR)以及太陽高能粒子(Solar Energetic Particles,簡稱SEP),這些輻射環境充斥大量的電子、質子,以及少數的重離子(Heavy Ion)等,若擊中衛星的電子零組件可能造成資料錯亂(Upset)、當機,甚至永久性故障。衛星在軌道運行壽命短則幾個月,長則數十年,衛星在軌道運行時間越長,受輻射衝擊影響就越大。

地球軌道輻射環境。圖/宜特科技

輻射對電子零組件的影響有以下三大類:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

太空輻射對電子零組件的三大效應。圖/ESA

  1. 總電離劑量效應(Total Ionizing Dose Effect,簡稱TID)

電子零組件在太空環境長期累積大量質子與電子輻射是 TID 效應的主因, TID 會造成 MOS 電晶體 Threshold Voltage 緩慢飄移,零件漏電因此逐漸增加,漏電嚴重時則會導致零件燒毀。衛星可視為大型的無線行動裝置,依賴太陽能蓄電,電力相當珍貴,若衛星內諸多的電子零件都在漏電,將造成衛星電力不足而失聯或失控。

  1. 位移損傷效應(Displacement Damage,簡稱DD)

質子對電子零組件會產生另一種非輻射效應,稱為位移損傷效應(DD),屬長期累積大量質子的物理性損傷,質子會將半導體零件內的矽原子打出晶格外,形成半導體的缺陷,零件漏電也會逐漸增加,其中光電零件對 DD 效應較敏感,例如影像感測元件,DD 會造成影像品質降低,另外也會使衛星使用的太陽能電池(Solar Cell)轉換效率下降。

  1. 單一事件效應(Single Event Effect,簡稱SEE) 

TID 與 DD 可以看成慢性病,是電子零組件長期在軌累積大量質子與電子作用所造成的漏電效應,SEE 就是屬於急性症狀,隨機發生又難以預測。質子與重離子都會造成電子零組件的 SEE 效應,而重離子比質子更容易引發 SEE,太空環境的重離子數量雖然相對少,但殺傷力強,一顆重離子就可能使電子零組件當機或損壞。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

SEE 造成的故障可分成 Soft ERROR 與 Hard Error 兩大類。 Soft Error 的徵狀為資料錯亂、當機、功能異常等,重啟電路可恢復其運作,但若電子零組件對輻射很敏感,當機頻率過高則會影響任務執行,因此需以輻射測試評估其事件率(Event Rate)。Hard Error 則是永久性故障,例如重離子容易引發半導體零件栓鎖(Latch-Up)現象,若沒有對應機制,零件可能因大電流燒毀,因此 SEL (Single Event Latch-Up)是太空電子零件輻射耐受度最重要的指標之一。

單一事件效應的各種現象。圖/宜特科技

太空環境有各種能量的粒子,包含:質子、電子、重離子…,能量越高的粒子可穿透越厚的物質或外殼。低能量的粒子可被衛星外殼(鋁)阻擋,但衛星發射成本主要以重量計價,外殼厚度相當有限(通常為幾毫米厚的鋁材);而高能量的粒子則會穿透衛星外殼,影響電子零組件運作,因故使用於太空環境的電子零組件必定會被輻射影響,在上太空前必須經過輻射測試評估其特性。COTS 電子零組件,都有一定的抗輻射能力,但是必須經測試了解輻射耐受度是否適用於太空任務需求。

美國 NASA 的太空輻射實驗室。圖/NASA

COTS 電子零組件上太空前必須經過「發射環境測試」,包括模擬火箭發射時所產生的振動、音震、衝擊、電磁相容性測試,以及太空環境熱真空循環和輻射測試等,更多的測試項目就不一一細數,通過這些測試後,更重要的是取得「飛行履歷」(Flight Heritage),將產品發射上太空,若能成功執行各種任務,取得越多飛行履歷,產品的身價就越高,太空產業非常重視飛行履歷,飛行履歷也是產品的最佳保證書!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

宜特是亞洲最完整的太空環境測試第三方實驗室, 2019 年與國研院太空中心合作推動台灣太空產業發展。自 2021 年加入台灣太空輻射環境驗測聯盟以來,我們已完成多種電子零組件的輻射測試,涵蓋了類比、數位、記憶體、射頻等。我們將持續建構更完整的太空環境驗證測試能量,提供一站式服務。協助廠商可專注於產品的設計與製造。

本文出自 www.istgroup.com

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

宜特科技_96
13 篇文章 ・ 4 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室