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打破壟斷 自行研發「工具機的大腦」

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/14 ・1907字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 575 ・九年級

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文/劉珈均

台灣的工具機產業產值排行世界第四,但工具機的核心零組件、堪稱工具機大腦的「控制器」長期由國外廠商壟斷,工研院機械所投入研發工具機控制器,一步步達成工具機核心技術自主。

工具機有「機械之母」的稱號,負責切削、加工各式金屬零組件,隨用途不同又分為車床、銑床、鑽床等,工具機對於國防、航太、汽車等產業是不可或缺的重要夥伴,有些工業國家以工具機產值評量國力。依電腦化程度,可分為完全手工控制的金屬切削機、部分自動化的數值控制工具機(NC)、完全電腦控制的電腦數控工具機(CNC)。對工具機來說,控制器是大腦,按照程式指令操控作業流程,讓製程更精準。

「研發這個是為了解決工具機最關鍵零組件『控制器』的壟斷與自主問題。」機械所組長蘇興川談起初衷與目標時,話語中帶著一種破釜沉舟的深刻與重量。除了壟斷,另一壓力來自兩岸經濟合作架構協議ECFA,依照協議規定,到2016年,車床控制器若未使用兩岸的控制系統,便會取消原本的免稅優惠,必須課稅。

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機械所組長蘇興川。
機械所組長蘇興川。

控制器佔了工具機3至5成的成本,台灣生產的高階工具機皆搭配進口的CNC控制器,例如全世界市佔率達50%的日本發那科(FANUC)、德國西門子(SIEMENS)、海德漢(HEIDENHAIN)等。國產的控制器因為穩定性尚不如國際大廠,只能搭配中低階工具機。

各控制器大廠有獨特的通訊介面,各廠牌元件無法通用,也不會開放軟體讓使用廠商依需求加值。技術自主可提升工具機的附加價值,工具機使用者也能依需求調整功能。面對近乎徹底被壟斷的產業,團隊必須苛求所開發的控制器品質,還要以良好的「售後服務」取勝。在技術層面,團隊大量用軟體技術提升其價值,台灣資通訊產業支撐出品質高而價格相對便宜的產品,團隊並設計觸控式的圖形化界面,讓操作更直覺。

「作控制器有百分之70的部分都在寫軟體!」蘇興川說,控制器的軟體工作量相當大,且架構相當複雜,要從最底層的核心寫到最高層的軟體,工程師還要了解機械特性與切削特性等,要培養熟悉機械特性、足以勝任寫控制器軟體的工程師大約要花三年。蘇興川坦言,台灣的軟體工程師不易進入這產業,大多會去寫手機APP等,當初花了許多精神才建構起這團隊,團隊多達五十人,約30人負責研發核心技術,20人負責應用推廣。

工程師操作CNC工具機。
工程師操作CNC工具機。

蘇興川說,通常工具機產業都會有個「母體產業」作為支撐,例如義大利、德國、日本都有汽車產業支持著,另有些國家原本有發展工具機產業,但國家變得富有之後便漸漸放掉。台灣的情況較特別,雖沒有大量需求工具機的母體產業,仍有不錯的工具機產業、有完整的產業聚落。台灣製造的工具機大多外銷,曾經外銷到美國的貿易情況太好,一度讓美國管制台灣進口的工具機數量,此舉雖限制了貿易往來,但也讓各國知道台灣有CP值最高的CNC工具機。目前以工具機產值而言,台灣排名第四,第一二名是德國與日本。

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目前這款控制器主要用在三個領域,一是線切割放電加工機,在工研院團隊努力下,從無到有建構出線切割放電加工機的生產鏈,現今台灣成為該機型的世界第三大生產國;第二用在機器人產業,搭配台灣一家關鍵OEM廠商,已出了三萬套控制器系統到這領域;以及共占了工具機數量70%的三大應用機型(綜合加工機、車削中心機與臥式鑽孔中心機)。

蘇興川說,通常工具機產業都會有個「母體產業」作為支撐,例如義大利、德國、日本都有汽車產業支持著,另有些國家原本有發展工具機產業,但國家變得富有之後便漸漸放掉。台灣的情況較特別,雖沒有大量需求工具機的母體產業,仍有不錯的工具機產業、具有完整的產業聚落,產品大多外銷,曾經工具機外銷到美國的貿易情況太好,一度讓美國管制台灣進口的工具機數量,此舉雖限制了貿易往來,但也讓各國知道台灣有CP值最高的CNC工具機。目前以工具機產值而言,台灣排名第四,第一二名是德國與日本。 目前這款控制器主要用在三個領域,一是線切割放電加工機,在工研院團隊努力下,從無到有建構出線切割放電加工機的生產鏈,現今台灣成為該機型的世界第三大生產國;第二用在機器人產業,搭配台灣一家關鍵OEM廠商,已出了三萬套控制器系統到這領域;以及共占了工具機數量70%的三大應用機型(綜合加工機、車削中心機與臥式鑽孔中心機)。
工具機正在切削工件(待加工的金屬)。
工具機切削而成的西洋棋。
工具機切削而成的西洋棋。
工具機正在切削工件(待加工的金屬)。
工具機切削而成的渦輪葉片。

更多資訊請參考解密科技寶藏

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創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
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由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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