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萬物連網時代來臨 高速訊號完整性不可或缺
高資料速率的嚴峻挑戰

【作者: 王岫晨】   2022年03月17日 星期四

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自從新冠疫情橫掃全球以來,到如今這兩年當中,對於每個人的生活和工作型態,都經歷了一場重大的轉折。而其中,最顯著的變革便是快速走向「數位轉型」,而這數位化的趨勢,正加速影響全球經濟的所有層面,而這也成為實現『萬物相連,無遠弗屆』美好願景的關鍵要素。


回顧這過去將近兩年的時間當中,快速、可靠的網路連結,已經成為數位轉型的重要命脈,加上5G的快速佈建後所展現出的強大應用潛力,也加速推動各行各業的數位轉型。其中,網路的現代化、全新使用案例,以及新興的商業模式,加上6G的演進,正成為今天與未來的通訊產業三大發展主軸。以網路發展的現代化來看,為了滿足消費者和企業對於網路連結、高速頻寬和更低延遲的需求,新型態的網路將會以軟體為核心,透過虛擬或和自主管理的方式,以更低的成本來提供更大規模與更多樣化能力的網路連結。對於行動網路業者來說,消費性的無線通訊,仍將會占年營收的超過七成以上。然而,未來隨著垂直市場和工業應用的新發展,以及新興商業模式產生,預期將會帶來全新的成長動能。


通訊關鍵轉捩點


根據Ericsson的預估,到了2026年,5G用戶數將增加到30億人以上。同時許多市場專家也預測,屆時有超過五成的行動數據會透過5G網路來傳輸,這也預計將會推動市場的快速成長。在行動雲端遊戲方面,將以41%的年複合成長率成長。


而在新的工業使用案例上,預期到了2028年,市場規模將達到1兆美元。其他應用包括了可促進自駕車市場的連網交通運輸、低軌道(LEO)衛星,以及關鍵型IoT應用等,都將在5G的驅動下,持續大步邁進,進而創造出利潤豐厚的全新市場。


到了2031年,6G網路將會透過應用、運算和通訊,將實體、數位和使用者進一步整合,形成萬物連網(Internet of Everything)。也因此,6G必須具備更高的精密度,以便偵測並消除威脅,同時還必須增強威脅防禦能力以及企業的復原力。


數位轉型下的新常態

縱觀形塑萬物連網的各項技術,快速穩定的網路連結只是起步。根據彭博(Bloomberg)、麥肯錫(McKinsey)和其他市場調查機構的研究顯示出一個事實,大多數企業都認為疫情將數位轉型的速度加速了3到7年,而平均轉型速度也大約加速了5.3年。為了克服轉型加速的挑戰,企業除了必須完善網路連結,還需要釐清業務策略,以方便更完整地滿足客戶需求。


是德科技認為,在推展客戶導向式策略時,必須清楚定義客群、了解客戶未被滿足的需求,以及哪些產品,和可以為客戶所提供的真正價值。接下來,就是選擇最適合的數位平台、架構及技術,來發展新的使用案例及商業模式。這波數位轉型的浪潮帶動了萬物連網、高效運算及傳輸等未來技術趨勢的演進,對此,是德科技也將「啟動萬物連網大趨勢」、「駕馭數位轉型大浪潮」、「建構安全防護網」等科技趨勢列為觀察重點。


只不過,數位架構仍有些新挑戰必須先行克服。例如,使用者對於頻寬的需求有增無減,包括動態互動式體驗、遠距醫療等,越來越多的裝置都開始傳送並接收更豐富的數據,而物連網裝置和機器對機器的通訊加速成長,也成為了重要的驅動主因。面對這些加速驅動未來發展的技術,市場也對於高速數據傳輸以及諸如量子運算等高效運算著手進行準備。


高速數位傳輸的挑戰

現今的訊號完整性測試工程師,往往面臨著實現高資料速率、成本最小化,以及如何跨越模擬和測量鴻溝間的嚴峻挑戰。

隨著5G的積極部署、以及AI的大量導入,從自駕車應用乃至於未來的元宇宙,這些應用都即將啟動數據的高速傳輸,以及資訊共享之爆炸式成長。物聯網設備和雲端運算服務的普及,導致數位設備所需要處理的數據流量呈現爆炸式的成長,因而需要快速的串列設備介面。數位設備使用的PCIe和USB介面處理的數據量越來越大,因此產生的新一代PCI Express Rev 4.0標準,達到了16 GT/s的更高速度。而USB3.1 Gen 2也支援10 Gbit/s和USB3.1 Type-C,還相容了同樣支援20 Gbit/s的Thunderbolt。


而從雲端基礎設施到終端接取裝置,這些高速數位介面不論是在運算、傳輸、儲存或顯示等技術,都正加速進行世代交替,並快步邁向伺服端的400G與800G、Gen 5以及消費端的4.0世代。而同時,矽光子及量子科技也都取得了重要的進展。這些先進技術都將加速未來科技生活之便利,但同時也帶來設計、驗證及互通性的高度挑戰。


事實上,高速數位介面是所有電子產品設計的核心。不斷提高的數據速率,和不斷增加的高整合密度,已經為IC、電路板和系統級的設計帶來了新的挑戰。信號完整性是一項關鍵要求,並且在鄰近空間所存在的無線信號、其他高速介面和電源線路上的干擾源也必須同時被考量。為了有效地捕捉最壞情況下的訊號,就需要更高採集率和更強大的觸發能力。


高速訊號完整性

現今的訊號完整性測試工程師,往往面臨著實現高資料速率、成本最小化,以及如何跨越模擬和測量鴻溝間的嚴峻挑戰。隨著工程技術的演進,電子產品的開發,往往結合各種外在的變化,導致訊號完整度的測試難度,比起以往單純的設備與環境更加大幅提升,特別是針對更為高速的訊號傳輸。訊號完整性主要目的是在檢測連結的線路中,能夠維持訊號的完整傳遞而不受其他訊號干擾。訊號完整性的檢測結果,通常會因以下各種原因,導致影響了測試訊號的品質。


●測試點位。


●受測物焊接角度。


●訊號走線的長短。


●周遭元件的干擾。


●橋接的訊號板。


●測試方法。


結語

數位轉型的加速,以及高速連結的趨勢,已經不可轉變。及早掌握產業脈動,對於滿足客戶需求、提高競爭優勢,並成功實現業務目標,至關重要。展望未來,這個緊密相連的世界,需要以加嶄新的思維去面對,並從現在就開始,就為這些未來技術趨勢做好準備。


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