半導體廠商競相布局產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁向智慧化

智慧制造可有效提升產(chǎn)能與降低成本，提升整體營運效率。為提升市場競爭優(yōu)勢，半導體業(yè)者競相布局，祭出相關(guān)解決方案，促使智慧制造發(fā)展全面升溫。

結(jié)合大數(shù)據(jù)分析　臺積電落實智慧制造

為提升半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，智慧制造已成為各國半導體產(chǎn)業(yè)爭相投入的熱門領(lǐng)域。然而，如何有效的將智慧制造引進生產(chǎn)流程，已成為目前亟需解決的主要挑戰(zhàn)。對此，各大半導體業(yè)者紛紛推出新的解決方案，加速智慧制造發(fā)展，在競爭日趨激烈的市場中，提升自身優(yōu)勢。

半導體制造邁向智慧化。工業(yè)4.0引發(fā)智慧制造發(fā)展熱潮，臺積電身為全球晶圓代工龍頭，已開始利用資訊科技(IT)平臺即時搜集設(shè)計、生產(chǎn)及原物料供應等環(huán)節(jié)的作業(yè)資料，并由專門技術(shù)團隊進行大數(shù)據(jù)(Big Data)分析，藉以克服晶圓制程日益復雜所引發(fā)的制造挑戰(zhàn)，同時提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品良率。

臺積電臺南廠區(qū)電腦暨通訊管理部資訊建構(gòu)暨通訊服務處副處長張耀雄(圖1)表示，隨著晶圓制程越來越復雜，其所須搜集與分析的資料也呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增加，且資料的多樣性與過往截然不同，因此對IT系統(tǒng)和設(shè)備制程都是很大的挑戰(zhàn)。

為突破此一困境，臺積電積極發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合IT平臺及透過資料科學團隊進行分析，使該公司從上到下，如執(zhí)行長到各部門作業(yè)員，都可在同一平臺看到相同的資料，藉此雙重確認數(shù)據(jù)，提升產(chǎn)品良率。

除使用大數(shù)據(jù)分析提升良率，先知科技首席顧問暨成功大學講座教授鄭芳田(圖2)認為，若能將虛擬量測導入全自動化，再配合智慧制造，便可以大幅提升產(chǎn)品良率，未來，半導體制造將有望能全面產(chǎn)出“零缺陷”的產(chǎn)品。

鄭芳田進一步解釋，在工業(yè)4.0領(lǐng)域，制造執(zhí)行系統(tǒng)一直是大家所提及重要的關(guān)鍵。半導體制造十分重視晶片良率，但礙于時間有限的情況下，很難針對所有的裸晶進行檢測。虛擬量測乃是透過歷史資料而建立的線性與非線性的演算法，可達到全面檢測的目標；若能對于有缺陷的裸晶進行檢測，找出問題，未來就有機會將良率提升逼近100%的水準。

邁向智慧制造　西門子力推數(shù)位化

工業(yè)4.0發(fā)展持續(xù)增溫，全球制造業(yè)在此浪潮驅(qū)動下，紛紛尋求制造智慧化轉(zhuǎn)型之道，期以更快、更精確、更有效率的方式提升產(chǎn)能及降低生產(chǎn)成本，因應產(chǎn)業(yè)變革提升國際競爭力。對此，西門子(Siemens)認為，數(shù)位化將是推動智慧制造的關(guān)鍵，進而實現(xiàn)工業(yè)4.0。

西門子工廠/制程自動化協(xié)理Tino Hildebrand表示，網(wǎng)際網(wǎng)路正創(chuàng)造新的商業(yè)模式，并為制造業(yè)帶來如何提升生產(chǎn)力與競爭力的主要挑戰(zhàn)，而數(shù)位化將是未來制造業(yè)邁向工業(yè)4.0的重要元素。

Hildebrand進一步解釋，數(shù)位化的特色在于產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)及服務，可透過軟體與網(wǎng)路溝通；機器與產(chǎn)品之間可即時交換資訊與指令；并且可達成自主控制和優(yōu)化。目前西門子也積極從數(shù)位企業(yè)(Digital Enterprise)、產(chǎn)品和生產(chǎn)的生命周期，以及完全整合的自動化環(huán)境等面向來加速工廠的自動化，同時也致力推動工程與營運系統(tǒng)的整合，以及制程規(guī)劃與運作設(shè)備生命周期的整合，以促進制程自動化的發(fā)展。

事實上，為加速制造業(yè)數(shù)位化發(fā)展，西門子近期也與歐特克(Autodesk)達成軟體互通性協(xié)定，以協(xié)助制造業(yè)者降低因產(chǎn)品開發(fā)軟體應用程式互不相容而產(chǎn)生的相關(guān)費用，并避免潛在的資料完整性問題。

透過此項協(xié)定，西門子產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟體與歐特克電腦輔助設(shè)計(CAD)軟體間的互通性將大幅提高。雙方將共同致力于協(xié)助擁有多種CAD環(huán)境的企業(yè)，簡化資料共用流程、降低成本。

目前許多企業(yè)的營運環(huán)境是由不同CAD軟體供應商的解決方案組成，因此，不同CAD軟體之間的互通性便成為設(shè)計和工程軟體使用者所面臨的關(guān)鍵問題，而實現(xiàn)互通性則成為制造業(yè)必須克服的一大挑戰(zhàn)。為改善此一情況，西門子與歐特克此次達成互通性協(xié)議，旨在減少支援多種CAD環(huán)境所需的整體工作和成本。 根據(jù)雙方協(xié)議，西門子與歐特克將共用工具組(Toolkit)技術(shù)，交換最終使用者軟體應用程式，以打造和推廣具互通性的產(chǎn)品。

促進工業(yè)自動化發(fā)展　施耐德著眼人才培育

相較于臺積電、西門子力推數(shù)位化發(fā)展，為優(yōu)化工業(yè)自動化架構(gòu)，施耐德則是積極投入人才培育，并于臺中設(shè)立機械設(shè)計中心(Machine Design Center)，以協(xié)助客戶共同設(shè)計、升級機臺，并加強產(chǎn)學合作。

臺灣施耐德電機總裁孫基康(圖3)表示，工業(yè)4.0主要發(fā)展方向在于提升工廠機臺設(shè)計和升級，而人才正是產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵。因此，施耐德于臺中設(shè)立機械設(shè)計中心，針對機械業(yè)相關(guān)客戶進行教育訓練，以協(xié)助客戶共同開發(fā)工業(yè)自動化所需之機臺及能源管理知識。

與此同時，施耐德也積極發(fā)展產(chǎn)學合作。據(jù)悉，施耐德目前正進行“Go Green In The City”的全球性產(chǎn)學合作計畫，讓學生提供綠能發(fā)展相關(guān)想法與商業(yè)計畫。透過此方式一方面推廣節(jié)能和綠能，另一方面也從中培育人才。

除人才培育之外，孫基康認為，軟體也是促進工業(yè)4.0發(fā)展的關(guān)鍵因素。對此，施耐德近期成立一個全新的事業(yè)群―全球解決方案(Global Solution)，且未來將會不斷加碼投資。

據(jù)了解，此一事業(yè)群共有三個任務，一是服務全球關(guān)鍵的客戶，第二個是負責售后服務；第三則是負責施耐德所有部門的軟體研發(fā)。將軟體研發(fā)歸類于此一部門，其原因在于，該事業(yè)群因負責售后服務，客戶的抱怨、需求、都是反映給這個事業(yè)群，所以該事業(yè)群是最貼近客戶，也因此能針對客戶需求進而開發(fā)相關(guān)軟體。

此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展增溫，數(shù)位化、工業(yè)化、都市化等趨勢迅速發(fā)展，能源需求大幅增加。對此，施耐德啟動全新品牌策略--“Life Is On”，展現(xiàn)其能源管理專長優(yōu)勢，協(xié)助企業(yè)減少能源消耗，降低預算成本并永續(xù)發(fā)展?！癓ife Is On”品牌策略以高效、互聯(lián)互通、永續(xù)性、安全與可靠的四大主軸，連結(jié)運營技術(shù)(Operational Technology， OT)與資訊技術(shù)(Information Technology， IT)整合，透過一系列互聯(lián)互通的創(chuàng)新技術(shù)與解決方案，開啟高效能源管理模式，降低能耗，提高運作效率。

孫基康透露，科技日新月異的發(fā)展對于能源需求持續(xù)提升，相對應產(chǎn)生環(huán)境永續(xù)發(fā)展的隱性阻力。透過“Life Is On”的四大主軸--高效、互聯(lián)互通、永續(xù)性，以及安全與可靠，該公司將以全面即時的智慧運營技術(shù)，協(xié)助客戶優(yōu)化能源管理及自動化成效。

提升智慧工廠電源防護　Littelfuse新品競出籠

隨著工業(yè)4.0發(fā)展熱潮持續(xù)擴大，各企業(yè)紛紛建置、升級相關(guān)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以建置智慧工廠。為提升聯(lián)網(wǎng)設(shè)備靜電與電源防護，力特(Littelfuse)于近期推出新系列靜電放電(ESD)抑制器(Suppressor)--XTREME-GUARD，該產(chǎn)品靜電放電防護最高可達30kV，并適合高達32VDC的高壓應用。

Littelfuse資深技術(shù)行銷工程師游恭豪(圖4)表示，未來智慧工廠中的所有裝置皆須具備聯(lián)網(wǎng)功能，而相較于無線網(wǎng)路，有線網(wǎng)路的可靠性還是較高。然而，使用有線網(wǎng)路系統(tǒng)，最基本便是會面臨到靜電影響，進而產(chǎn)生雜訊，影響設(shè)備。此外，工廠中遇到靜電的狀況，比家中多出許多，因此，未來智慧工廠需要更高等級的靜電防護。為因應此一挑戰(zhàn)，Littelfuse于2016第一季推出新系列ESD Suppressor，將靜電防護提高到30kV，以提供更高水準的ESD靜電保護。

游恭豪指出，傳統(tǒng)工廠在升級智慧工廠時，將會碰到所謂的換機潮，然而，此一換機潮所帶動的不只是跟智慧聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的需求，連傳統(tǒng)電路保護產(chǎn)品的需求都會隨之增加。為此，Littelfuse也推出新款TVS二極管(Diode)保護元件，以提升傳統(tǒng)電源線的突波保護。

據(jù)悉，Littelfuse新推出的TVS二極管保護元件分別為6kA/10kA的表面貼裝(Surface Mount)產(chǎn)品--LTKAK6/LTKAK10，兩者防護等級雖與過往產(chǎn)品相去不遠，但其優(yōu)勢在于具有較小體積，可讓系統(tǒng)業(yè)者減少更多設(shè)計空間。另一方面，由于工廠溫度都偏高，特別是無人工廠，有些環(huán)境溫度大約都落在三、四十度以上。因此，為確保高溫環(huán)境下設(shè)備可正常運作，Littelfuse也將在4月推出可耐125°C高溫之新款壓敏電阻(Varistor)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)風潮興　IIC聯(lián)盟力推TSN測試臺

網(wǎng)路為智慧工廠發(fā)展關(guān)鍵，為促進工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0的發(fā)展，國家儀器(NI)、Bosch Rexroth、思科(Cisco)、英特爾(Intel)、庫卡(KUKA)、施耐德電機(Schneider Electric)、TTTech等大廠，將與工業(yè)網(wǎng)際網(wǎng)路聯(lián)盟(IIC)攜手開發(fā)TSN(Time Sensitive Networking)測試臺(Testbed)，改善網(wǎng)路架構(gòu)。

工業(yè)網(wǎng)際網(wǎng)路聯(lián)盟執(zhí)行董事Richard Soley表示，透過該測試臺，可發(fā)起、研擬并精確測試工業(yè)網(wǎng)際網(wǎng)路的創(chuàng)新點子與機會，例如新型技術(shù)、應用、產(chǎn)品、服務與流程，以便在上市前先確認其實用性與可行性。

據(jù)了解，該平臺可支援新數(shù)位能力。由于聯(lián)網(wǎng)制造(Connected Manufacturing)業(yè)者、設(shè)計師與使用者，都需要以更安全可靠的方式取得智慧型邊緣裝置。標準網(wǎng)路技術(shù)也必須持續(xù)演進，才能滿足下一代工業(yè)系統(tǒng)需求，進而改良機臺、電網(wǎng)與交通運輸系統(tǒng)的運作方式。

打造TSN測試臺的目的在于，可讓新款乙太網(wǎng)路IEEE 802標準(此標準又稱為TSN)能靈活應用于生產(chǎn)應用的生態(tài)系統(tǒng)。TSN推動標準開放式網(wǎng)路架構(gòu)發(fā)展，讓多家制造商的產(chǎn)品能互通與整合。此項技術(shù)也支援即時性(Real Time)控制與同步化，例如能透過單一乙太網(wǎng)路于機器人與運動應用。TSN同時支援生產(chǎn)應用中其他常見的網(wǎng)路流量，有助于整合IT與操作技術(shù)。

過去多半透過非標準網(wǎng)路架構(gòu)或未連線網(wǎng)路來部署Real Time控制應用，因此裝置與資料常難以存取，甚至完全無法存?。欢鳷SN的價值就在于促進整合、強化連結(jié)，并透過大數(shù)據(jù)分析，剖析所需的關(guān)鍵資料，以達到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)改善作業(yè)的目標，進而促成以智慧型連接系統(tǒng)與機臺為架構(gòu)的新商業(yè)模式。

國家儀器銷售與行銷執(zhí)行副總Eric Starkloff表示，TSN是標準網(wǎng)路模型的主要特性，有助于將Real Time控制應用與裝置和開放式互連網(wǎng)路加以整合。這項技術(shù)是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展不可或缺的一環(huán)。聯(lián)盟除推動測試臺外，也提供社群平臺，讓業(yè)界廠商得以合作，共同實現(xiàn)這個愿景。

KUKA集團首席技術(shù)總監(jiān)Christian Schloegel也表示，新款I(lǐng)IC TSN測試臺可驗證邊緣云端運算(又稱霧運算)所需的分散式Real Time控制系統(tǒng)。該公司認為，TSN搭配OPC UA發(fā)布/訂閱是實作工業(yè)4.0標準的核心要素。

據(jù)悉，TSN測試臺可以透過根據(jù)IEEE 802.1 TSN標準的高彈性單一網(wǎng)路，匯聚各種重要的控制流量(如OPC UA)與最佳狀態(tài)(Best Effort)流量；并且透過標準整合式乙太網(wǎng)路，展現(xiàn)TSN的Real Time能力與廠商互通性。該測試臺還可評估TSN的安全性，確保TSN初始功能并給予回饋；展現(xiàn)IIoT的能力，可整合高效能與潛時要求高的應用；最重要的是，針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)與應用，提供智慧型即時性邊緣云端控制系統(tǒng)的整合點(Integration Point)。

強化半導體產(chǎn)業(yè)競爭力　智慧制造勢在必行

半導體產(chǎn)業(yè)為臺灣高科技產(chǎn)業(yè)基石，而目前臺灣的“生產(chǎn)力4.0”發(fā)展目標，便是以智慧制造的概念促使產(chǎn)業(yè)再升級。面對先進制程的挑戰(zhàn)，臺灣半導體廠如何藉由智慧制造及工業(yè)自動化提升競爭優(yōu)勢，將是未來發(fā)展重點。

為促進臺灣半導體產(chǎn)業(yè)智慧制造發(fā)展，國際半導體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)也于近期舉辦半導體智慧制造國際論壇，邀請臺積電、西門子、微軟等業(yè)者一同探討智慧制造于半導體業(yè)的應用與未來發(fā)展。

SEMI臺灣區(qū)總裁曹世綸指出，臺灣晶圓廠面臨的國際競爭十分激烈，因此必須提升整體制造良率，才可持續(xù)維持領(lǐng)先地位，并發(fā)展更多商機。為此，該協(xié)會舉辦半導體智慧制造國際論壇，希望藉由知名大廠的經(jīng)驗分享，使半導體產(chǎn)業(yè)的上下游廠商都能吸收并實踐智慧制造的概念，帶動整體產(chǎn)業(yè)升級。

簡而言之，智慧制造能為產(chǎn)業(yè)帶來新的商業(yè)模式與創(chuàng)新。半導體產(chǎn)業(yè)若想進一步提升競爭優(yōu)勢，投入巨量資料與云端運算已是勢在必行，除能透過網(wǎng)路即時生產(chǎn)流程，終端設(shè)備也能因此而減少失敗率與停工時間，達到最佳的生產(chǎn)效率及成果。