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万物连网时代来临 高速讯号完整性不可或缺
高资料速率的严峻挑战

【作者: 王岫晨】2022年03月17日 星期四

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自从新冠疫情横扫全球以来,到如今这两年当中,对於每个人的生活和工作型态,都经历了一场重大的转折。而其中,最显着的变革便是快速走向「数位转型」,而这数位化的趋势,正加速影响全球经济的所有层面,而这也成为实现『万物相连,无远弗届』美好愿景的关键要素。


回顾这过去将近两年的时间当中,快速、可靠的网路连结,已经成为数位转型的重要命脉,加上5G的快速布建後所展现出的强大应用潜力,也加速推动各行各业的数位转型。其中,网路的现代化、全新使用案例,以及新兴的商业模式,加上6G的演进,正成为今天与未来的通讯产业三大发展主轴。以网路发展的现代化来看,为了满足消费者和企业对於网路连结、高速频宽和更低延迟的需求,新型态的网路将会以软体为核心,透过虚拟或和自主管理的方式,以更低的成本来提供更大规模与更多样化能力的网路连结。对於行动网路业者来说,消费性的无线通讯,仍将会占年营收的超过七成以上。然而,未来随着垂直市场和工业应用的新发展,以及新兴商业模式产生,预期将会带来全新的成长动能。


通讯关键转捩点


根据Ericsson的预估,到了2026年,5G用户数将增加到30亿人以上。同时许多市场专家也预测,届时有超过五成的行动数据会透过5G网路来传输,这也预计将会推动市场的快速成长。在行动云端游戏方面,将以41%的年复合成长率成长。


而在新的工业使用案例上,预期到了2028年,市场规模将达到1兆美元。其他应用包括了可促进自驾车市场的连网交通运输、低轨道(LEO)卫星,以及关键型IoT应用等,都将在5G的驱动下,持续大步迈进,进而创造出利润丰厚的全新市场。


到了2031年,6G网路将会透过应用、运算和通讯,将实体、数位和使用者进一步整合,形成万物连网(Internet of Everything)。也因此,6G必须具备更高的精密度,以便侦测并消除威胁,同时还必须增强威胁防御能力以及企业的复原力。


数位转型下的新常态

纵观形塑万物连网的各项技术,快速稳定的网路连结只是起步。根据彭博(Bloomberg)、麦肯锡(McKinsey)和其他市场调查机构的研究显示出一个事实,大多数企业都认为疫情将数位转型的速度加速了3到7年,而平均转型速度也大约加速了5.3年。为了克服转型加速的挑战,企业除了必须完善网路连结,还需要厘清业务策略,以方便更完整地满足客户需求。


是德科技认为,在推展客户导向式策略时,必须清楚定义客群、了解客户未被满足的需求,以及哪些产品,和可以为客户所提供的真正价值。接下来,就是选择最适合的数位平台、架构及技术,来发展新的使用案例及商业模式。这波数位转型的浪潮带动了万物连网、高效运算及传输等未来技术趋势的演进,对此,是德科技也将「启动万物连网大趋势」、「驾驭数位转型大浪潮」、「建构安全防护网」等科技趋势列为观察重点。


只不过,数位架构仍有些新挑战必须先行克服。例如,使用者对於频宽的需求有增无减,包括动态互动式体验、远距医疗等,越来越多的装置都开始传送并接收更丰富的数据,而物连网装置和机器对机器的通讯加速成长,也成为了重要的驱动主因。面对这些加速驱动未来发展的技术,市场也对於高速数据传输以及诸如量子运算等高效运算着手进行准备。


高速数位传输的挑战

现今的讯号完整性测试工程师,往往面临着实现高资料速率、成本最小化,以及如何跨越模拟和测量鸿沟间的严峻挑战。

随着5G的积极部署、以及AI的大量导入,从自驾车应用乃至於未来的元宇宙,这些应用都即将启动数据的高速传输,以及资讯共享之爆炸式成长。物联网设备和云端运算服务的普及,导致数位设备所需要处理的数据流量呈现爆炸式的成长,因而需要快速的串列设备介面。数位设备使用的PCIe和USB介面处理的数据量越来越大,因此产生的新一代PCI Express Rev 4.0标准,达到了16 GT/s的更高速度。而USB3.1 Gen 2也支援10 Gbit/s和USB3.1 Type-C,还相容了同样支援20 Gbit/s的Thunderbolt。


而从云端基础设施到终端接取装置,这些高速数位介面不论是在运算、传输、储存或显示等技术,都正加速进行世代交替,并快步迈向伺服端的400G与800G、Gen 5以及消费端的4.0世代。而同时,矽光子及量子科技也都取得了重要的进展。这些先进技术都将加速未来科技生活之便利,但同时也带来设计、验证及互通性的高度挑战。


事实上,高速数位介面是所有电子产品设计的核心。不断提高的数据速率,和不断增加的高整合密度,已经为IC、电路板和系统级的设计带来了新的挑战。信号完整性是一项关键要求,并且在邻近空间所存在的无线信号、其他高速介面和电源线路上的干扰源也必须同时被考量。为了有效地捕捉最坏情况下的讯号,就需要更高采集率和更强大的触发能力。


高速讯号完整性

现今的讯号完整性测试工程师,往往面临着实现高资料速率、成本最小化,以及如何跨越模拟和测量鸿沟间的严峻挑战。随着工程技术的演进,电子产品的开发,往往结合各种外在的变化,导致讯号完整度的测试难度,比起以往单纯的设备与环境更加大幅提升,特别是针对更为高速的讯号传输。讯号完整性主要目的是在检测连结的线路中,能够维持讯号的完整传递而不受其他讯号干扰。讯号完整性的检测结果,通常会因以下各种原因,导致影响了测试讯号的品质。


●测试点位。


●受测物焊接角度。


●讯号走线的长短。


●周遭元件的干扰。


●桥接的讯号板。


●测试方法。


结语

数位转型的加速,以及高速连结的趋势,已经不可转变。及早掌握产业脉动,对於满足客户需求、提高竞争优势,并成功实现业务目标,至关重要。展??未来,这个紧密相连的世界,需要以加崭新的思维去面对,并从现在就开始,就为这些未来技术趋势做好准备。


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