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【趋势专栏】5G开打产业价值链 重整之战
讯息提供:PCB Shop 更新时间:2019/02/13
根據全球市場研究機構TrendForce在2018年科技產業發展調查中指出,相較於4G行動通訊技術,5G提供更快速資料傳輸速率,擴大無線通訊覆蓋面積和降低網路延遲性,5G傳輸速度比4G提升了10~1000倍;在應用層面,除了消費類產業外,也在工業、交通、醫療等垂直行業擴展。
5G行動通訊技術在物聯網時代更扮演著關鍵角色,第三代合作夥伴計劃( The 3rd Generation Partnership Project, 3GPP )及國際電信聯盟(International Telecommunication Union, ITU)準備時程,預告了5G的技術規範包含了:加強行動寬頻、大規模機器通訊、以及高可靠低延遲通訊,未來5G的技術更將應用在自駕車、物聯網、AR/VR、智慧城市、智慧醫療等創新領域。目前歐洲、美國、韓國、日本及中國大陸等國皆積極提早佈局5G技術研發及未來應用趨勢。南韓計畫透過2018年2月的平昌冬季奧運展示5G技術、而日本更將在2020年的東京奧運提供部分區域的5G服務,之後逐步擴展到日本全國。愛立信預估2026年時,5G相關應用將在全球創造5,820億美元(約新台幣17.4兆元)的收益。
而全球關注的不僅是5G未來商轉後帶來的龐大效益,更重要的是在5G未來新浪潮中,如何保有競爭力及主導優勢,使各國國內產業與技術上能夠在國際上占有利基。因此,面對這波新的典範轉移,電路板及電子業界將如何因應及準備是產業所關注的焦點, 本期TPCA專訪電子量測設備廠-是德科技(Keysight)的羅行銷處副總經理大鈞,郭資深專案經理丁豪,吳資深專案經理哲樂;材料廠-台燿科技廖處長志偉;經濟部技術處:新世代通訊技術推進辦公室-許副主任冬陽,一同探討最新的5G發展趨勢。2020年5G「战国时代」来临,各国蓄势待发
全球各国发展阶段趋势及目标
5G的推动共可分成三个主要阶段,第一个阶段是从2019年到2020年时推进商用的阶段,其次是物联网、智慧城市大规模发展的阶段,而预估2020年后期则是无人驾驶等关键应用阶段。随着5G
商用化的来临,各国无不积极建构5G建设,如美国方面,电信运营商Verizon Communications计划2018年初以自主标准实现5G实用化;韩国方面,韩国电信(KT)将于2018年试运行相当于5G的通讯模式,并集结Samsung、Ericsson、Nokia、ZTE、Intel等,规划于2018平昌奥运展示的5G先期技术导入示范应用;中国大陆方面,5G发展共分为三个阶段,2016-2018年将完成第一步的技术研发试验,第二步将在2018-2020年进行产品研发试验,第三步则规划在2020年时推进商用的阶段, 目前则已于北京、上海、广州、苏州、宁波等5个城市启动5G试验网;日本则预计至2023年将5G的商业利用范围扩大到全国,并为配合2020年东京奥运会和残障奥运会的举办,日本3大移动运营商NTT DoCoMo、KDDI和软银将于2020年先在一部分地区启动5G服务,其中5G实验网计画地点位于神奈川县横须贺市的研发中心,透过各频的测试合作,掌握网路建置的发展要素。台湾具备核心技术建构5G产业链与示范厂域
经济部技术处许副主任表示台湾已具备手机、小基站、行动边缘运算、轻核网、云端伺服器等技术,因此台湾更有机会串起5G整体架构,2017年初台湾积极导入4.5G技术,领先全球率先推出LWA(LTE/Wi-Fi Link Aggregation)商用网路技术,并展示全球首套LTE结合Pre-5G小基地台雏型系统,具备解决高频传输限制的39GHz毫米波高频段接取技术,从晶片、手机终端业、小型基地
站、高端伺服器业者紧密合作,产业生态链已然成型,相关业者如:联发科、中磊、智易、正文、合勤控、明泰、盟创、广达、鸿海、启碁、智邦、云达、凌华、研华、建汉、全讯、升达科等多
家网通台厂。
未来的5G行动宽频技术对于全球行动通讯产业或者广大的消费者都将产生巨大的影响,其各国皆希望能在2020年能建设一个无缝接轨的社会环境,达到万物联网的程度;根据爱立信( Ericsson)
最新的行动趋势报告说明,预期至2022年底,全球长程演进计画(LTE,LongTerm Evolution)用户将达50亿,5G用户则可达5亿,并覆盖全球15%的人口,许副主任也提及3GPP所主导的LTE和5G仍会是未来发展的重要技术标准,其主要特性有:低网路延迟(相比原无线连线技术拥有较短的交接和建立连线准备时间)、增加频宽灵活性、支援高容量且覆盖数十米的5G小基站、网路系统虚拟化技术、射频关键元件技术等,目前已有影音业者率先发声,希望能尽早投入商转应用示范,并积极产官合作,预计在2020年前实现演唱会现场5G影音互动;而国际标准组织3GPP积极制订5G技术规格,国际电信联盟ITU则将于2019年第四季会议新增5G频谱,2020年公告5G标准,市场普遍预期2019年底到2020年会有5G商用网路面世。5G策略布局与现有的技术转变
提早布局5G材料与应用场域 抢占未来商机
面对5G的发展,是德科技吴哲乐专案经理表示,Sub-6GHz及毫米波是两个重要的频段,而毫米波之技术挑战尤其严峻,因为毫米波具有高频宽及波束窄(分辨率高)的特性,除手机通讯外,毫米波频段(30GHz∼300GHz)的主要应用还有:
1.航太国防: 因为毫米波在抗电子干扰、抗截听,适用于军事通讯用途。
2.车联网: 在5G应用场景,其低延迟、高可靠性、势将带动车联网的发展。
3.智慧家庭: 5G提供大量物联网的场景所需的稳定传输、灵敏的通信网络,使更多家用设备的联网成为可能。
4.先进驾驶辅助系统(Advanced DriverAssistance Systems,ADAS):毫米波雷达相比旧式雷达具有体积小、易集成和空间分辨率高的特点。
郭丁豪经理认为5G的Eco-system建构跟着国际规范走,虽然现在尚未有统一的标准,但厂商如何在Pre-5G阶段快速的透过场域验证,是抢占未来商机的关键。高速连网时代来临,转型升级并寻求5G利基产品
2020年将开启5G新世代的无线宽频通讯服务,由于5G应用将采用更高的频率,从过去的3GHz以下逐渐上升为6GHz甚至2∼30GHz,这将给天线射频材料带来新的技术趋势。廖志伟处长表
示,台耀科技看好载板材料应用机会,目前已与日立化成合作,可在台湾制造679FG载板相关技术,并可在两岸销售,产品的主应用在5G天线及基地台,而扩大应用面可遍及Server、Storage、
Switch、Telecom 和Data Center等,此举让台耀从制造铜箔基板技术跨入积体电路基板领域。
台耀科技目前对于最高速的2 5 G / 5 6 G 网路通讯运用的材料有ThunderClad 3(TU-933)与ThunderClad3+(TU-933+)。两者是专为100G/400G的高速运算系统设计的高频、低耗损材料,除了此优异的电气特性外与传统低台耀科技股份有限公司讯耗损失量的四氟乙烯PTFE及烃类材料相比更维持FR-4材料容易加工的基本特质并能适用高层数电路板, HDI板,Hybrid混压板等多样性的设计弹性与需求。此外,台耀的扩厂规划与设计,均以扩增高阶产品ThunderClad 1/2/3 系列、射频和High Dk 等高阶应用材料的产能为主。同时在面对环保议题上,台耀早在几年前就开始布局环保无卤素产品,专注于创新及研发各项因应全球电子产业所需且适用无铅组装制程要求、环保趋势且符合RoHS规范的先进基础材料,目前台耀无卤素产品已达到>55%以上的比例。PCB产业链的机会与挑战
5G新浪潮下,台湾AR/VR、车联网及智慧工厂发展契机
根据国际研究机构IHS分析指出台湾是资通讯产业零组件、半导体、代工服务重镇,而5G发展更可让台湾跳脱既有定位、聚焦位居价值链高端的服务产品,若台湾能掌握5G先期技术与商机,
台湾整体5G价值产业生态链可望在2035年创造1,340亿元(逾新台币4兆元),产值,并带动51万个相关就业机会,经济部技术处许副主任亦表示,目前台湾5G发展较快的产业领域除了电信业者以
外,更有机会发展AR/VR(360)行动影音娱乐、车联网以及智慧工厂等利基型产业。像是新一代连网车将改变交通资讯传输的方式,未来交通安全资讯可能直接显示在驾驶仪表板,而非道路上方传统的交通资讯显示板上。路况讯息将直接传输到每辆车,车内感测器也会即时掌握路况,跟周围其他驾驶人分享资讯。 AR技术方面,扩增实境的商用化已充分展现其可行性。建筑工人、建筑师、以及工程师都运用AR头盔观察新建筑的虚拟成像,并根据同一模型调派各方工作,若技术人员无法到场时仍能立即训练在场工作人员。将AR应用于工作可结合各种专业人才与各地区的人員,以前所未有的方式与资料进行互动。亚太与日本地区将成为这些应用的测试场域,展开AR创新与应用的旅程。 PCB产业链设计上的挑战不过5G的频谱属极高频, 因此传输距离相对较短, 目前台湾4G是用700MHz、900MHz、1800Mhz、2600Mhz等低频段,距离约可用基地台解决,但5G传输距离大约仅50平方公尺,几乎是路灯间的距离,因此也需要大量企业的结盟去做基地台铺设。那么如何达到5G万物联网的愿景?首先得克服室内收讯不良的问题,预计未来SmallCell将以缩小型基地台型式存在于室内,100 特别企划企业专访主题系列(21)─5G开打产业价值链重整之战4-1以弥补大型基地台网路覆盖性不足的问题,此外5G采用较高频段的频谱,而讯号在空气中运行,愈往高频走,衰减愈快,相同传输功率下其支援的覆盖范围将会变小,因此5G小型基地台的布建密度将大幅提高,是德科技郭丁豪经理表示,台湾厂商原本就擅长小型基地台和路由器的生产,正好符合5G时代的需求,而这正是台湾的机会点所在。
至于5G技术对于PCB产业链的影响,是德科技吴哲乐专案经理认为有几大挑战需要留意,随着晶片工作电压越来越低,传输速度越来越快,对于PCB的密度也越变越高,因而终端客户对讯号完整性(SI)和电源完整性(PI)也提出更高的要求,因此一开始设计时就得考虑到Via effect,以及其他的影响,对于新的CCL材料的开发也朝向更低损耗发展,而高速及高频量测时的Probing技术为其重点,不同层间的测量也是需面对的难题,毫米波的OTA测试亦日趋重要,但其建构成本对于厂商来说是不小的负担。总结
携手产学研,促成整体技术提升
对于5G的准备,台湾产业链积极携手产学研等单位,如是德科技强化毫米波技术与下世代通讯系统发展, 与Qualcomm(高通)、华为、Verizon等指标大厂积极合作5G测试平台的开发,2016年时与国研院晶片中心共同签署《5G通讯技术合作备忘录》,2017年与交大共同成立「5G 毫米波通讯研发中心」。是德科技罗副总表示唯有多方的共同合作,才能促进产业升级的全面提升。
全球引颈期盼下,3GPP于2017年12月21日公布第一版5G NR标准规范,属于低频的600MHz、700MHz频段,以及属于中频的3.5GHz频段,加上属于高频的50GHz频段,订为提升现有4G LTE
连网频宽为主的过渡时期方案,借此让投入5G连网技术发展的厂商能有初步设计参考规范,进而让对应5G连网技术的通讯晶片,乃至于连接设备与终端装置能有具体开发方向。换句话说,主要是建立在既有4G LTE连网基础,但会更加着重高频段及毫米波等全新频段资源推进,同时也将使连网技术可藉由软体客制化调整,借此对应各类连接需求,而非一昧追求高频段连接使用模式,而是能以更具弹性方式对应不同连网需求。若在产、官、学、研皆有合作共识基础下,积极鼓励产业先期投入试验场域,自主终端、小型基站、行动边缘运算、网路虚拟化等,进而建立起产业串连的垂直整合系统,建构5G产业链生态环境,并密切关注国际技术标准的发展,发挥制造业硬体制造优势,PCB产业如能积极参与联盟先期计画,接轨国际通讯设备大厂,5G标准技术产业应用化,抢得市场先期商机。
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