產業脈動

【趨勢專欄】5G開打產業價值鏈 重整之戰

 

訊息提供:PCB Shop 更新時間:2019/02/13

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標簽: 5G AR/VR 車聯網 智慧工廠 智慧製造

 

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「戰國時代」來臨,各國蓄勢待發

全球各國發展階段趨勢及目標

5G的推動共可分成三個主要階段,第一個階段是從2019年到2020年時推進商用的階段,其次是物聯網、智慧城市大規模發展的階段,而預估2020年後期則是無人駕駛等關鍵應用階段。隨著5G商用化的來臨,各國無不積極建構5G建設,如美國方面,電信運營商Verizon Communications計劃2018年初以自主標準實現5G實用化;韓國方面,韓國電信(KT)將於2018年試運行相當於5G的通訊模式,並集結Samsung、Ericsson、Nokia、ZTE、Intel等,規劃於2018平昌奧運展示的5G先期技術導入示範應用;中國大陸方面,5G發展共分為三個階段,2016-2018年將完成第一步的技術研發試驗,第二步將在2018-2020年進行產品研發試驗,第三步則規劃在2020年時推進商用的階段, 目前則已於北京、上海、廣州、蘇州、寧波等5個城市啟動5G試驗網;日本則預計至2023年將5G的商業利用範圍擴大到全國,並為配合2020年東京奧運會和殘障奧運會的舉辦,日本3大移動運營商NTT DoCoMo、KDDI和軟銀將於2020年先在一部分地區啟動5G服務,其中5G實驗網計畫地點位於神奈川縣橫須賀市的研發中心,透過各頻段的測試合作,掌握網路建置的發展要素。

台灣具備核心技術建構5G產業鏈與示範廠域

經濟部技術處許副主任表示台灣已具備手機、小基站、行動邊緣運算、輕核網、雲端伺服器等技術,因此台灣更有機會串起5G整體架構,2017年初台灣積極導入4.5G技術,領先全球率先推出LWA(LTE/Wi-Fi Link Aggregation)商用網路技術,並展示全球首套LTE結合Pre-5G小基地台雛型系統,具備解決高頻傳輸限制的39GHz毫米波高頻段接取技術,從晶片、手機終端業、小型基地
站、高端伺服器業者緊密合作,產業生態鏈已然成型,相關業者如:聯發科、中磊、智易、正文、合勤控、明泰、盟創、廣達、鴻海、啟碁、智邦、雲達、凌華、研華、建漢、全訊、昇達科等多
家網通台廠。
未來的5G行動寬頻技術對於全球行動通訊產業或者廣大的消費者都將產生巨大的影響,其各國皆希望能在2020年能建設一個無縫接軌的社會環境,達到萬物聯網的程度;根據愛立信(Ericsson)
最新的行動趨勢報告說明,預期至2022年底,全球長程演進計畫(LTE,LongTerm Evolution)用戶將達50億,5G用戶則可達5億,並覆蓋全球15%的人口,許副主任也提及3GPP所主導的LTE和5G仍會是未來發展的重要技術標準,其主要特性有:低網路延遲(相比原無線連線技術擁有較短的交接和建立連線準備時間)、增加頻寬靈活性、支援高容量且覆蓋數十米的5G小基站、網路系統虛擬化技術、射頻關鍵元件技術等,目前已有影音業者率先發聲,希望能盡早投入商轉應用示範,並積極產官合作,預計在2020年前實現演唱會現場5G影音互動;而國際標準組織3GPP積極制訂5G技術規格,國際電信聯盟ITU則將於2019年第四季會議新增5G頻譜,2020年公告5G標準,市場普遍預期2019年底到2020年會有5G商用網路面世。

5G策略布局與現有的技術轉變

提早布局5G材料與應用場域 搶佔未來商機

面對5G的發展,是德科技吳哲樂專案經理表示,Sub-6GHz及毫米波是兩個重要的頻段,而毫米波之技術挑戰尤其嚴峻,因為毫米波具有高頻寬及波束窄(分辨率高)的特性,除手機通訊外,毫米波頻段(30GHz∼300GHz)的主要應用還有:
1.航太國防: 因為毫米波在抗電子干擾、抗截聽,適用於軍事通訊用途。
2.車聯網: 在5G應用場景,其低延遲、高可靠性、勢將帶動車聯網的發展。
3.智慧家庭: 5G提供大量物聯網的場景所需的穩定傳輸、靈敏的通信網絡,使更多家用設備的聯網成為可能。
4.先進駕駛輔助系統(Advanced DriverAssistance Systems,ADAS):毫米波雷達相比舊式雷達具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點。
郭丁豪經理認為5G的Eco-system建構跟著國際規範走,雖然現在尚未有統一的標準,但廠商如何在Pre-5G階段快速的透過場域驗證,是搶佔未來商機的關鍵。

高速連網時代來臨,轉型升級並尋求5G利基產品

2020年將開啟5G新世代的無線寬頻通訊服務,由於5G應用將採用更高的頻率,從過去的3GHz以下逐漸上升為6GHz甚至2∼30GHz,這將給天線射頻材料帶來新的技術趨勢。廖志偉處長表
示,台燿科技看好載板材料應用機會,目前已與日立化成合作,可在台灣製造679FG載板相關技術,並可在兩岸銷售,產品的主應用在5G天線及基地台,而擴大應用面可遍及Server、Storage、
Switch、Telecom 和Data Center等,此舉讓台燿從製造銅箔基板技術跨入積體電路基板領域。
台燿科技目前對於最高速的2 5 G / 5 6 G 網路通訊運用的材料有ThunderClad 3(TU-933)與ThunderClad3+(TU-933+)。兩者是專為100G/400G的高速運算系統設計的高頻、低耗損材料,除了此優異的電氣特性外與傳統低 台燿科技股份有限公司訊耗損失量的四氟乙烯PTFE及烴類材料相比更維持FR-4材料容易加工的基本特質並能適用高層數電路板, HDI板,Hybrid混壓板等多樣性的設計彈性與需求。此外,台燿的擴廠規劃與設計,均以擴增高階產品ThunderClad 1/2/3 系列、射頻和High Dk 等高階應用材料的產能為主。同時在面對環保議題上,台燿早在幾年前就開始佈局環保無鹵素產品,專注於創新及研發各項因應全球電子產業所需且適用無鉛組裝製程要求、環保趨勢且符合RoHS規範的先進基礎材料,目前台燿無鹵素產品已達到>55%以上的比例。

PCB產業鏈的機會與挑戰

5G新浪潮下,台灣AR/VR、車聯網及智慧工廠發展契機

根據國際研究機構IHS分析指出台灣是資通訊產業零組件、半導體、代工服務重鎮,而5G發展更可讓台灣跳脫既有定位、聚焦位居價值鏈高端的服務產品,若台灣能掌握5G先期技術與商機,
台灣整體5G價值產業生態鏈可望在2035年創造1,340億元(逾新台幣4兆元),產值,並帶動51萬個相關就業機會,經濟部技術處許副主任亦表示,目前台灣5G發展較快的產業領域除了電信業者以
外,更有機會發展AR/VR(360)行動影音娛樂、車聯網以及智慧工廠等利基型產業。像是新一代連網車將改變交通資訊傳輸的方式,未來交通安全資訊可能直接顯示在駕駛儀表板,而非道路上方
傳統的交通資訊顯示板上。路況訊息將直接傳輸到每輛車,車內感測器也會即時掌握路況,跟周圍其他駕駛人分享資訊。AR技術方面,擴增實境的商用化已充分展現其可行性。建築工人、建築
師、以及工程師都運用AR頭盔觀察新建築的虛擬成像,並根據同一模型調派各方工作,若技術人員無法到場時仍能立即訓練在場工作人員。將AR應用於工作可結合各種專業人才與各地區的人員,以前所未有的方式與資料進行互動。亞太與日本地區將成為這些應用的測試場域,展開AR創新與應用的旅程。PCB產業鏈設計上的挑戰不過5G的頻譜屬極高頻, 因此傳輸距離相對較短, 目前台灣4G是用700MHz、900MHz、1800Mhz、2600Mhz等低頻段,距離約可用基地台解決,但5G傳輸距離大約僅50平方公尺,幾乎是路燈間的距離,因此也需要大量企業的結盟去做基地台鋪設。那麼如何達到5G萬物聯網的願景?首先得克服室內收訊不良的問題,預計未來SmallCell將以縮小型基地台型式存在於室內,100 特別企劃 企業專訪主題系列(21)─5G開打產業價值鏈重整之戰 4-1以彌補大型基地台網路覆蓋性不足的問題,此外5G採用較高頻段的頻譜,而訊號在空氣中運行,愈往高頻走,衰減愈快,相同傳輸功率下其支援的覆蓋範圍將會變小,因此5G小型基地台的布建密度將大幅提高,是德科技郭丁豪經理表示,台灣廠商原本就擅長小型基地台和路由器的生產,正好符合5G時代的需求,而這正是台灣的機會點所在。
至於5G技術對於PCB產業鏈的影響,是德科技吳哲樂專案經理認為有幾大挑戰需要留意,隨著晶片工作電壓越來越低,傳輸速度越來越快,對於PCB的密度也越變越高,因而終端客戶對訊
號完整性(SI)和電源完整性(PI)也提出更高的要求,因此一開始設計時就得考慮到Via effect,以及其他的影響,對於新的CCL材料的開發也朝向更低損耗發展,而高速及高頻量測時的Probing技術為其重點,不同層間的測量也是需面對的難題,毫米波的OTA測試亦日趨重要,但其建構成本對於廠商來說是不小的負擔。

總結

攜手產學研,促成整體技術提升

對於5G的準備,台灣產業鏈積極攜手產學研等單位,如是德科技強化毫米波技術與下世代通訊系統發展, 與Qualcomm(高通)、華為、Verizon等指標大廠積極合作5G測試平台的開發,2016年時與國研院晶片中心共同簽署《5G通訊技術合作備忘錄》,2017年與交大共同成立「5G 毫米波通訊研發中心」。是德科技羅副總表示唯有多方的共同合作,才能促進產業升級的全面提升。

全球引頸期盼下,3GPP於2017年12月21日公布第一版5G NR標準規範,屬於低頻的600MHz、700MHz頻段,以及屬於中頻的3.5GHz頻段,加上屬於高頻的50GHz頻段,訂為提昇現有4G LTE
連網頻寬為主的過渡時期方案,藉此讓投入5G連網技術發展的廠商能有初步設計參考規範,進而讓對應5G連網技術的通訊晶片,乃至於連接設備與終端裝置能有具體開發方向。換句話說,主要是建立在既有4G LTE連網基礎,但會更加著重高頻段及毫米波等全新頻段資源推進,同時也將使連網技術可藉由軟體客製化調整,藉此對應各類連接需求,而非一昧追求高頻段連接使用模式,而是能以更具彈性方式對應不同連網需求。

若在產、官、學、研皆有合作共識基礎下,積極鼓勵產業先期投入試驗場域,自主終端、小型基站、行動邊緣運算、網路虛擬化等,進而建立起產業串連的垂直整合系統,建構5G產業鏈生態環境,並密切關注國際技術標準的發展,發揮製造業硬體製造優勢,PCB產業如能積極參與聯盟先期計畫,接軌國際通訊設備大廠,5G標準技術產業應用化,搶得市場先期商機。

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