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汇聚云端、5G、AIoT 战力,大幅加速智能制造进程

利用高带宽、低延迟、可靠的5G,可取代传统有线网络布建、简化工业机器人与工厂自动化系统的联机。来源:ACTS

起因于COVID-19防疫需求,让「超前部署」成为2020年热门辞汇,不仅政府力拚超前部署,事实上产业界也在力拚超前部署。

过去不少制造业者面对工业4.0、智能制造、数码转型等浪潮,虽未抗拒,但总是看得多、做得少;然而因为疫情冲击,使得全球的供应链、需求端形势大乱,连带改变许多企业主的观念,「不趁此时调理体质、蓄积中长期竞争力,更待何时」,于是企业投入数码化、智能化布局的比例,较以往呈现显著增长。

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有监于地端部署电子设计自动化(EDA)的成本过高,愈来愈多IC设计公司将EDA搬上云端执行,藉此降低成本、加速创新。来源:Horizon EDA

另一方面,根据Gartner报告显示,全球制造供应链受到疫情冲击,工厂劳动力短缺使产量与产能下滑至少20%,这一点,也对智能制造需求产生助长的效应。所谓智能制造,是一种技术驱动的方法,利用云端、物联网(IoT)、大数据、人工智能(AI)等新一代的信息科技,把生产过程中每一个环节都高度客制化、智能化,协助制造业者更敏捷因应快速变迁的市场需求。

回顾从前,制造业追求的重点目标是自动化,意在建构大批量生产的能力,如今的智能制造,则必须根据客户需求、进行快速客制化生产。

众所皆知,台湾制造业曾经展现傲视群伦的荣光,当时赖以驱动代工制造的能量,便是大批量生产;近年随著工业4.0掀起滔天巨浪,导致物换星移,台湾业者原本擅长的生产模式不再吃香,迫使业者投入发展智能制造,期望藉由4.0浪潮乘势而上、重登荣耀。

制造业转型旅程  始于IT基础架构优化升级

只不过要做数码转型,并不是导入自动化、购置机械手臂就能了事,如果只是这样,恐让企业的智能制造旅程愈走愈偏。

如何走对的路?首要之务,先让工厂资料中心的基础架构转型升级,将服务器做重新配置,以便能处理多元化资料串流。接著建立集中储存库,把收集到的异质资料、不管是结构化或非结构化,通通存放于此。

而这个储存库,也是近年来不时有人提到的「资料湖泊」(Data Lake),本意是超大规模且成本相对低廉的储存空间。例如在大数据场景中经常用到的Hadoop,即是实现资料湖泊的主要技术,只因Hadoop能储存任何型态的原始资料,当企业要进行资料分析时,再从这里取出资料、导入到资料仓储进行处理。

与此同时,企业必须备有大量且足够的运算资源,能充分因应任何专案的实验、测试与开发之需求,满足必要的资源容量,借以提升组织敏捷性,加快智能创新步伐。

此外企业不管想改善生产流程、提升生产效率、优化生产良率,或达到预防性维护保养,势必得建立超乎人类的识别、分类与处理能力,所以需要拥抱AI,部署机器学习(ML)和深度学习(DL)等技术。而当模型开发完成后,还需要将模型部署到边缘端,以便于针对现场不断生成的讯息做出汇总与分类,也就是所谓的AI推论,一旦证实为异常状态,就可立即采取行动,因此企业也必须建立边缘运算架构。

看到这里,企业主可能倒抽一口凉气,直呼要推动数码转型,光是为了改善基础架构,似乎就得付出高昂代价;况且就算不计成本,也未必能随时应付突发性需求、及时达到资源扩展。所以基于投资效益的最佳化考量,愈来愈多制造业者选择将云端纳为数码转型旅程的重要一环,且不只是中小型企业这么做,就连处于金字塔顶端的大型企业,都向云端靠拢。

半导体业向云端靠拢  加速芯片设计、测试及验证

论及智能制造的超前部署,台湾某大型IC设计公司抢先产出全世界首颗5G SoC芯片(为7纳米制程)之例,肯定名符其实。综观这颗SoC芯片的内容,包含处理器、GPU、APU(AI处理单元)及5G高速调制解调器。

此开发案不论在设计、模拟和验证等各方面的复杂度,都超乎以往甚多,因而需要动用巨大运算规模,以服务器的布建台数来说,时不时扩展需求都是千台起跳、而且必须在短短几天内到位。可以想见,该公司的IT部门当时必定承受极沈重压力。

于是该公司决定建立混合云环境,除自建云外再加上公有云,之后便将电子设计自动化开发工具(EDA)搬上公有云运行,只因IT部门能在极短时间内部署大规模高阶机器、借以执行EDA软件,让研发团队没有后顾之忧推进电路设计、效能分析等繁重工作,加速产出芯片电路图、交由晶圆代工厂生产,如期实现Tape-out目标。

不仅如此,该公司甚至还把IC设计后段最消耗资源、但也至关重要的静态时序分析(STA)的计算工作,同样搬到公有云平台来执行,确保5G芯片如期交付生产。

5G 临门一脚  智能制造大步超前

现在谈到智能制造议题,似乎不能只看AI、IoT,还得关注另外一个重要元素、即是5G。专家指出,企业无论进行人机协作、AI/ML演算、在线量测、运动控制或制定商业决策,都需要仰赖大量数据,假使这些数据移动到计算节点的延迟时间愈长,必定拖慢处理程序,让许多时间敏感型的创新应用难以为继。

有了5G通讯,挟著超宽频、低延迟、高可靠性等诸多优势,使得过去所有受制于资料延迟、处理速度慢的应用开发计画,通通能破茧而出,瞬间将智能制造提升好几个档次。

更重要的,经由5G串联,意谓许多控制器或驱动器的布线设计,不需再像从前如此复杂,势将使得运动控制架构、乃至其它更多自动化架构因而出现重大转变,值得密切关注。

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