10G網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色奇跡

本文以中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體龍頭大廠為例，以「零排放」為目標(biāo)，2018年起逐廠使用以玻璃纖維為基材的沸石濃縮雙轉(zhuǎn)輪技術(shù)，與協(xié)作廠商啟用AI智能參數(shù)系統(tǒng)，將系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化，提升廢氣削減率至98%，大幅省下用電量及減碳。


科技發(fā)展推動(dòng)晶圓需求，2025年產(chǎn)值將達(dá)1500億美元。
人工智能（AI）、機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine learning）及影像識(shí)別（machine vision）技術(shù)，帶動(dòng)智能工廠、智能手機(jī)、智能機(jī)器人、自動(dòng)駕駛車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使得晶圓需求水漲船高。根據(jù)IC Insights「2021-2025 年全球晶圓產(chǎn)能報(bào)告」指出，2021年全球晶圓代工產(chǎn)值約1000億美元，2025年更可望突破1500億美元大關(guān)。臺(tái)灣晶圓產(chǎn)能占比21.4%獨(dú)步全球，未來(lái)五年內(nèi)可持續(xù)穩(wěn)坐龍頭地位。


制造業(yè)廢氣造成嚴(yán)重空氣污染，環(huán)境健康飽受威脅。
根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）調(diào)查顯示，空氣污染每年導(dǎo)致全球700萬(wàn)人死亡，99%的人口生活在空氣污染物超目標(biāo)環(huán)境下，而工業(yè)廢氣正是主要污染源之一。以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為例，晶圓制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生化學(xué)廢氣，廢氣若未經(jīng)處理便肆意排放，勢(shì)必對(duì)環(huán)境與生命造成巨大損害。


中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體大廠挺身示范綠色制造
多年來(lái)以「零排放」為目標(biāo)的中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體大廠，自2018年起逐廠使用以玻璃纖維為基材的沸石濃縮雙轉(zhuǎn)輪技術(shù)，攜手研華科技等供貨商，啟用AI智能參數(shù)系統(tǒng)，使系統(tǒng)參數(shù)得以優(yōu)化，讓廢氣削減率提升至98%。由此估計(jì)，每年每廠大約可以省下48萬(wàn)度電，減碳266公噸。


 
圖1 : 以玻璃纖維為基材的沸石濃縮雙轉(zhuǎn)輪技術(shù)流程，啟用AI智能參數(shù)系統(tǒng)，得以大幅提升廢氣削減率。（source：研華科技）

廠區(qū)地廣，設(shè)備繁多：系統(tǒng)協(xié)作效能難突破
為了提升廢氣削減率，須采用精準(zhǔn)有效的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定值。然而廠區(qū)幅員廣，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況多，協(xié)作設(shè)備數(shù)量龐大，而且來(lái)自多方供貨商。產(chǎn)品兼容性何解？怎么達(dá)成最佳協(xié)作效率？能否實(shí)時(shí)掌握廠區(qū)數(shù)據(jù)？如何減低不必要的人員調(diào)遣與反應(yīng)時(shí)間？


參數(shù)設(shè)定最佳解：端到云的采集、傳輸與監(jiān)控，三者缺一不可
在綠色制造目標(biāo)計(jì)劃當(dāng)中，研華扮演網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品供貨商，提供高效網(wǎng)絡(luò)傳輸方案，可針對(duì)廢氣削減系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)應(yīng)用，祭出相應(yīng)的以太網(wǎng)絡(luò)解決方案。

通訊系統(tǒng)架構(gòu)
常見(jiàn)的通訊系統(tǒng)架構(gòu)，可大致分為三層：

1.數(shù)據(jù)采集與中量網(wǎng)絡(luò)傳輸 （System Ring Network & System Edge Network）

分布在廠區(qū)各處的大量傳感器與量測(cè)儀，在采集入口濃度、溫度、風(fēng)量等數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)經(jīng)由I/O模塊與PLC，傳輸至鄰近的以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。由于廠區(qū)環(huán)境多變，占地又廣，交換機(jī)在取得腹地范圍內(nèi)的各式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)一步將零散的數(shù)據(jù)，集中向上傳輸。

采用以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，一方面可減少網(wǎng)絡(luò)布線成本，另一方面有利數(shù)據(jù)集中處理。例如選擇高port數(shù)的網(wǎng)管型交換機(jī)，可以連接更多的終端IP設(shè)備，完成數(shù)據(jù)集結(jié)。搭配完善的網(wǎng)絡(luò)備援機(jī)制及信息安全管理功能，還能確保場(chǎng)域24小時(shí)穩(wěn)定順暢、安全可靠地運(yùn)作。

2.大量網(wǎng)絡(luò)傳輸（FMCS backbone Ring Network）

由于廠區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)自四面八方，面對(duì)如此巨量的數(shù)據(jù)，傳輸帶寬要求相對(duì)也高。研華針對(duì)此特殊需求，于本案件中使用EKI-7400系列10G以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，利用其最高以每秒100億位的傳輸數(shù)據(jù)速率特性，有效處理大量涌進(jìn)的各式設(shè)備數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)往中央控制室中心傳送，以利進(jìn)一步運(yùn)算處理。強(qiáng)化的軟件監(jiān)控及數(shù)據(jù)備援功能架構(gòu)，確保所有數(shù)據(jù)傳輸皆使命必達(dá)，不受網(wǎng)絡(luò)異常事件影響，便不容易造成損失。

3.遠(yuǎn)程監(jiān)控中央管理（SI Backbone Network）

想要減少不必要的人員派工巡檢，同時(shí)又要能實(shí)時(shí)處理設(shè)備故障意外，遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控系統(tǒng)必不可少。選用L3網(wǎng)管型交換機(jī)，并安裝于中央控制中心，可將整個(gè)廠區(qū)的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)與服務(wù)器運(yùn)算處理，取得最佳實(shí)時(shí)參數(shù)解。

若再搭配WebAccess/NMS網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用戶可遠(yuǎn)程透過(guò)Web GUI實(shí)時(shí)取得所有IP設(shè)備聯(lián)機(jī)狀況，并在第一時(shí)間獲取異常警報(bào)，大幅提升IT人員的信息管理效率，有利于現(xiàn)場(chǎng)異常快速反應(yīng)處理。



 
圖2 : 工廠廢氣處理架構(gòu)圖（source：研華科技）

以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：工業(yè)規(guī)格，寬溫操作
工業(yè)應(yīng)用追求高效穩(wěn)定，在長(zhǎng)時(shí)間機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境之下，搭配的網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品也需時(shí)刻運(yùn)行，正因如此，工業(yè)等級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備成為必選。研華工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)產(chǎn)品本身，可支持-40~75℃寬溫運(yùn)作，即便長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生高溫，也不會(huì)影響到傳輸效能。

綠色制造、智能地球
除了培養(yǎng)正確的環(huán)保意識(shí)觀念，還需身體力行親身實(shí)踐。研華的ESG（Environmental、Social、Governance）使命為「永續(xù)地球的智能推手」，近年積極開(kāi)發(fā)如綠能儲(chǔ)能、風(fēng)能設(shè)備維運(yùn)等對(duì)環(huán)境有益的智能解決方案，并于企業(yè)內(nèi)部落實(shí)建筑能源管理和節(jié)能減碳，并于董事會(huì)通過(guò)，于2026年使用50%綠電、2032年100%使用綠電，以達(dá)成ESG之綠電承諾。

研華科技提供豐富的網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品資源，結(jié)合累積多年的工業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)，與各大廠商默契合作。以協(xié)作力挺半導(dǎo)體廠商完成綠色制造愿景，共同成為綠色制造、智能地球的推手。