10G网络通讯技术助力半导体产业实现绿色奇迹

本文以中国台湾半导体龙头大厂为例，以「零排放」为目标，2018年起逐厂使用以玻璃纤维为基材的沸石浓缩双转轮技术，与协作厂商启用AI智能参数系统，将系统参数优化，提升废气削减率至98%，大幅省下用电量及减碳。


科技发展推动晶圆需求，2025年产值将达1500亿美元。
人工智能（AI）、机器学习（Machine learning）及影像识别（machine vision）技术，带动智能工厂、智能手机、智能机器人、自动驾驶车等产业发展，使得晶圆需求水涨船高。根据IC Insights「2021-2025 年全球晶圆产能报告」指出，2021年全球晶圆代工产值约1000亿美元，2025年更可望突破1500亿美元大关。台湾晶圆产能占比21.4%独步全球，未来五年内可持续稳坐龙头地位。


制造业废气造成严重空气污染，环境健康饱受威胁。
根据世界卫生组织（WHO）调查显示，空气污染每年导致全球700万人死亡，99%的人口生活在空气污染物超目标环境下，而工业废气正是主要污染源之一。以半导体产业为例，晶圆制造过程会产生化学废气，废气若未经处理便肆意排放，势必对环境与生命造成巨大损害。


中国台湾半导体大厂挺身示范绿色制造
多年来以「零排放」为目标的中国台湾半导体大厂，自2018年起逐厂使用以玻璃纤维为基材的沸石浓缩双转轮技术，携手研华科技等供货商，启用AI智能参数系统，使系统参数得以优化，让废气削减率提升至98%。由此估计，每年每厂大约可以省下48万度电，减碳266公吨。


 
图1 : 以玻璃纤维为基材的沸石浓缩双转轮技术流程，启用AI智能参数系统，得以大幅提升废气削减率。（source：研华科技）

厂区地广，设备繁多：系统协作效能难突破
为了提升废气削减率，须采用精准有效的系统参数设定值。然而厂区幅员广，现场环境状况多，协作设备数量庞大，而且来自多方供货商。产品兼容性何解？怎么达成最佳协作效率？能否实时掌握厂区数据？如何减低不必要的人员调遣与反应时间？


参数设定最佳解：端到云的采集、传输与监控，三者缺一不可
在绿色制造目标计划当中，研华扮演网络通讯产品供货商，提供高效网络传输方案，可针对废气削减系统的不同环节应用，祭出相应的以太网络解决方案。

通讯系统架构
常见的通讯系统架构，可大致分为三层：

1.数据采集与中量网络传输 （System Ring Network & System Edge Network）

分布在厂区各处的大量传感器与量测仪，在采集入口浓度、温度、风量等数据后，将数据经由I/O模块与PLC，传输至邻近的以太网络交换机。由于厂区环境多变，占地又广，交换机在取得腹地范围内的各式数据数据时，需要进一步将零散的数据，集中向上传输。

采用以太网络交换机，一方面可减少网络布线成本，另一方面有利数据集中处理。例如选择高port数的网管型交换机，可以连接更多的终端IP设备，完成数据集结。搭配完善的网络备援机制及信息安全管理功能，还能确保场域24小时稳定顺畅、安全可靠地运作。

2.大量网络传输（FMCS backbone Ring Network）

由于厂区数据来自四面八方，面对如此巨量的数据，传输带宽要求相对也高。研华针对此特殊需求，于本案件中使用EKI-7400系列10G以太网络交换机，利用其最高以每秒100亿位的传输数据速率特性，有效处理大量涌进的各式设备数据，将数据往中央控制室中心传送，以利进一步运算处理。强化的软件监控及数据备援功能架构，确保所有数据传输皆使命必达，不受网络异常事件影响，便不容易造成损失。

3.远程监控中央管理（SI Backbone Network）

想要减少不必要的人员派工巡检，同时又要能实时处理设备故障意外，远程可视化监控系统必不可少。选用L3网管型交换机，并安装于中央控制中心，可将整个厂区的数据传给计算机与服务器运算处理，取得最佳实时参数解。

若再搭配WebAccess/NMS网络管理系统，用户可远程透过Web GUI实时取得所有IP设备联机状况，并在第一时间获取异常警报，大幅提升IT人员的信息管理效率，有利于现场异常快速反应处理。



 
图2 : 工厂废气处理架构图（source：研华科技）

以太网络交换机：工业规格，宽温操作
工业应用追求高效稳定，在长时间机台运转的环境之下，搭配的网络通讯产品也需时刻运行，正因如此，工业等级网络通讯设备成为必选。研华工业级以太网络交换机产品本身，可支持-40~75℃宽温运作，即便长时间运转下产生高温，也不会影响到传输效能。

绿色制造、智能地球
除了培养正确的环保意识观念，还需身体力行亲身实践。研华的ESG（Environmental、Social、Governance）使命为「永续地球的智能推手」，近年积极开发如绿能储能、风能设备维运等对环境有益的智能解决方案，并于企业内部落实建筑能源管理和节能减碳，并于董事会通过，于2026年使用50%绿电、2032年100%使用绿电，以达成ESG之绿电承诺。

研华科技提供丰富的网络通讯产品资源，结合累积多年的工业数字转型经验，与各大厂商默契合作。以协作力挺半导体厂商完成绿色制造愿景，共同成为绿色制造、智能地球的推手。