No 1 2020
5G 时代已经来临
– 这将对社会、企业和PCB行业产生什么影响?
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亚洲和美国已经开始向新一代5G移动通讯时代转型。三星集团的专家束灿建议所有企业密切关注这项通信技术革命可能带来的新机遇,拓展新思维。
世纪交替之际,束灿在移动通讯行业从事业务和产品开发工作。他曾以顾问的身份帮助企业制定在欧洲推广移动3G服务的战略。这项经历让他最终获得索尼爱立信公司中国区的研发职位。随后他又投身于更多的顾问工作。2010年,束灿就职于三星集团,现任产品战略副总裁,负责公司在全球的中低端手机及大中华区的所有手机产品战略。第五代移动通讯(5G)目前正在全球推广,而这次欧洲以外的其他国家走在了发展的前沿。
“根据中国政府的官方估测,到2035年,5G每年将为全球经济增长作出相当于2万亿美元的贡献。”
Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung
“3G乃至4G推广前,欧洲都洋溢着兴奋情绪。然而今非昔比,目前为止,许多欧洲人更关注 5G的科技术语,而非这项科技在实践中带来的更多可能性”, 束灿说道。
真正在5G技术上付诸行动的是一些亚洲国家和美国。2019年,韩国、中国和美国已经开始实施商用 5G 服务,而日本计划在2020年推出5G服务。在这些前沿国家,我们看到各国政府已经将转型5G视为优先事项。而欧洲多国却不断向某些供应商提出关于国家安全方面的疑问,同时运营商也因高成本而徘徊不前。最后欧洲的众多终端用户只能满足于现有的产品。
他继续说:“但无论是公司,还是希望参与推动发展的个人,都必须正视该项科技可能带来的新机会,以及5G可能产生的新业务潜力。根据中国政府的官方预测,到2035年,5G每年将为全球经济增长作出相当于2万亿美元的贡献。针对现有业务及技术变革催生的全新业务,我们都应即刻着手积极开发多种创意方案。”
到2025年,仅中国的 5G 手机用户基数预计将达到5亿人次,相当于全球5G用户数量的三分之一。同年欧洲的相应数字为2亿,美国为1.89亿。当然,新冠病毒危机起初可能会减缓这个发展速度,但 5G 无疑将在未来4年变得日益普及。网络设备供应商和参与网络建设的公司将受益于所有新技术的推出。5G 基站的需求量将超过4G,综合商场和火车站等许多公共场所将拥有自己的内部网络。
5G 将包含范式转移
更重要的是,向 5G转型将比我们先前经历的代际转变更加明显。我们将从一开始便看到范式转移。移动通讯技术有史以来第一次不再主要用于人际通讯,而是同样甚至更多用于人与物之间的通讯,以及互联事物之间的通讯。这种转型仍处在起步阶段,因此仍有大量新的商机有待发掘。
“如果说4G改变了你的生活,那么 5G 可能改变整个社会。现在,公司必须突破旧有思维,不要将自己局限于目前的业务领域、业务模式或工作方法。”
Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung
“如果说4G改变了你的生活,那么 5G 可能改变整个社会。现在,公司必须突破旧有思维,不要将自己局限于目前的业务领域、业务模式或工作方法”,束灿说道。
简单来讲,5G 科技的三个特点将促成这项变革:传输速度大幅提高;新的实时控制可能性;一定程度上实现万物接入互联网。
“5G 无需借助光纤,便可实现每秒数千兆比特的传输速度。它将彻底改变我们对快速移动互联网的认知,并具备创造新应用的所有先决条件,例如在娱乐、AR(增强现实)、VR(虚拟现实)、远程学习以及医疗领域”,束灿解释道。
视觉体验革命化的一个例子来自韩国。例如,韩国运营商SK Telecom 推出了一项服务,观看由体育场内安装的大量5G摄像机拍摄的棒球赛时,观众可以自己控制摄像机的角度。未来可实现的其他用途包括使用AR参加虚拟会议,以及利用VR虚拟参观博物馆等场所。
“在医疗行业,人们也可以想到许多可能的应用。例如,我本人正参与一个项目,开发一款联网手持式超声波扫描仪,用于开展远程诊断,甚至远程医疗手术也可能成为现实。”
实时控制技术进而促使制造业更加高度自动化,实现智能工厂。该技术可以应用在公共交通领域,为重大的驾驶方式变革奠定基础,比如自动驾驶巴士,又比如通过交通网络管控,实时掌握实际需求,相应调整交通流量。另一个应用领域是农业,借助数据收集及实时管理(例如灌溉)的能力,实现更优的农作物生长管控,使其能够达成更好的收成。
“万物互联甚至会带来社会层面的变化,但“硬币都有两面”,这也可能是一把双刃剑。一方面,它有助于建设更安全的社会,例如在应对紧急状况时更高效地调用资源。例如当发生交通事故时,一切必要资源均可自动调配到事故地点。另一方面,在公共场所安装大量摄像头和传感器可能影响个人隐私”,束灿说道。
在所需资源短缺的情况下,向 5G转型也可能带来各种新机会。正如 SK Telecom提供棒球赛转播服务的例子所示,电信运营商可以成为媒体服务商,或者可以创建社交网络。有机会创造新的收入源流使运营商有理由投入大量资金。
“万物互联甚至会带来社会层面的变化,但“硬币都有两面”,这也可能是一把双刃剑。它有助于建设更安全的社会,例如在应对紧急状况时更高效地调用资源。与此同时,在公共场所安装大量摄像头和传感器可能影响个人隐私。”
Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung
“当然,终端设备供应商,比如三星和一些中国企业,将从转型中获益良多。旗舰5G 手机已经在出货,等到因新冠病毒危机推迟上市的中端手机亮相后,人们将会感受到巨大的差异。适配器、网关等许多外围设备也需要更换。另外,家庭将不再需要wifi。
5G转型的更多相关方向仍然在摸索中。涉及支付方式或不同应用的设计思路,转型过程的参与者仍有很多空间来展示和运用自身创造力。新的解决方案可支撑创业者建立起完整的公司。
束灿认为:“就基础层面来讲,5G包含许多联网传感器,它们以极高速度传输大量数据,还包含可以处理上述过程的平台,平台上的各项应用可以对上述数据作出响应。在娱乐、智能家居、云方案和游戏领域,我们将看到平台的变化和对平台的大力投资,以争取未来的主导地位。”
许多领域将会出现新的解决方案和应用。无论从事哪个行业,企业适时接纳5G转型将获益非浅。
“罗马不是一天建成的。有些设想相对比较容易实现。我们将看到娱乐业发生迅速变化,或许在农业领域也是如此,而向智能工厂的转型早已开始。其他变化需要更多时间。例如,许多社会基础设施需要更新和更换。举例来说,如果我们要真正投入使用自动驾驶车辆,人们的思维方式先得发生转变。倘若非要我来猜测未来的形势发展,我认为社会完全实现这些变革或许需要十年时间”,他总结道。
5G网络中的关键功能
EMBB – 增强移动宽带
实现最多可比4G快20倍的传输速度。这将是完全不同的体验,例如能够在几秒钟内下载一部电影。
EMTC – 增强机器类通讯
在特定区域支持10倍于4G数量的连接,实现巨大的物联网容量及许多新应用。
URLLC – 超可靠的低时延通讯
确保1毫秒左右的返回响应时间,是4G延迟时间的1/10。为远程手术、自动驾驶车辆及其他高级应用领域创造前提条件。
毫米波
与上一代移动通讯不同,5G 在容量充足的地方使用更高频段。这使得用户即便在高速行进时也能保持较高的传输速度。
网络切片
使得同一个物理网络能够被划分成多个单独的逻辑网络。例如,警方网络可以做到完全分离和安全,同时仍使用与开放式5G网络相同的资源,具有相同的速度、容量和低延迟。
边缘计算
云端并非集中在某个位置,而是分布在尽量接近联网设备的不同位置,从而加快不同应用程序的处理速度。
人工智能
人工智能是另一场方兴未艾的重大革命,将在许多层面上与 5G融合。举个简单的例子,语音助手可在不同的家庭联网设备之间切换时提供无缝的用户体验。
板材需满足高频高速要求,交货周期更长
向5G转型会对PCB制造产生什么影响?我们请NCAB 亚洲区总经理Andy Liu分享他的看法。
Andy Liu表示,PCB中使用的材料首先必须满足更高的高频、高速要求。5G 应用所需的频段比以前高得多,信号在不同器件间的传输需要PCB承载,所以PCB的基材必须能够处理这些高频信号。
“由于元器件始终处于联网状态,这就要求PCB必须能够处理导热问题。进入5G时代后,我们将越来越多地使用埋铜、混压等散热技术。”
Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia
他解释道:“普通PCB中使用的材料能够处理 3至 5GHz的信号,但5G要求处理约25GHz甚至更高频率的信号。制造这种高频材料有难度,有能力制造这种材料的厂商也有限,因此会造成材料交货期延长。”
5G 需要在同一块PCB上布置大量的天线和信号传输模块。这对信号完整性和连接器的插入精准性提出了很高的要求。不同的信号之间可能相互干扰,在PCB设计中会使用“背钻工艺”来改善这个问题。
“背钻工艺要求极高精度,将stub长度尽可能控制到最短。由于孔到走线的距离很短,所以这项工艺需要更严格的规范。”
Andy Liu认为,线路板尺寸上不会变得更大,反而会更密集地分布微小的器件。 5G传输大量数据也需要更强大的处理器,这意味着10至20L的高密度线路板将更加常见,进而对压合对位工艺提出更高要求。许多图形将使用激光直接成像(LDI)技术和自动光学检测(AOI)来处理,因为它们变得非常微小,人们无法用肉眼看到。
“0.1 毫米孔径无法以机械方式钻取。因此,激光钻孔技术也会得到更多应用,这意味着PCB 制造将提高自动化。
由于元器件始终处于联网状态,这就要求PCB必须能够处理导热问题。进入5G时代后,PCB设计中会越来越多地使用埋铜、混压等散热技术。”
就PCB的设计而言,5G 技术也会带来新的挑战。设计者必须能够熟练地优化PCB的叠层结构,并能够选择正确的材料和布局,防止信号干扰。
他解释道:“PCB要求其设计能够匹配不同类型和厚度的材料,并适合进行高效的量产。同样重要的是需要选择熟悉和善于处理相关材料的工厂,且这些评估动作都需要较多的流程方案设计和全面的测试,目的是为了缩短上市时间的同时确保质量。”
“行业也处在整合过程中,大企业将小厂商排挤出市场。新冠病毒造成的生产中断更加速了这个过程。”
Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia
中国大规模持续投资5G引起的挑战之一是高端PCB的供应链产能短缺,这会造成交货周期变长。
5G技术对PCB制造的影响
- 需要能处理高频信号的低损耗材料
- PCB上布置大量天线,信号完整性变得更加重要
- 为满足更高精度要求,制造的自动化程度将提高
- 高密多层PCB需求大增
- 激光直接成像(LDI) 和自动光学检测(AOI) 技术将被更广泛应用
- 埋铜、混压等技术会更广泛应用于处理5G散热问题
- 优化设计叠层,以更好地匹配制造工艺
- 更注重面向制造的产品和工艺设计,以及可靠性测试
- 高端PCB产能短缺,交货周期延长
“中国政府在新冠病毒危机之后努力刺激经济,比如加快向5G转型,这将使高端PCB产能短缺形势更加严峻。与上述进程相关的少数大公司倾斜很大部分产能到5G相关的PCB订单生产上,使得已延长的交货周期变得更长。
行业也处在整合过程中,大企业将小厂商排挤出市场。新冠病毒造成的生产中断更加速了这个过程。”
NCAB 集团拥有强大的采购力,并与优质PCB 工厂保持着长期稳固的关系。因此,相比试图靠自身力量下达小额PCB订单的企业,我们的处境并不艰难。事实上,当前的趋势是:许多规模较大、技术较先进的PCB厂商已停止为小客户或新客户提供服务。
“这带给我们某种优势,但我们预计未来的交货周期不会缩短,反而会变长。因此,我们建议客户积极主动与我们协商,尽早下达订单”,Andy Liu总结道。