開放式硬件以實(shí)現(xiàn)彈性半導(dǎo)體供應(yīng)鏈

在全球供應(yīng)鏈壓力下，采用開放硬件標(biāo)準(zhǔn)已成為高風(fēng)險(xiǎn)半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新和彈性的關(guān)鍵戰(zhàn)略。

Sanjeev Mane 在電氣工程、機(jī)器人和半導(dǎo)體技術(shù)方面擁有深厚的背景，一直處于這一戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的最前沿。作為 Brooks Automation 的領(lǐng)導(dǎo)者，該公司的半導(dǎo)體自動(dòng)化業(yè)務(wù)以 30 億美元收購(gòu)，他一直倡導(dǎo)使用開放硬件標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足真空機(jī)器人的復(fù)雜需求。

他的工作重點(diǎn)是增強(qiáng)供應(yīng)鏈穩(wěn)定性并加速為全球數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施提供動(dòng)力的行業(yè)的創(chuàng)新。

這種向開放的轉(zhuǎn)變解決了重大的行業(yè)挑戰(zhàn)，從組件短缺到需要更快的開發(fā)周期。通過(guò)促進(jìn)互作性和減少對(duì)單一供應(yīng)商的依賴，開放標(biāo)準(zhǔn)為構(gòu)建更強(qiáng)大和適應(yīng)性更強(qiáng)的系統(tǒng)提供了一個(gè)框架。

Mane 的經(jīng)驗(yàn)提供了令人信服的視角，展示了這種方法如何不僅僅是一種技術(shù)偏好，而且是關(guān)鍵任務(wù)機(jī)器人及其他領(lǐng)域的基本業(yè)務(wù)要求。

機(jī)器人技術(shù)對(duì)開放標(biāo)準(zhǔn)的基本需求

實(shí)現(xiàn)更高效、更具成本效益的技術(shù)開發(fā)之旅通常始于對(duì)核心設(shè)計(jì)原則的根本重新評(píng)估。對(duì)于 Mane 來(lái)說(shuō)，早期的工程經(jīng)驗(yàn)揭示了專有系統(tǒng)的固有瓶頸。他認(rèn)識(shí)到將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度和成本至關(guān)重要，這促使他倡導(dǎo)更加透明和協(xié)作的模式。

“在我早期從事電氣工程和機(jī)器人技術(shù)的經(jīng)歷中，我意識(shí)到產(chǎn)品的成本和產(chǎn)品快速上市都是關(guān)鍵參數(shù)?！薄榜R內(nèi)說(shuō)。這種洞察力促使他欣賞開放標(biāo)準(zhǔn)，它可以顯著降低成本并加快時(shí)間表。

其好處不僅限于財(cái)務(wù)，還促進(jìn)了更透明的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。“為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要開放式硬件標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈冇兄诮档统杀静⒓涌靹?chuàng)新。由于它們是公開可用的，因此我們還可以獲得有關(guān)問(wèn)題和學(xué)習(xí)的透明度。

這種透明度對(duì)于快速解決問(wèn)題和迭代改進(jìn)至關(guān)重要，而迭代改進(jìn)是現(xiàn)代工程的基石。對(duì)此類標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)反映在更廣泛的行業(yè)運(yùn)動(dòng)中，其中應(yīng)用開源方法來(lái)創(chuàng)建可互作的標(biāo)準(zhǔn)并減少市場(chǎng)摩擦。

應(yīng)對(duì)真空機(jī)器人互作性的挑戰(zhàn)

真空機(jī)器人領(lǐng)域帶來(lái)了一系列獨(dú)特的工程挑戰(zhàn)。這些系統(tǒng)在無(wú)空氣和濕氣的高度受控環(huán)境中運(yùn)行，其中精度和可靠性至關(guān)重要。

這些機(jī)器人的復(fù)雜性和成本意味著任何故障都可能對(duì)生產(chǎn)和公司聲譽(yù)產(chǎn)生重大影響。這種高風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境使互作性成為必要，而不是奢侈品。

Mane 解釋了該領(lǐng)域的關(guān)鍵性質(zhì)：“真空機(jī)器人是機(jī)器人設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分之一，因?yàn)槲覀冋趯ふ乙粋€(gè)沒(méi)有空氣、濕氣和人類存在的環(huán)境。他補(bǔ)充說(shuō)，智能和安全是沒(méi)有商量余地的。

“機(jī)器人還應(yīng)該具有高度智能性，以便在這樣的環(huán)境中收集數(shù)據(jù)，并在緊急情況下安全停止。這些機(jī)器人成本高昂，任何損壞都會(huì)對(duì)品牌和未來(lái)的產(chǎn)品產(chǎn)生重大影響。這些苛刻的要求迫使他的團(tuán)隊(duì)采用開放標(biāo)準(zhǔn)，確保來(lái)自不同制造商的組件可以無(wú)縫地協(xié)同工作。

這種方法對(duì)于像 MagnaTran 系列真空機(jī)器人這樣的平臺(tái)至關(guān)重要，這些平臺(tái)受到全球領(lǐng)先半導(dǎo)體晶圓廠的信賴。正如 Mane 所說(shuō)，目標(biāo)是“使用可互作的硬件標(biāo)準(zhǔn)，以便不同的電氣元件能夠以最少的用戶界面交換數(shù)據(jù)和功能，而不管制造商或特定技術(shù)如何。

面對(duì)供應(yīng)鏈波動(dòng)加速發(fā)展

在當(dāng)今動(dòng)蕩的全球市場(chǎng)中，供應(yīng)鏈中斷已成為制造業(yè)的持續(xù)威脅。對(duì)于半導(dǎo)體等復(fù)雜行業(yè)，快速適應(yīng)和采購(gòu)替代組件的能力對(duì)于維持生產(chǎn)計(jì)劃至關(guān)重要。開放硬件標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)在組件選擇和設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，直接提高了團(tuán)隊(duì)的敏捷性，從而提供了強(qiáng)大的解決方案。

根據(jù) Mane 的說(shuō)法，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)他的團(tuán)隊(duì)的工作流程有直接而積極的影響。“開放的硬件標(biāo)準(zhǔn)提高了團(tuán)隊(duì)選擇正確電氣部件的效率，”他指出。

“由于這些組件成本較低，并且所有相關(guān)資源都很容易獲得，因此有助于證明設(shè)計(jì)概念并使其一次成功?！比欢?，對(duì)專有組件的依賴很快就會(huì)導(dǎo)致瓶頸。

“對(duì)于特定技術(shù)，我們需要一些特定的連接器，例如 EtherCAT 和 Ether Net，如果由于供應(yīng)鏈危機(jī)、戰(zhàn)爭(zhēng)或其他問(wèn)題而無(wú)法使用這些連接器，那么我們就會(huì)面臨一系列問(wèn)題和組織損失。”這一漏洞凸顯了開放系統(tǒng)的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，這是其他行業(yè)吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，這些行業(yè)已經(jīng)實(shí)施了面向未來(lái)的硬件重新設(shè)計(jì)以增強(qiáng)彈性。

Mane 證實(shí)，“開放的硬件標(biāo)準(zhǔn)幫助我們克服這些供應(yīng)鏈危機(jī)問(wèn)題。

協(xié)作在實(shí)施開放標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵作用

成功實(shí)施開放標(biāo)準(zhǔn)不是一項(xiàng)孤立的努力，而是一項(xiàng)依靠強(qiáng)大的協(xié)作而蓬勃發(fā)展的努力。與外部合作伙伴、制造商和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)合作對(duì)于創(chuàng)建一個(gè)功能齊全且廣泛采用的生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。

在半導(dǎo)體機(jī)器人領(lǐng)域尤其如此，新技術(shù)需要各個(gè)利益相關(guān)者的持續(xù)互動(dòng)和驗(yàn)證，以確保無(wú)縫集成和性能。

馬內(nèi)強(qiáng)調(diào)，這種協(xié)作方法是成功的基礎(chǔ)。“與外部合作伙伴和制造商的開放合作在成功實(shí)施半導(dǎo)體機(jī)器人開放標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮著極其重要的作用，”他說(shuō)。

他指出，下一代技術(shù)的需求是這種互動(dòng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力?！?G、毫米波等新興技術(shù)需要天線開發(fā)人員的持續(xù)互動(dòng)和批準(zhǔn)?！?/p>

這種協(xié)作精神體現(xiàn)在電信基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的 OpenWiFi 等舉措中，該項(xiàng)目利用開放架構(gòu)來(lái)培育競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)。最終目標(biāo)是確保數(shù)據(jù)的完整性和速度，Mane 指出，“它在機(jī)器人作中發(fā)揮著重要作用，這是通過(guò)使用開放的硬件標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò) Brooks Automation 的開放式界面提高彈性

當(dāng)應(yīng)用于特定的高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目時(shí)，開放硬件的理論優(yōu)勢(shì)會(huì)變得切實(shí)可見(jiàn)。在 Brooks Automation 這家擁有強(qiáng)勁市場(chǎng)表現(xiàn)的公司，開放接口的采用直接轉(zhuǎn)化為供應(yīng)鏈彈性的提高和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的降低。Brooks Automation 是 EtherCAT 技術(shù)集團(tuán) （ETG） 的活躍成員，并考慮所有合作伙伴在 EtherCAT 開發(fā)方面的要求。

通過(guò)利用公開可用的設(shè)計(jì)和組件，該公司可以減輕短缺的影響并加速開發(fā)，而不會(huì)被鎖定在單一供應(yīng)商的生態(tài)系統(tǒng)中。

Mane 提供了這一策略的具體例子。“在 Brooks Automation，我們使用了許多關(guān)鍵的 IC 和電源穩(wěn)壓器，”他解釋道?！巴ㄟ^(guò)使用分銷商和制造商公開提供的框圖、推薦原理圖和電路設(shè)計(jì)等開放硬件接口，可以幫助我們通過(guò)返工節(jié)省時(shí)間和成本?！?/p>

這種方法在最近的一個(gè)高級(jí)項(xiàng)目中特別有價(jià)值?！白罱瑢?duì)于采用毫米波技術(shù)的非常關(guān)鍵的機(jī)器人設(shè)計(jì)，我們?cè)谥圃焐痰膸椭率褂昧?SoM（系統(tǒng)模塊）概念。”

這一實(shí)際應(yīng)用符合該公司開發(fā)先進(jìn)半導(dǎo)體制造解決方案的更廣泛戰(zhàn)略，例如其用于 10 納米及以下節(jié)點(diǎn)的智能真空機(jī)器人平臺(tái)。

平衡專有創(chuàng)新與開放的好處

雖然開放標(biāo)準(zhǔn)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但成功的戰(zhàn)略還必須考慮到保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán) （IP） 和保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的需要。在機(jī)器人技術(shù)等復(fù)雜系統(tǒng)中，某些創(chuàng)新是公司價(jià)值主張的核心，需要保護(hù)。關(guān)鍵是要取得戰(zhàn)略平衡，利用開放性實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和效率，同時(shí)保護(hù)推動(dòng)獨(dú)特性能的專有技術(shù)。

馬內(nèi)將此描述為一種經(jīng)過(guò)深思熟慮的混合方法?！爸R(shí)產(chǎn)權(quán)和對(duì)這些知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)是機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。它有助于擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并保護(hù)我們的商業(yè)秘密安全，“他斷言。

這種保護(hù)不是包羅萬(wàn)象的，而是針對(duì)最關(guān)鍵的領(lǐng)域?！巴瑫r(shí)，這些都是復(fù)雜的系統(tǒng)，因此我們確實(shí)擁有移動(dòng)和傳輸基板系統(tǒng)等關(guān)鍵部分的專利，而對(duì)于產(chǎn)品的其他部分，我們遵循開放的硬件標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

這種模式允許差異化和互作性，這種策略也出現(xiàn)在開放計(jì)算項(xiàng)目 （OCP） 等生態(tài)系統(tǒng)中，其中成員貢獻(xiàn)設(shè)計(jì)以提高整個(gè)行業(yè)的效率，同時(shí)仍然在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。

半導(dǎo)體行業(yè)開放標(biāo)準(zhǔn)的未來(lái)趨勢(shì)

隨著供應(yīng)鏈中斷繼續(xù)挑戰(zhàn)全球各行各業(yè)，采用開放式硬件標(biāo)準(zhǔn)有望成為半導(dǎo)體行業(yè)更加關(guān)鍵的趨勢(shì)。供應(yīng)鏈集中在少數(shù)幾個(gè)地理區(qū)域的固有脆弱性，加上芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性日益增加，因此需要轉(zhuǎn)向更加靈活和協(xié)作的模式。這種轉(zhuǎn)變不僅是為了降低風(fēng)險(xiǎn)，也是為了促進(jìn)創(chuàng)新。

馬內(nèi)預(yù)計(jì)這一戰(zhàn)略將在整個(gè)行業(yè)得到更廣泛的接受。他簡(jiǎn)單地說(shuō)，“是的，半導(dǎo)體行業(yè)的主要部分可能會(huì)尋求開放的硬件標(biāo)準(zhǔn)來(lái)應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈中斷的挑戰(zhàn)。

隨著模塊化設(shè)計(jì)和小芯片的興起，這一趨勢(shì)已經(jīng)形成，它們依賴于標(biāo)準(zhǔn)化接口來(lái)運(yùn)行。然而，這種向異構(gòu)集成的轉(zhuǎn)變也帶來(lái)了必須管理的新硬件安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)各種應(yīng)用開發(fā) RISC-V 等開放標(biāo)準(zhǔn)表明，該行業(yè)通過(guò)共享、開放的基礎(chǔ)創(chuàng)建更具彈性和創(chuàng)新性的生態(tài)系統(tǒng)的勢(shì)頭。

為工程領(lǐng)導(dǎo)者提供構(gòu)建彈性供應(yīng)鏈的指南

對(duì)于希望應(yīng)對(duì)現(xiàn)代供應(yīng)鏈復(fù)雜性的工程領(lǐng)導(dǎo)者來(lái)說(shuō)，實(shí)施開放硬件戰(zhàn)略需要的不僅僅是技術(shù)轉(zhuǎn)變;它需要戰(zhàn)略思維。它涉及對(duì)產(chǎn)品架構(gòu)的深入了解，以確定專有技術(shù)在哪些方面可以提供真正的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，以及開放標(biāo)準(zhǔn)在哪些方面可以提供更高的彈性和效率。這種平衡的方法是確保設(shè)計(jì)面向未來(lái)免受不可預(yù)見(jiàn)的中斷的關(guān)鍵。

馬內(nèi)對(duì)同行的建議直接而務(wù)實(shí)，重點(diǎn)關(guān)注基本工程原理?！拔覀冃枰私馕覀兊漠a(chǎn)品并了解構(gòu)建下一代的要求，”他建議道。

這種深厚的產(chǎn)品知識(shí)是就技術(shù)采用做出明智決策的基礎(chǔ)。他的結(jié)論是，這種理解最終促成了正確的戰(zhàn)略選擇：“這將有助于我們?cè)?IP 和開放硬件標(biāo)準(zhǔn)之間取得平衡。

該指南強(qiáng)調(diào)了當(dāng)今市場(chǎng)上的一個(gè)關(guān)鍵現(xiàn)實(shí)：構(gòu)建適應(yīng)性強(qiáng)的系統(tǒng)不僅僅是采用新標(biāo)準(zhǔn)，而是深思熟慮地將其整合到創(chuàng)新和彈性的長(zhǎng)期愿景中，這一原則對(duì)于確保新興技術(shù)的功能穩(wěn)健性至關(guān)重要。

開放硬件標(biāo)準(zhǔn)的戰(zhàn)略性采用代表了半導(dǎo)體行業(yè)的范式轉(zhuǎn)變，從對(duì)封閉的專有系統(tǒng)的依賴轉(zhuǎn)向更具協(xié)作性和彈性的生態(tài)系統(tǒng)。全球供應(yīng)鏈波動(dòng)的挑戰(zhàn)和不斷的創(chuàng)新步伐使這一轉(zhuǎn)變成為必要。

成功駕馭這一環(huán)境的領(lǐng)導(dǎo)者不僅可以降低風(fēng)險(xiǎn)，還可以將其組織定位在技術(shù)進(jìn)步的最前沿，確保數(shù)字世界的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建立在穩(wěn)定和共同進(jìn)步的基礎(chǔ)上。