擴大內需創造驚人需求　工業乙太網兆元商機爆發

由次貸風暴所引發的金融海嘯，影響範圍幾乎遍及各行各業，以往最熱門的消費性電子與行動通訊產業也難以避免。在消費者荷包大幅縮水的情況下，消費性電子市場和行動通訊市場的市況之慘，從拉斯維加斯飯店業者破天荒調降消費性電子展(CES)期間住房價格，到手機產業兩大龍頭諾基亞(Nokia)與三星(Samsung)紛紛指出2009年全球手機出貨量可能首次呈現負成長，便可看出端倪。  

圖1　研華工業自動化事業群副理王俊鍵指出，工業乙太網的應用其實不僅局限於工廠生產線，像大眾交通系統、電力設施等大眾日常生活息息相關的領域，也是工業乙太網的主要應用市場。

然而，並不是每個通訊產業的次領域都彌漫著愁雲慘霧的氣氛。在各國政府紛紛加碼進行交通、能源等基礎建設以求刺激景氣回溫的情況下，原本對景氣循環就相對免疫的工業通訊業界，更有如吃了大補丸般挺立於景氣寒冬中。  

政府投資不手軟　工業乙太網市場牛氣衝天  

在台灣工業電腦業界具備執牛耳地位的研華科技，不僅是全球工業電腦的主要供應商之一，旗下的工業自動化部門也是一家在工業通訊領域耕耘擁有20多年歷史的老牌供應商，近年來更持續透過購併等手段加碼工業通訊設備市場。  

研華工業自動化事業群副理王俊鍵(圖1)指出，在台灣的資通訊業界，很多人至今仍認為工業通訊設備跟廠房生產線脫不了關係，甚至還存有工業通訊是黑手產業的誤解，事實上工業通訊應用早已不僅局限於廠房，而是隱身在各種控制系統中。例如電力網路、鐵路、公路資訊系統，甚至捷運等，工業通訊都在整個系統中扮演關鍵角色，且這些應用所採用的設備，幾乎清一色都以乙太網為基礎。  

圖2　四零四科技工業乙太網路事業處通用產品事業部經理凌明煌認為，在各國積極擴大內需的政策作多之下，未來幾年工業乙太網市場將隨著新台幣數十兆元的基礎建設投資而起飛。

「在各國政府計畫將在未來兩三年內陸續投資新台幣數兆元進行交通、電力等基礎建設之際，工業乙太網設備市場的前景實在沒有悲觀的理由。」王俊鍵說。事實上，過去這幾年來，研華在交通系統中已經有許多成功導入的案例，例如目前正在興建中的台北捷運蘆洲線，其車輛維修站的通訊網路設備便採用研華所開發的環狀乙太網解決方案；高速公路上的即時交通資訊顯示系統，與捷運車站內的列車進站資訊系統，也都採用研華所開發的方案。  

在全球工業乙太網交換器領域市占率第三的四零四科技，也同樣看好電力和大眾運輸系統的商機。四零四科技工業乙太網路事業處通用產品事業部經理凌明煌(圖2)指出，在工業乙太網設備市場上，2009年電力配送跟大眾運輸兩大應用的成長潛力，幾乎已經是每一家供應商的共識，四零四在相關領域也早就進行產品認證布局，例如歐盟最近對發電廠自動化設備所頒布的IEC 61850-3標準，其中便對工業乙太網交換器有明確的認證機制，而目前全球六款通過歐盟認證的工業乙太網交換器中，四零四的產品就占了四款。其發展步伐甚至還快過許多工控產業的知名大廠。  

即時乙太網為台灣設備廠商布局重點  

由於乙太網技術一統工業通訊江山的大勢已經底定，因此台灣工業通訊設備供應商在2009年的發展重點，無不放在將乙太網的足跡推進到現場設備端，以完成整個工業通訊鏈徹底乙太網化的終極目標。然而，由於現場設備的生命週期可能長達5～10年，因此供應商除了針對新款驅動設備的需求推出各種即時乙太網解決方案之外，現有設備所需的介面轉換器(Media Converter)或協定轉換器(Protocol Converter)也是相關設備業者不可忽略的商機。  

王俊鍵指出，在工業通訊鏈中，大致上可分為從中央辦公室到現場伺服器，再從現場伺服器到現場設備這兩段通訊路徑。從中央辦公室到現場伺服器這段通訊路徑，由於兩端的設備可能都是以電腦(包含個人電腦與工業電腦)為基礎，因此以乙太網來傳遞資訊封包大致不成問題。  

然而，從現場伺服器到現場設備端的情況就相對複雜許多。有些新款的現場設備可能會具有Ethernet/IP、EtherCAT、ProfiNet等即時乙太網連接能力，若現場伺服器也支援這些通訊介面，在這段通訊路徑上只須要增加一些支援即時乙太網的網路交換器即可。  

但目前業界所面臨的現實狀況是，許多已經在現場服役多年的設備根本不支援乙太網，而且這些設備的生命週期多半還有好幾年，客戶不可能因為控制端乙太網化，就把這些還在用現場匯流排技術的設備汰換掉。因此各種協定轉換器與介面轉換器的商機依然存在，如研華近日推出的EKI 1500系列序列裝置伺服器，便可將高達16埠232/422/485序列通訊埠轉換成以TCP/IP協定，再透過乙太網將封包訊息傳遞給控制端。  

然而，長遠來看，市場需求終究會向即時乙太網移動，特別是新建廠房與公共基礎設施，採用傳統現場匯流排的標案規格只會越來越少，因此研華與四零四皆已將即時乙太網列為將來的布局重點。  

即時乙太網規格繁多　可編程方案大行其道  

「不過，即時乙太網至今仍是西門子(Siemens)、施耐德(Schneider)等各大廠綁樁策略下的產物，因此即時乙太網的規格繁多，與標準乙太網一套規格行遍天下是完全不同的市場生態。」凌明煌說。就技術本質言，各種即時乙太網都是標準乙太網加上分時多工存取(TDMA)機制後的產物。  

事實上，每種工業乙太網標準都有對應的現場匯流排(表1)，因此相關設備如現場伺服器、乙太網交換器以及各種現場設備，都必須針對特定規格來進行程度不一的設計更動。例如現場伺服器與現場設備必須在軟體通訊協定和標準乙太網晶片的媒體存取控制層(MAC)進行修改，才能使設備支援某種特定的即時乙太網規格；網路交換器雖不須採用經過特殊設計的MAC，但在軟體層亦必須對通訊協定做對應修改，才能整合到系統中。

表1　傳統序列式協定與工業乙太網對應關係
序列式通訊協定	工業乙太網對應版本
CANopen	EtherCAT
CANopen	Ethernet Powerlink
DeviceNet/ControlNet	Ethernet/IP
LonWorks	Lon over Ethernet
Modbus/RTU	Modbus/TCP
PROFIBUS	PROFINET
SERCOS I/II	SERCOS III

由於控制端與現場設備端的即時乙太網網路卡必須採用客製化的媒體存取控制層晶片，因此現場可編程閘陣列(FPGA)遂在這類中應用中大行其道。Altera工業事業部資深技術行銷經理Jason Chiang指出，目前在自動化和汽車市場最顯著的發展趨勢是採用工業乙太網技術取代傳統現場匯流排，特別是可編程邏輯控制器(PLC)、遠程輸入/輸出板卡或工業交換器，工業乙太網的普及率近年來成長顯著。預計在2009年，上述三類應用設備就會占整體工業乙太網市場的67%。  

然而，工業產品具備高度客製化與超長產品生命週期兩大特性，前者使得單一產品的出貨量難以達到使用標準產品或客製化解決方案的經濟規模，後者則讓工業客戶在採用標準產品(多半是微處理器)時，必須承擔產品停止供貨的風險，並提前預備維修料件庫存，造成庫存成本增加。  

可編程邏輯元件(PLD)解決了這兩大問題，首先，可編程方案可靈活支援各種不同標準，甚至允許工業客戶依據標案規格開發出獨特的產品，Altera也在全球各地透過專業代理商提供各種矽智財方案，以加速客戶的產品開發速度；其次，可編程方案基本上沒有產品停止供應的問題，以Altera為例，目前就有七款元件已供貨10多年。  

在研華產品展示區裡頭所陳列的各式工業通訊板卡，從FPGA、複雜可編程邏輯元件(CPLD)、數位訊號處理器(DSP)、電源晶片到資料轉換器(Data Converter)與介面轉換器等元件，幾乎滿是Altera、萊迪思(Lattice)、德州儀器(TI)、亞德諾(ADI)、美國國家半導體(NS)等一線大廠的方案，工業通訊設備對品質與品牌的要求可見一斑。  

工業乙太網門檻高　盡是大廠天下  

雖然工業乙太網相關設備的商機在各國政府的擴大內需政策作多下蓬勃發展，但不管是設備供應商還是上游的通訊晶片業者，要切入市場都不容易，因為這是個講究信用紀錄的市場。凌明煌指出，以四零四的管理交換器(Managed Switch)為例，該公司選用交換器元件時，市場上除了博通(Broadcom)與邁威爾(Marvell)之外，幾乎沒有其他選擇。  

過去四零四曾試用過其他廠商所提供的乙太網交換器晶片方案，卻發現有部分晶片功能的實際表現並不理想，對於這種晶片方案，四零四是絕對不敢採用的。因為消費性的路由器或交換器如果在現場發生故障，頂多造成使用者不便；工業級的產品一旦發生問題，就可能導致客戶產線停擺而蒙受巨大損失。  

王俊鍵也指出，工業通訊設備市場上，不管是政府興建基礎設備時的採購標，還是民間企業建廠的專案，除非是比較無關緊要的系統，否則很少有開價格標的案子，因為產品的穩定、可靠度以及供應商的服務支援是否夠水準，比在硬體採購上省些小錢來得更重要。  

因此，研華在選擇供應商的時候，也會非常看重供應商的過往紀錄。王俊鍵特別澄清，並不是研華在採購元件時有所謂的「名牌情結」，而是在極端看重紀錄的工業領域，有良好信譽記錄的領導供應商本來就有競爭優勢，而大廠之所以能成其大，品牌信譽也是不可或缺的關鍵。  

凌明煌表示，其實台灣網通晶片的供應商不是沒機會打入四零四的供應鏈。但凡事總得循序漸進，先證明自己的產品穩定與可靠度，然後慢慢向高階方案發展。「畢竟工業市場沒有玩票性質的供應商，只有長期耕耘的合作夥伴。」凌明煌說。