計算機作業系統的誕生
計算機能變得很好用,編譯器(Compiler)及作業系統(Operating System)的發展功不可沒。作業系統管理計算機或行動裝置的軟體和硬體功能,讓所有應用和程式能順暢運行。桌面運算裝置最常用的作業系統包括微軟(Microsoft) Windows及蘋果(Apple) macOS。這些作業系統的功能複雜,很多原理歸功於1960年代電腦科學家的努力。1965年時,貝爾實驗室(Bell Labs) 、奇異電子(General Electric)和麻省理工學院(MIT)合作建立一套多使用者(Multi-user)、多工(Multi-processor)、多層次(Multi-level)的作業系統,稱為MULTICS, 主要貢獻者是「分時處理作業系統」之父柯巴托(Fernando José "Corby" Corbató, 1926~2019)。因計畫的工作進度延遲嚴重,MULTICS在1969年終止。當時參與計畫的湯普森(Ken Thompson) 在MULTICS寫了一款電動遊戲程式「星際旅行」(Space Travel)。在MULTICS打烊後,為了能繼續玩這個遊戲,湯普森找來瑞奇(Dennis MacAlistair Ritchie, 1941~2011),發展出一套更有效率的作業系統,稱為Unix。這套作業系統後來成為主流,廣泛的被各種電腦採用。在Thompson 及 Ritchie獲得圖靈獎(Turing Award)的次年(1984年),貝爾實驗室的技術期刊《AT&T Bell Laboratories Technical Journal》編輯一期特刊,專門討論UNIX系統。1984年這一期特刊,具有紀念性,成為我的珍藏版。為此特刊撰文的作者都赫赫有名。當中寫Preface的 Robert L. Martin 是我在Bellcore時的大老闆,而Robert H. Morris則為現任IBM的全球服務副總裁,他於2010年來台灣,頒發IBM Faculty Award 給我。近年來,超級電腦業者打破「高速計算」必須透過一部高速運轉的超級電腦來執行計算工作的思維,而作業系統更加重要。2008年4月克雷公司(Cray Inc)開始與英特爾技(Intel)術合作,用Xeon處理器及刀鋒系統設計來打造超級電腦,稱為Cray CX1。這種蛻變的高速計算,稱為「高階計算」(High-end Computing)。以多部CPU進行高階計算,原理是平行理論(Concurrency Theory),早期的主要貢獻者是米爾納(Arthur John Robin Gorell Milner, 1934~2010)。我於2014~2016年間在科技部督導超級電腦的建置,了解其技術的複雜度,更能體會過去計算機先驅者的貢獻。
從機器人產業觀察「中國製造」
我常說中國的黃金十年是2008~2018年,2008年的北京奧運讓中國人的自信爆表,而智慧型手機的出現,NB供應鏈的經濟規模,讓中國能以NB、手機產業的基礎,建構紅色供應鏈。但中國也必須面對人口紅利衰退、生產自動化的問題,中國的改變,也可以從生產工廠引進機器人的進度,以及很多本土的機器人製造公司都在2014年以後崛起的趨勢中看到端倪。據DIGITIMES研究員白心瀞所做的調查報告指出,2021年時,「製造業」每1萬名製造業員工,對應的「工業機器人」使用台數比重最高的是南韓,南韓每萬人有1,000台機器人;台灣排名第八,每萬人276台。而中國以322台排名第五,更可怕的是中國機器人總裝置量是26.8萬台,這個數字是全球總裝機量的51.8%,而2021年裝機量的成長率更達50.6%,其中有26.8%分布在電子業,18.9%分布在汽車業中,鋰電池也有9.6%的裝機量。這幾年世界各國對於「紅色供應鏈」有新的理解,聞泰、立訊、聯寶、比亞迪等中國製造廠以承接世界級訂單為目標,甚至相繼接手台商在中國的生產基地,加上中國在鋰電池等相關領域,甚至引領全球,紅色供應鏈已經可以是最足以影響世界的生產體系。其次,中國本土的機器人產業以輕量型、低階機器人為主。疫情之後,中國當地的機器人產業,搭上產業復甦的商機,中國國產機器人在全球市佔率已經高達31%,而全球前10名的機器人製造商卻沒有任何一家台灣公司。在機器人的關鍵零件中,伺服馬達、減速器、控制器佔了過半的成本比重,在垂直多關節機器人中,中國的埃斯頓、埃夫特、遨博都已經可以自製關鍵零件,甚至價格僅有德日品牌的七五折。中國機器人產業之所以異軍突起,就是在2015~2019年間大量購倂歐洲廠商,例如工業機器人四大品牌之一的德國Kuka,現在是美的集團旗下企業。2020年之後,中國的購併活動受挫,但華人原本就是商業嗅覺非常靈敏的族群,除了技術不斷的因為市場需求而精進,遨博等公司甚至針對客戶需求量身定製,提供按摩+熱敷的服務。千萬別低估中國人的潛力,加上中國本土市場可以培養在地業者的商機,如今中國廠商在貿易大戰的壓力下,相互支援、取暖的行為,更會影響未來的生態系,只要中國學會了,就不能忽視他們的競爭力與存在的意義!
牟金祿
2022-12-15
掌中牟的永續新知/鈉電池取代鋰電池統治電動車,顛覆還是炒作?(上)
2022年12月上旬多則報導寧德時代擬於2023年量產鈉離子電池,似乎其效能已可與鋰離子電池並駕齊驅,又頗具價格競爭力,鈉離子電池會不會取代鋰離子電池統治電動車市場,市場是否要變天了?以下我們來深入瞭解鈉電池的各項指標。中國企業如寧德時代,國軒高科、憶緯鋰能、比亞迪等都在研究鈉離子電池;甚至已有幾家企業準備量產,筆者覺得即使真的那麼快能夠裝上電動汽車,但要能獨立驅動電動車還是有一段距離,那為什麼鈉電池會突然這麼火紅呢?鈉離子電池火紅的原因有三:電池級的碳酸鋰價格持續高漲,且價格掌握在產出國手中,中國70%以上的鋰依賴進口,因此有必要尋求一個觸手可及且平價替代產品。鈉鋰子電池與鋰離子電池基本原理上可以說是相當雷同,現有的鋰離子電池技術體系絕大部分是可以平移到鈉鋰子電池的,比起開發一個全新的電池,其成本更低耗時更短。目前鋰電池的安全性及部分缺點,似乎可經由鈉鋰子電池來徹底規避或克服,綜合考量其技術可行性與成本差異,與其死守鋰離子電池,不如換條途徑。鋰離子與鈉離子電池可以說是一對孿生兄弟(請參考鈉電池工作示意圖),都是靠金屬離子在正負極之間來回穿梭,早在70年代的兩種電池就同步被發明出來,但是在後期發展過程中鈉鋰子電池沒有找到合適的負極材料,但鋰離子電池的正負極材料、隔離膜、電解液等方面均獲得了技術突破,並在1991年被Sony商業化了,至今鋰離子電池已經進入量產階段,加工,生產,封裝技術都比較成熟煞。然而,把鋰離子換成鈉離子就同樣可以量産了嗎?是可以,但是這樣生產出來的電池是無法單獨用來驅動電動車的。鈉鋰子電池能否取代鋰離子電池?我們由七個方向進行探討:一、鈉離子的絕對優勢就是成本。正極的原材料碳酸鋰近日價格是57萬美元/噸,而碳酸鈉的價格不到3千美元/噸,而且鈉鹽有著更出色的電導率,所以降低電解液的濃度時也降低了成本。同時鈉離子電池的正負極都可以使用鋁,成本可再壓低。如果鈉離子電池能夠做到跟鋰離子電池相同的效能,電動車的價格應該可以降低50%。二、鈉離子電池並非單純的替換一個鋰離子即可,在正負極材料有相當大的改變;與鋰離子電池正極材料類似,有3類:第1類是「層狀過渡金屬氧化物」(layered transition metal oxide),如鋰離子電池中某某酸鋰(鎳/鈷/錳/酸鋰)等,鈉離子電池對應的是某某酸鈉,所使用的過渡元素包括錳/鎳/鉻/鐵/鈦/釩等。但是與鈷酸鋰並不一樣,鈉離子的單層金屬氧化鈉並不穩定,所以必須要摻雜其他金屬,形成多元材料才能更加穩定,譬如英國有家公司採用錳/鎳/鈦/鎂四元層狀結構,能量密度達到160Wh/kg;又譬如中國某家公司採用的是銅/鐵/錳三元方案,能量密度可以做到135Wh/kg。第2類正極材料為「普魯士類化合物」即為過渡金屬六氰基鐵酸鹽,化學式如下NaxMa[Mb(CN)6],Ma={Fe, Mn, Ni},Mb={Fe, Mn},這種材料的結構開放性比較好,更加有利於鈉離子的嵌入與脫出,但是由於一些副作用其穩定性和循環效能還是需要再改善。寧德時代對這種材料深入研究,經過測試新研發的材料其電池能量密度可達到160Kw/kg。第3類是「陰離子化合物」NaxMy[(XOm)n-]z,M為多價態的金屬離子如鐵/釩等,X為磷/硫等元素。這種材料呈現出3D網狀結構,工作電壓高循環效能較好,但是能量密度比較低。以上三種正極材料各有優劣,而且都有廠家在研究,最終哪種會形成主流目前還不得而知。表2. 正極材料三條路線各有千秋,層狀氧化物有望率先應用(文長待續)
以虞待不虞者,勝!
在玉山科技協會年終的晚宴上,我與宏碁總經理施宣輝比鄰而坐,施宣輝說DIGITIMES應該不受產業景氣的影響吧?我說是的,關鍵不是市場景氣,而是有沒有能力理解產業趨勢,布局三年以後的市場需求,提供企業需要的特定服務。前幾天與AsiaYo的創辦人鄭兆剛有個將近2小時的對談,AsiaYo是一家跨國網路民宿預訂平台。2019年COVID-19蔓延時,公司業績暴跌90%以上,甚至原先預付的訂購款項都得退款,公司幾乎破產。我問AsiaYo是如何度過難關的。鄭兆剛說,財務透明,所有的員工都知道得節衣縮食,才可能度過難關,而平常累積的客戶數據與信賴,讓AsiaYo轉型發展防疫旅館與露營事業。現在國門逐漸開放,投資人也看好AsiaYo,募集資金已經有2,000萬美元,浴火重生的企業更具韌性,我們也樂見AsiaYo在疫情之後可以展翅高飛。知識服務業的員工,價值來自於比客戶更瞭解自家產品的特質,適時地提供策略性的建議。在《隱形冠軍2.0》書中特別強調接近客戶、提供顧問諮詢服務是隱形冠軍成功的關鍵,我深以為然。這些員工不會憑空而至,適當的歷練、時間都是關鍵,沒有三、五年的經驗,在我們公司的服務體系中,很難成為關鍵的環節。現在先投資,才能「以虞,待不虞」。再以電子業需求為例,ICT產業供應鏈正從中國轉移到東協南亞國家,企業除了需要掌握越南的生產基地之外,與東協南亞國家的合作,要跳脫傳統的格局,或者有更廣泛的知識。例如,越南的生產基地,初期只是廣東供應鏈的延伸,因此集中在北越,但消費電子、網通設備、工業電腦等可能會往胡志明市的南越移動。前往印度時,不是只看勞動力便宜與否,還得研究車用電子與半導體的商機。如果知道印度的汽車市場一年有400萬輛、兩輪的摩托車有2,000萬輛的商機,一旦印度汽車市場轉移到電動車時,商機到底會有多大?此刻正是我們研究印度商機最好的時刻,但誰願意先做這件事呢?零件上游原廠願意幫下游的客戶多做研究嗎?只要台灣早點掌握訊息,也就可以「以虞,待不虞」。未來兩、三年,大家不要期待景氣突然翻轉,但對台積電、聯電,甚至剛剛想投入半導體業的鴻海而言,趁著景氣低迷,各國提供補貼時進行大規模投資,也符合孫子兵法:「以虞,待不虞者,勝」的法則!
國之重寶:謹小慎微,還是大開大闔?
台積電是護國神山,不僅在事業經營績效上成為全球典範,在無形的人民自信、國際能見度上都讓台灣露臉了,只是台積電一宣布後續的400億美元投資計畫,輿論界的正反意見都炸了鍋。對政府而言,這個政策不可能兩面討好,但這也是展現政府政策走向與應對能力的機會。做好準備,勇敢地做出決定,不必害怕!延伸報導國科會將成立「審查小組」 確保「關鍵技術」根留台灣400億美元到底意味著什麼?GDP的組成包括政府支出、貿易盈餘、民間消費與投資,如果以台灣GDP總量約是8,000億美元來估算,這筆投資金額大約是台灣GDP的5%,當然這不是一年之內要兌現的投資計畫,大家更關注這是美國釜底抽薪,取回供應鏈的主導權,還是台灣半導體國際化的體現呢?明白張忠謀說:「全球化幾乎已死」,我的理解是集中於中國大量生產的時代已經飄然遠去,未來是區域市場與分散型生產體系的時代。在美國的投資是北美布局中的一環,針對歐洲、亞太,台灣的半導體業也得有一定的主張,政府政策也不是個案審查,而是通案的理解與協助企業布局新的全球化戰略。兩岸波濤洶湧,半導體到美國設廠這件事,我們有沒有長遠的國家戰略,短期內有無正確的審核機制。此案的審查機制可能橫跨幾個部會,但真正的主力應該還是經濟部底下的投審會、技術處、工業局等單位。問題是低階的局處機構,在進行專業審核時,就算有專業能力,如何與社會溝通恐怕也是個挑戰。過去大家缺乏分層負責的觀念,立委質詢經常要求部長回覆,日積月累,很多局處長級官員總是以「一切榮耀都歸於主」來回應到底誰在負責!其次,針對重大議題,政府會組織專家委員會,這些專家不能只是技術專家,還要考慮瞭解產業結構的專家、經濟學家該扮演什麼角色?專家的意識形態會是關鍵嗎?如果執政黨要求「政治正確」,那也要跟社會溝通,保證參與審查的委員會跟美國官員一樣按著聖經發誓,會以國家利益為優先考量!這件事專業審查仍應該由局處長級官員提報意見,政府該做決定的別甩鍋,民間輿論罵人很容易,提出一個適當的解決方案,很難。因為公協會通常不具備「智庫」的功能,又有過多的經費來自政府委辦,錢從政府來,就只能跟財團法人研究機構一樣服從政府領導,過去官商、官民不分的體制,如今正飽嚐苦果。大趨勢已定,政策就是政策,何必遮遮掩掩!
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