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南京星火5G滤波器智能调试机器人助力产业发展


进入5G时代,基站天线通道数量大幅成长,因此射频元件的需求量也随之增长。根据Yole预估,全球射频元件的市场将从2017年的 1050亿元提升至2023年的2450亿元,其中在5G产业中发挥至关作用的滤波器,市场份额将从560亿提升至1575亿元。由此可见,滤波器是未来几年射频前端元件中成长最快的零组件。



2017-2023年5G射频前端模块的市场规模发展趋势

(来源:Yole)


陶瓷介质滤波器的介电常数较高,且Q值高,损耗小,同时温度漂移小,相比传统金属腔谐振器,陶瓷介质谐振滤波器具有高抑制、插入损耗小、温度漂移特性好的特点,因此成为目前5G通信领域的主流滤波方案。


南京星火技术有限公司是在中国航空工业集团下属基金、南京市政府和江北新区大力支持下设立的高科技创新企业。为助力5G产业复工复产,星火技术推出了全球首款基于人工智能的5G滤波器智能调谐机器人,利用星火技术全新升级的人工智能集成电路云平台,高效完成5G陶瓷滤波器的设计。




技术挑战

在陶瓷介质滤波器生产过程中,最依赖人力的环节莫过于调试。一直以来,介质滤波器的调试基本都是工人手持磨头对滤波器的表面银层进行去除,通过网络分析仪对滤波器性能的变化进行实时监测,然后不断地根据图形的变化进行调试工作。


此外,在介质滤波器批量生产过程中,受不同批次材料的不一致性、生产装配过程中的误差等因素影响,每只产品必须通过熟练工人反复调试,才能实现介质滤波器性能的一致性和稳定性,因此调试工作对工人的熟练度及实际操作经验具有很高要求。而培养经验丰富的调试人员存在一定的周期和难度,况且调试效果因人而异,导致调试质量得不到有效保障,人工调试带来的生产成本和产能瓶颈也大大阻碍了产品规模化生产。







鉴于传统调试方式的弊端,调试自动化的实现成为业内普遍关注的难题。自动化调试是将介质滤波器固定于调试平台上,通过网络分析仪读取介质滤波器的实时监测性能,数据传输至计算机,将实时监测性能与目标性能进行比对,通过调试算法软件对数据进行分析,产生控制信号,驱动去除装置定位于对应谐振孔的位置处,根据控制信号设定的银层去除量,去除定量的谐振孔表面的银层,直至实时监测性能与目标性能相匹配。


以目前主流的10阶陶瓷滤波器为例,其结构非常复杂,高难度调试动作多达40个,决策空间非常大。最重要的是,每次决策必须保证动作足够准确,因为银层一旦被打磨掉后,将不可恢复。若决策错误,则会导致产品报废,这就要求机器人具有聪明的大脑、明亮的眼睛和灵活的双手。




星火技术的独门秘籍

为了应对5G陶瓷滤波器带来的挑战,星火技术推出了集成电路云平台,利用英国最先进的couple matrix技术提取滤波器的参数,运用深度强化学习技术从零开始训练Agent控制机器人的运动取得了良好效果。星火技术针对机器人建立了一整套虚拟仿真环境,采用星火智能云平台,使用数百颗GPU协同训练,算法迭代了1.2亿次实现了良好的收敛。


智能体通过光学系统获得环境信息,可控制机器人对滤波器上任意位置实现调试。当智能体处理光学图像时,将图像编码为潜在表示,然后将其用作状态输入来代替图像本身。其中的关键在于图像编码的过程中,模型可以学习紧凑的潜在状态表示,从而实现对目标的精确捕捉。为此,星火技术引入了一整套仿真环境,内含明确表示潜在线性动力学的潜在变量模型,将该模型作为算法的基础。



星火技术智能集成电路云平台的优势

利用星火技术的电路云平台,不仅可对5G陶瓷滤波器模型实现快速调优,还可以自动预测加工过程中的工艺误差,达到以下的效果:


➤  6阶陶瓷滤波器的调试时间小于10s;8阶陶瓷滤波器的调试时间小于30s;10阶陶瓷滤波器的调试时间小于60s。

➤  无需人类经验,自主完成产品调试

➤  自动上下料


星火技术的电路云平台可大大提高滤波器设计师的工作效率,降低产品研制周期和研发成本。




关于南京星火

南京星火是在中国航空工业集团旗下创投基金、南京市政府和江北新区大力支持下设立的高科技创新企业。专业从事基于人工智能的集成电路设计、调试、检验系统云平台的研发与产业化。公司将人工智能技术、IC设计技术和大规模并行计算技术相结合,可同时控制百万个CAE仿真工具和调试、检验机电设备,实现IC的仿真设计、检测调试等工作,大幅度替代人工,降低设计、制造周期和成本。公司始终坚持自主研发,拥有核心知识产权,相关研究成果处于世界领先水平。


文章来源:EDI电子设计智能化


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