介紹

不久前，如果有人告訴我，人工智慧會在工廠車間、交通攝影機和自動駕駛汽車中運行，我會說：「當然，總有一天會實現。」現在，這一天已經到來。我們見證了人工智慧運算從舒適的雲端伺服器轉移到邊緣設備的現實環境，這真是一段精彩的旅程。

問題在於，一旦將人工智慧從恆溫恆濕的數據中心移到現實世界——工廠、街道、車輛——一切都變了。突然間，你最大的麻煩不再是人工智慧演算法或運算能力，而是那些必須在振動、溫度變化、濕氣和灰塵的嚴苛環境下，保持設備間通訊的普通連接器。

這不僅僅是一個工程難題。它已經成為整個產品線成敗的關鍵因素：如何在自然環境的嚴苛考驗下，保持高速連接的穩定性？

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為什麼這現在很重要

市場數據令人震驚。MarketsandMarkets預測，邊緣人工智慧市場將以每年23%的速度成長，從去年的154億美元膨脹到2029年的385億美元。但更關鍵的是，IDC發現，到2026年，企業數據處理的四分之三將在邊緣進行，而不是在遠端的雲端。

推動這一轉變的原因很簡單——延遲是致命的。當自動駕駛汽車只有10毫秒來決定是否剎車，或工廠機器人需要即時調整抓取動作時，雲端幾百毫秒的延遲簡直就像永遠。

問題在於，邊緣設備往往位於對精密電子產品最不友好的地方：停車場、工廠車間、行駛中的車輛。這些環境將以伺服器從未想像過的方式考驗連接器。

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關鍵時刻

以汽車為例。三年前，3級和4級自動駕駛汽車需要3-5個人工智慧模組，現在則需要15-20個。每個模組都需要大量頻寬，總數據需求接近25 Gbps。這是在一個不斷震動、升溫、降溫且對電子產品極不友好的環境中傳輸的大量數據。

工業環境也好不到哪裡去。ABI Research發現，35%的工業設備現在已內建邊緣人工智慧，預計三年內將達到60%。這些不是辦公室裡的嬌貴機器，它們運行在充滿灰塵、油污、振動和工人不小心對待的環境中。

智慧城市也加入了這股潮流。全球超過1,000個城市正在推行智慧城市項目，其中十分之八使用邊緣人工智慧。這意味著數千個人工智慧處理器暴露在戶外，面對天氣、破壞和其他城市環境的挑戰。

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現實世界的問題：總是連接器

我數不清有多少次在會議中聽到有人說：「人工智慧運作得很完美，但是……」接下來的詞總是「連接器」。連接器本身並不是什麼高深科技——它們其實相當簡單。問題在於，它們在惡劣環境下太容易失效了。

以下是一個常見的場景：一家工廠花費數百萬美元打造一個人工智慧品質控制系統。在測試中一切看起來都很完美。但投入生產三個月後，振動導致一個連接器鬆動，整條生產線停擺。或者拿戶外監控攝影機來說，它們運行一年後，因為防水性能退化，水滲入連接器，瞬間變成昂貴的擺設。

根據我們的經驗，在惡劣環境中，連接器問題佔據了系統失敗的30-40%。這不是小問題——這是一個商業問題。

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最棘手的隱形故障

大多數連接器故障並不顯眼。它們不會突然停止工作並顯示大大的紅色錯誤訊息。相反，它們會出現詭異的間歇性問題，讓工程團隊抓狂。

想像一下：你的人工智慧系統看起來運作正常，但偶爾會收到損壞的圖像數據或感測器讀數無故波動。你的團隊花費數週檢查軟體錯誤、調整演算法和硬體診斷。最終，有人發現一個看起來完全正常的連接器出現了微小的接觸問題。

僅診斷成本就往往是連接器本身成本的20-30倍。如果這種問題發生在已部署的系統中，你將面臨現場維修、停機時間和客戶對產品可靠性的質疑。

業界有句老話：「不要只看價格，要看總擁有成本。」一個貴20%但能穩定運行五年的連接器，遠勝過一個隨時可能讓你手忙腳亂的廉價連接器。

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四個技術瓶頸

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產品選擇策略：從外部到內部的全面連線解決方案

在邊緣人工智慧設計中，連接器選擇應分為兩大類——外部I/O介面和內部高速互連——每一類對應不同的功能和環境耐受需求。以下我們探討每個類別的核心技術特性和適用場景。

外部I/O堅固化連線解決方案

外部I/O堅固化連線涵蓋所有直接與外部環境和設備或系統互動的連接器類型，包括工業自動化中常見的M12連接器、戶外應用的防水USB Type-C，以及專為汽車通訊設計的FAKRA/Mini-FAKRA射頻介面。雖然FAKRA/Mini-FAKRA在技術上屬於高頻射頻連接器，但在實際應用中，它們通常安裝在車輛外部或系統邊緣，作為外部天線、攝影機與主機模組之間的關鍵介面，因此被視為外部I/O堅固化連線的一部分。

• M12堅固化：具有IP67/IP68防護等級，快速鎖定或螺紋設計，可承受持續振動和衝擊。適用於工業自動化和戶外邊緣人工智慧。
• 防水USB Type-C：達到IP67/IP68防水標準，支持高速數據傳輸和電源供應。適用於人工智慧視覺系統和數據備份。
• FAKRA/Mini-FAKRA：支持高達6 GHz的射頻傳輸，插入損耗低，符合ISO 20860和USCAR標準。適用於汽車人工智慧和雷達通訊。
• 單對乙太網路（SPE）：透過單對雙絞線傳輸數據和電源（PoDL），簡化佈線。適用於智慧工廠和感測器網路。

內部高速互連核心技術

在系統內部，浮動式板對板連接器在連接不同運算模組中扮演關鍵角色。這些連接器支持PCIe 3.0標準，提供高達8 GT/s的傳輸速率，同時具備±0.5 mm的浮動補償能力。

• 浮動式板對板：支持PCIe 3.0，傳輸速率達8 GT/s，具±0.5 mm補償能力，工作溫度範圍從-40°C至+105°C。適用於嵌入式系統和汽車電腦。

電源與數據整合傳輸

現代邊緣人工智慧系統對電源的需求日益增加，促使PoE++（Power over Ethernet Plus Plus）和PoDL（Power over Data Line）技術的發展。

• PoE++：透過標準網路線提供高達90W的電源，同時保持千兆級數據傳輸。適用於高功率人工智慧攝影機和邊緣平台。
• PoDL：透過單對雙絞線提供高達50W的電源，數據傳輸速度從10 Mbps到1 Gbps。適用於遠程感測和監控節點。

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邊緣人工智慧連線技術選擇參考表

應用類型	連線技術	主要特性	適用場景
外部I/O堅固化	M12堅固化	IP67/IP68，抗震/抗振動	工業自動化，戶外邊緣人工智慧
外部I/O堅固化	防水USB-C	IP67/IP68，高速傳輸與電源供應	人工智慧視覺系統，數據備份
外部I/O堅固化	FAKRA系列	6 GHz高頻，汽車標準	汽車人工智慧，雷達通訊
外部I/O堅固化	SPE	PoDL電源，簡化佈線	智慧工廠，感測器網路
內部高速互連	浮動式板對板	PCIe 3.0，±0.5mm補償	嵌入式系統，汽車電腦
電源數據整合	PoE++	90W電源，千兆傳輸	人工智慧攝影機，邊緣平台
電源數據整合	PoDL	50W電源，單線傳輸	遠程感測，監控節點

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關鍵設計考量

1. 環境適應性：必須通過振動、衝擊、熱循環和鹽霧環境測試。支持-40°C至+105°C的寬溫操作，並符合IP67/IP68防護等級。
2. 高速傳輸能力：射頻支持高於6 GHz，高速互連支持PCIe 3.0（8 GT/s）或更高，保持高頻下的訊號完整性。
3. 模組化與標準化設計：符合ISO、USCAR、IEC國際標準。可互換的介面結構，便於維護和升級，支持熱插拔和即時診斷。
4. 靈活整合：平衡外部感測器與內部運算模組之間的全鏈連線。支持數據、電源和控制訊號的整合傳輸，具備未來升級的可擴展性。

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應用場景

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總結

邊緣人工智慧的應用場景涵蓋自動駕駛汽車、工業自動化和智慧城市，每個場景都對連線技術提出了獨特的挑戰。從外部I/O的堅固化解決方案到內部高速互連技術，選擇正確的連線方案對於確保系統可靠性、性能和長期穩定性至關重要。以下是關鍵考量：

• 可靠性：連線技術必須在振動、極端溫度和潮濕等惡劣環境中保持穩定。
• 高效能：支援高頻訊號傳輸（如6 GHz射頻或PCIe 3.0）和低延遲數據處理。
• 可擴展性：模組化設計和標準化介面確保系統易於升級和維護。
• 成本效益：選擇高品質的連線解決方案，降低長期維護和停機成本。