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因記憶體漲價：Hilscher netX 90 如何精簡 BOM 與 PCB 設計？

因應記憶體漲價：Hilscher netX 90 如何精簡 BOM 與 PCB 設計？
近期隨著記憶體（SDRAM、NOR Flash、SRAM）與各類工業級電子元件價格調漲，許多開發伺服驅動器、運動控制器、編碼器、感測器與遠端 I/O 模組的設備廠商，正直接面臨 BOM 表成本上升與交期波動的壓力。
過去常見的工業通訊硬體設計，大多採用「應用端主控 MCU ＋ 通訊 ASIC ＋ 外掛記憶體 ＋ 2 顆乙太網實體層（PHY）晶片 ＋ 多路電源降壓與電壓監控 IC」的組合。當外圍元件逐一漲價，不僅整體材料成本墊高，多顆 IC 帶來的採購長短料風險、功耗發熱，以及電路板（PCB）面積不足的問題也隨之浮現。
要從根本降低硬體成本與設計複雜度，最直接的作法是減少板上的 IC 顆數。德國工業通訊大廠 Hilscher 推出的 netX 90 多協定系統單晶片（SoC），在僅 10 × 10 mm（144-pin BGA）的體積內高度整合了雙核心處理器、內建記憶體、電源管理、雙埠乙太網 PHY 與硬體資安功能，讓工程師能大幅精簡外圍元件。

內建 1.5 MB Flash 與 640 KB SRAM：依產品定位彈性配置 Use Case A 與 Use Case C

一般通訊處理器往往需要外掛 Flash 來存放韌體，或外接 RAM 處理網路封包，不單增加元件成本，高速記憶體走線也容易衍生 EMI/EMC 雜訊問題。
Hilscher netX 90在晶片內部直接整合了充裕的記憶體空間：通訊側內建 1024 KB（1 MB）Flash、576 KB SRAM 與 128 KB Mask ROM，專供工業通訊協定堆疊使用；應用側則另外配置獨立的 512 KB Flash 與 64 KB SRAM 供客戶撰寫控制程式，且全數內建記憶體皆具備硬體 ECC（錯誤檢查與糾正）機制。
在實務開發上，Hilscher 的韌體架構讓設備廠商能依據產品定位，靈活控管記憶體成本：
  • 一般輕量化工業通訊需求（Use Case A）：若設備僅需標準的即時工業乙太網或現場匯流排從站通訊，完全只需要使用 netX 90 晶片內建的 1.5 MB Flash 與 640 KB SRAM，不需要外掛任何外部 RAM 或 Flash，直接避開記憶體漲價的衝擊並實現最小 PCB 面積。
  • 歐盟 CRA 合規與高階全功能需求（Use Case C）：若設備需外銷歐洲、符合今後歐盟《網路韌性法案》（CRA）的完整資安與韌體安全更新備份區（Fail-safe Firmware Update）要求，或需同時運行大型 IIoT 應用（如 OPC UA Server、extended Webserver），則採用外掛 SDRAM 與 SQI Flash 的 Use Case C 架構。
許多設備商在設計 PCB 時，會直接預留外部 SDRAM 與 SQI Flash 的焊盤（Footprint）：出貨一般輕量化市場時選擇空焊外掛記憶體、直接以 Use Case A 運作來節省 BOM 成本；出貨歐盟或高階資安市場時才打件外掛記憶體切換為 Use Case C，用同一張電路板兼顧成本競爭力與高階合規需求。

雙核心 Cortex-M4 架構，直接省去外掛主控 MCU

不論採用 Use Case A 或 Use Case C，在精簡 BOM 表的過程中，效益最顯著的設計就是省去外部主控 MCU（Host Controller）。
netX 90採用雙系統架構，晶片內含兩顆獨立運作的 100 MHz Arm Cortex-M4 處理器（各具備 125 DMIPS 效能），並各自搭配一顆 100 MHz 的 xPIC 32 位元 RISC 即時協同處理器：
  • 通訊核心：專門執行 Hilscher 經過預認證的可載入韌體（Loadable Firmware），負責處理嚴苛的工業網路即時通訊與時間同步，不占用應用端運算資源。
  • 應用核心：配備硬體浮點運算單元（FPU）與記憶體保護單元（MPU），完全開放給設備開發者撰寫產品控制邏輯，並透過晶片內部 32 位元雙埠記憶體（DPM）與通訊核心高速交換資料。
透過這樣的架構，中小型工控設備（如智慧感測器、編碼器、遠端 I/O 或馬達驅動器）可以直接在 netX 90 的應用核心上執行控制程式，以單晶片完成「工業通訊＋設備控制」，省下一顆外掛主控 MCU 的成本與占板空間。若應用於大型多軸控制器，netX 90 也能透過外部平行 DPM 或高速 SPI/SQI 介面作為伴隨晶片（Companion Chip）使用。

整合 DC/DC 降壓器、電源監控與雙埠乙太網 PHY，簡化外圍線路

除了處理器與記憶體，工業設備板端最占空間且成本不斐的往往是電源樹（Power Tree）與網路實體層元件。netX 90 將這些外圍電路直接收納進晶片內部：
  • 內建 DC/DC 降壓轉換器與單一 3.3V 供電：晶片內部自帶 DC/DC 轉換器產生核心電壓，外部僅需提供單一 3.3V 電源，省去外部核心降壓 IC，且整機功耗控制在 1W 以下，無須額外加裝散熱片。
  • 內建 POR、BOD、時脈監控與溫度感測：整合上電復位（POR）、欠壓偵測（BOD）、RC 振盪器時脈監督與熱二極體（Thermal Diode），不僅省去外掛 Reset 監控 IC，還能直接在晶片內監測電壓與溫度，支援設備預測性維護。
  • 內建雙埠 Fast Ethernet PHY：工業乙太網設備通常需要雙網路埠以支援菊花鏈（Daisy-Chain）佈線。netX 90 直接內建雙埠 10/100 Mbps 乙太網 PHY以及硬體交換器與 IEEE 1588 時間同步機制，直接省下 2 顆高單價的工業級外掛 PHY 晶片。

單一硬體支援多協定與豐富工控介面，減少研發與備料型號

針對馬達控制、感測與運動回授應用，netX 90 在應用側已直接內建 2 組 EnDat 2.2、2 組 BiSS / SSI、2 組正交編碼器介面、8 通道 IO-Link V1.1 控制器、專屬 Motion PWM 運動控制單元、2 組 CAN 2.0B 以及 12-bit 2 Msps 高速 SAR ADC，無須另外外掛 CPLD 或專用介面橋接晶片。
更重要的是，透過 Hilscher 的可編程 xC 子系統，設備廠商只需要設計並維護一套硬體電路板，就能透過更換韌體支援各種主流工業通訊協定：
  • 工業乙太網路：PROFINET IO-Device（RT/IRT）、EtherCAT Slave、EtherNet/IP Adapter(CIP Security)、CC-Link IE Field Basic、Open Modbus/TCP、POWERLINK、Sercos 與 VARAN。
  • 傳統現場匯流排：PROFIBUS DP、CANopen、DeviceNet、CC-Link 與 IO-Link Master。
  • IIoT 協定：OPC UA Server 與 MQTT Client，可與即時控制通訊並行運作，直接將現場數據傳送至邊緣或雲端平台。
協定之間的切換完全透過韌體完成，不需要修改硬體線路。同一套硬體平台即可對應不同國家、不同客戶指定的產線標準，大幅減少研發改版次數與工廠庫存料號（SKU）。

netX 90 內建硬體資安功能，提前對應歐盟 CRA 與 IEC 62443 要求

歐盟《網路韌性法案》（Cyber Resilience Act, CRA）已於 2024 年底生效，並將於 2027 年底全面強制實施，要求聯網工業設備在設計階段就必須具備資安防護能力（Security-by-Design）。
netX 90從硬體底層便直接內建完整的安全功能（Built-in Security），專為滿足 IEC 62443 與 CRA 標準而設計。晶片內部整合了多層級安全啟動（Secure Boot）、簽章韌體驗證、內部記憶體 AHB 防火牆，以及符合 FIPS 140-2 標準的硬體加密加速器（支援 RSA-4096、ECC-512、AES-256、SHA-512 與 TLS 1.2 加密通訊），搭配 Use Case C 架構即可完整支援安全韌體更新、憑證管理與加密通訊，協助設備製造商在開發早期就滿足 CRA 要求。關於 CRA 法規細節與 netX 資安架構，歡迎參考另一篇專文說明：Cyber Resilience Act 網路韌性法。

從晶片到嵌入式模組：滿足不同研發時程與產線需求的完整產品組合

除了直接採用 netX 90 SoC 晶片進行板級開發外，針對希望進一步縮短上市時程、簡化 BGA 貼裝製程，或將外掛記憶體與網路介面直接模組化的客戶，Hilscher 也推出了一系列基於 netX 90 的嵌入式模組方案：
  • netRAPID 90（NRP H90）：採用超小型晶片載體（Chip Carrier）封裝，能像一般 QFP 元件直接透過 SMD 表面貼裝焊接於底板，省去高密度 BGA 扇出與多層板成本；同時提供已整合外部 8 MB RAM 與 8 MB Flash 的 NRP H90\F8D8 版本，直接滿足CRA資安規範與 IIoT 需求。
  • netRAPID 90IC（NRP H90IC\F8D8）：專為精簡現場設備設計的插拔式（Plug-in）嵌入式通訊模組（尺寸僅 18 × 45 mm），透過 SMT 連接器與螺絲固定實現「以插代焊」，並內建 8 MB RAM 與 8 MB Flash 支援 CRA 資安規範，大幅降低生產焊接風險並方便日後維護替換。
  • COMX 90CA-RE：整合雙埠 RJ45 網路介面、外圍電路與 8 MB RAM / 8 MB Flash 的完整嵌入式通訊模組（功耗較前代 COMX 51 大幅降低 65%，且針腳相容免改板）。客戶可依產線流程選擇由自身載入協定韌體的 COMX 90CA-RE，或選用出廠已預載特定工業乙太網與 IIoT 韌體的 COMX 90CN 系列模組。
  • COMX 90CN 系列:無RJ45網路介面，透過第二個SMT插槽引出訊號，提供客製化網路介面布局的彈性。
無論您選擇晶片或模組方案，Hilscher 皆提供完整的對應評估開發板——包含針對 netX 90 晶片的 NXHX 90-JTAG 通用開發板與 NXHX 90-MC 馬達控制開發板、針對 netRAPID 90 系列的 NRPEB H90-RE 評估板與NSHIELD90-RE評估板，以及適用於 comX 全系列的 COMXEB 評估開發板。各款晶片、嵌入式模組與對應開發板的詳細規格與借測申請，歡迎直接洽詢 Hilscher 台灣總代理亞德電子科技。

常見問答（FAQ）

  • Q1：面對記憶體漲價，使用 Hilscher netX 90 需要外掛 SDRAM 或 Flash 嗎？ 視產品功能需求而定。若是純即時工業通訊的輕量化需求（Use Case A），可完全使用 netX 90 內建的 1.5 MB Flash 與 640 KB SRAM，免外掛任何記憶體；若需符合今後歐盟 CRA 安全規範或執行完整 IIoT 功能（Use Case C），則需外掛 SDRAM 與 SQI Flash，或直接選用已整合外部記憶體的 NRP H90\F8D8、netRAPID 90IC 與 COMX 90CA-RE 等模組。
  • Q2：netX 90 可以不搭配外部主控 MCU 獨立運作嗎？ 可以。netX 90 內建兩顆獨立的 100 MHz Arm Cortex-M4 處理器，其中一顆專責處理工業通訊協定，另一顆配備硬體 FPU 的核心則開放給客戶撰寫應用程式，中小型設備可直接省去外掛主控 MCU。
  • Q3：netX 90 在電源與網路電路設計上能省下哪些外圍元件？ netX 90 內建 DC/DC 降壓轉換器、POR（上電復位）、BOD（欠壓偵測）、時脈監控與雙埠 10/100M 乙太網 PHY，外部僅需單一 3.3V 供電且功耗低於 1W，可省去外部核心電源 IC、電壓監控 IC 與 2 顆外掛乙太網 PHY 晶片。
  • Q4：Hilscher netX 90 與相關模組支援哪些工業通訊協定？切換協定需要改板嗎？ 支援 PROFINET、EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link IE Field Basic、Modbus/TCP、POWERLINK、Sercos、PROFIBUS DP、CANopen、DeviceNet，以及 OPC UA 與 MQTT。切換協定僅需更換韌體，不需要更換硬體或重新設計電路板。
  • Q5：若不想自行設計 BGA 電路板，有哪些基於 netX 90 的模組與開發板可選擇？ 可依需求選擇 SMD 焊接型的 netRAPID 90、插拔式免焊接的 netRAPID 90IC，或內建 RJ45 網路座的 COMX 90CA-RE 與 COMX 90CN 系列，且皆備有對應的 NRPEB H90-RE 與 COMXEB 開發板可供快速驗證。
  • Q6：台灣廠商在哪裡取得 Hilscher netX 90 晶片、各系列模組與對應開發板？亞德電子科技為德國 Hilscher 台灣官方總代理，提供 netX 90 晶片、netRAPID 90、netRAPID 90IC、COMX 90CA-RE、COMX 90CN 全系列模組與對應開發板支援，歡迎透過電話（02-2999-5456）、信箱（emma@alpha-pacific.com）或官方 LINE（@394gsmmc）聯絡亞德電子詢價與洽詢方案。
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