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國研院協助IC設計業渡危機 支援客製化系統晶片設計平台
[SmartAuto 陳念舜 報導]   2023年05月10日 星期三 瀏覽人次: [2434]

當台灣IC設計產業正面臨各國及中國大陸傾舉國之力扶持自家產業衝擊之際,國科會主委吳政忠也在日前宣布,將「前瞻半導體與量子」列入國科會8大前瞻科研平台之一,並啟動2025半導體大型研究計畫,在半導體人才培育與研發規劃10年布局,偕同教育部與經濟部,共同培育人才並鏈結產業。

(左起)臺大電機系楊家驤教授、國研院林法正院長、國研院半導體中心侯拓宏主任、蔡維昌研究員
(左起)臺大電機系楊家驤教授、國研院林法正院長、國研院半導體中心侯拓宏主任、蔡維昌研究員

繼日前由半導體產業協會(TSIA)公布IC設計業者首度發起編寫的產業白皮書中便披露,台灣IC產業正面臨各國傾舉國之力扶持自家IC設計業、陸企發展迅速、台灣人才短缺嚴重、缺乏先進技術研發動能等4大危機。

聯發科董事長蔡明介也對此示警:「由於美國箝制大陸發展半導體高階製程技術,反而讓大陸資金流向成熟製程IC,讓台灣中小型IC設計業者首當其衝。呼籲政府應推出完整的台灣晶片法案,不僅關注半導體製造,還包括IC設計及下游系統產品應用、生態系、軟體等各方面,投入的金額至少要百億元。」

書中也提出6大建言,包括:擘畫與推動國家層級的半導體戰略、採取積極性的預算編列以強化推動力道、擴大培育並爭取海外IC設計人才、重新檢視外商來台設立研發中心政策、強化IC設計核心技術掌握與布局、協助業者整併與國際化,以促進產業升級。

目前除了國科會全力支持學術界進行頂尖半導體相關研究外,亦指示轄下國家實驗研究院台灣半導體研究中心(國研院半導體中心),開發各種協助學術界研發尖端客製化系統晶片設計平台,可供學術界能專注於加快研發系統晶片中的特定應用電路等關鍵技術,加速將創意轉換成完整的系統晶片。

國研院半導體中心進一步表示,隨著現今各種新興應用對運算硬體的效能要求越來越高,也讓自行研發客製化系統晶片的趨勢成主流。如Appleje公司的MAC系列產品,採用自家研發的M1/M2晶片;Google自行設計的Tensor晶片,導入Pixel系列手機;以及Amazon為強化AWS(Amazon Web Services)雲端運算服務,而開發Graviton晶片;Tesla研發Dojo晶片,分別用於雲端的訓練資料中心與終端的汽車自動駕駛。

然而,客製化系統晶片的設計需求雖然方興未艾,惟觀其研發過程,除了須先針對需求提出創意發想,並制定出晶片的系統規格外,還有電路系統的規劃、設計、驗證、除錯和調整等工序,涉及許多複雜且艱深的專業技術,相關工作費時又費力;下線製作出來的晶片,也欠缺直接查對真實影音訊號的展示系統。總而言之,設計程序繁複、驗證過程耗時、欠缺展示系統,這些挑戰墊高了客製化系統晶片的設計門檻,也延宕了開發速度。

該「客製化系統晶片設計平台」中還包含了ASIC與FPGA 兩項功能,當學研界使用此平台的過程中,國研院半導體中心便會支援專業的晶片設計服務團隊,補足學研界缺乏晶片後端實作經驗的困擾,有效加速完成繁複的設計程序。

再透過半導體中心經驗豐富的工程師一起參與晶片設計與除錯,可以有效率地設計出高效能、低功耗的晶片,降低學研界因為對先進製程設計規則不熟悉而產生的成本耗損,估計每個設計案的晶片材料與製作成本約可節省30%,從300萬元減為200萬元。

其次,是借助國研院半導體中心專業人員的經驗,還能加快複雜晶片裡超過30億個電晶體的驗證與除錯工作,協助學界有效縮減驗證的時間,將原本需要花費數天到數週的軟體模擬時間縮短為40分鐘,大幅節省時間與精力。

最後階段,係由於「客製化系統晶片設計平台」可以支援展示系統,只須將下線製作出來的雛型晶片,再安裝在平台上的晶片插座;載入軟體映像檔,即可進行相關應用如物件偵測或影像分割等內容的應用展示。相較於往常學界為了展示的需求,必須另外自行開發系統電路板,半導體中心可幫助學界節省這段從完成晶片到系統展示的最後一哩路,至少能縮短6個月時間。

如今,「客製化系統晶片設計平台」還可支援「人工智慧視覺」、「語音處理」、「生醫晶片」、「自駕車」等多種新興應用,台灣大學與陽明交通大學的研究團隊都已在使用,並聚焦發展生醫晶片、自駕車和智慧型機器人等應用。

台大電機系教授楊家驤團隊便與國研院半導體中心攜手,使用該平台完成了3款客製化系統晶片的設計、驗證與展示。分別是運算加速效能,可提升4~6倍的「AI運算加速晶片」;比過去最佳文獻僅提升22倍最高運動控制頻率,與350倍能量效率的「7軸自主移動機器人的運動控制晶片」。

以及全世界第一個實現變體基因型運算的「次世代基因定序資料分析晶片」,能將分析時間從過去的數天縮短至半小時以內。這三款連發的系統晶片已全都獲選於素有「IC設計領域奧林匹克」美稱的ISSCC國際研討會 發表,備受肯定。

國研院半導體中心主任侯拓宏表示,半導體中心在國科會指導下,一直致力於提升臺灣產學研界在半導體技術的研究能力,並培植質與量兼具的晶片設計人才。透過中心建構的「客製化系統晶片設計平台」,讓學研界可共用研究資源,縮短半導體技術開發與系統晶片設計驗證時間,加速提升技術實力,做出最頂尖的研究成果。

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