2022年12月2日 星期五

IC設計趨勢研究

                資料來源:股感知識庫

台灣能持續保持IC設計產值全球第二的趨勢嗎? 中國會趕上嗎? 若沒有民主、自由、法治等開放精神,中國是不可能領先的!
這是一個好問題,目前已有陽明交大的教授提出警訊[1]。其實這論點並非空穴來風,不過這也說了好幾年了,中國IC設計業之所以還沒有辦法起來的原因,很大的部分在於政治。因為政治不夠開放,心態不夠健全,無法吸引真正的人才。真正的人才是要看長遠的,並非短視近利。例如目前現在中國爆發嚴重的白紙革命,星火燎原,大家都紛紛想要自由、民主、法治。這是趨勢,真正有能力的富豪、人才都想盡辦法逃離中國,中國怎麼可能在IC設計或其他的領域超前呢?台灣的問題是:台灣需要的是吸引更多的人才,更多的資金。台灣的IC設計目前產值全球第二,這非常的好,表示我們還有努力的空間,接下來就是努力超前,邁向第一。

另一方面,台灣陽明交大團隊的ISSCC中「獵能」技術真是吸睛,不但首創多輸入正負獵能器,獵能光伏(PV)、測試元件組(TEG)、射頻晶片(RF)能量,其TEG正負壓獵能不需要使用大變壓器,同時能將能量傳輸給負載及電池,並依據能量多寡控制操作模式達到最高效率轉換,提升整體效率達93.2%,可運用在穿戴式裝置應用。

如何節能,一向都是國外研究的主題,如Ericsson和MIT合作的Zero Energy等技術,沒想到我國台灣學研界也有研究此題目,可謂令人耳目一新。 [20221202]

Reference:

[1][20221202]缺乏創意與長遠布局 台灣IC設計老二地位將不保

IC設計年度最盛大的「國際固態電路研討會」(International Solid-State Circuits Conference;ISSCC)將於2023年2月19~23日在美國舊金山舉行。台灣共有23篇論文入選,其中7篇來自陽明交通大學電機系講座教授陳科宏的團隊所貢獻,創下台灣學界的最高紀錄。

7篇論文所包含的相關技術未來將技轉給瑞昱新創晶炫。為了展現對大學研發資源的支持,瑞昱已宣布在陽明交大成立校級研發中心。

陳科宏指出,中國重點發展IC設計,已具有超越歐美的實力。台灣IC設計產值雖然位居世界第二,但陳科宏認為再過幾年台灣就會掉到第三、第四。因為中國的晶片做得比台灣快、又比台灣好,甚至有些台廠已經反過來在抄襲中國業者的IC產品,這是業界都知道的事。未來台灣必須看得更遠,做更先進的產品,才有機會贏回市場。以下是專訪內容摘要:

問:此次ISSCC論文清華大學入選4篇、台灣大學3篇、成功大學2篇、陽明交大卻入選7篇,且全部出自您所帶領的學生團隊,打破台灣歷年紀錄,您有何心得?

台灣學界在ISSCC的表現持平,每年大都有15~20篇左右會入選。2023年如果扣掉陽明交大的7篇,清大、成大、台大、台積電(2篇)、聯發科(5篇)加起來仍有16篇,可以說和過去的水準相當。

但我必須強調,7、8年前,中國連1篇都沒有入選,2023年居然有59篇入選(其中澳門大學15篇、北京清華大學13篇、北京大學6篇)。這代表中國用國家的力量,再加上研究者很團結,創造亮眼成果。

台灣應該要警惕,並更加努力維持半導體晶片設計和製造技術領先

問:中國和澳門在2023年的IC設計論文有異軍突起的情況,但有人認為不會構成威脅,因為台灣IC設計產業很強大,在全世界只落後美國。

台灣IC設計業者首重賺錢,有許多都是以模仿起家,不像美國的IC設計是首重創意,願意投入金錢研發有前景的技術。

台灣不少業者只要覺得研發投入3年內無法帶進現金,即不再支持相關計畫。廠商過於短視的結果就是逐漸為中國所追上,現在則已經超越。因為中國的晶片做得比台灣快,又比台灣好。甚至有些台廠已經反過來在抄襲中國業者的產品,這是業界都知道的事。雖然台灣IC設計的產值位居世界第二很久了,但我認為再過幾年台灣就會掉到第三、第四。

以電動車產業為例,台灣只誕生一個MIH中國可是百家爭鳴,各種電動車方案都有。中國產業的「野蠻生長」讓很多科技公司都有機會賺到錢。ISSCC是重視創意的國際技術論壇,但在台灣創意不能帶入現金,自然乏人問津。

由於中國內需市場龐大,IC設計業者可以充分利用內需市場做驗證。如果行不通就修改,而且又有政府補助,在工控、玩具的MCU就是如此。高階的晶片如CPU中國也能自己設計了,作業系統(OS)也有了。

台灣雖然現在仍有不少IC賣進中國,但漸漸地會賣不動,因為已被中國IC設計業者所取代。除非台灣看更遠、做更先進的產品,才有機會贏回市場。

雖然中國的半導體產業距離台灣還有一段距離,但這個差距會隨時間而縮短。在IC設計上中國要贏過台灣和美國只是時間的問題。有人說美國的半導體禁令會打擊中國的科技進步、中國政府的專制獨裁不利科技產業的創意萌芽。

但我們看到的並非如此。只要有錢賺,海歸派會不斷回流中國,或在台灣、美國等地為中國的公司工作。中國人想為自己的前途或「錢途」而賭一把的不在少數。更何況美國對人才的禁令,能否落實也有疑問。

現在台灣遇到的問題是IC設計將被中國超車,美國開始重視IC製造也會對台灣帶來深遠的影響。但台灣有很好的環境,未來一定要凝聚力量,維持自己的優勢。

問:據聞蘋果(Apple)不願意在ISSCC投論文,高通(Qualcomm)、NVIDIA等大公司投稿的論文只佔其技術的一小部分,使外人難窺其堂奧。學界如何能知道大公司的IC設計實力?

歐美大廠基於保護產品的要求,的確有減少在ISSCC投稿的趨勢

不過,外界還是可以了解歐美大廠在做什麼。一種方式是與歐美大廠建立合作管道,知道其技術需求,了解歐美大廠對技術的掌握度;另一種即為Apple供應鏈的夥伴,可以從外圍看到Apple的技術內涵。

現在最新的Apple產品其實都是3至5年前已經規劃好的。過去這幾年台灣供應鏈、組裝廠和Apple緊密配合,即便Apple不發表ISSCC論文,供應鏈廠商和台灣學界還是能知道其晶片設計的進步到何種程度。

再者Apple公開的專利寫得很不清楚,但如果本身即是某個領域耕耘很深的廠商或學者,還是能在有限的專利敘述中掌握到Apple晶片設計技術的影子。

問:受限於國研院台灣半導體研究中心(TSRI)規定及政府補助款限制,台灣學界要發表IC設計論文只能使用16奈米、28奈米,無法在更先進製程下線,對研究深度是否有影響?要如何克服這種限制?

TSRI的下線服務是廣泛地提供,對學生而言是練習的機會,但也僅是入門。

如果學術團隊要走台積電的JDP模式(Joint Developed Project;JDP),就不需透過TSRI,也不受16奈米的限制,但前提是晶片的設計要必須有一流的水準。例如美國柏克萊(UC Berkeley)、史丹福大學(Stanford University)和台積電的合作就是JDP。

另一個途徑是學者爭取到與聯發科合作,就有機會使用到遠優於16奈米的製程下線。

問:請分享陽明交大2023年入選ISSCC的論文有哪些技術亮點?

ISSCC在化合物半導體論文共有4篇入選,其中有3篇是出自陽明交大。我們是唯一提出48V到5V的「雙降壓、雙輸出轉換器」架構,可減少50%被動元件用量。獨創混合式和差控制突破雙輸出架構的設計瓶頸,成功抑制交互穩壓效應與輸出電壓漣波,並同時提升電流平衡,提供電動車與資料中心成本更低、體積更小的電力系統。

另外有關無線充電,市售有很多解決方案,但都有空間死角。我們提出3D線圈系統,以三度空間零死角為電子產品充電;獨創的雜訊消除技術,有效改善訊號之間的干擾,避免產生錯誤訊號。

還有一篇論文是「獵能」技術,首創多輸入正負獵能器,獵能光伏(Photovoltaic;PV)測試元件組(Test Element Group;TEG)、射頻晶片(Radio Frequency;RF)能量,獨創TEG正負壓獵能不需要使用大變壓器,同時將能量傳輸給負載及電池,依據能量多寡控制操作模式達到最高效率轉換,且高精確度、高效率後級控制電路更提升整體效率達93.2%,可在穿戴式裝置上得到應用。

此外,我們採用對稱電源供給級來達成雙向寬電壓轉換率之降壓/升壓變換器,使USB電力傳輸(USB Power Delivery;USB-PD)的轉換效率顯著提高。


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