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支援學研界發展系統晶片 國研院半導體中心開發客製化系統晶片設計平台


新網記者歸鴻亭台北報導
2023/5/9 上午 11:32:04 / 電腦實境

 國科會主委吳政忠日前宣布,「前瞻半導體與量子」是國科會8大前瞻科研平台之一,國科會已經啟動2025半導體大型研究計畫,在半導體人才培育與研發規劃十年的長期布局,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。(國家實驗研究院提供)
 在科研方面,國科會除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開發各種協助學術界研發尖端晶片的平台,做學術界最有力的後盾。國研院半導體中心執行國科會政策,開發出「客製化系統晶片設計平台」,讓學研界可以專注於研發系統晶片中的關鍵技術-特定應用之電路,結合此平台,即可將創意轉換成完整的系統晶片。

 隨著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掀起高潮,如蘋果的MAC系列產品,是使用自己研發的M1及M2晶片;谷歌自行設計的Tensor晶片則用在Pixel系列手機;亞馬遜為強化AWS(Amazon Web Services)雲端運算服務,開發Graviton晶片;特斯拉則研發Dojo晶片,用於雲端的訓練資料中心與終端的汽車自動駕駛。

 客製化系統晶片的設計需求方興未艾,但是其研發過程,除了要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,其中涉及許多複雜且艱深的專業技術,相關工作費時又費力。而且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。

 為加快國內學研界研發客製化系統晶片的腳步,國研院半導體中心開發出「客製化系統晶片設計平台」,讓學研界可以專注於開發系統晶片中的關鍵技術「特定應用之電路」,即可結合平台,將創意轉換成完整的系統晶片。

 「客製化系統晶片設計平台」中包含了ASIC 與FPGA 兩項功能,學研界使用此平台的過程中,國研院半導體中心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。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,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,由於「客製化系統晶片設計平台」可以支援展示系統,只需將下線製作出來的雛型晶片,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。

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

 臺大電機系教授楊家驤團隊與國研院半導體中心攜手,使用此平台完成了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比過去提升4~6倍的「AI運算加速晶片」、比過去最佳文獻提升22倍最高運動控制頻率與350 倍能量效率的「7軸自主移動機器人之運動控制晶片」,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3款系統晶片全都獲選於素有「IC設計領域奧林匹克」美稱的ISSCC國際研討會 發表,備受肯定。

國研院半導體中心開發客製化系統晶片設計成員合影。(國家實驗研究院提供)
 國研院半導體中心侯拓宏主任表示,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。
頻道:資訊科技 分類:電腦實境
採訪:歸鴻亭 日期:2023/5/9 上午 11:32:04
關鍵字:晶片,國研院,半導體,客製化,AI

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