国研院半导体中心开发 定制化系统芯片设计平台

（左起）国研院半导体中心张育苍副研究员、陈麒旭组长、庄英宗副主任、台大电机系杨家骧教授、国研院林法正院长、国研院半导体中心侯拓宏主任、蔡维昌研究员、国研院营运推广室张龙耀主任、国研院半导体中心王仁杰组长。国研院半导体中心

国科会吴政忠主委日前宣布，「前瞻半导体与量子」是国科会八大前瞻科研平台之一，国科会已经启动2025半导体大型研究计划，在半导体人才培育与研发规划十年的长期布局，偕同教育部与经济部，共同培育人才并链结产业。

在科研方面，国科会除全力支持学术界进行顶尖半导体相关研究外，亦指示辖下国家实验研究院台湾半导体研究中心（国研院半导体中心）开发各种协助学术界研发尖端芯片的平台，做学术界最有力的后盾。国研院半导体中心执行国科会政策，开发出「定制化系统芯片设计平台」，让学研界可以专注于研发系统芯片中的关键技术－特定应用之电路，结合此平台，即可将创意转换成完整的系统芯片。

科技巨擘（Apple、Google、Amazon、Tesla）自研芯片成主流

随着各种新兴应用对运算硬件的效能要求愈来愈高，也让自行研发定制化系统芯片的趋势掀起高潮，如苹果的MAC系列产品，是使用自己研发的M1及M2芯片；Google自行设计的Tensor芯片则用在Pixel系列手机；亚马逊为强化AWS（Amazon Web Services）云端运算服务，开发Graviton芯片；Tesla则研发Dojo芯片，用于云端的训练数据中心与终端的汽车自动驾驶。

定制化系统芯片的设计需求方兴未艾，但是其研发过程，除了要先针对需求提出创意发想并制定出芯片的系统规格外，还有电路系统的规划、设计、验证、除错和调整等工序，其中涉及许多复杂且艰深的专业技术，相关工作费时又费力。而且下线制作出来的芯片，也欠缺直接查对真实影音信号的展示系统。总而言之，设计程序繁复、验证过程耗时、欠缺展示系统，这些挑战垫高了定制化系统芯片的设计门槛，也延宕了开发速度。

「定制化系统芯片设计平台」 加速定制化系统芯片技术实现

为加快台湾学研界研发定制化系统芯片的脚步，国研院半导体中心开发出「定制化系统芯片设计平台」，让学研界可以专注于开发系统芯片中的关键技术「特定应用之电路」，即可结合平台，将创意转换成完整的系统芯片。

「定制化系统芯片设计平台」中包含了ASIC[1]与FPGA[2]两项功能，学研界使用此平台的过程中，国研院半导体中心会支持专业的芯片设计服务团队，补足学研界缺乏芯片后端实作经验的困扰，有效加速完成繁复的设计程序。透过半导体中心经验丰富的工程师一起参与芯片设计与除错，可以有效率地设计出高效能、低功耗的芯片，降低学研界因为对先进制程设计规则不熟悉而产生的成本耗损，估计每个设计案的芯片材料与制作成本约可节省30%，从300万元减为200万元。

其次，借助国研院半导体中心专业人员的经验，还能加快复杂芯片里超过30亿个晶体管的验证与除错工作，协助学界有效缩减验证的时间，将原本需要花费数天到数周的软件模拟时间，缩短为40分钟，大幅节省时间与精力。

最后阶段，由于「定制化系统芯片设计平台」可以支持展示系统，只需将下线制作出来的雏型芯片，安装在平台上的芯片插座，加载软件映像档，即可进行相关应用如物件侦测或影像分割等内容的应用展示。相较于往常学界为了展示的需求，必须另外自行开发系统电路板，半导体中心可帮助学界节省这段从完成芯片到系统展示的最后一里路，至少能缩短6个月时间。

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「定制化系统芯片设计平台」可支持「人工智能视觉」、「语音处理」、「生医芯片」、「自驾车」…等多种应用，台湾大学与阳明交通大学的研究团队都已在使用，聚焦发展生医芯片、自驾车和智能机器人等应用。

台大电机系杨家骧教授团队与国研院半导体中心携手，使用此平台完成了三款定制化系统芯片的设计、验证与展示，分别是运算加速效能可比过去提升4~6倍的「AI运算加速芯片」、比过去最佳文献提升22 倍最高运动控制频率与350 倍能量效率的「7轴自主移动机器人之运动控制芯片」，以及全世界第一个实现变体基因型运算的「次时代基因定序数据分析芯片」，能将分析时间从过去的数天缩短至半小时以内。这三款系统芯片全都获选于素有「IC设计领域奥林匹克」美称的ISSCC国际研讨会[1]发表，备受肯定。

国研院半导体中心侯拓宏主任表示，半导体中心在国科会指导下，一直致力于提升台湾产学研界在半导体技术的研究能力，并培植质与量兼具的芯片设计人才。透过中心建构的「定制化系统芯片设计平台」，让学研界可共享研究资源，缩短半导体技术开发与系统芯片设计验证时间，加速提升技术实力，做出最顶尖的研究成果。