推廣邏輯硬體概念 成真首次參與SEMICON TAIWAN 2023 智慧應用 影音
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推廣邏輯硬體概念 成真首次參與SEMICON TAIWAN 2023

  • 林佩瑩新竹

成真董事長林茂雄博士。DIGITIMES攝
成真董事長林茂雄博士。DIGITIMES攝

SEMICON TAIWAN自舉辦以來,參展廠商多以半導體、自動化設備與材料業者為主,其次則由如EDA、晶片業者穿插其中。不過2023年的SEMICON TAIWAN則多了一家商業模式相當特別的公司—成真。

成真為林茂雄博士所創辦,現為董事長暨發明家,同時也是哈佛大學Global Advisory Council委員、工程及應用科學學院Dean’s Advisory Cabinet成員,在半導體產業的經歷長達四十年之久。林茂雄談到,此次參展的主要目標,就是希望能尋找有資源的夥伴一起開發與生產邏輯硬碟,亦或是採取授權做法,讓有資源的廠商來開發與生產邏輯硬碟。

邏輯硬碟改變及儲存邏輯運算,就像固態硬碟改變及儲存記憶數據。成真

邏輯硬碟改變及儲存邏輯運算,就像固態硬碟改變及儲存記憶數據。成真

FPGA晶片標準化後,其大部分面積都成為規則的邏輯方塊陣列 (logic block array),就像DRAM 晶片記憶方塊陣列 (memory block array) 一樣。成真

FPGA晶片標準化後,其大部分面積都成為規則的邏輯方塊陣列 (logic block array),就像DRAM 晶片記憶方塊陣列 (memory block array) 一樣。成真

林茂雄博士基於長年對多晶片封裝技術的鑽研及觀察,提出「晶片封裝的摩爾定律」。成真

林茂雄博士基於長年對多晶片封裝技術的鑽研及觀察,提出「晶片封裝的摩爾定律」。成真

推廣邏輯硬碟,推動半導體產業再創新

邏輯硬碟(Logic Drive)對於整個產業界來說,是全新的名詞。林茂雄解釋,隨著製程不斷演進,開發一顆5nm以下的晶片,所需的花費動輒上億美元,這對晶片創新研發來說,是一道極高的進入障礙。若無法解決,所有的晶片設計人才只能往大型的半導體公司移動,對於整體半導體產業的發展,很難再有革命性的突破。

但另一方面,林茂雄也觀察到,在製程進入10nm後,FPGA(可編程邏輯閘陣列)在某些應用上,其效能可以與業界所熟知的GPU互補,甚至互相抗衡,尤其是在網路(networking)及AI的推論算力(inference)更是如此。再加上FPGA先天的可編程特性,開發者能彈性地開發出各式各樣的系統,這是既有的ASIC或是CPU/GPU等晶片所辦不到的。

林茂雄說FPGA具有類似人腦的可塑性(plasticity)及整合性(integrality),更形容FPGA宛如文藝復興時期的李奧納多達文西,是繪畫音樂藝術家,也是解剖生理學家;是幾何數學家,也是土木工程建築家;是精通天文、氣象、地質、光學、力學的科學家,也是諳熟動物、植物的生物學家,在許多領域都有重大的成就。

因此,林茂雄提出一個全新的構想,將10nm以下先進製程製造的FPGA晶片標準化,並搭配一顆非揮發性記憶體晶片來儲存FPGA的組態(configuration),然後以多晶片封裝製程加以封裝,形成類似固態硬碟的產品,故取名為邏輯硬碟。這就像固態硬碟儲存記憶數據一樣,可改變及儲存記憶數據;只是邏輯硬碟改變及儲存的是邏輯運算而已。晶片設計高手只需購買邏輯硬碟,開發組態軟體程式,就可以改變邏輯硬碟的硬體線路,然後打上自家的標識(logo),即可把邏輯硬碟當成ASIC晶片販售。
何謂將FPGA晶片標準化?意即僅保留FPGA晶片原本既有的可編程電路,將I/O電路與控制電路移出,形成邏輯硬碟內的I/O及控制晶片。如此一來,它就能形成標準的大宗產品,量產上較為容易,晶片的成本也能大幅降低。

林茂雄進一步談到,就概念上,採取一顆乃至於多顆晶片封裝是相當彈性的做法。換言之,邏輯硬碟可視運算的需求情況,放入數量不等的標準化FPGA晶片。

打造大眾創新平台,突破現有挑戰

林茂雄希望藉由推廣邏輯硬碟,打造出一個大眾創新平台,讓99%的平民大眾透過邏輯硬碟也能參與1%的貴族遊戲,真正發揮10nm以下製程的威力;同時,以邏輯硬碟製作的產品可以重複使用(Re-Use),對環保也會有所貢獻。他不諱言,以他這幾年的觀察來看,成真已慢慢摸索出市場的需求在哪,也認為這樣的模式有很大的機會成功,所以才希望藉由2023年的半導體展,開始積極尋求合作夥伴。此外,成真過去七年致力於邏輯硬碟的架構及專利布局,目前已獲得36個美國專利。

邏輯硬碟的概念要具體實現恐怕仍有若干困難,像是FPGA業者是否願意投入此一領域,讓FPGA能被標準化並大量生產;以及在開發工具上,是否有更友善的開發介面(像是NVIDIA的CUDA)讓市場使用。但林茂雄也透露,目前已有方法能夠克服,所以要實現邏輯硬碟並不困難,而成真會利用各種管道與商業模式來推廣邏輯硬碟,並持續研發多晶片封裝的技術專利,用於邏輯硬碟上。

多晶片封裝所帶來的全新摩爾定律

基於長年對多晶片封裝技術的鑽研及觀察,林茂雄也提出:「晶片封裝的摩爾定律」的概念。晶片的摩爾定律為每18-24個月單位面積內的電晶體數量會加倍;林茂雄認為原來被歸類為「非摩爾定律」的晶片封裝,尺寸也將逐漸微縮,走上如晶片一樣的摩爾定律;在多晶片封裝中,其單位體積的電晶體數量在每9-12個月就能加倍。現階段晶片的摩爾定律面臨到物理極限與成本挑戰,繼續微縮的難度不斷提升,微縮的任務將轉而落在封裝身上。未來,晶片封裝將逐漸主導並延續摩爾定律!

最後值得一提的是,林茂雄過去曾在IBM、AT&T貝爾實驗室與台積電等大廠服務,累積長達四十年的產業經驗,同時又擁有300多篇的美國專利。在幾位頂尖科學家的鼓勵下,決定將他四十年的經驗集結出書,書名為《摩爾旅程-電晶體數目爆增的神奇魔力》。該書在8月底剛出版,以科學及工程為骨幹,穿插親身經歷或見證的故事,用物理哲學的觀點及文學感性的筆法,探索半導體晶片的前世今生。此書對於邏輯硬碟及晶片封裝的摩爾定律有詳細的闡釋,在這次的SEMICON Taiwan也一併展出,歡迎各界人士前往參訪。


商情專輯-2023 SEMICON Taiwan