AI 丢直球,台湾 IC 设计準备好了吗?





AI 丢直球,台湾 IC 设计準备好了吗?

就算不在网路环境当中,也能轻易地透过 AI 技术增加使用者体验,像是手机人脸解锁、拍照製造景深等。

台湾拥有完整半导体与电子供应链,从 IC 设计到製造、封测,但是近年来中国积极发展半导体之下,许多人才被挖角,到底面对 AI 趋势,台湾 IC 设计公司能否抢得先机,準备好了吗?

AI 从云到端,边缘运算是台湾的优势

过去 AI 运算倚赖云端,将资料传到云端进行运算,再将处理好的资料传回装置,像是 Intel、Nvidia 等大厂推出相应的 AI 晶片。惟儘管提供强大运算力,但同样受限于稳定网路环境,可能产生运算延迟性。因此当 2016 年硬体技术演进到一定程度后,逐渐将 AI 落地到边缘运算,满足使用者体验,且具效率、省电、即时性等特色,像是 ARM、Qualcomm 等厂商所定专用型与装置端的 AI 晶片。

AI 边缘运算的系统单晶片当中,包含处理器、记忆体、电源、I/O、安全机制等,特别的是,符合 AI 装置的特性与需求,在处理器当中,要考量到多样应用别都要符合架构,因此要具有弹性,记忆体则因资料量进出大,需要灵活与外部交换资料,另外功耗、对外连结口也是关键,至于安全机制方面,不仅是晶片本身资料保密,更要装置端使用上不会被骇客攻击。

业内人士分析,台湾优势在于拥有记忆体产业支援、资安敏感度,以及过去在消费性电子产品的製造经验,像是手机、智慧家庭等,MCU 产业也发展许久,要再进一步升级到 AI 化,相对有具有技术优势。

联发科计算与人工智慧技术本部总经理陈志成认为,过去多先知道技术硬体再做产品满足,但 AI 趋势下,技术与应用是互相为用的,才能掌握先机,因为台湾不比国际大厂掌握市场应用的趋势,因此人才端要培养开发技术外,找到新应用机会也是关键。

但是 AI 晶片考量的条件也很多,跳出过去设计框架,需要运算的资料量越来越大,连带使得如何维持效能、省电都是关键,像是受限网路频宽有限、通讯延迟、资料隐私、缺乏网路覆盖等挑战,从云端到特定应用,能将技术从实验室走出来,落地运用,将取决于厂商能否下定决心,投入资源。

AI 晶片提升产品价值,系统性思考晶片未来

IC 设计龙头联发科已经在行动装置晶片当中加入 AI 技术,能够大幅提升拍照画素与运算效能,像是 Helio P90 系统单晶片,採用 12 奈米製程,但在 AI 的算力上,大胜竞争对手 7 奈米製程晶片。

陈志成认为,AI 已经广泛运用在各个装置当中,像是现在联发科的晶片当中,拍照已经能创造单眼相机,才有的景深效果,明后年则往画质提升、夜拍降噪等技术提升;电视方面,今年也推出利用 AI 辨识影像场景,能自动调适视觉样貌,年底到明年初则会推展出辨识物体、蓝天绿树等方案,将画质体验再提升。

为了 AI 运算,不同于 CPU、GPU,发展出专门 AI 运算的 APU,陈志成说明,APU 比 CPU 运算快 20 倍,功耗则降低 55 倍,重点在于将执行动作分散给不同的中心运算(异质运算),分别下达指令给 CPU、GPU、APU,能够达到最高的效能。

因此业者提出,当晶片中有更多运算资料,要提升效能,势必要解决散热、记忆体消耗这两点关键,当中并非单纯放入更多运算单元的问题,要从晶片设计当中,考量到晶片完整设计的角度,将未来是最大的挑战。

AI 晶片好贵,想接球就怕手套不够深

AI 晶片光是进入门槛就让人很害怕,业内统计,光是硅智财就要 200~300 万美元,再加上 EDA 工具约 200~300 万美元,人力成本约 150~200 万美元,光罩也要 200 万美元以上,若是 16 奈米更要 300 万美元以上,粗估光是一颗 AI 晶片就要投入 1 千万美元以上,这就可挡掉一批人进入市场,特别是台湾 IC 设计厂商规模较小,且较缺乏软硬体整合系统能力,因此投入之后,能否即时掌握市场需求、具有开发弹性,都是考量的关键。

台湾新思全球副总裁暨台湾区总经理李明哲认为,在设计 AI 晶片时,要先锁定应用别,再定义处理器、记忆体大小等,架构需要将 CPU、DSP 等分工清楚,软硬体间配合,也就是说,晶片完成之前就要知道需要多少算力、电力等,规划好之后,可以先用软体进行测试,加入运用场景演练,最后再进行製造,才能确保晶片开发成功且符合需求。

对此,工研院与学界、产业界合作,推出 AI 晶片设计软体解决方案,工研院表示,软体能协助业者缩短 AI 晶片开发时间约 6~9 个月,也大大提升成功机率,更能降低 IC 设计厂商在 NRE(委託设计)费用等。据了解,目前已经有 IC 设计公司、IP 公司、製造厂投入此方案,就是要让每一分钱花得值得。

中国抢盗垒,台湾具有什幺优势?

残酷的是,台湾儘管发展半导体已有一定规模,但是中国近年来也积极投入大笔资金发展半导体,许多台湾 IC 设计人才被高薪挖角到中国公司,技术方面,中国晶片也从过去低阶终端产品,陆续开发出新兴应用,抢攻市场商机。

业内人士认为,台湾与中国半导体接下来十年将继续竞争,但是在 AI 晶片上,台湾仍有 3~5 年的时间优势,主要是因为台湾过去在半导体产业积累许久,心态上比较稳定,知道要做 1~2 年才能完成一颗晶片,过去的实务经验对于未来开发新晶片仍是有利的关键;但反观中国半导体市场,独角兽公司强大,但营收都还小,应用市场也太细碎,因此儘管具有野心,但要求速成的心态较难像台湾厂商好好磨出一颗晶片。

另外也有产业人士认为,台湾资本市场儘管很难像中国规模一样大,但对终端应用市场更具有敏感度,且与客户合作紧密、依赖度也高,半导体产业完整下,仍相对中国具有优势。

成立产业联盟,盼打团体战

台湾政府与工研院、产业界也成立「台湾人工智慧晶片联盟」(AI on Chip Taiwan Alliance,AITA),会员包含台湾 IC 设计龙头联发科、联咏、创意等,代工厂联电、南亚科等。身为会员的晶心科技术长苏泓萌认为,加入联盟是希望能在技术上贡献一份心力,与产业界互动更为密切。

产业界引颈期盼的是,联盟成立之后,具体的商业模式与合作的样貌,以及政府在产业界中扮演什幺样的角色,是否将产业资源整合并找出未来发展的利基,将是未来值得关注的议题。

整体而言,AI 晶片设计日趋複杂,需要一定资源的投入,台湾 IC 设计公司终端产品多集中在消费性电子,开发时间更要符合生命週期,时间、金钱都是考量关键,甚至不确定终端产品能否带来市场销量,这种难以预测的大笔投入,对于台湾 IC 设计公司来说,确实是一大挑战,但是相较于中国,半导体产业供应链相对完整,具有产业群聚的效应,目前多数为大型 IC 设计公司率先投入资源开发 AI 晶片,其他厂商能否掌握先机,接好这一球,考验台湾 IC 设计公司的技术与决心。

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