當物聯網、元宇宙成未來熱門關鍵字　 開發前瞻技術 打造物聯網產業的堅實骨幹

工研院電子與光電系統研究所的「物聯網尖端半導體計畫」，今年榮獲優良計畫獎，所長吳志毅表示，此計畫聚焦兩大研發主軸，分別是智慧決策晶片與異質整合平台等技術。

少量多樣快速客製化
盼建置異質整合產業生態鏈

除了智慧物聯網產業有少量多樣、智慧應用多元的趨勢外，也配合「晶片設計與半導體前瞻科技」政策，從107年度開始發展新興物聯網應用服務平台生態系統所需的關鍵技術。

吳志毅也提到，在物聯網關鍵技術上，晶片設計需符合業者需求外，且須具低功耗、少量多樣，及多功異質整合等特性；因應產業趨勢，邊緣運算興起，運算過程盡可能靠近資料來源以減少延遲和頻寬使用。

在「物聯網尖端半導體計畫」中，最終目標是建立台灣第一個產業AI化服務架構，及異質整合產業生態鏈，但是針對各種核心技術創新時，確實有困難度存在，吳志毅說，實際深度學習應用技術與時俱進，應用情境相當廣泛，如電腦視覺、語音、文本處理等領域都可看見AI技術導入，因此要設計符合各式應用面需求的深度學習開發平台並針對各種核心技術進行創新，確實相當困難。

不過，團隊不斷滾動式修正與探訪廠商實際需求後，最終針對模型訓練與推論加速兩大痛點進行技術深耕，克服業界在部署高準度模型於嵌入式裝置時，面臨運算效能不佳的問題。

針對這項痛點，已有工研院自主研發的AI硬體加速器進行技術加值，並實際應用於目前IC產業中。有別於以往SoC（System on Chip）的技術開發概念，將所有不同能力的異質模組高度整合在同一晶片上，現在以連結半導體製造業者、封裝與設計自動化等產業生態系之設計流程為主要目標。

同時，也幫助IC設計業者快速評估不同系統應用、晶片架構，及異質封裝設計下的效能、功耗、溫度與電源穩定性。從初期協助設計技術導入、及關鍵封裝製程核心技術自主化、異質整合元件檢測等，運用台灣既有半導體研發核心能量，逐步以建置異質整合產業生態鏈邁進。

兩家新創公司受矚
應用在醫療、製造、金融、服務業……

目前這項計畫已漸有成果，甚至能實際應用在產業面上，吳志毅舉例，在計畫的支持下，也衍生出包括邁爾凌電子公司、吉光微電子等2家新創公司的成立。因為是應用在物聯網技術，還有一個需求是低功耗，像電源關了還可以快速喚起，資料不遺失，具儲存特性，如非揮發記憶體技術研發；相關學術論文也登上半導體領域非常重要的IEEE國際電子元件會議（International Electron Devices Meeting, IEDM）上，表示此技術已得到國際上認可。

除了發展出軟體AI方案及光達技術做車聯網、測距相關技術外，在產業服務上，不只與半導體設計、製造、封裝等公司都有合作，甚至其他產業的公司也多有合作，像以AI技術協助金融公司等。

資訊與通訊研究所小晶片通訊與整合測試技術組組長許鈞瓏舉出實例表示，從108年開始，就與國內指標性的金融公司合作，以AI技術協助他們建置智能徵審的環境，像現在信貸、存摺等文件上的辨識都已開始應用。

另外，也有像成立不到4年的新創公司邁爾凌，公司員工不到10人，至今卻已有超過千萬元的年營收，而他們主要的服務內容是提供不懂AI、資金規模也較小的公司一些顧問相關工作。

若是不懂AI，卻有資金的公司則協助結合硬體建置AI環境。對於如果了解AI，同時也有經費的話，也提供軟體IP的技術移轉。目前這家公司的客戶從醫療業、製造業及服務業都有，服務範圍相當廣泛。

在異質整合方面，工研院電子與光電系統研究所副所長駱韋仲則舉例，像是系統公司大廠及IC設計業等，也用於系統最適性評估的趨勢跟結果。像一些半導體技術新的開發計畫中，很重要的是「檢測程序是否正確」，但這些檢測設備大多為國外進口，而在此計畫中，是希望將檢測設備國產化，以多功能異質元件檢測關鍵核心技術，技術移轉國內設備業者，促成高階設備國產化，降低過度仰賴國外進口。

新型態記憶體技術研發成果，連續兩年(2019-2020年)於國際知名學術會議(IEDM、VLSI)發表共計5篇。（左為自旋磁性記憶體技術，右為鐵電隨機存取記憶體元件。）

發展前瞻技術
亟需與產業密切合作

不過，在發展出這些成果的過程中，並非全無困難，許鈞瓏表示，在研究計畫中開發出來的前瞻技術，若要實際應用在產業上，最大的挑戰來自於廠商的需求，因為技術較為進階，廠商可能會覺得暫時還用不到或是沒有需求，而面臨技術難以落地的情況。

因此在計畫進行的過程中，必須要跟產業界密切合作，配合如設備商等業者的產品需求，以此作為開發前瞻技術的基礎，除了來自開發技術的挑戰外，同時也與各廠商保有密切合作並協助研發的關係。

駱韋仲也提到，在研發技術時，常只有概念及科學可行性，但卻可能面臨沒有設備的狀況，因此像在開發前瞻晶片技術時，必須先將科學需求轉換成工程語言，後續再找來設備廠共同開發，所幸在團隊努力之下，還有經濟部技術處的經費支援，才能開發出國際領先的技術。

另外，因應智慧系統及萬物聯網的時代，各種智慧系統及物聯網電子裝置對應的需求，須面對多樣化場域應用需求，多功能、微型化與客製化之智慧聯網模組系統開發技術有別以往SoC之技術開發概念，須以不同功能異質模組高度整合才可實現系統級客製化智慧聯網與智能系統產品。

在開發前瞻技術時，以先鏈結半導體製造業者、封裝與設計自動化等產業生態系之設計流程為主要目標，幫助IC設計業者快速評估不同系統應用、晶片架構，及異質封裝設計下的效能、功耗、溫度與電源穩定性。從初期協助設計技術導入、及關鍵封裝製程核心技術自主化、異質整合元件檢測等，運用台灣既有半導體研發核心能量，逐步以建置異質整合產業生態鏈邁進。

創新使用微型感測元件，以少量感測單元取代傳統相機作為眼球追蹤系統。

技術特色

109年度技術暨專利移轉收入超過新台幣5,000萬元、委託工服超過新台幣7,000萬元，促進廠商投資共計14.33億元，衍生2家新創公司(邁爾凌電子公司、吉光微電子)成立。

協助國內半導體大廠進行下世代記憶體之先期開發，增加廠商嵌入式記憶體技術能力，間接提升晶圓代工的技術國際競爭力。利用工研院多年來在磁性記憶體的研發能量，並透過工研院的元件設計與模擬能力，協助業者開發投入細線寬製程技術，進而應用在AI產品需求。

建立異質整合產業鏈、多重感測融合系統創新產業鏈，運用技術優化與產業鏈結合作，開發出異質整合架構設計解決方案，並串聯半導體製造業者、封裝與設計自動化等產業生態系之設計流程，幫助IC設計業者快速評估不同系統應用、晶片架構，及異質封裝設計下的效能、功耗、溫度與電源穩定性，目前已累積超過7家業者使用。

提升國內封測技術自主競爭力，除了橋接與國際IDM公司合作技術，引領國內業者異質整合封裝技術外，也建立光電異質感測器融合自主核心技術及產品、異質微型元件系統組裝技術開發，整合微型光源、感測、IC技術。

與國內感測元件公司共同合作，提供國內感測器廠商新的產品出海口，並為智慧行動裝置生產廠商創造產品差異化的突破口及創新應用產品。

發展「異質整合系統層級多物理設計平台」技術與服務，逐步建立產業技術標準與協同設計平台，進而提升IoT設計能力。

成功心法

因應智慧物聯網產業少量多樣、智慧應用多元的趨勢，本計畫配合「晶片設計與半導體前瞻科技」政策，自107年度起搭配工業局推動重點，發展新興物聯網應用服務平台生態系統所需之關鍵技術。

108年度起，同時連結AI on Chip計畫，深化智慧系統與物聯網應用的關鍵技術。以快速客製化產品，提升異質整合技術及快速AI產業化為目標，發展國內欠缺之低功耗人工智慧晶片與系統軟硬整合設計技術、新型態記憶體、多功能異質元件縮裝、檢測等高階技術，來因應物聯網各種以晶片整合微型化為需求的特性。

研發團隊不斷滾動式修正並探訪業界需求，協助國內廠商提升競爭力。