搶得高效能運算商機 就靠兩大技術

面對AI趨勢掀起高效能運算的需求,台灣半導體產業也積極布局高速運算市場。除繼續往3奈米發展的矽晶片微小化,非傳統晶片的異質整合、矽光子(Silicon Phonotics),以及被視為下世代電腦的量子運算(Quantum Computing),都是產業界不可忽略的戰場。

為掌握高速運算市場,矽光子及量子運算是兩大關鍵技術。

工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)特別舉辦「AI趨勢下之次世代半導體創新與應用」研討會,邀請美國史丹福大學教授、美國知名量子電腦新創公司Rigetti Computing,和台灣多位高效率運算晶片技術的專家,共同聚焦下世代半導體的發展趨勢。

在經濟部技術處支持下,自2004年由前工研院院長史欽泰推動建立與史丹福大學建立交流合作平台後,每年台、美之間會進行雙邊互訪和舉辦研討會活動,促進台灣與矽谷間的產官學研交流,並協助台灣產業界及早布局新趨勢。

由於半導體技術發展除根據摩爾定律而繼續微小化以外,多樣化也是一種新思路,透過導入新材料和新電晶體結構,例如矽光子,便可克服微縮製程的挑戰,並提高晶片運算效能。當傳統矽晶片透過曝光、顯影等製程技術而到極限時,透過異質整合技術的非傳統晶片,就有機會讓半導體晶片功能繼續強大。

異質整合是將不同晶片透過封裝或其他技術放在一起,例如,過去記憶體與中央處理器的晶片是分開,如今兩者整合已成為趨勢。不僅如此,包括把感測器與非矽材如LED或通訊晶片等結合在一起,也是現在半導體產業的熱門方向。

工研院十年前就投入相關領域研發,包括台積電的晶圓級封裝技術InFO(Integrated Fan-Out)、矽光子技術、微發光二極體(Micro LED)等,都是半導體異質整合的應用案例。

近年量子電腦技術的重大突破和發展,預期將能滿足人工智慧、系統模擬和最佳化分析等高效能運算的特定需求。但這是否會危及台灣擅長的矽製程半導體優勢,備受產官學研關注。

目前看來,超導材料的量子晶片和現有半導體晶圓廠設備和材料大不相同,未來台灣若要生產超導材料的量子晶片,勢必要建立新的設備和材料等生產線;若採矽基的量子晶片,雖和現有半導體晶圓廠的設備和材料較接近,但需要更新部分設備才能因應。

台灣半導體業界與其視量子電腦為威脅,不如正面思考、及早投入研發,做為半導體產業跳脫傳統電子晶片的另類途徑。科技部已大力推動量子電腦專案計畫,希望結合台灣半導體產業的優勢,培育相關人才。清華大學物理系教授牟中瑜擔任前瞻量子科技研究中心計畫主持人,清大也成為國內發展量子電腦的重鎮,其次為台灣大學。

根據牟中瑜教授的觀察,量子電腦正處於傳統積體電路的真空管年代,還在摸索與突破,但因量子位元具有量子糾纏的特性,兩個位元在很遠的地方仍可互相溝通,若一邊被改變,另一邊也會跟著變化,故可開發良好的保密功能。

因此量子通訊的重要性不亞於量子計算,透過量子密碼來傳輸資料,可以完全保密,任何竊聽都會被發現;另外,發展量子雷達甚至可讓隱形戰機現形,這些都是量子科技的破壞性威力,也引發各國競爭投入資源開發。

此次來台的史丹福大學教授Chuck Eesley通過分析過去十年人工智慧、基因編輯技術(CRISPR)、機器人和奈米科技等新興科技的研究成果、專利、投資和新創活動等資料,類比出量子電腦產業的發展,預估第一批商業化量子電腦將開始出貨,且在未來五年每年複合平均成長率25%、市場規模達50億美元。

面對新技術衝擊時,Chuck Eesley強調,舊技術往往會出現一波迴光返照現象,業者與其積極在舊技術內尋求突破,不如採取新舊混合的Hybrid Tech Learning策略,及早累積新技術的經驗,反而更能適應新趨勢。這個觀點值得台灣半導體產業做為應對量子電腦的借鑑。

(本文由工研院產業科技國際策略發展所所長蘇孟宗授權轉載,刊登於經濟日報《高效能運算 透視兩大技術》)

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