AI驅動半導體產業創新突破
前瞻半導體，驅動產業創新，HPC、邊緣AI晶片等需求大增 台灣擁領先技術實力 將扮演關鍵應用推手
台灣半導體產業是全球技術創新的核心力量，早期製造技術主要應用於消費電子產品的零件製造，如筆記型電腦和智慧型手機。隨著科技快速發展，半導體製造技術拓展到更具前瞻性的領域，再加上AI運算的快速成長與智能化應用的普及，使得高效能計算（HPC）、邊緣AI（Edge AI）晶片，以及高頻寬記憶體（HBM）等AI相關的技術需求急遽增加，此外，隨著物聯網、智慧城市與自動駕駛技術的發展，高階感測技術也成為市場的關鍵趨勢。
AI技術包括系統端的高效能計算，而HPC系統是當前AI運作的核心基礎。隨著AI模型日益複雜，訓練過程中所需處理的參數量和運算速度需求迅速增長，HPC系統提供強大的運算能力，支持AI技術在大型語言模型（LLM）、深度學習和大數據分析等多種應用中實現突破。在物聯網（IoT）與智慧裝置的普及下，AI運算逐漸從雲端擴展到邊緣運算，與HPC晶片不同，邊緣AI晶片需在嚴格的限制條件下（如長待機時間）進行即時運算和決策，才可符合包括智慧家居、自動駕駛、醫療設備等需即時反應的場景。
此外，AI系統龐大的資料存取需求推動高頻寬記憶體技術的發展，特別是在大型神經網絡模型中，記憶體存取速度直接影響訓練與推論的效率。隨著5G、雲端運算與AI普及，未來對高頻寬、低延遲記憶體技術的需求將持續增長。
高階感測技術的應用也在快速發展，以熱成像技術為例，這項技術利用紅外線感測物體表面溫度變化，實現非接觸式的溫度測量，廣泛應用於醫療、工業、安防和環境監控等領域，如紅外線體溫計、工業熱成像設備、夜視系統等，熱成像技術能即時監測溫度，還能提升視覺辨識能力，加強環境和設備的安全性；光達（LiDAR）技術則是自動駕駛汽車的核心技術之一，透過發射雷射光並測量返回時間，建構周圍環境的高精度三維地圖，使自駕車可即時辨識物體和測量距離，也適用於智慧城市的交通管理系統，提供精準的交通流量數據和即時監控，推動交通數位化和自動化。
超音波感測技術則廣泛應用於醫療設備中，如超音波成像設備能提供高解析度的影像，協助醫生進行非侵入式診斷，超音波技術在工業檢測中也常用於物體偵測和距離測量，依靠超音波反射特性來達到精確檢測。
在智慧裝置和物聯網的發展下，超音波感測技術的應用領域正不斷擴展，如檢測氣體管線異音等，在未來的智慧家居和工業自動化場景中，超音波技術將發揮更大的作用。
經濟部產業技術司在規劃台灣半導體技術發展中扮演重要推手之一。政府施政方針的五大信賴產業，半導體與AI更是為雙項領導技術指標，透過科技專案，技術司積極推動AI晶片核心技術的研發，並促進異質整合與系統整合技術，協助台灣半導體與AI應用產業抓住未來商機。
在AI領域，邊緣AI應用正快速發展，邊緣AI技術將精簡後的AI模型放在終端裝置上，使裝置能在不依賴雲端情況下，即時處理數據並作出反應，邊緣AI技術不僅提升終端裝置的計算效率和反應速度，也降低資料傳輸的延遲性，強化終端裝置的自主性與智慧化。
另外，無人機技術布局正朝國內自主開發方向邁進，完整國內無人機關鍵晶片供應鏈，現階段專注於開發為無人機提供精確加速度和角速度數據的「高穩定性慣性量測單元（IMU）」和協助路徑控制和航線穩定的「低功耗姿態航向參考系統（AHRS）」技術，技術範疇涉及加速度計、陀螺儀、溫度感測器等次系統的開發與整合，同時結合AI晶片與演算法，實現高精度、抗干擾與低能耗的技術突破，這項創新技術將打破傳統架構的限制，提升台灣無人機關鍵晶片與系統的自主技術。
AI技術快速發展推動HPC、邊緣AI晶片與高頻寬記憶體技術的需求，而物聯網、智慧城市興起也加速高階感測技術的應用，台灣半導體產業憑藉全球領先的製造技術，成為推動這些創新應用的關鍵力量。從台積電在HPC與AI晶片的製程技術，再到美光在HBM3記憶體的技術突破，台灣企業在全球市場中占據重要地位，未來台灣半導體產業將能在前瞻技術應用中發揮核心作用。
（作者是林正益；工研院產業科技國際策略發展所研究經理）
善用HPC 打造先進製程鏈
人工智慧（AI）正快速改變人們的生活方式，並引領未來產業轉型與經濟發展，尤其是生成式AI的出現，推動雲端運算向邊緣運算的發展，加速消費性電子和智慧家庭等應用的快速變化。全球AI晶片市場高度依賴台灣的半導體產業鏈，台灣生產超過九成的AI伺服器，在IC設計上也位居世界第二，有超過250家業者投入晶片設計，包括通訊手機晶片、資訊PC／NB晶片，以及消費性晶片等標準產品。
儘管生成式AI應用帶來新機會，國內許多IC設計公司對於投資雲端和高效能運算（HPC）晶片的研發仍持謹慎態度，原因是先進製程的研發成本極高，加上AI晶片技術矽智財（IP）大多由國外公司掌控，這些因素讓台灣企業在投入HPC晶片研發時，需面臨成本、風險和資源等挑戰，可能因此錯失AI應用帶來的市場機會。
工研院在經濟部產業技術司補助下，積極投入AI和HPC半導體技術的研發，透過晶創計畫，加強AI晶片與新世代半導體技術的研發投資布局，為國內產業打造HPC共用設計資源及先進製程合作生態系，協助台灣晶片產業降低IP使用門檻及推進先進製程研發等作法，結合半導體業與AI晶片， 成為產業創新的火車頭，帶動百工百業的創新應用。
其中AI晶片開發平台，提供具有彈性、能運行大部分AI演算法的IP，並具備完整的軟體發展工具，協助業者迅速分析AI應用演算法以及最適合搭配的AI晶片硬體架構，並與國際電子設計自動化（EDA）大廠益華電腦建立AI設計和驗證平台，提供從晶片到系統的一條龍設計方案，讓國內業者提前進行AI晶片效能分析、設計優化與軟硬體協同設計，降低錯誤投資並縮短開發時程。
在AI晶片設計中，最重要的挑戰是提升運算效能和資料存取速度，高頻寬記憶體（HBM）雖是目前AI應用的首選，但價格高昂、產能不足且受國外廠商所主導，因此國內也在需尋求替代的解決方案。
工研院與力積電合作研發的「MOSAIC 3D AI晶片」榮獲2024年全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards）。此晶片技術大幅縮短記憶體與運算核心之間的傳輸距離，從微米降至奈米，熱能減少至原來的十分之一，同時將資料傳輸速度提升到八倍；不僅能顯著提升AI模型的運算效能，還能在成本和能耗方面提供更具競爭力的解決方案，為我國在全球AI產業競賽中奠定堅實基礎。
面對生成式AI應用，晶片算力規格大幅提升，帶動先進半導體製程需求，因此工研院開發小晶片（Chiplet）技術，將多個不同製程節點的小晶片，透過異質封裝整合以擴展晶片規模、運算能力，以靈活搭配多種應用場景；這項技術讓晶片開發成本下降，讓中小型晶片設計業者能以較低門檻涉足高階AI晶片，延續開發動能。
在政府研發資源引導產業創新的支持下，工研院積極投入半導體前瞻技術的研發，並透過與產業界的密切合作，使台灣實現在AI晶片和高效能運算領域的國產化，提升整體產業的競爭力和自主性。
（作者是張世杰；工研院電子與光電系統研究所所長）
高階感測晶片 商機大爆發
美中兩國間的科技競爭已成為國際焦點，並且正改變各行業的發展路徑與國家安全，世界各國也因此投入大量資源在晶片的設計與製造，降低對其他國家供應鏈的依賴，減少潛在風險。感測晶片因為在AI、大數據、物聯網等新技術中應用廣泛，再加上智慧城市、自動化工廠和智慧家居等科技的發展，市場對高效能、低耗電的感測晶片需求愈來愈大，這些感測晶片幫助設備收集、分析資訊，使得各種應用更精確，使得感測晶片產業在全球科技競爭中更具有至關重要的地位。
台灣在半導體產業和技術開發方面具備優勢，這些技術適用感測晶片的研發和製造。尤其是微機電系統感測晶片的領域，台灣有完整的半導體生態系統，從設計、製造到封裝和測試，為技術創新和進步提供強有力的支持。
隨著工業市場和無人載具的迅速擴展，高性能感測晶片的需求將持續增加，特別是能夠精準偵測姿態和定位的晶片，例如，慣性感測元件（IMU）是無人機載具和人機互動技術中不可或缺的組件。根據Global Industry Analysts 2023市場調查報告，到2030年全球IMU市場預計將達到443億美元，其中低雜訊的中高階IMU占60%，低雜訊IMU因為高精度與極高的可靠性，在無人載具、自駕車、低軌衛星和自動移動機器人等高階應用中將扮重要角色，促使IMU技術的進步成為產業關注焦點。隨著感測晶片技術的不斷進步，應用範圍將進一步擴大，涵蓋更多高風險和高精度需求的場景。
高精度IMU技術的發展重點在於如何兼顧低雜訊、低功耗和微型化感測器尺寸，以擴大其產品應用範圍。台灣目前仍需從國外進口高精度IMU，但隨著各國將其列為戰略物資，未來取得高精度IMU將變得相對困難，也可能面臨供應斷鏈與資安風險。發展高精度IMU技術將使台灣自主掌握關鍵技術，確保在無人載具和自駕車等高精度應用中的領先地位，還能提升競爭力、減少對外部供應鏈的依賴，以落實高精度IMU自主化目標。
高階感測的發展至關重要，其關鍵在於感測晶片設計、讀取與校正補償電路晶片、先進感測封裝技術以及符合國際的標準校驗環境，從而實現高穩定性和低雜訊的感測性能。經濟部產業技術司補助工研院研發「低雜訊感測晶片」，協助國內感測器設計業者跨足高階感測器市場，在全球市場中占據更有利的地位。
未來工研院也將攜手感測器製造和封裝業者，建立國內高階感測器產業鏈，透過結合台灣的技術優勢和完善的產業鏈，不僅有助提升台灣在半導體產業的領先地位，還能為未來的科技創新和應用提供堅實的基礎。
（作者是朱俊勳；工研院智慧感測與系統科技中心執行長）
本文同步刊登於2024/12/15經濟日報A12產業追蹤