小小晶片，撐起AI大未來：臺灣布局下一代高效能晶片技術

簡介國科會工程處115年度「高效能晶片關鍵技術與創新應用計畫」

人工智慧為什麼能在幾秒鐘內生成文章、辨識影像，甚至協助汽車自動駕駛？智慧型手機為什麼愈來愈聰明，卻還要想辦法降低耗電？答案的核心，都指向一個只有指甲大小、內部卻容納數十億甚至上百億個電晶體的關鍵元件——晶片。

從人工智慧（AI）、智慧物聯網、自駕車、下世代行動通訊，到太空科技、金融服務與智慧醫療，現代科技幾乎都離不開半導體。也因此，晶片已不只是電子產品裡的一個零件，更成為決定未來科技競爭力的重要基礎。

AI愈強，晶片面臨的挑戰也愈大

過去數十年，半導體產業主要透過縮小電晶體尺寸，在有限面積中放入更多電晶體，讓晶片一代比一代快。

但進入AI時代後，只追求「更快」已經不夠。

大型AI模型需要處理龐大的資料量，如果晶片運算速度提高，耗電量與產生的熱也跟著大幅增加，就可能面臨能源與散熱問題。因此，下一代晶片必須同時解決幾項看似互相衝突的要求：運算要更快、資料傳輸要更有效率、耗電要更低，而且還要能支援不同的新興應用。

這正是「高效能晶片」技術的重要性。

臺灣不只要會製造晶片，也要強化晶片設計

臺灣長期在全球半導體供應鏈占有重要地位，尤其在晶圓製造與封裝測試方面具有深厚基礎。然而，面對美國、歐洲、日本、韓國等國家與地區持續投入半導體技術，未來的競爭已不只是「誰能製造更先進的晶片」，更包括「誰能設計出更有創意、更高效能的晶片」。

因此，臺灣下一階段的重要課題，是把既有的先進半導體製造能力，進一步與IC設計、系統整合及創新應用結合。

換句話說，除了「把晶片做得更小」，還要進一步回答：「這顆晶片可以解決什麼問題？」

四條技術路線，打造下一代高效能晶片

國科會工程處「高效能晶片關鍵技術與創新應用計畫」將研究布局分成四大方向：高能效與高速運算晶片、高功率與高傳輸電路及晶片模組、邊緣運算晶片應用，以及先進晶片製造技術。

一、高能效與高速運算晶片：讓AI跑得快，也更省電

AI需要進行大量運算，但高運算量通常意味著更高的耗電。因此，此計畫希望從晶片架構、電路與系統設計著手，在提升運算速度的同時降低能源消耗。

如果能做到「用更少的電完成更多運算」，不僅有助於大型AI資料中心，也能讓AI更容易進入手機、穿戴式裝置、機器人及各種智慧設備。

二、高功率、高傳輸電路與晶片模組：打通資料高速公路

晶片運算速度愈來愈快，資料也必須跟得上。

可以把AI晶片想像成一座超大型城市：即使城市裡有很多高速工作的工廠，如果道路塞車，原料送不進來、產品送不出去，整體效率仍然無法提升。

因此，高速資料傳輸、射頻電路、高功率電路及晶片模組等技術，就像為晶片打造更寬、更快的「資料高速公路」，讓大量資訊能快速在不同晶片、記憶體與系統之間移動。

三、邊緣運算晶片：讓AI來到你身邊

現在許多AI服務需要把資料傳到雲端伺服器處理，再把結果送回使用者端。但在自駕車、機器人、無人機或智慧醫療等應用中，有時幾毫秒的延遲都可能非常重要。

「邊緣運算」就是讓AI直接在裝置端處理資料。

例如，自駕車看到前方突然出現行人時，如果還要把影像傳到遠端資料中心分析，再等待結果傳回來，反應速度可能受到網路影響。如果車上的晶片本身就能立即辨識影像並做出判斷，就能大幅降低延遲。

因此，如何打造體積小、耗電低，卻具備足夠AI運算能力的邊緣晶片，是未來智慧裝置的重要研究方向。

四、先進晶片製造：突破半導體的物理極限

當電晶體愈做愈小，製造難度也愈來愈高。未來晶片不能只依靠傳統微縮，而必須結合新的元件、材料、製程與異質整合技術。

其中，「異質整合」可以想像成組裝一支專業球隊：不必要求每一名球員都做同一件事，而是讓擅長運算、記憶、通訊或感測的不同晶片各司其職，再透過先進封裝與整合技術，把它們組成一個高效能系統。

這種思維正在改變傳統晶片的設計與製造方式，也可能成為後摩爾時代延續半導體效能成長的重要途徑。

從一顆晶片，連結臺灣下一波科技創新

高效能晶片的競爭，已經不是單純比較電晶體大小，而是一場從元件、電路、IC設計、先進製程、異質整合到系統應用的全面競賽。

國科會工程處透過「高效能晶片關鍵技術與創新應用計畫」，希望串聯臺灣學界既有的研究能量與半導體產業優勢，鼓勵研究團隊提出具有前瞻性的技術解決方案，並結合臺灣半導體研究中心（TSRI）所提供的晶片系統設計、晶片與元件製造、量測及異質整合資源。

最終目標不只是打造速度更快的晶片，而是掌握高能效、高運算力、高功率電路、先進製造與邊緣運算等關鍵技術，進一步培育下一代晶片設計人才。

從生成式AI、自駕車、機器人，到6G、智慧醫療與太空科技，未來許多令人期待的創新，都可能從一顆小小的晶片開始。

而對臺灣而言，下一場半導體競賽的關鍵，也將從「世界最先進的晶片在哪裡製造」，進一步走向「下一個改變世界的晶片，能不能在臺灣被設計與創造出來」。

資料來源: 國家科學及技術委員會-公告事項-國科會工程處公開徵求115年度「高效能晶片關鍵技術與創新應用計畫」-工程技術研究發展處