推廣邏輯硬體概念 成真首次參與SEMICON TAIWAN 2023

成真董事長林茂雄博士。DIGITIMES攝

SEMICON TAIWAN自舉辦以來，參展廠商多以半導體、自動化設備與材料業者為主，其次則由如EDA、晶片業者穿插其中。不過2023年的SEMICON TAIWAN則多了一家商業模式相當特別的公司—成真。

成真為林茂雄博士所創辦，現為董事長暨發明家，同時也是哈佛大學Global Advisory Council委員、工程及應用科學學院Dean’s Advisory Cabinet成員，在半導體產業的經歷長達四十年之久。林茂雄談到，此次參展的主要目標，就是希望能尋找有資源的夥伴一起開發與生產邏輯硬碟，亦或是採取授權做法，讓有資源的廠商來開發與生產邏輯硬碟。

推廣邏輯硬碟，推動半導體產業再創新

邏輯硬碟（Logic Drive）對於整個產業界來說，是全新的名詞。林茂雄解釋，隨著製程不斷演進，開發一顆5nm以下的晶片，所需的花費動輒上億美元，這對晶片創新研發來說，是一道極高的進入障礙。若無法解決，所有的晶片設計人才只能往大型的半導體公司移動，對於整體半導體產業的發展，很難再有革命性的突破。

但另一方面，林茂雄也觀察到，在製程進入10nm後，FPGA（可編程邏輯閘陣列）在某些應用上，其效能可以與業界所熟知的GPU互補，甚至互相抗衡，尤其是在網路（networking）及AI的推論算力（inference）更是如此。再加上FPGA先天的可編程特性，開發者能彈性地開發出各式各樣的系統，這是既有的ASIC或是CPU/GPU等晶片所辦不到的。

林茂雄說FPGA具有類似人腦的可塑性（plasticity）及整合性（integrality），更形容FPGA宛如文藝復興時期的李奧納多達文西，是繪畫音樂藝術家，也是解剖生理學家；是幾何數學家，也是土木工程建築家；是精通天文、氣象、地質、光學、力學的科學家，也是諳熟動物、植物的生物學家，在許多領域都有重大的成就。

因此，林茂雄提出一個全新的構想，將10nm以下先進製程製造的FPGA晶片標準化，並搭配一顆非揮發性記憶體晶片來儲存FPGA的組態（configuration），然後以多晶片封裝製程加以封裝，形成類似固態硬碟的產品，故取名為邏輯硬碟。這就像固態硬碟儲存記憶數據一樣，可改變及儲存記憶數據；只是邏輯硬碟改變及儲存的是邏輯運算而已。晶片設計高手只需購買邏輯硬碟，開發組態軟體程式，就可以改變邏輯硬碟的硬體線路，然後打上自家的標識（logo），即可把邏輯硬碟當成ASIC晶片販售。
何謂將FPGA晶片標準化？意即僅保留FPGA晶片原本既有的可編程電路，將I/O電路與控制電路移出，形成邏輯硬碟內的I/O及控制晶片。如此一來，它就能形成標準的大宗產品，量產上較為容易，晶片的成本也能大幅降低。

林茂雄進一步談到，就概念上，採取一顆乃至於多顆晶片封裝是相當彈性的做法。換言之，邏輯硬碟可視運算的需求情況，放入數量不等的標準化FPGA晶片。

打造大眾創新平台，突破現有挑戰

林茂雄希望藉由推廣邏輯硬碟，打造出一個大眾創新平台，讓99%的平民大眾透過邏輯硬碟也能參與1%的貴族遊戲，真正發揮10nm以下製程的威力；同時，以邏輯硬碟製作的產品可以重複使用（Re-Use），對環保也會有所貢獻。他不諱言，以他這幾年的觀察來看，成真已慢慢摸索出市場的需求在哪，也認為這樣的模式有很大的機會成功，所以才希望藉由2023年的半導體展，開始積極尋求合作夥伴。此外，成真過去七年致力於邏輯硬碟的架構及專利布局，目前已獲得36個美國專利。

邏輯硬碟的概念要具體實現恐怕仍有若干困難，像是FPGA業者是否願意投入此一領域，讓FPGA能被標準化並大量生產；以及在開發工具上，是否有更友善的開發介面（像是NVIDIA的CUDA）讓市場使用。但林茂雄也透露，目前已有方法能夠克服，所以要實現邏輯硬碟並不困難，而成真會利用各種管道與商業模式來推廣邏輯硬碟，並持續研發多晶片封裝的技術專利，用於邏輯硬碟上。

多晶片封裝所帶來的全新摩爾定律

基於長年對多晶片封裝技術的鑽研及觀察，林茂雄也提出：「晶片封裝的摩爾定律」的概念。晶片的摩爾定律為每18-24個月單位面積內的電晶體數量會加倍；林茂雄認為原來被歸類為「非摩爾定律」的晶片封裝，尺寸也將逐漸微縮，走上如晶片一樣的摩爾定律；在多晶片封裝中，其單位體積的電晶體數量在每9-12個月就能加倍。現階段晶片的摩爾定律面臨到物理極限與成本挑戰，繼續微縮的難度不斷提升，微縮的任務將轉而落在封裝身上。未來，晶片封裝將逐漸主導並延續摩爾定律！

最後值得一提的是，林茂雄過去曾在IBM、AT&T貝爾實驗室與台積電等大廠服務，累積長達四十年的產業經驗，同時又擁有300多篇的美國專利。在幾位頂尖科學家的鼓勵下，決定將他四十年的經驗集結出書，書名為《摩爾旅程-電晶體數目爆增的神奇魔力》。該書在8月底剛出版，以科學及工程為骨幹，穿插親身經歷或見證的故事，用物理哲學的觀點及文學感性的筆法，探索半導體晶片的前世今生。此書對於邏輯硬碟及晶片封裝的摩爾定律有詳細的闡釋，在這次的SEMICON Taiwan也一併展出，歡迎各界人士前往參訪。