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人工智慧

 

* 市場切入點
 
近3年來AI發展進入前所未有的高速成長期,所衍生之技術也陸續落實到一般大眾生活的產業應用。從產業發展來看,AI已對現有的硬體、軟體、演算法、系統、商模等帶來快速革新,其影響遍及個人、社會、產業、政府,因此AI已成為產業或國家競爭力的指標。根據工研院最新發布的「亞洲2030前瞻科技調查」報告,未來10年亞洲最看重的前十大技術發展項目中,首選是AI/機器學習(Machine Learning, ML)技術,也是國家發展的重要關鍵。AI的發展受到資料收集與處理、演算模式、硬體效能、應用需求等因素驅動;特別是深度學習(Deep Learning)技術出現突破性進展,使AI在圍棋對弈取得重大勝利,引起各界再次關注。因此全球各大半導體業者均積極布局AI相關技術與產品,而我國半導體產業若想要固本攻頂,勢必要在AI產業上有更積極的作為。
 
為了因應AI時代的到來,世界各國紛紛將AI列為國家戰略發展目標,如美國在2018年開始了「美國電子復興計畫」,預計於5年之內投入15億美元;另一方面,中國大陸2017年提出「新一代人工智能發展規劃」,目標在2030年領先世界,以取得全球AI制高點;日、韓等半導體強國也都進行大規模的投資,以搶進全球AI強國之列,更牽動了AI晶片(AI on Chip)霸權新賽局。
 
過去AI運算多是在雲端上進行,相關的軟硬體系統皆已由國際大廠所霸占,導致我國過去擅長的產業優勢難以進入其市場。然而,在低延遲應用需求擴增、雲端傳輸成本過高及使用者隱私考量等因素下,AI推論運算的需求已由雲端逐漸轉移至邊緣端、裝置端上。2018年已有近4成企業規劃在邊緣端處理資料,預估2020年將有75%資料,幾乎都會在邊緣端來完成處理。我國具有全球領先的半導體設計、製造、封裝產業,能建立起完整的裝置端AI晶片供應鏈。另一方面,裝置端AI晶片將扮演資安與隱私保護的重要防線,也是國際雲端大廠端到端整體布局的關鍵環節,我國在國際上的正面形象將帶來龐大優勢。此外我國物聯網產業優勢,更可布局製造業裝置端資料、先進製造及健康醫療等資料庫,並可透過裝置端AI晶片垂直整合智慧系統與應用服務,提升製造業附加價值。因此現在對於我國來說正是切入裝置端AI晶片市場的最適合時機,其將有機會在全球AI發展進程上取得舞台話語權。
 
* 技術特性
 
裝置端產品智慧化將是顛覆AI運算架構的新力量。由於未來的AI運算將由目前的雲端運算逐漸把部分功能轉移至邊緣端、裝置端運算,因此在高效能與低耗電的運算需求下,開發創新的晶片架構則是未來的AI晶片發展趨勢,以具備輕薄可攜、高省電性、離線智慧等特性,提高裝置端AI晶片技術帶來的便利性。我國具備絕佳的資通訊硬體基礎,半導體產業2018年總產值居全球第三,其中晶圓代工及封裝測試皆為全球第一,IC設計業則僅次美國居全球第二。在半導體製造強項的基礎上,配合軟體平台,在軟硬體相得益彰下,將是我國發展AI晶片最大優勢。
 
然而,裝置端AI晶片的發展將面臨市場零散且種類眾多的挑戰,包括:1.少量多樣門檻高:少量多樣的AI應用情境使我國IC公司面臨高額的下線成本,而且多樣化產品要求複雜的晶片系統設計,眾多的限制阻礙了國內廠商的投入;2.缺乏關鍵的AI智財:我國在AI方面的起步相對國際較晚,缺少AI核心引擎的關鍵智慧財產權;3.缺乏軟硬體整合設計能力:國內廠商目前在AI晶片方面的發展較為單打獨鬥,軟體技術、架構設計,以及軟硬體協同優化的能力較為缺乏。AI系統需要大量的算力,為了進行軟硬體分工最佳化,需要軟硬體高度整合設計、分析能力,以及效能驗證平台等,才能完善地開發裝置端AI晶片及應用系統。
 
未來裝置端AI晶片將走向可重組架構來適應不同演算法、整合異質感測器,及需要共同的介面標準來介接不同廠商之產品,此外透過整合多AI晶片將可大幅擴增運算力。長遠來看,新興架構的記憶體內運算,甚至是類腦的類比運算都是必須布局的技術項目。當然,上述的這些技術免不了都需要相對應的軟體來支援;因此技術發展方向需由產業命題,以因應業界需求並反應直接針對產業最大缺口對症下藥,包括建立「半通用AI晶片」以發展特定應用的裝置端運算推論及學習晶片;「異質整合(Heterogeneous Integration)AI晶片」著重在透過異質整合不同的晶片,來使AI系統方便應用於更多情境;「新興運算(Emerging Computing)架構AI晶片」著重在發展前瞻晶片架構及半導體元件,來大幅突破目前AI晶片的運算效能瓶頸;最後,「AI晶片軟體編譯環境開發」著重在提供最適化的AI晶片軟體開發環境,來充分發揮AI晶片效能。
 
* 產業帶動性與應用效益
 
政府除了擬定「AI on Chip示範計畫籌備小組」組織架構與任務之外,由行政院科技會報辦公室、經濟部、科技部共議跨部會管理架構,建立跨部會運作機制,以國家隊的思維推動我國裝置端AI晶片及產業發展的前瞻進程,透過成立「台灣人工智慧晶片聯盟(AI-on-Chip Taiwan Alliance, AITA)」,召集了99家半導體業者共組四大關鍵技術委員會(Special Interest Group, SIG),串聯裝置端AI晶片及系統應用。由業界帶頭發展關鍵技術,提供業者交流平台,共同克服AI晶片缺少自主設計、彈性多工的技術瓶頸。
 
AI晶片總體市場產值預估在2022年可以達到新臺幣5,000億元,我國有半導體、ICT等強項,更是全球大廠信任的夥伴,這些優異條件奠定了發展裝置端AI晶片的優勢。為了協助晶片設計業者掌握AI晶片彈性多工的自主設計能力,同時因應製造及封測業者對於少量多樣、快速產製的技術缺口,「AI on Chip示範計畫」及AITA的目標是讓業者能降低10倍的AI晶片研發費用、縮短AI晶片6個月以上的開發時程,協助我國業者成為全球裝置端AI晶片產業的領航者。同時打造具備多工、彈性、低耗電之新興裝置端AI晶片架構,並建立起具國際競爭力的AI智慧系統生態系,除帶動半導體產業,亦同步帶動AI裝置端設備及系統整合業者發展更多應用服務。技術方面則是結合我國半導體設計與製造強項,協助IC設計業者取得國際領先,讓半導體相關產業在世界上名列前茅,最後更要將類比AI晶片推向全球頂尖,是極具挑戰的目標。
 
更新日期:2020-11-05

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