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晶心科技 將「台灣心」賣到全世界

堅持到底的競爭力 深耕工業基礎技術 - 系列文章9
2019-11-26
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晶心科技 將「台灣心」賣到全世界
(圖說: 晶心科技總經理林志明(左)與科技技術長蘇泓萌(右)合影)
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晶心是臺灣唯一能將自主性嵌入式CPU與生態系統授權至全球的IP公司,目前是世界排名前五的IP供應商,應用領域遍及物聯網、儲存、人工智慧、汽車輔助駕駛系統、通訊設備、指紋辨識、可編程邏輯閘陣列、區塊鏈等產業,嵌入晶心處理器的系統晶片至2019年6月累計出貨量超過40億顆。 

連上手機藍芽就能化身「行動KTV」的K歌寶、「遊戲神器」任天堂Switch、搭載智慧型語音助理的Amazon智慧型喇叭Echo dot、聲控就可遙控的可愛皮卡丘。這些類型不同產品之間有什麼共同點?

答案就是它們都內建著一顆「臺灣心」!

隨著手機、平板等電子設備興起,體積小、低功耗、高性能的嵌入式晶片生態系也成為市場主流。晶心科技立志在臺灣科技主幹基礎藍圖中扮演重要角色,發展出自己的CPU架構、IP產品及生態系,讓臺灣半導體產業不再「無心」,更讓「臺灣心」走上世界舞台,在中、美、日、韓等國家遍地開花,展現臺灣在半導體產業的創新軟實力。
晶心科技 將「台灣心」賣到全世界(圖說: K歌寶、任天堂Switch、智慧型語音助理Amazon的智慧型喇叭Echo dot、聲控皮卡丘都裝有晶心科技的CPU產品 )

「無心」的半導體產業

十五年前,臺灣已是全球半導體龍頭,晶圓代工業全球佔有率第一,IC設計產值位居全球第二,但是輝煌的成績背後,卻面臨半導體產業鏈最上游的矽智財(IP),即CPU(中央處理器)的電路設計皆掌握在Intel、ARM等歐美半導體大廠手中的窘境。

所謂的CPU,正是電腦、手機、家電、汽車等電子產品運作的中心樞紐,負責運算、處理大量的資訊,就像是心臟一樣重要。隨著半道體製程技術的進步、晶片複雜度的增加,以及產品生命週期縮短,為了縮短IC設計的製程,當時普遍的做法是向國外大廠採購CPU矽智財IP,也就是已經過定義、驗證並可重複使用的功能模組方塊,這些已設計好的IP架構就像是一塊塊積木, IC設計工程師只需要從中挑選、組合,就可組合成自己想要的形狀,大大降低從頭開發設計的成本及時間。

但是長久下來,臺灣廠商每年都必須付出大筆授權金,才能夠使用這些CPU及IP設計架構,更嚴重的後果,是臺灣IC設計產業高度倚賴國外大廠,缺乏半導體產業的最上游基礎技術,一旦無法取得授權,可能就無法設計及生產晶片,對未來產業的升級及轉型造成隱憂。

2005年創立的晶心科技,因應政府推動的「矽導計劃」成立,正是希望打造臺灣自主發展CPU設計的「臺灣心」,從源頭解決臺灣半導體產業的「無心」現況。

晶心科技總經理林志明表示:晶心科技創立之初,就以商業化及企業化經營為目標,不做相容設計,也不跟著現有架構,而是選擇從零開始,發展原創性的嵌入式CPU架構,並以授權做為獲利模式,讓晶心科技成為臺灣第一家CPU IP供應商。

林志明解釋,一般所熟知的Intel CPU最常運用在高效能的PC設備,隨著時代轉變,手機、平板、機上盒及各式IOT聯網裝置皆採用「嵌入式CPU」,意指產品一開始在設計時,就將CPU整合在IC之中,而目前全球最主流的嵌入式架構就掌握在被日本軟銀收購的英國品牌ARM,也是臺灣目前市佔率最高的品牌。

「我們剛開始切入市場時,大家都很懷疑究竟做出來的東西能不能用,除了技術之外,晶心科技也必須在國際上打響品牌知名度,才可能走出臺灣。」林志明堅定地說,這條路雖然困難,但唯有自主開發,才能贏得產業的主導權,走出屬於臺灣自己的半導體之路。

第一行代碼開始寫 做出專屬CPU

想要跳脫ARM的架構壟斷,要先克服兩大難題,第一是技術,第二則是品牌行銷。

「我們一開始研發CPU的時候,就是從第一行代碼開始寫。」晶心科技技術長蘇泓萌曾於矽谷工作多年,對於CPU設計擁有豐富經驗,他號召多位曾任職於美國矽谷大廠AMD、DEC、Intel、MIPS 和Sun 的人才,回臺組建了一個陣容堅強的團隊。

蘇泓萌解釋,CPU IP是市場上的成熟產品,過去市場主流的電腦、手機、平板等行動裝置產品CPU,研發團隊都有一定認識及了解。但是當晶心科技切入市場時,5G、AI人工智慧、物聯網等新趨勢已然興起,如何將團隊過往的經驗結合AI、5G等新應用,避開其他品牌的專利佈局,又要做出嶄新的產品架構,是晶心科技最大的挑戰。

舉例來說,在5G應用中,若頻寬增加十倍,CPU的儲存空間、傳送的速度都要跟著提升,可謂牽一髮而動全身,每一個新應用背後都會有上千種的產品類型組合,研發時團隊要將軟硬體整合起來,在成千上萬的排列組合中一一去做實驗除錯,才能找到最好的解決方案。

耗時2年,晶心科技終於在2008年推出第一款高階處理器IP產品,「但是有了技術,卻沒有客戶敢用。」林志明苦笑,一開始晶心科技在市場上完全沒有品牌知名度,拜訪客戶時,最常聽到的就是:「你這個東西做出來能用嗎?」的疑問。

CPU就像是電腦及手機的心臟,若是CPU出了問題,整體系統全都會癱瘓,為了降低風險,許多客戶寧願選擇已歷經市場考驗的國外大廠。想要客戶信賴晶心的產品,與其空口說白話,不如用實際行動來證明。

晶心科技自行投片生產晶片,做出展示板,好比是為了展示CPU做為汽車引擎而設計出一台小車子,內建晶心科技所設計的CPU,讓客戶眼見為憑,證明晶心的產品不但可以運作,更兼具高效能、低耗能的優點。此外,相較於國外CPU矽智財廠商通常在臺灣僅部署少數人力,晶心科技擁有在地團隊的優勢,願意為客戶提供服務及技術支援,有效協助客戶加速產品上市的時程目標。

靠著研發及業務團隊的努力,晶心科技逐漸在業界累積出口碑,回頭客也愈來愈多,客戶數量從個位數、十、二十開始翻倍成長,如今晶心科技的全球授權客戶已超過180家,除了臺灣之外,還將CPU IP授權到中國、美國、韓國、日本及歐洲,授權合約超過250份。

「我們的獲利模式分成授權費和權利金,意即客戶一開始簽約採用晶心的設計就可以收一次錢,若產品量產時還可以再收權利金。」林志明驕傲地說,晶心科技已是全球排名前五大的矽智財品牌,平均每五台手機中,就會有一台手機是搭載晶心科技授權的嵌入式IC。

晶心科技 將「台灣心」賣到全世界(圖說: 晶心科技工作團隊致力將台灣心推廣到全世界)

RISC-V開源架構霸主 全球結盟搶佔市場

雖然晶心科技已逐漸打響品牌知名度,但是對林志明來說,如何撼動ARM在市場上的絕對主導地位,搶下更大的市佔,是晶心科技目前最大的挑戰。近年來流行於美國及中國的RISC-V架構,便成為晶心科技寄予厚望的突破口。

林志明分析,就像手機應用生態系分成Apple IOS系統及Google Android系統,過去CPU設計的主流就是Intel的X86及軟銀旗下的ARM架構,兩者皆是相對封閉的系統,禁止使用者修改指令集,雖然確保了CPU設計的效能及整體性,卻也少了客製化及差異化的彈性。

而2010年由美國柏克萊大學團隊推出的「RISC-V」,就像Android一樣,提供開源、精簡、及可擴充的指令集架構,給予開發者許多彈性空間,目前已引領一股RISC-V 風潮,成為適合IoT及AI等最新應用的CPU新芯。

「我們一開始也很猶豫要不要加入,但後來我們認為RISC-V的開放架構是未來設計主流,RISC-V基金會在2015年成立,晶心科技在2016年就加入,成為創始會員,可說是全球的主要推廣者。」林志明說。

兩種系統的差異,其實就是封閉VS.開放、穩定VS.彈性的本質差異。舉例來說,當客戶設計人工智慧產品,希望在省電功能上多加著墨,若採用ARM架構,就無法改變原有設計,而採用RISC-V的架構,具有靈活、開放及客製化的特性,特別適合需求多元、產品進化速度極快的聯網產業,讓客戶隨時可根據市場及技術變化而自訂要求指令。

林志明表示,選擇「押寶」RISC-V架構,是因為晶心科技在產品設計思考上,不論是精簡指令或是客製化彈性,與RISC-V原本就極為接近,所以產品轉型最為「無痛」。

再者,晶心科技過去花了十二年的時間才累積出120家合作夥伴,「和ARM相比,晶心科技的資源有限,建置生態系的速度還是太慢了。」林志明敏銳地觀察到,隨著RISC-V在全球遍地開花,包含IBM、NVIDIA、三星、Google、阿里巴巴,印度政府甚至採用此架構為國家指令集,可以說,加入RISC-V陣營,就像是從「台灣隊」瞬間進化至「世界隊」,能夠與這些全球知名企業共同合作,大家一起把市場做大,晶心科技才有可能分到更大的利潤。

晶心科技在加入RISC-V陣營之後,積極與全球相關產業結盟推廣,包含舉辦研討會,又啟動「RISC-V FreeStart計畫」,無需CPU IP前期授權費用,工程師、學界研究都能使用這套架構來實驗或是推出晶片樣品。晶心科技 將「台灣心」賣到全世界(圖說: 加入隨著RISC-V在全球遍地開花,晶心科技穩佔RISC-V市場領頭羊的地位,從「台灣隊」進化至「世界隊」)

相較於全球其他採用RISC-V的團隊,唯獨晶心科技已是成熟的上市公司,靠著長年累積的技術優勢及研發能力,穩佔RISC-V市場領頭羊的地位,隨著RISC-V聯盟在世界攻城掠地,逐漸蠶食ARM市場,晶心科技將在其中獲得最大的利益。

「我可以很有自信地說,晶心科技在RISC-V領域已是世界第一。」林志明拿出成績說話。目前,晶心科技在RISC-V相關的IP在全球已累積超過100個授權客戶,其中在美國及中國市場成長最為強勁,「就像公司的英文名字Andes,這是世界最長的山脈――安地斯山脈,我們不求眼前勝利,而是將眼光放得更長遠,未來要搶下ARM三分之二的客戶,成為市場的領導品牌。」

中央處理矽智財(CPU IP)技術簡介
定義:已經過驗證的CPU設計可用模組,IC設計人員可在此基礎上設計,縮短設計周期
特色:台灣第一家創新架構的高效能、低功耗嵌入式CPU IP供應商
重要性:CPU是晶片的心臟,若是出現問題,電子終端產品就無法正確運作市場
成就:市佔世界前五,全球授權客戶超過180家,授權合約超過250份
研發挑戰:從零開始建構,必須避開國際大廠的專利佈局,也要研發創新,符合5G、AI人工智慧、物聯網等應用需求

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半導體製造業
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