【科技小辭典】超越通用晶片：一文看懂ASIC高效能的秘密與產業新趨勢

記者孫敬／台北報導

2023年，輝達（NVIDIA）推出AI專用特殊應用積體電路（ASIC, Application-Specific Integrated Circuit）晶片（如H100），強化並帶動OpenAI、AWS擴大語言模型運算效能，客製化晶片需求提升同時，亦成為企業數位轉型的核心競爭力，隨著這股浪潮吹向台灣、韓國、中國等地發展ASIC設計與製造，預示著全球半導體版圖將迎來新一輪的結構重組。

延伸閱讀：【科技小辭典】AI時代的光速引擎 矽光子原理、優勢與技術挑戰

ASIC嶄露鋒芒：客製化晶片引領新一波數位轉型

在過往還沒有ASIC的日子，CPU（中央處理器）或GPU（繪圖處理器）就像一把功能多樣的「瑞士刀」，什麼都能做，但不一定專精，但ASIC則像專為某項任務打造的「專業工具」，例如：專為開瓶設計的開瓶器。雖然功能單一，但效率和專精度遠超過CPU跟GPU。

ASIC是針對特定目的設計的客製化晶片，相較於通用型晶片，在運算效能與功耗方面展現出更高的效率，現廣泛投入在人工智慧（AI）高效運算、5G/6G通訊、汽車電子、物聯網（IoT）與資料中心等領域，依據客製化程度，可分為全客製化和半客製化，不論是哪種，都與通用型晶片或彈性較高的可程式化邏輯閘陣列（FPGA） 有所區隔。

由於其最佳化設計，ASIC能在特定應用中提供無法被通用晶片取代的運算效益與成本優勢，因此受到眾多科技巨擘與新創企業的青睞。近年來，AI用ASIC（如Google的TPU）、車用感測與自駕控制器、加密貨幣挖礦晶片等正迅速成為產業發展的主流。

解密ASIC：專屬設計創造極致效能

端看ASIC產業發展，主要依賴專業設計與量產分工，核心收費結構涵蓋「一次性非經常性工程費」（NRE, Non-Recurring Engineering），可以把它想像成晶片設計的「開模費」或「研發成本」，這筆費用只需要支付一次，涵蓋了從概念到設計完成的所有初期投入。此外，後續量產時還會按晶片銷量或製造良率收取抽成。

通常，設計服務公司（Design House） 專注於需求分析、架構設計、暫存器傳輸層級（RTL）開發與驗證，完成設計後會將設計檔（稱為「流片」或Tape-out）交由專業晶圓代工廠如台積電、聯電負責量產，這種「設計+製造」分工模式，提升了專案彈性與生產效率。

國際積體電路（IC）大廠如博通（Broadcom）和邁威爾（Marvell），則透過強大的矽智財（IP）庫及設計服務，創造出IP授權費與NRE雙重營收來源，台灣亦發展出具備專案管理靈活、設計成本優化特色的服務模式，這使得許多國際客戶，特別是新創企業或預算有限但有特殊晶片需求的公司，能以更合理的成本實現他們的客製化晶片夢想。技術演進使IC設計服務也逐步導入模組化IP授權、軟硬體平台化與長期維護等新的獲利模式，進一步構築更具韌性的商業基礎。

ASIC產業鏈解構：設計服務與晶圓代工的協作生態

台灣憑藉完整的半導體產業鏈，從IC設計、晶圓製造到封裝測試，已成為全球最重要的專用晶片生產樞紐。指標性品牌如世芯-KY、創意（Alchip）、智原（Faraday） 等IC設計服務公司，以及聯發科、神盾集團/芯鼎等IC設計公司，在AI加速器、雲端運算、資料中心、自駕車與高頻通訊等領域，與國際知名企業如亞馬遜網路服務（AWS）、Google、輝達等保持深度合作。

• 世芯-KY：近年積極參與AWS的AI加速器專案，並布局先進的N5A車用ASIC製程，營收動能強勁。
• 創意：長期深耕高效能AI ASIC訓練與推論晶片，是全球領先ASIC設計服務廠商之一，與美系AI大廠合作緊密。
• 智原：結合IP授權與客製化IC設計服務，強化其在車用AI與物聯網方案的優勢。
• 聯發科：已切入AI與雲端ASIC領域，預期其相關業務將在2025年後大幅成長。

至於護國神山台積電的角色，其領先全球的3奈米、5奈米等先進製程製造能力，以及CoWoS等先進封裝服務，可支援本土設計服務公司完成先進晶片的量產。

台灣ASIC實力：完整產業鏈鑄就全球領先地位

許多人不知道的是，台灣在全球ASIC產業鏈中扮演著舉足輕重的角色，優勢主要體於：

• 完整產業鏈整合：台灣擁有從IC設計、先進晶圓製造到封裝測試的一條龍完整半導體生態系統。高度垂直整合使企業能快速從設計到量產無縫接軌，顯著壓縮產品上市時程與開發風險。
• 國際合作緊密：台系設計服務公司與台積電等晶圓代工廠的協同作業效率，使其成為國際雲端服務供應商（CSP）和AI巨頭的首要合作夥伴。這種「設計+代工」策略，讓台灣在面對客製化需求時，具備快速響應的能力與彈性。
• 技術創新能力：台灣持續推動先進製程（如3奈米、5奈米）的研發與量產，同時積極導入EDA工具雲端化、AI輔助設計以及IP模組化等創新技術。這不僅協助國際客戶快速實現最新的AI與車用解決方案，也為產業注入新的成長動能。

展望2025：ASIC的黃金機遇與挑戰並存

ASIC產業在未來幾年將持續快速發展，預期2024至2030年的年複合成長率（CAGR）可達到38%。這種爆發性成長主要源自：

• 先進製程驅動效能革新：AI訓練、推論晶片、邊緣AI、以及資料中心對高效能ASIC的需求持續成長。2025年隨著台積電CoWoS先進封裝產能的擴增，加速ASIC晶片導入先進製程，進一步提升效能並縮短製造時程，更強大、更智慧的AI應用，從智慧手機、無人駕駛到智慧醫療，都將因ASIC的進化而加速實現。
• 服務商業模式創新：模組化IP授權、設計-代工一體化平台以及AI設計自動化工具的普及，正有效降低ASIC開發門檻，為台灣企業爭取新客戶提供助力。
• ESG永續設計強化：全球對氣候變遷與永續發展的關注，促使ASIC產業也積極投入低功耗設計、環保材料應用與碳足跡管理。台灣業者正透過製程與設計的優化，達成節能減碳目標，此舉不僅符合法規要求，也成為吸引國際訂單、提升企業競爭力的新驅動力。
• 全球供應鏈重組帶來的機遇：美國CHIPS法案、中國IC自主化、歐盟半導體策略等政策，促使各國加速本土IC產業鏈的建設，這為台灣ASIC設計服務業者提供了擴展市場與技術合作的新機會。同時，市場預期2025年ASIC出貨將進入成長快車道，滲透率有望顯著提升，將成為繼AI伺服器之後的重要市場題材。

然而，ASIC產業仍面臨多重挑戰：高昂的設計成本、漫長的研發週期、核心IP掌握的困難度、以及全球半導體人才的短缺，地緣政治（如美中科技戰）也可能導致供應鏈的不確定性與技術壁壘。面對這些挑戰，除了產業的持續投入，學術界的人才培育與政府的政策支持（例如研發補助、人才引進計畫），將是確保台灣ASIC產業永續發展與鞏固全球競爭優勢的關鍵。

瀏覽 184 次