IBM開發出第一個5奈米製程晶片，效能提升40%、電力消耗節省75%|數位時代 BusinessNext

IBM開發出第一個5奈米製程晶片，效能提升40%、電力消耗節省75%

兩年前才開發出全球首個7奈米晶片的IBM，與晶片商GlobalFoundries和三星合作研發出5奈米晶片，且性效能表現超越現有技術。該技術一旦成熟，將有助於人工智慧、物聯網和雲端計算等領域發展。

電晶體新技術讓晶片擁有更多「運算大腦」

一直以來驅動半導體技術進步的摩爾定律，隨著近來晶片技術進步趨緩的情形，似乎快達到極限。在現有通用的10奈米製程晶片，按照摩爾定律，下一代應縮小至7奈米。而IBM這次不僅打破僵局，新研發的5奈米製程晶片甚至已經超越摩爾定律的標準。

而IBM之所以能同時縮小晶片尺寸、卻又不影響效能的原因，在於其採用了新技術「環繞式閘極場效電晶體（GAAFET）」。

閘極（gate）是電晶體中控制電流開關的部位，該設計也是影響電晶體尺寸的關鍵之一。一直以來，電晶體都是設計成扁平狀，而閘極位於電流通道上方。為了縮小電晶體尺寸，後來晶片商將通道設計成魚鰭狀、垂直於基板（substrate），並將閘極覆蓋於通道上方，被稱作「鰭式場效電晶體（FinFET）」。

而IBM希望透過進一步縮小通道和閘極的距離，再縮小電晶體尺寸。其透過奈米薄層將閘極包圍在通道周圍，閘極數量因此從過去的三個增加為四個，閘道通道量也較過去更大。

由於手機和電腦計算速度取決於晶片中的電晶體數量和通過的電流量，在電晶體排列更緊密、電流通過量變更大的情況下，採GAAFET的晶片性能更高、尺寸也能縮小。

正是如此，GAAFET被視為取代FinFET的下一代晶片設計。FinFET目前普遍被用於22奈米以下的晶片設計，最小約可製作出7奈米的晶片，若尺寸縮至5奈米，受限於晶片製程技術，電晶體排列過於緊密、無法讓足夠的電流通過，會導致性能下降。而採GAAFET的晶片尺寸極限為3奈米。

性能提升40%、電力消耗省75%

儘管兩年前IBM就研發出7奈米製程技術，但目前已經邁入商用階段的仍僅止於10奈米。例如，高通最新手機處理器「驍龍835」，就是第一個採用三星10奈米製程的晶片，該晶片也用於三星最新智慧型手機Galaxy S8。

在性效能表現上，採新技術的5奈米製程晶片，相較10奈米製程晶片，性能可提升40%，或是可省下75%的電力消耗卻能達到相同效能，即電量消耗為過去的1/4倍。

該技術也讓晶片的電晶體密度突破以往。IBM表示，新技術讓僅約指甲大小的晶片（50平方毫米）可容納300億個電晶體，以過去7奈米的製程技術來說，同樣大小僅能容納200億個電晶體。

儘管新技術令人期待，但IBM表示，5奈米製程目前仍在開發階段，距離商用還有一段時間。

當無人機、無人船失去衛星定位訊號，還能繼續完成任務嗎？這道問題不只考驗導航設備的精度，更牽涉不同技術如何搭配，才能兼顧成本、可靠性與實際部署需求。

要理解自主載具如何在衛星訊號中斷時持續導航，得先認識「慣性導航」。互宇向量執行長鍾宏彬拿棒球作比喻：投手把球投出去後，球沒有GPS或遙控器，仍會依照出手角度、力量與旋轉向前運動。慣性導航則透過感測加速度與旋轉變化，持續推算載具的姿態、速度與位置。不過，慣性導航的誤差會隨時間累積，衛星定位訊號一旦中斷，位置推算也可能逐漸偏移。因此，自主載具需要不同定位與感測技術相互配合。2022年成立的互宇向量，便從這項需求切入，協助客戶選擇適合的導航技術，並將系統整合到產品中。

先定義任務，再決定導航規格

「以終點當起點。」鍾宏彬如此形容互宇向量的產品開發原則。相較於先提供設備、再由客戶自行整合，互宇向量在開發初期便參與討論，了解客戶要完成什麼任務，再決定性能、材料、演算法與預算。這套方法稱為「前端部署」。

以無人機精準投送為例，客戶希望載具不只抵達指定區域，還能接近建築物完成投送。飛行距離、定位精度、是否有人遙控，以及衛星訊號中斷後需要自主運作多久，都會影響系統設計。互宇向量必須先釐清這些條件，再選擇感測元件、調整導航架構，而不是直接套用既有產品。

互宇向量的技術涵蓋光纖陀螺儀（FOG）、慣性量測單元（IMU）、姿態與航向參考系統（AHRS），以及GNSS／INS融合導航方案。團隊曾與產業夥伴在實際水域驗證無人船導航系統，也透過觀音山隧道測試，觀察衛星訊號中斷時的導航表現。

對客戶而言，驗證的重點在於系統能否在任務要求的時間內維持足夠精度。互宇向量也不一定選用最高規格的零組件，而是依照需求調整演算法、材料與系統配置，必要時整合其他供應商的技術，減少客戶自行開發、測試與整合的時間及成本。

從光纖陀螺到系統整合，互宇向量把技術推向可部署的產品

鍾宏彬2010年投入光纖陀螺核心技術研究，2016年共同創辦極星光電。當時核心元件的客戶多具備自行整合能力，應用市場相對有限。他逐漸意識到，若想讓技術接觸更多使用者，就不能只停留在零件，還得往感測模組與完整系統發展。2022年成立互宇向量後，鍾宏彬延續過去累積的技術，採取合作設計製造（JDM）模式，讓團隊從產品開發初期便參與設計與驗證。

他把這種服務形容為「高階料理包」：客戶不必自行採購所有原料、研究怎麼煮，而是由互宇向量協助整合適合的技術，完成產品部署。公司不走低價、拚量路線，而是選擇與少數具有長期需求的專業客戶深入合作。目前團隊服務約12家核心客戶，透過持續參與產品開發，累積技術與合作經驗。

航太市場考驗的不只是技術，還有供應鏈與驗證能力

航太是互宇向量積極拓展的市場。目前約四成業務聚焦航太應用；2023年，團隊也與國家太空中心（TASA）展開策略性合作，推進MIOC與FOG技術的太空應用。

航太產業尤其重視「飛行履歷」（Flight Heritage）。鍾宏彬打趣地說，普通杯子就是杯子，但如果真的上過太空，「它就變成太空杯」。設備即使通過完整的地面測試，仍不等於經歷過發射與太空環境。對國際航太客戶而言，實際飛行驗證是評估設備可靠性的重要依據。鍾宏彬回憶，團隊過去花了兩、三年尋找海外企業客戶，始終不得其門而入。後來有國際業者得知互宇向量與國家太空中心合作，反而主動找上門。這段經驗讓他體會到，進入航太供應鏈除了技術能力，還需要讓國際客戶看見合作經驗與可信度。

從中央大學到蘆竹，桃園產官資源如何成為互宇的產業支點？

互宇向量與桃園的淵源，早在公司成立前就已開始。鍾宏彬從中央大學求學、攻讀博士到投入研究，一路留在桃園；第一次創業落腳楊梅，互宇向量則從青埔搬到蘆竹，建立廠辦空間。他笑稱，自己就像桃園「生出來的baby」。

桃園及北部地區聚集電路板、電子製造與機械加工等供應商，具備成熟的產業基礎。不過，部分業者長期專注既有市場，未必想過自身技術還能延伸至無人載具與航太應用。鍾宏彬舉例，互宇向量曾與傳統機械加工業者合作，協助對方了解航太供應鏈的品質驗證與製造要求，探索跨入新市場的可能。對這些業者而言，挑戰未必是技術能力不足，而是過去缺乏接觸航太應用的機會，不熟悉相關規格與驗證流程。

創業過程中，互宇向量也持續接觸桃園市政府青年事務局及相關局處、育成體系，參與創業交流與產業展會。鍾宏彬看重的是這些場合能讓團隊認識不同領域企業，拓展未來合作的可能。包括Meet桃園＋在內的創業輔導與產業交流平台，也為在地新創提供接觸產業資源的機會。

從光纖陀螺核心元件走向完整導航系統，再延伸至航太合作與海外市場，互宇向量逐步建立從任務規劃、技術整合到系統驗證的能力。接下來，如何運用桃園既有的電子製造與精密加工基礎，找到更多能共同開發產品的夥伴，將是團隊拓展國際市場的重要課題。