杜奕瑾與他的AI夥伴,打造台灣基因分析「PTT」
杜奕瑾與他的AI夥伴,打造台灣基因分析「PTT」

12月初,台灣人工智慧實驗室(Taiwan AI Labs)展現和台北醫學大學附設醫院合作的「AI預測敗血症」短期成果,準確率超過85%。搶在2018年結束之前,這群人工智慧專家再次拋出驚喜,與台灣微軟共同推出AI基因分析平台「TaiGenomics」。這一次,他們想改變什麼醫療現況?

未來的醫療,應該是基於一個人的遺傳基因、生活習慣、環境,去做到不同疾病預測及診斷。 」台灣人工智慧實驗室創辦人杜奕瑾說。

基因分析能做精準治療,杜奕瑾推AI平台幫台灣加速

杜奕瑾理想的「精準醫療(Precision Medicine)輪廓,源自前美國總統歐巴馬在2015年所提出,近年來不斷在歐洲、亞洲獲得迴響。簡單來說,目標是讓所有患者得到最分眾、準確的治療方式,因為同一款藥物,不見得適用所有罹患肺癌的病人,更嚴重的是,有些人甚至會因此產生嚴重副作用。

儘管影響致病的原因有先天與後天之分,但醫界一直對於「人體密碼」與疾病的關聯性高度重視。尤其是2013時,好萊塢女星安潔莉娜裘莉(Angelina Jolie)發現自己有家族遺傳的乳癌基因,決定進行預防型切除手術,讓分析基因成為顯學。

「基因,並不見得是影響治病的全部因素,也可能會受到環境影響而改變。但確實有越來越多的醫療行為需要『了解基因』,」台大醫院基因醫學部主治醫師陳沛隆說。

他舉例,像是2015年全球首度發現,當醫師以藥物治療甲狀腺亢進時的嚴重併發症(顆粒性白血球低下)與兩個人體危險基因有關;台大醫院最近甚至將投稿期刊,認為「遺傳性聽損」有超過80個以上的可能致病基因。

全基因檢測程序
除了採集檢體(抽血)和萃取DNA等步驟仍需要人力,AI已經能在基因分析過程中扮演重要角色。
圖/ 微軟、台灣人工智慧實驗室

「傳統分析定序一個基因的價格,約需要一萬元,要分析完八十個基因,得要八十萬;現在的次世代定序,雖可以在三萬元左右一次做完分析,但人體有大概400-500萬個基因變異點,哪些會影響身體功能,得花大量的時間來研究。」陳沛隆解釋。

過往在沒有AI協助時,第一線醫療人員或基因研究人員最大的挑戰在於:用醫學專家等級的人力進行基因定序、分析、比對基因變異與疾病表徵等過程將花費大量時間及鉅額費用,且大多只能分析部分基因,難以達成人體超過兩萬個基因的「全基因體分析」。

AI爬醫學文獻、比對數據,讓基因分析更容易

正如同杜奕瑾當年打造PTT,延伸出各式各樣的「個版」,帶動使用者討論風氣,累積多元且豐富的文字內容。這次推出的基因分析平台,會自動閱讀文獻、爬梳網路上公開的兩百萬篇醫療期刊與資料庫,把最新資訊提供給臨床醫師。

特別的是,「AI鄉民」能夠幫助醫師完成基因體註解與基因變異致病性預測,透過深層神經網路來解釋包含:分子交互作用、基因網路、調控機制等生資料。「除了遺傳疾病,藥物反應與癌症基因體都有大量的資料需要AI幫忙建立關聯網路與預測模型。」國立臺灣大學生物產業機電工程學系教授陳倩瑜表示。

台灣人工智慧實驗室除了找上台大醫師、生物機電教授組成團隊,也希望讓AI基因分析平台能真正普及,因此將系統建立在微軟Azure雲端,減輕分析過程的資料負擔。

「光是一個人的基因檔案,容量就超過100GB。」台灣人工智慧實驗室產品經理林盈宏強調,過去做全基因體定序,需要編碼與程式背景才能進行,再加上基因檔案龐大,又需要儲存與電腦運算能力,導致很多醫生、專家,空有檢體卻沒有工具能協助分析。

因此,TaiGenomics主打模組化拖曳模式,能選擇特定個人資料、基因,串出分析流程,自動得到報告與基因比對結果。

不過,杜奕瑾的AI基因計畫仍有挑戰。陳沛隆認為,「要透過數據分析比對出疾病與基因變異的關聯性,檢體至少要十萬個,甚至上百萬才行。」另外,團隊也希望透過醫療資料,比對個人患病史和使用藥物等資訊,才能提升分析報告的準確性。

「雖然只在起步,卻是台灣重要的一刻。」杜奕瑾有信心地說。

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晶片裡的「隱形守護者」!從車用、物聯網到AI人工智慧,看上峰科技如何靠I-fuse®打開新局
晶片裡的「隱形守護者」!從車用、物聯網到AI人工智慧,看上峰科技如何靠I-fuse®打開新局

在電動車的感測系統、物聯網中的無電池標籤,以及AI伺服器的高速記憶體修復技術中,都有一個極其微小、幾乎難以用肉眼辨識的元件,默默地發揮關鍵作用。它負責確保系統功能的正確運作,並保護資料的安全性。這個不起眼卻不可或缺的元件,就是「單次可燒錄記憶體」(OTP)。

想像一下,當你坐在自動駕駛的電動車裡,這台移動的智慧裝置正以每小時100公里的速度行駛。它的感測系統、電池管理與安全控制,全仰賴晶片裡的數十億個電晶體協同運作。然而在這些肉眼不可見的微觀世界中,有一個被稱為「功能保險絲」的關鍵元件,如果它的數據在出廠後因高溫或電壓變化而悄悄「跑掉」,將可能在高速行駛下可能造成無法挽回的危險 。

當晶片製程往先進節點發展,傳統OTP技術隨製程微縮而暴露出可靠度與壽命的瓶頸。過去在成熟製程表現穩定的方案,進入7奈米或更先進的製程後,讀取壽命竟從理論上的「無限次」驟降至僅能維持數秒,突顯現有技術難以因應先進製程需求,對需要長期穩定運作的車用與工業應用而言是不可承受的風險。作為矽智財供應商的上峰科技,正是專注於這項關鍵技術的代表之一,其專利OTP技術已被應用於車用電子、物聯網裝置、AI與高可靠性工業設備等多個領域,為全球客戶提供穩定且可持續的解決方案 。「我們的目標是讓OTP在先進製程中一樣可靠,甚至比以前更好。」上峰科技創辦人暨董事長莊建祥開門見山地說。

以電遷移取代爆炸,上峰科技重寫OTP的可靠性

不同於傳統電子熔絲(eFuse)依靠高電流「爆炸式」燒斷導體,或反熔絲(Anti-fuse)以高電壓擊穿氧化層,上峰科技的I-fuse®解決方案採用低於熔斷點的熱輔助電遷移機制。簡單來說,就是用較低的電流與電壓,讓金屬原子在導線內緩慢遷移並改變阻值,而不是粗暴地炸斷它。

莊建祥解釋到,不同於eFuse的「爆炸式」斷裂,I-fuse®的方式更像是一種「緩慢推動」金屬原子的遷移,過程溫和卻能精準改變阻值。因為沒有爆炸,自然就沒有金屬碎屑或自我接回的風險,編程狀態因此能長期保持穩定;而在過程中所需的電壓與電流也遠低於傳統技術,無需高壓電路與內建電荷泵,讓系統設計更簡潔、功耗更低。

他進一步談到,I-fuse®還能在讀取過程中模擬燒錄狀態,所謂的"假燒”,產生類似靜態隨機存取記憶體(Static Random-Access Memory, SRAM)的重複讀寫測試模式,對整個OTP區塊進行全面檢測,確保每一顆出廠的OTP在進入車用或其他高安全性應用之前,都已經通過完整的可靠度驗證,以達成"零缺陷”。過去十多年,I-fuse®已在多種製程節點完成驗證,包括成熟製程與高介電常數金屬閘極(High-k Metal Gate, HKMG)節點。2023年,上峰科技也曾宣布I-fuse®成功在12奈米鰭式場效電晶體(Fin Field-Effect Transistor, FinFET)製程完成矽驗證,不僅延續低成本與設計彈性的優勢,也證明即使在先進製程下,仍能以極小面積支援業界優異的低操作電壓,且無需額外光罩與電荷泵。

不過隨著製程微縮,金屬線寬與高度同步縮小,對爆炸式燒斷的OTP而言是嚴峻挑戰,卻讓 I-fuse®的電遷移機制更得心應手,莊建祥表示當線條越細,越容易在低電壓下完成燒錄,因此上峰科技有足夠的信心能直接從12奈米跨入7奈米,並規劃向3奈米、甚至環繞式閘極(Gate-all-around, GAA)與FinFET架構前進。

計畫助攻跨入7奈米,I-fuse®應用版圖持續擴張

上峰科技聚焦標準邏輯製程,I-fuse® 助力解決晶片製程轉換關鍵挑戰。
上峰科技聚焦標準邏輯製程,I-fuse® 助力解決晶片製程轉換關鍵挑戰。
圖/ 數位時代

而這次的跨越,正是因為有經濟部產業發展署推動的「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(以下簡稱晶創IC補助計畫)協助。莊建祥坦言,對規模不大的IP業者而言,先進製程開發風險高、投入成本大,如果沒有外部資源挹注,很難同時負擔研發與驗證。「晶創IC補助計畫」不僅減輕了資金壓力,更讓上峰科技能集中火力解決7奈米製程的關鍵挑戰,包括更嚴格的設計規範與更密集的繞線限制。

「只要製程允許,我們的技術就能做。」莊建祥強調,I-fuse®採用晶圓廠提供的標準邏輯製程材料,不需改變製程或額外光罩,因此對製程轉換的適應速度遠優於其他OTP技術。「別人可能要花三、四年才能適應新的製程架構,我們幾乎可以無縫切換。」

OTP雖小但其用途極廣。在車用感測器中,它是確保不同零件出廠後能進行精準校正的關鍵;在 AI 伺服器與高速運算晶片裡,它能修補記憶體陣列中損壞的位元,延長晶片壽命;在物聯網無電池的裝置中,I-fuse®以極低讀取電壓(0.4V / 1µW)就能運作,適合能量收集環境。莊建祥更明確指出,I-fuse®未來將持續鎖定Wi-Fi裝置、微控制器單元(Microcontroller Unit, MCU)等對低功耗與高可靠性有高度需求的市場,與現有的車用與工業應用形成互補布局。

在全球晶片供應鏈中,OTP 是與輸入/輸出函式庫(I/O Library)、標準單元庫、靜態隨機存取記憶體編譯器(SRAM Compiler) 並列的「四大基礎 IP」之一,幾乎每顆晶片都需要。掌握這項技術,不僅是產品設計的靈活度,更關乎先進製程的導入速度與成本控制。上峰科技的策略是在穩固現有國際客戶基礎上,藉由「晶創IC補助計畫」加速進入7奈米,並持續向更先進節點前進。透過低功耗、高可靠性的 I-fuse®,讓臺灣有機會在先進製程OTP技術上,取得與國際一線供應商並肩甚至領先的地位。

「我們希望成為各種應用場景中,最可靠、最靈活的OTP解決方案。」 莊建祥說。從成熟製程到 7 奈米,從車用到AI與IoT,這顆小小的OTP正承載著臺灣在先進製程中的另一項關鍵優勢。

|企業小檔案|
- 企業名稱:上峰科技
- 創辦人:莊建祥
- 核心技術:專注於OTP矽智財的研發
- 資本額:新台幣2億元
- 員工數:46人

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵業者往AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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