陳柏瑞會是台灣另一個張忠謀?
陳柏瑞會是台灣另一個張忠謀?
2001.07.01 | 人物

你的手機可能同時是電話、是收音機、是PDA、是錄音機也是電玩,但它還不是影像電話、不是攝影機、不是電腦,因為小小的手機目前還容不下那麼多的零組件。
但愈來愈多人期望擁有一支萬能手機,怎麼把零件做得更小、怎麼在只比都澎打火機大一點的手機裡塞進更多功能是全世界科學家努力的方向。
過去台灣多是等待國際大廠開發出新產品,再將之快速商品化,以大量製造降低成本賺取利潤。這一回,以製造見長的台灣,研發與世界同步。
一個年輕的團隊,奈米生物技術公司,開發了名為「DNAIC」的半導體技術,這種技術是拿DNA來製造很小很小的電子元件,未來主機板可能比手機SIM卡還小,一元硬幣大小的硬碟就能裝下全套百科全書。當那天來到,你的行動電話就是影像電話、是攝影機、更是一部超級電腦。
DNAIC全名為「去氧核醣核酸邏輯積體電路」,是拿DNA做為半導體積體電路材料的技術。奈米生技總經理陳柏瑞表示,DNAIC可將晶片體積縮小為目前晶片的2%,拿DNA來做CPU,運算能力可增加4倍。

**比SIM卡還小的主機板

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「晶片的效能每18個月提升一倍、價格降低一半。」屹立30年的摩爾定律,描述每隔18個月,晶片上容納的電路倍增。晶片愈複雜,電腦功能就愈強大,若晶片大小不變,電路必須愈做愈小,才能提升晶片效能。
目前台積電最新製程是0.13,也就是每條電路和電路之間距離0.13微米,科學家認為以同樣的技術和材料,0.1微米將是極限。但DNAIC技術突破矽製程限制,可達0.002微米。
0.002微米相當於2奈米,微米是百萬分之一公尺,奈米則是微米的1/1000、也就是十億分之一公尺,將1奈米的物體放到乒乓球上,就像一個乒乓球放在地球上一般,所以電子元件若能以DNA為基礎材料,要做出比SIM卡還小的主機板並非不可能。
陳柏瑞表示,以目前台積電的技術,12吋矽晶圓如果能切出1000片晶片,同樣大小的DNAIC晶圓至少能切割成1萬片晶片,而且功能更強大。
除了體積優勢,DNA電子元件還有成本低廉、省電、環保等好處。
奈米生技技術經理林育立指出,從雞血裡萃取一整罐DNA,成本不到1000元,而DNA只需極小電流就能被驅動、進行操作,產品自然小而省電,加上DNA電子元件製造過程幾乎不會造成環境污染,製程只需數天,又不必在嚴格的無塵室裡製造,比耗時數月的矽製程更具競爭力。

**26歲的陳柏瑞異軍突起

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過去幾年,英國及以色列傾全國之力,研究如何將DNA製成半導體元件,英國甚至將發展進度視為國家機密。1998年《自然》(Nature)雜誌曾報導,以色列研發的DNA電子元件能將一般晶片體積縮小一半。
台灣在這方面研發異軍突起,很難想像領軍的陳柏瑞竟然只有26歲。
生命科學背景出身的陳柏瑞,曾是西屋科學生化獎得主,他在研究癌細胞切片時,發現DNA染色技術能改變DNA電性,啟發他利用抗癌藥物與DNA之間的鑲嵌原理,控制DNA導電性,將DNA製成電子元件,突破現有半導體製程瓶頸。
「DNAIC」這項技術,已經取得台灣專利認證及美國專利優先權,據了解,矽統在奈米取得專利之前,就曾開價上億台幣,奈米對這件事則不願回應。
但有好技術,仍需發展出商品才能真正改善人類生活,陳柏瑞希望業界能參與開發DNAIC的商業應用。
如果DNAIC能順利商業化,所有用得到晶片的產品都將變成「DNA inside」。陳柏瑞指出,DNAIC可以做成記憶體、通訊IC、或高速CPU等各種電子零件。他舉例,現在的PDA記憶體一般只有8MB,如果拿DNAIC做記憶體,體積不變,容量將成長125倍,超過1GB。
除了應用在半導體產業,奈米生技正在研究利用過去判定DNA片段的染色技術,與光電技術結合,讓DNA發出螢光,開發輕巧、省電的DNA-LCD螢幕。

**離商業化
還有很長的距離

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一名威盛工程師認為,如果DNA真的可以拿來做IC,所有製程、機台都必須重新設計,對現有半導體產業將產生劇烈衝擊,「現在的半導體廠商都沒得玩了。」
但許多業界人士對這項突破仍多所保留,甚至半信半疑。
聯電董事長曹興誠表示,「類似創意很多,」即使技術真的開發出來,離商業化也還很遠,根本不值得擔心。像中華開發技術部專案經理李世仁便認為,拿DNA應用在電子材料上並非了不起的創意,兩年前以色列就曾開發出DNA導線,即使奈米生技擁有技術,還需大量累積經驗與實驗數據,才能說服業界人士採用DNAIC。
但李世仁也期待,DNA IC技術成熟之日,將是產業界的新紀元,不但電子元件將縮小至分子大小,科學家夢想中的超高速電腦也將誕生。
陳柏瑞表示,奈米生技已經掌握將DNAIC製成記憶體的技術,在奈米生技背後的精神導師──前英特爾台灣區總經理陳朝益牽線下,英特爾實驗室曾試作奈米的DNAIC晶片。
目前奈米正與英特爾、威盛、矽統等IC設計公司積極接觸,討論將DNAIC技術納入設計中。
陳朝益期許陳柏瑞能成為未來的李遠哲,工研院院長史欽泰也肯定DNAIC的技術成就,但技術若不能應用在工業上,終究無法發揮它的影響力。只是,要將技術應用到生產線,如曹興誠所說,還有一段很遠的路要走。

**陳柏瑞 1分天才加99分努力 **
把IC縮小98%,是很保守的估計!」奈米生技總經理陳柏瑞,瞇著的細長眼睛裡,有著超越26歲的自信。
座落在宜蘭羅東的奈米生技,是典型學生創業的團隊,陳柏瑞本來是東華大學生命科學系的學生,在前英特爾台灣區總經理陳朝益的鼓勵下創業,公司成立短短半年多,就發表了驚人的成就,但DNA IC的種子,卻早在陳柏瑞高中時期就已種下。
陳柏瑞在擔任生物老師的母親耳濡目染下,從小就對生命科學產生濃厚興趣。高中一次實驗,讓他偶然間學習到「DNA能導電」這件事,但直到1996年,陳柏瑞才開始投入DNA導電性的研究。
曾是西屋科學獎(ISEF)得主的陳柏瑞,去年在得獎學生聚會上認識陳朝益。DNAIC的構想,讓陳朝益大為雀躍,積極為陳柏瑞奔走、尋求業界支援,當技術成形,陳朝益還介紹陳柏瑞到美國英特爾實驗室試做產品。
擁有賽車選手執照的的陳柏瑞,被好友林育立形容是一個「很衝、很敢做」的人,「要做,就要做最好的,用命去換也在所不惜,」好強的陳柏瑞做起實驗來,不吃不喝、不眠不休,團隊也常開會到凌晨4點。
為了做測試、跑數據,陳柏瑞和林育立兩人幾乎跑遍了台北、新竹各大學實驗室,2000年4月,奈米生技研發出第一片「DNA inside」的基礎晶片,比陳朝益的估計整整早了兩年。

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以晶片的一瓦算力開啟AI新架構!耐能智慧從邊緣到核心,打造臺灣主權算力新典範
以晶片的一瓦算力開啟AI新架構!耐能智慧從邊緣到核心,打造臺灣主權算力新典範

當全球聚光燈都匯集在那動輒使用上萬顆圖形處理器(Graphics Processing Unit, GPU)、耗能堪比核電廠的資料中心時,另一場關乎AI永續發展的運算革命正悄悄發生。這場革命的核心,是如何以更低能耗、更高效率的方式支撐下一世代的人工智慧。而耐能智慧(Kneron)正是這場轉變的推動者之一。

早在2015年,當多數企業仍沉浸在雲端運算帶來的紅利時,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠便選擇了「邊緣運算」之路的賽道,投入AI系統單晶片(System-on-Chip, SoC)與神經網路處理器(Neural Processing Unit, NPU)的開發。「如果 GPU 是需要龐大設備才能運行的錄影帶,中央處理器(Central Processing Unit, CPU)是性能平庸的 影音光碟(Video Compact Disc, VCD),那麼 NPU 就是能在輕薄裝置中高效運算的 MP3。」劉峻誠用一個簡單的譬喻如此描述著,這不只是晶片製程的改進,而是從架構層重新定義AI運算的方式。

十年磨一劍,如今耐能智慧的NPU晶片已成功進入物聯網、安防、車用與伺服器等不同領域。從智慧水表、穿戴裝置到車用語音系統,乃至企業伺服器與工業應用,都能在有限功耗下執行即時AI運算。合作夥伴從國內上市櫃企業到歐美等地的國際大型企業,都能看見耐能智慧身影,「我們從GPU、CPU進不去的地方出發,讓晶片像樂高積木一樣,從只需一顆晶片的穿戴式裝置,到需要多顆晶片的伺服器,都能使用我們的晶片。」劉峻誠說。

面對算力與能源雙重瓶頸,耐能智慧以新架構迎戰生成式AI時代

面對終端AI應用面臨的「資料流衝突」瓶頸,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠指出,新世代AI運算不再只屬於
面對終端AI應用面臨的「資料流衝突」瓶頸,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠指出,新世代AI運算不再只屬於雲端,必須開發能兼容多模態資料並在低功耗環境下運行的自主架構。
圖/ 數位時代

「語言模型和影像模型的資料處理方式完全不同,」劉峻誠解釋到,語言模型要短時間內處理大量資料,但影像模型則需要長時間、連續的低流量傳輸。而傳統AI架構無法同時兼容這兩種特性,這造成了終端AI應用面臨「資料流衝突」的瓶頸。也正是在這樣的挑戰下,成為耐能智慧下一階段的技術突破口。生成式AI不再只屬於雲端,運算正快速轉移至終端,從智慧家庭到醫療、車用、製造現場,都迫切需要能在低功耗環境下即時運行的AI系統。

但更大的壓力來自能源現實與國家安全。劉峻誠表示,GPU架構的能耗與散熱需求驚人,一個大型AI資料中心每年電費可高達60億美元,碳排放量更是巨獸等級。「如果繼續用GPU支撐生成式AI,將會對淨零碳排的目標帶來嚴重衝擊。」劉峻誠坦言並進一步指出,臺灣雖是全球GPU製造重鎮,但本地可用算力有限。「我們製造了全世界近8成的GPU,卻沒有自己的算力,」他語帶無奈,「如果國家級AI應用仍須仰賴境外基礎設施,國家的核心技術與自主權將受制於人,不利於在AI時代掌握主導地位。」

因應這場可能產生的算力主權的危機,耐能智慧決定以「多模態資料流衝突」與「低碳永續算力」這兩項挑戰為目標,開發新世代AI晶片架構。為加速這場技術革命並將臺灣的自主架構推向國際,耐能智慧投入全新晶片KL1140的開發,並成功得到由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)的支持。該計畫在國科會協調與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」的框架下,以實質政策補助鼓勵業者布局AI、高效能運算或新興應用等高值化領域的關鍵技術,提升臺灣IC設計產業的國際競爭力與韌性。

從晶片創新到主權AI,晶創IC補助計畫助攻耐能跨入新戰場

耐能智慧透過經濟部「晶創 IC 補助計畫」加速開發的 AI 晶片 KL1140,其效能與能耗表現均顯
耐能智慧透過經濟部「晶創 IC 補助計畫」加速開發的 AI 晶片 KL1140,其效能與能耗表現均顯著提升。
圖/ 數位時代

「KL1140最大的突破在於多模態資料處理架構的創新。」劉峻誠直言其中關鍵。在晶創IC補助計畫的挹注下,耐能智慧得以加速開發新一代晶片,這不僅是十年研發累積的成果,更是政策資源與技術創新的結合,象徵著臺灣在AI架構自主化道路上的重要里程碑。

這項架構革新,使KL1140在效能與能效上都達到顯著飛躍。相較於前一代產品,效能提升6至8倍、能耗比提升10倍、體積縮小至四分之一;以往需10瓦才能運行的任務,現在僅需1瓦即可完成。「你看GPU要加風扇、要水冷,而我們不用,」他笑著說,而這就是低功耗的力量。

這樣的設計,使KL1140成為真正能落地的AI晶片,既可部署於穿戴、車用與工業場域,也能堆疊成伺服器模組,實現了靈活的異構運算(Heterogeneous Computing)基礎建設。透過晶創IC補助計畫的協助,耐能智慧不僅強化晶片設計,更能整合模組、子系統與軟體生態,打造可供企業與政府使用的在地AI解決方案,邁向「AI基礎建設提供者」的新定位。劉峻誠也透露,目前KL1140晶片已開始導入國際主權AI專案,協助能源與環境條件嚴苛的地區,利用該晶片低功耗與高算力的特性,順利發展AI自主。

「我們不是在打造更大的GPU,而是在打造更聰明的AI,」劉峻誠強調。「主權AI的關鍵不只是算力自主,更是能源自主。」他認為,晶創IC補助計畫的核心價值在於讓臺灣的IC設計業者能從單一產品開發,邁向整體系統構建,具備定義新架構、主導新標準的能力。KL1140晶片的問世,不僅讓耐能智慧從邊緣運算邁入AI 核心基礎建設的新格局,更代表臺灣在全球生成式AI時代中,擁有以低功耗、高自主性技術參與未來競局的關鍵實力。

從製造到定義,臺灣AI自主的新起點

在生成式AI帶動的新一輪技術競賽中,算力的分配將決定未來世界的科技秩序。劉峻誠認為,臺灣若要在這場變局中保持主導權,必須擁有能自我定義的架構與技術。「我們不只是為企業造晶片,而是在為國家建算力。」他說。從十年前堅持走上邊緣運算的冷門之路,到今日以KL1140晶片開啟主權AI的新典範,耐能智慧的發展軌跡正體現了臺灣IC設計產業的潛力與決心。未來,耐能智慧將持續推動更高能效、更高彈性的AI架構,讓臺灣不僅能製造世界的晶片,更能定義世界的智慧。

|企業小檔案|
- 企業名稱:耐能智慧
- 創辦人:劉峻誠
- 核心技術:專注邊緣AI SoC專用處理器研發
- 資本額:新台幣6億7520萬元

|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年鼓勵國內業者往 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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