在晶片的世界，你不能只知道台積電
談到晶片產業進程，最廣為人知的就是「摩爾定律」（Moore's Law），該定律談到晶片電晶體的數量每 18 至 24 個月後會增加一倍，提升處理器的效能。
如今有「護國神山」之稱的台積電，也已經做到 3 奈米技術，而在其製程不斷突破的情況下，也可見摩爾定律仍未到達外界擔憂會失效的地步。電晶體大小有其物理限制，但事實上除了藉由縮小電晶體之外，還可以利用 3D 堆疊電晶體的方法，利用相同大小的電晶體，提升單位面積電晶體密度，降低等效電晶體大小。
由此可見，儘管摩爾定律已經趨緩，但業界還是能藉由新科技來增加電晶體的數量。那麼目前晶片產業所面臨的到底是什麼樣的問題呢？
Dennard 縮放比例定律失效，怎麼辦？
整個晶片產業現在遇到的瓶頸，則是「Dennard 縮放比例定律」（Dennard Scaling）的失效，意味著「處理器功耗」已經達到極限。Dennard 縮放比例定律說明，當電晶體愈做愈小，電容跟電壓都會變小，因此能耗也會跟著變小。
在摩爾定律的影響下，我們有了更小的小電晶體來減少晶片的能量消耗，提供我們加快晶片運作時脈所需的額外能耗，進而提升晶片效能。而造成 Dennard 縮放比例定律失效的原因就是：縮小電晶體晶體導致更大的漏電流，因此能耗無法有效減少，變相限制了晶片運作的速度。
然而，有賴近幾年「系統單晶片」（SoC）的研發與創新，現在的晶片發展和運作速度才不會停滯不前。所謂 SoC 即為 System on a Chip 的縮寫，顧名思義就是指：將一整個電腦系統「整合」在一片晶片上。你可以想像一台電腦的主機板相當的大，透過使用 SoC 的技術，就能將體積如此巨大的主機板變成一塊小晶片，進而降低能耗。
除此之外，SoC 在設計時也能很有彈性，可以藉由不同的微架構，針對不同的應用去做優化，提升效能。也就是我們有了除了提升時脈的方法來提升效能，同時可以維持功耗限制。
生活中專業化 SoC 無所不在
要說在生活中展現 SoC 的最佳案例，絕對是蘋果公司（Apple Inc.）無誤。他們將不同專業的 SoC 使用在各式產品上，以讓效能最佳化。
例如 iPhone 所使用的 A 系列晶片與神經網絡仿生引擎（Bionic Engine）整合，針對相機處理優化；Macbook 和 iPad 所共用的 M 系列晶片則是整合了多核心處理器、繪圖晶片及記憶體等，在提升效能的同時得以讓產品處理更複雜的軟體應用；Airpods 的 H1 晶片，針對音訊處理進行優化，以提供使用者更清晰、更好聽的音質，而 Apple Watch 的 S 系列晶片，則是能讓使用者全天候監測自己的身體健康。
另外，以特斯拉（Tesla）為例，過往多半是透過使用輝達（Nvidia）所設計的晶片，來進行自動駕駛所需運算，以及訓練其背後的人工智慧模型。後續為了要達到更好的效能，特斯拉在 2019 年推出了自行研發的自動駕駛晶片 HW 3.0 ，以及在 2021 年更進一步推出訓練人工智慧模型的晶片－Dojo。由此可見以上提到的兩者，也都是針對不同任務設計的專業化 SoC。
從臺灣「推動、創新、突破」整個晶片產業
台積電不斷突破半導體的極限，成為先進製程的佼佼者，我曾與一名蘋果公司的資深工程師聊過，他也提到在半導體這方面，現在的台積電至少領先世界 5 年。在台積電之外，同樣也從臺灣起家的聯發科，則是少數能跟高通（Qualcomm，美國高端手機晶片設計公司）競爭的 SoC 晶片設計公司。
至於晶心科技（Andes Technology），雖然大部分的人較少聽過這間公司，但他們所擁有的產品及技術也十分有意思。晶心科技算是第一批進入 RISC-V 領域（註 7）的公司，透過 RISC-V 為基礎來發展新的微架構，研發出成本更低，更多元的架構給不同的 SoC 使用。
無論是台積電、聯發科還是晶心科技，這些公司都囊括了晶片產業的製造、設計、架構的部分，而這也意味著在未來 SoC 變得日趨重要時，臺灣便有機會成為晶片設計製造一環中，不可或缺的要角。
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