IC設計 成大最節能 電機系張順志副教授研究團隊創新技術 設計全球耗能最少的IC晶片
【台南訊】節能省電有一套，國立成功大學設計節能IC，屢有突破，成大電機系張順志副教授所領導的博士班學生研究團隊，創新三項資料轉換器積體電路(Integrated Circuit, IC)設計技術，分別創下出全世界最低能量消耗的IC晶片的紀錄，相較於傳統設計方式可節省達80%的能量。研究成果登上有IC領域「奧斯卡」之稱的國際固態電路會議（IEEE International Solid-State Circuits Conference，ISSCC），以及Symposium VLSI Circuits，DAC等頂尖研討會議，足見研究團隊多項技術已達世界一流水準。
增加電子產品的品質，資料轉換器扮演關鍵性的角色。在眾多不同架構的資料轉換器中，張順志副教授的研究團隊，針對目前具有較低功率消耗和低面積優勢的「逐漸趨近式類比至數位轉換器」，提出了多個新的電路設計技術，進行架構與電路上改良，不但大幅提升操作速度與精確度，甚至能夠降低功率消耗。例如團隊設計之「電容切換機制」比傳統方式節省約80%的能量，可提升電子產品操作與待機的時間。這些研究成果比起目前已知國際文獻中一流的作品有著更優異的結果，團隊更是精益求精，屢屢刷新自己的新紀錄，提出更節能的設計作品，持續在國際舞台發光發熱。
除了研發技術，研究團隊也透過實際的晶片下線和量測驗證，證實所提出之電路設計技術可以有效提升電路的操作速度以及降低每次轉換所消耗的能量。研究團隊在實作上採用多種製程(包括180奈米、130奈米、以及先進的65奈米)來研製多個10位元、中高速(每秒一千萬次取樣至每秒一億次取樣)的類比至數位轉換器。所提出的電路技巧也都實際經過晶片的量測驗證，量測的效能相當的突出。已先後獲得美國與中華民國專利，隨時可以進行製程生產。
張順志副教授研究團隊針對IC電路設計提出的三項改進技術，分別是利用單調式的電容切換機制(Monotonic Capacitor Switching Procedure)、二進制比例的錯誤補償機制(Binary-Scaled Error Compensation)、利用可變視窗功能的切換機制 (Switching Procedure with Variable Window Function)，利用三項技術分別達到提升晶片操作的精確度、速度、降低功率消耗等功能。不僅如此，三項技術皆創下全世界相同規格最低能量消耗的紀錄，並且分別發表在積體電路領域具備指標性地位的國際會議。其中，二進制比例的錯誤補償機制的科研成果，登上號稱IC領域「奧斯卡」的國際固態電路會議（IEEE International Solid-State Circuits Conference，ISSCC），為全球先進固態電路領域研發趨勢的重要指標，更被IC領域視為技術發表的最高殿堂，研討會的內容往往是半導體產業的發展方向與趨勢，能夠發表於該頂尖國際會議，備受產業界矚目。
據了解，高速類比至數位轉換器為高速無線傳輸與高品質視訊多媒體產品之關鍵元件。隨著製程的持續進步，逐漸趨近式類比至數位轉換器的效能(操作速度與功率消耗)應該還可以更進一步的提升，預期未來逐漸趨近式類比至數位轉換器將成為主流的架構。由張順志副教授所提出的電路設計技術，是研發高速低耗能之逐漸趨近式類比至數位轉換器的重要關鍵技術，對於提升台灣在行動通訊及多媒體產品中關鍵元件的效能與自行研製能力皆能有所助益。
目前全球半導體大廠所使用的資料轉換器晶片平均每次轉換所消耗的能量多在100 femto(十的負十五次方,10-15 )焦耳以上，在張順志副教授所提出的「二進制比例的錯誤補償機制」技術，經過65奈米製程的實作結果顯示，平均每次轉換所消耗的能量僅為15.5 femto(10-15)焦耳。在ISSCC發表時打敗所有國家的設計，為目前全世界耗能最少的晶片。『當時第二與第三節能的作品分別是日本富士通(Fujitsu)與美國伊利諾大學(Illinois)所研發的晶片，耗能分別為30femto(10-15)與31.4 femto(10-15)焦耳，已經是很節能的作品，沒想到成大所推出的成果節能效果達到兩倍，令各國驚豔。』張順志副教授說。
張順志副教授透露，利用「二進制比例的錯誤補償機制」技術是與奇景光電產學合作的成果，並已先後獲得美國與中華民國專利。他們的研發成果也吸引台灣半導體大廠聯發科技等公司的注意。
除了發表在ISSCC的成果令人驚豔，張順志副教授的團隊最新於2010年6月發表在積體電路重要國際會議IEEE Symposium on VLSI Circuits的「利用可變視窗功能的切換機制」技術，利用一個可變的視窗(variable window)作為輔助預測電路來避免不必要的電容切換，可以有效降低電路的功率消耗，平均每次轉換所消耗的能量僅為11 femto(10-15)焦耳。再度創下目前全世界相同規格最低能量消耗的作品。
運用這些研究成果，張順志副教授指導博士班學生組成的成大電機工程研究所團隊，包括隊長劉純成及隊員林英儒和黃冠穎，以「高速高能量轉換效率的逐漸趨近式類比至數位轉換器」(High-speed High-energy-efficiency Successive-approximation-register Analog-to-digital Converters) 設計，贏得今年「旺宏金矽獎」設計組唯一之「評審團金獎」，獲得新台幣150,000元獎金，及每人獲得獎座乙座，並由中研院前院長李遠哲院士親自頒獎。此外，張順志副教授指導之另一團隊，由林英儒任隊長及劉純成、黃冠穎、許雅婷為隊員亦以「類比與數位世界之間的橋樑」為題也獲得「旺宏金矽獎」設計組優勝獎。顯見成大領軍的IC設計團隊已在國內、外揚眉吐氣。
近年來可攜式通訊影音電子裝置的需求快速成長，各家廠商無不設法延長產品的工作與待機時間，以提升產品競爭力。由於電池續航力的成長緩不濟急，如何減少電子元件的耗電量，達成低功率消耗電路設計，便成為目前學界與業界重要的研發目標。然而，影音通訊必須在短時間內處理大量的資料，其需要高速資料轉換器來進行訊號轉換。一般而言，高速資料轉換器的消耗功率非常大，如能盡可能降低高速資料轉換器的消耗功率，將可大幅降低整個系統的消耗功率。成大張順志副教授所帶領的「固態電路與系統實驗室」研究團隊特別針對資料轉換器進行研究，研究團隊提出數個高速低耗能設計技術，並基於所提出的技術研製數顆類比至數位轉換器晶片，其實測效能領先全世界規格相近的所有作品，研究成果斐然。990826y
增加電子產品的品質，資料轉換器扮演關鍵性的角色。在眾多不同架構的資料轉換器中，張順志副教授的研究團隊，針對目前具有較低功率消耗和低面積優勢的「逐漸趨近式類比至數位轉換器」，提出了多個新的電路設計技術，進行架構與電路上改良，不但大幅提升操作速度與精確度，甚至能夠降低功率消耗。例如團隊設計之「電容切換機制」比傳統方式節省約80%的能量，可提升電子產品操作與待機的時間。這些研究成果比起目前已知國際文獻中一流的作品有著更優異的結果，團隊更是精益求精，屢屢刷新自己的新紀錄，提出更節能的設計作品，持續在國際舞台發光發熱。
除了研發技術，研究團隊也透過實際的晶片下線和量測驗證，證實所提出之電路設計技術可以有效提升電路的操作速度以及降低每次轉換所消耗的能量。研究團隊在實作上採用多種製程(包括180奈米、130奈米、以及先進的65奈米)來研製多個10位元、中高速(每秒一千萬次取樣至每秒一億次取樣)的類比至數位轉換器。所提出的電路技巧也都實際經過晶片的量測驗證，量測的效能相當的突出。已先後獲得美國與中華民國專利，隨時可以進行製程生產。
張順志副教授研究團隊針對IC電路設計提出的三項改進技術，分別是利用單調式的電容切換機制(Monotonic Capacitor Switching Procedure)、二進制比例的錯誤補償機制(Binary-Scaled Error Compensation)、利用可變視窗功能的切換機制 (Switching Procedure with Variable Window Function)，利用三項技術分別達到提升晶片操作的精確度、速度、降低功率消耗等功能。不僅如此，三項技術皆創下全世界相同規格最低能量消耗的紀錄，並且分別發表在積體電路領域具備指標性地位的國際會議。其中，二進制比例的錯誤補償機制的科研成果，登上號稱IC領域「奧斯卡」的國際固態電路會議（IEEE International Solid-State Circuits Conference，ISSCC），為全球先進固態電路領域研發趨勢的重要指標，更被IC領域視為技術發表的最高殿堂，研討會的內容往往是半導體產業的發展方向與趨勢，能夠發表於該頂尖國際會議，備受產業界矚目。
據了解，高速類比至數位轉換器為高速無線傳輸與高品質視訊多媒體產品之關鍵元件。隨著製程的持續進步，逐漸趨近式類比至數位轉換器的效能(操作速度與功率消耗)應該還可以更進一步的提升，預期未來逐漸趨近式類比至數位轉換器將成為主流的架構。由張順志副教授所提出的電路設計技術，是研發高速低耗能之逐漸趨近式類比至數位轉換器的重要關鍵技術，對於提升台灣在行動通訊及多媒體產品中關鍵元件的效能與自行研製能力皆能有所助益。
目前全球半導體大廠所使用的資料轉換器晶片平均每次轉換所消耗的能量多在100 femto(十的負十五次方,10-15 )焦耳以上，在張順志副教授所提出的「二進制比例的錯誤補償機制」技術，經過65奈米製程的實作結果顯示，平均每次轉換所消耗的能量僅為15.5 femto(10-15)焦耳。在ISSCC發表時打敗所有國家的設計，為目前全世界耗能最少的晶片。『當時第二與第三節能的作品分別是日本富士通(Fujitsu)與美國伊利諾大學(Illinois)所研發的晶片，耗能分別為30femto(10-15)與31.4 femto(10-15)焦耳，已經是很節能的作品，沒想到成大所推出的成果節能效果達到兩倍，令各國驚豔。』張順志副教授說。
張順志副教授透露，利用「二進制比例的錯誤補償機制」技術是與奇景光電產學合作的成果，並已先後獲得美國與中華民國專利。他們的研發成果也吸引台灣半導體大廠聯發科技等公司的注意。
除了發表在ISSCC的成果令人驚豔，張順志副教授的團隊最新於2010年6月發表在積體電路重要國際會議IEEE Symposium on VLSI Circuits的「利用可變視窗功能的切換機制」技術，利用一個可變的視窗(variable window)作為輔助預測電路來避免不必要的電容切換，可以有效降低電路的功率消耗，平均每次轉換所消耗的能量僅為11 femto(10-15)焦耳。再度創下目前全世界相同規格最低能量消耗的作品。
運用這些研究成果，張順志副教授指導博士班學生組成的成大電機工程研究所團隊，包括隊長劉純成及隊員林英儒和黃冠穎，以「高速高能量轉換效率的逐漸趨近式類比至數位轉換器」(High-speed High-energy-efficiency Successive-approximation-register Analog-to-digital Converters) 設計，贏得今年「旺宏金矽獎」設計組唯一之「評審團金獎」，獲得新台幣150,000元獎金，及每人獲得獎座乙座，並由中研院前院長李遠哲院士親自頒獎。此外，張順志副教授指導之另一團隊，由林英儒任隊長及劉純成、黃冠穎、許雅婷為隊員亦以「類比與數位世界之間的橋樑」為題也獲得「旺宏金矽獎」設計組優勝獎。顯見成大領軍的IC設計團隊已在國內、外揚眉吐氣。
近年來可攜式通訊影音電子裝置的需求快速成長，各家廠商無不設法延長產品的工作與待機時間，以提升產品競爭力。由於電池續航力的成長緩不濟急，如何減少電子元件的耗電量，達成低功率消耗電路設計，便成為目前學界與業界重要的研發目標。然而，影音通訊必須在短時間內處理大量的資料，其需要高速資料轉換器來進行訊號轉換。一般而言，高速資料轉換器的消耗功率非常大，如能盡可能降低高速資料轉換器的消耗功率，將可大幅降低整個系統的消耗功率。成大張順志副教授所帶領的「固態電路與系統實驗室」研究團隊特別針對資料轉換器進行研究，研究團隊提出數個高速低耗能設計技術，並基於所提出的技術研製數顆類比至數位轉換器晶片，其實測效能領先全世界規格相近的所有作品，研究成果斐然。990826y
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