從學術界到產業界：一位晶片設計師的轉型心得與ASIC產業趨勢分析

從學術殿堂到產業前線

我從事特定應用積體電路（ASIC）設計已近三十年。在這段時間裡，我走過完整的學術歷程，從研究生一路升任正教授；後來在一次創業未果後，於2019年轉入產業界，開始專注於電子產業中至關重要的領域：矽智財（Silicon IP）。

在當今最先進的晶片中，高達80%的實體面積是由非針對特定產品設計的模組所佔據，這些模組甚至不是由面向消費者的品牌公司所設計。相反地，晶片製造商大量仰賴來自Arm、Cadence、Rambus、Synopsys，以及我目前任職的Silicon Creations等公司所提供的成熟矽智財。

在我的職涯中，我為截然不同的目的設計過晶片，包括支撐學術實驗室的研究計畫，以及擴充公司的智財組合。當我加入Silicon Creations時，完全沒料到產業界的IC設計方法如此不同，面臨了陡峭的學習曲線。起初，我在學術界累積的二十年研究與訓練似乎無法直接應用於新角色，必須學習新技能並建立全新的思維模式。

ASIC市場快速成長

如今，受到汽車產業、AI應用等領域對專用晶片需求的驅動，ASIC需求正快速成長。根據市場預估，ASIC市場規模將從234億美元成長至2033年的388億美元，而半導體產業整體則預計在2030年突破1兆美元大關。產業迫切需要更多晶片設計師——但如果你和我一樣來自學術背景，有幾件事必須先了解。

不同目標導致不同策略

產業界與學術界的差異始於根本目的的分歧。在學術界，我的主要目標是產生新知識：提出新穎的電路技術、驗證非傳統的架構，或探索特定領域的效能極限。一顆成功的晶片是能夠展示某個概念的晶片。但在產業界，僅僅證明某樣東西可行是遠遠不夠的。目標是確保它能可靠、重複且大規模地運作。成功的衡量標準不是新穎性，而是矽晶片是否符合規格、在量產中達到預期良率，並支撐一個按時交付的有競爭力產品。

這導致了風險容忍度的鮮明對比。學術設計常刻意進入未經驗證的領域，即使只有部分成功也能產生有價值的見解。然而在產業界，我們系統性地將風險降到最低。失敗的代價使得「首次投片即成功」成為核心要求——尤其是在先進製程節點，僅用於將電路設計轉移至矽晶圓的光罩就可能耗資數千萬美元。因此，產業設計流程圍繞著透過保守裕度、廣泛驗證和謹慎重複使用已驗證方案來消除不確定性。

「學術界探索設計空間，詢問什麼是可能的；而產業界則利用設計空間，決定什麼能大規模實現。」

FinFET時代加深學術與產業鴻溝

這種典範自1970年代特定應用晶片設計確立以來就已存在。然而，自2010年代中期FinFET技術——一種使用垂直矽「鰭片」的3D架構——在產業界被廣泛採用後，學術界與產業界之間的鴻溝進一步擴大。隨著小晶片（chiplet）的出現，系統設計也越來越模組化。這從根本上改變了ASIC開發的經濟性與複雜度，設計成本上升了近一個數量級。儘管台積電的大學FinFET計畫和政府資助的晶片設計中心等倡議讓部分資源豐富的大學得以針對更先進架構進行設計，但這些技術對許多學術研究者來說仍遙不可及。

矽智財成為關鍵解決方案

以一家開發ASIC的新創公司為例。其工程團隊可能在特定演算法、感測器介面或系統架構方面擁有深厚專業知識——這些正是其競爭優勢所在。但它不太可能在每個輔助功能上都具備世界級的專業能力。在內部開發每個模組需要大量時間、資金和專業人才，這樣做可能導致產品上市時程延誤到超出新創公司存活期限。

即使是大型半導體公司也面臨類似限制。先進節點的開發需要高度專注。當差異化體現在系統層級——例如推論晶片加速神經網路計算的能力——時，很難證明投入一個團隊去重新設計已在他處實現的標準介面模組是合理的。上市時程和風險控管，而非自給自足，主導著多數關於自行開發或外包的決策。

在此背景下，矽智財成為一個務實的解決方案。就像軟體開發人員依賴既有函式庫而非從零撰寫每個功能一樣，ASIC設計師會授權使用預先設計、預先驗證的矽模組——如處理器核心、記憶體介面和安全引擎——這些來自高度專業化的IP供應商。這些模組隨後可整合進更大型、日益複雜的系統中。

驗證理念與時間軸的巨大差異

透過矽智財的運用，產業界得以擴大設計範疇。學術研究傾向聚焦於模組層級的創新：例如新型類比數位轉換器架構或超低雜訊放大器。這些設計通常抽象化了許多將晶片推向市場的複雜性，如封裝限制、長期可靠性和製造良率。

在產業界，焦點轉移至系統層級整合。現代系統單晶片（SoC）整合了數十甚至數百個功能模組。管理訊號完整性、時序、韌體互動和系統級驗證，其重要性不亞於任何單一模組的設計。

驗證理念也存在鮮明差異。在學術界，驗證的目標是證明概念在標稱條件下可行，但這些條件不一定反映實際應用中的表現。即使從多專案晶圓製造出的晶片中只有一部分能正常運作，只要能驗證底層理念，該設計仍可被視為成功。

以我的學術實驗室為例，我們過去從台積電原型服務收到40顆晶片，然後每5顆一批開始測試。如果前5到10顆晶片功能正常，我們就已收集到足以發表論文的充分數據。即使其中一些失敗了，發表結果時也不必提及此事。

在產業界，驗證是徹底的、關鍵的，且往往主導了整個開發時程。失敗率以百萬分之幾計量，即使是罕見的異常也會被仔細分析和記錄，以找出根本原因並防止再次發生。當我開始在Silicon Creations工作時，設計所面臨的審查細節與嚴謹程度令我相當驚訝。

兩個世界缺一不可

時間軸和經濟限制的差異強化了上述每一項對比。學術專案在與研究和經費周期對齊的彈性時程下運作。如果我錯過了截止日期，只需等待下一個周期即可。產業專案則受固定產品時程和市場窗口驅動，經常瞄準昂貴的先進製程節點以達成具競爭力的效能、功耗和面積效率。錯過一個截止日期可能使整個設計的價值化為烏有，並對整個供應鏈造成重大財務影響。

本質上，學術界探索設計空間，詢問什麼是可能的；而產業界利用設計空間，決定什麼能大規模實現。兩者都不可或缺，但它們運作在根本不同的成功定義之下。隨著ASIC複雜度持續增長，理解這兩種觀點對於下一代工程師在不斷演進的半導體領域中導航將至關重要。

本文刊載於2026年6月號印刷版。

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