清華電機系友會《TEEN講座》

Ultra low Power CPU:Mobile to wearable and IOT

主講人 : 柯又銘(Uming Ko)先生/清華電機80B

經歷 :

聯發科技副總

聯發科技高效能處理器技術研發本部總經理

IEEE Fellow

演講日期 : 2017/05/10

撰文: 電子所碩二/楊宗祐

講者經歷:

2011~Now: MediaTek (聯發科技股份有限公司)

- Corporate VP

- GM, High-performance Processors Technology (HPT)

- IEEE Fellow, 2011

1986~2010: Texas Instruments (德州儀器)

-Senior Fellow, 2005

§ Technical leadership: Ultra-Low Power (ULP) design

§ OMAP Processors & SmartReflex™ Innovations of Power & Perf. Technology

-Fellow, 2000

§ TMS320C55x: Industry’s most energy-efficient DSP Processors

§ TI486 & 586: x86-compatible processors

§ TMS320C10, C25: DSP Processors

內容:

圖一：柯又銘學長擁有豐富的學術研究與職場實務經驗，現場侃侃而談CPU的研發過程與心得。

你是否覺得生不逢時？是否覺得以前的大環境比現在更好？自己有一副情懷與才幹，可是很多東西都已經先發現並且申請專利了，如果自己再早幾十年出生，自己可能也是一個響噹噹的發明家。再者，你是否覺得找不到一展長才的機會？但是事實上，處處都是機會。你覺得窒礙難行、有缺陷的地方其實就是機會，我們常常用制式的想法解釋眼前的問題。試問工程師的使命是甚麼？就是解決別人沒有辦法解決的問題！找到更好的解決方法，才能彰顯工程師的價值。

在三十幾年前，當時一台電腦就相當於一間房間大小的年代，有誰會想到現在可以把那種處理器做成一顆微小晶片，並且塞在我們手機裡面，更別說當時一台電腦是幾百幾千瓦的功耗在消耗，有誰會想到未來市場主導為這種極低功耗的設計。創新就是跳脫既有框架，機會就是來自既有問題，逆境是一座山頭，到達山頂才能遠眺前方；前人的發明與構思是你的引路牌，不是終點盡頭，站在前人的肩膀上，才能打破侷限，機會來自轉念。

圖二：聽眾全神關注，瞭解處理器的原理、趨勢與發展。

柯又銘學長進一步以聯發科的實際例子來說明，本來聯發科幾乎沒有亞馬遜(amazon)公司的訂單，但隨著平板的大面積面板省電需求，而開始委託聯發科幫忙為其公司設計省電的運算處理器，經過兩方交件與合作之後，聯發科成了亞馬遜的主要委託設計合作對象之一。面板越大，耗電越兇，而缺點也造就了機會。從聯發科在ISSCC的數篇設計發表中發現，不斷的解決既有問題就是更好的突破與創新。

2014年，在半導體的製造當中不免每顆元件與電路設計會有製程的變異，進而有不同的功耗，並且造成效能的差異；利用電壓調變的方式可以讓整體差異縮小，甚至可以調整當我們需要高速度運算時，就提將其提高電壓，提高其功耗並獲取更好的運算速度；當現在只是在背景時則調降為較低壓降，進而得到低功耗的省電。2015年，在半導體的製造中我們可以知道，在越上層的導線層會堆疊較厚金屬，所以上層的金屬連接層有較小的電阻與RC時間係數，但也因為較厚所占的面積也相對大，所以也沒辦法非過度密集的使用，所以提出利用魚骨架構的方式讓我們的電路在大骨架下的行走走在有較低損耗與副載作用的上層金屬，再由較下層的金屬來進行細部的布局。2016年，常見的核心運算處理器會依照資料的運算處理量將模組分成，高功率處理頻段與低功率省電模式，但在兩模組其實相對的損耗功率與效能表現的對應百分比並非是全然的線性(耗電使用百分比(Y軸) vs效能運算百分比(X軸))，而是有點類似指數型，是微微上揚曲線，也是說其實存在一個矛盾的灰色區間，省電模式不省電且不快速運算，快速運算不快速卻也一樣耗電，所以就提出再多加一個過渡第三種模式，介於省電與高效率運轉模式的中間，如此可以得到更省電的運算模組，也可以預防因為軟體程式本身在轉換模組型態時區間判斷不良，可能出現莫名手機發燙與過度耗電的問題。2017年，伴隨著手機在高頻處理的蓬勃發展，也是某些基本性的問題所造成的影響也必須納入考量，電壓的突然調變與不穩(Voltage Droop)，有時電壓會突破性的下降，而當電壓與功耗是次方比，可能僅僅是十個百分比的變化，進而影響的效能變化是十分顯著的，且進一步又會影響軟體模組上的判讀，使得手機或是處理器產生錯誤與多餘的功耗，利用校正系統與多區處理運算來解決此狀況，解決根本的問題，將危機化成轉機。

在穿戴式裝置與物聯網的發展上，可以看到有許多省電議題與設計的延展，既是困難也是機會，這是過去的人所沒有辦法遇到的好問題。從55奈米的製程到10奈米製程，電晶體提高了9倍的輸出電流，增快了運算速度，但也提高了1000倍的漏電流，其實機會就在眼前，而且是前人所沒有辦法遇到的100倍的機會。只要我們轉念，問題即是機會，這才是創新的關鍵！

圖三：馬席彬副系主任(右)致贈紀念品，感謝柯又銘學長(左)的經驗分享。

圖四：全體大合照

Q＆A

1.現有的專利是否為我們後輩的障礙？

ANS:

不要擔心專利。山不轉，路轉!既有的專利他是死的他已經發展出來了，你可以看到前人的技術，再加上你的修正與想法，那便是創新。站在前人的肩膀上，前人只是幫你先開路，不是阻礙。

2.學長的樂觀正面的思緒是如何培養的？是天生的嗎？

ANS:

人生觀可是靠後天培養的，你所經歷的事件會變成你的經歷，化成你的想法跟意識，而這些想法又會影響著我們處理事情的方式，所以當我們轉念，用樂觀正面的想法不斷地推動我們自己，最後可以培養出正面積極的思緒，有足夠的能量解決遇到的每一樣難題。

3.在未來年輕學子出社會之後，不免會遇到職場的淺規則，總會擔心成了那個一直付出勞力，而未被重用的小棋子。我們如何在現有的遊戲規則之下，努力而得到相應的回報?

ANS:

確實，投入不一定會有回報，但是如果過分專注在你做了什麼，計較著你的貢獻，那你會不知不覺當中，放大了你自己的努力，並且把你許多的精力與時間花在計較，而沒有繼續再增加自我價值，進而適得其反。有時，人生被重視的時候，反而是在自己最不在意且最不會去計較的時候；因為你正在努力，你已經付出到你視為理所當然了，而其他人其實看在眼裡。不爭功不誇耀是種美德。