深耕5G高速射頻與毫米波技術中心成立

吳宗霖、謝君蔚

「臺大高速射頻與毫米波技術中心」於10月22日假博理館201會議室舉行中心揭牌典禮暨是德科技設備捐贈儀式,邀請科技部次長錢宗良、臺大校長楊泮池、副校長陳良基及是德科技資深副總裁 Guy Séné 等貴賓出席。未來高速射頻與毫米波技術中心將持續加強產學聯結,投入 5G 通訊技術研發,強化技術專利布局,突破技術瓶頸,以提升台灣電信產業競爭力。

高速射頻與毫米波技術中心是因應科技部深耕工業基礎專案計畫的規定而成立,中心主任由臺大電信所所長、同時也是計畫主持人吳宗霖特聘教授擔任,領導電信所電波領域10位教授及20多位碩博士研究生組成核心研發團隊,此計畫在執行不到一年時間,即促成廣達電腦、台揚科技、瑞昱半導體、台積電及是德科技等五家世界級的電子大廠參與合作,透過密切的互動討論,為射頻及毫米波前端技術進展努力。

錢宗良次長致詞時表示,科技部推動「深耕工業基礎技術專案計畫」,是一種整合型產學合作計畫,主要補助大專校院成立基礎技術研發中心,由科技部編列經費補助外,要求計畫本身邀請合作企業投入資源,而台大電信所吳宗霖教授的團隊投入通訊產業技術,更獲得廣達、台積電、台揚、瑞昱、是德5家企業加入,相信對未來B4G或5G通訊產業技術有很大助益,也能培養符合業界需求的實務人才。

楊泮池校長致詞時表示,在科技部深耕計畫支持下,吳宗霖教授的團隊目前已經有很好的成果技轉出去,在中心成立後,加上是德科技捐贈設備的協助,未來可利用中心的設備儀器來設計動手實作課程,加強學生技術實作經驗,同時希望未來能邀請更多業界專家來指導,協助產學之間能無縫接軌,促進研究教學的基礎能量回饋到企業及社會。

吳宗霖主任表示,射頻及毫米波前端技術是未來 B4G(beyond 4G) 或 5G 高速寬頻多模行動通訊的關鍵基礎技術,中心將在科技部深耕計畫的協助下,結合臺大及產業界的力量,持續投入射頻通訊及毫米波前瞻技術研發,讓核心技術扎根台灣,協助資通訊產業在全球競爭下站穩腳步。

科技部推動「深耕工業基礎技術專案計畫」,主要以補助大專校院成立基礎技術研發中心,針對製造業中具高共通性、高技術挑戰、高預期經濟影響力及潛在應用市場廣泛(三高一廣)技術,引導學界與企業投入資源共同合作,結合產學研發能量,培育基礎技術實作人才,協助產業提升競爭力,以達「厚植核心知識掌握發展根基」目的。

揭牌典禮後緊接著安排是德科技 B4G 設備捐贈儀式,由楊泮池校長與是德科技資深副總裁 Guy Séné進行捐贈換約儀式,是德科技將捐贈價值新台幣一千兩百萬元以上的軟硬體設備,在中心內成立「B4G MIMO 射頻前端量測實驗室」,提供臺大深耕計畫教學及研究使用,未來還可配合電信所課程,設計動手作實驗,加強學生技術實作基礎。

是德科技的前身是安捷倫科技,是全球知名量測儀器大廠,此次以捐贈設備方式加入計畫,台灣是德科技董事長暨總經理張志銘表示,「我們很榮幸可以與台大攜手合作,是德科技擁有最完善的通訊量測解決方案,台大則以優秀的人才及研究開發能力著稱,雙方的合作可望加速實現下一代 5G 技術的願景」。

吳宗霖主任表示,本計畫原有4家國際大廠加入,分別在基站規格、晶片規格、晶片製程封裝以及終端系統規格等方面貢獻資源,才能在執行不到一年時間,已經衍生多個技術移轉及產學合作,這次更促成是德科技的量測設備捐贈,將可強化計畫量測平台水準,同時協助課程結合實作,加強人才培育基礎。

揭牌典禮後特別安排「B4G MIMO 射頻前端量測實驗室」導覽,現場展示B4G通訊電子設計與測試工具、B4G 4×4 MIMO  射頻前端量測設備等,讓與會者實際動手操作體驗,更能實際瞭解軟硬體設備如何應用及協助計畫的研發技術。

高速射頻與毫米波技術中心在實驗室導覽後,安排B4G/5G 技術論壇,邀請6位產學界專家進行專題演講,包含臺大毛紹綱教授及林坤佑教授說明目前計畫研發成果,講題分別為「射頻前端電路新進展」、「台大電波組之毫米波技術研究簡介」;邀請廣達電腦李奇軒博士就「5G時代的天線與系統設計挑戰」進行演說,以及是德科技市場戰略經理 Liz Ruetsch、資深專案經理陳哲生與資深專案經理蘇千翔演講5G 技術研發布局、模擬及量測方案介紹等,相信有助於讓與會者透過產學交流,瞭解5G技術最新研發進展,激發創新研究靈感。

長官及合作企業於揭牌儀式後合影留念,前排左起依序為吳宗霖主任、臺灣電磁產學聯盟吳瑞北召集人、錢宗良次長、楊泮池校長、陳良基副校長、是德科技資深副總裁 Guy Séné、郭斯彥院長,後排左起依序為廣達電腦陳瞬賢部經理、瑞昱半導體林志寶處長、台揚科技黃懷慎副總經理、台積電蔡仲豪博士及是德科技大中華區嚴中毅總經理。

楊泮池校長與是德科技資深副總裁 Guy Séné針對捐贈設備交換合約。

是德科技工程師介紹量測設備。

謝君蔚,現為科技部「高速無線通訊系統之多模多頻段射頻前端技術」計畫助理。

吳宗霖,1995年國立臺灣大學博士,現為本校電信所所長,本校高速射頻與毫米波技術中心主任。

「臺大高階量測儀器基礎技術研發中心簡介」報導

劉深淵、吳姿儀

為提升我國工業基礎技術能力與產品精緻度,由科技部工程技術研究發展司所推動的「深耕工業基礎技術專案計畫」,主要目的是鼓勵學術界及企業界共同成立「基礎技術研發中心」。針對專案選定之製造業中具有高度共通性、高技術挑戰性、高預期經濟影響力以及潛在應用市場廣泛之工業基礎技術,結合學術與產業研發能量,並以「精益求精」的角度來積極發展基礎技術,以厚植我國產業技術能量,提升工業基礎技術水準,並強化產業長期競爭力。

隨著國際經濟競爭下,國家的總體產業升級日趨重視,其中高階量測儀器的技術需求甚殷。有鑑於此,國家科學委員會(現升格為科技部)在2013年通過本計畫成立高階量測儀器基礎技術研發中心(Research and Development Center for High-end Measurement Equipment)。此中心坐落於台灣大學電機二館327實驗室,我們根據高階量測儀器所需要的關鍵電路技術,進行其相關課程改進,針對相關技術進行有系統研究,開發出各項高階量測儀器之基礎技術,並培育出相關人才。課程改進部份,加強實作內容與結合產業需求,並邀請國內各重量級廠商的高階技術專家共同授課,以期結合理論與實務,培育出適合的高階技術人才。另外舉辦電路設計競賽使同學與相關業界專家,有一個技術交流平臺,以期提升技術,並使同學多接觸相關產業界。高階量測儀器所需要的關鍵電路技術包含運用於寬頻主動式高阻抗探棒之寬頻低雜訊放大器研發,高速、低抖動時脈信號產生器與數位校正技術之研發,以及內建寬頻追蹤與保值電路的高速類比至數位轉換器與其校正技術之研發。

本中心預期發展寬頻(≥2GHz),高速(≥ 10GS/s)之高階量測儀器系統之關鍵電路技術。根據各位教授之專長及研究興趣方向分工,總計畫與各子計畫間擁有良好的互動與豐富之研究成果。陳怡然教授與林宗賢教授負責子計畫一,運用於寬頻主動式高阻抗探棒之寬頻低雜訊放大器研發,並具有協同數位校正技術。子計畫二由劉深淵教授與吳安宇教授負責,發展高速、低抖附件一動時脈信號產生器與數位校正技術,例如類比與數位鎖相迴路,可達成高速、低抖動之時脈信號輸出。陳信樹教授與李泰成教授將執行子計畫三,將設計一個頻寬大於2GHz 的追蹤保值電路與類比至數位轉換器,且此轉換器將會利用時間交錯的技巧來合成10GS/s 的規格,並設計校正電路來提升取樣電路與轉換器的效能。總計畫與子計畫關係圖,如圖一所示。

圖一、總計畫與子計畫關係圖

為達成「厚植核心知識,掌握發展根基」的深耕總目標,本中心依照「技術開發」、「業師授課與實作人才」、「研發紀錄與知識管理」、「展學合作與技術轉移」、「專利申請」、「技術競賽與成果發表」共六大面向作為執行重點。計畫總目標達成示意圖,如圖二所示。

圖二、計畫總目標達成示意圖

以下以六大面向簡單介紹2013、2014兩年內之重要計畫成果:

1. 技術競賽、成果發表會

本中心每年9月於電機二館舉行「運用於高階量測儀器之積體電路設計競賽」,以及於博理館201會議室舉行成果展示發表會。為鼓勵學校師生團隊熟悉高階量測儀器技術之運用,厚植核心知識,促進相關人才之培育及產出,競賽分為類比、數位電路設計兩組,兩年共吸引全台9所公私立大學組成47組競賽團隊參加。圖三為競賽實況,103年9月12日在台大電機二館144、103室分別舉行類比與數位電路設計組比賽。圖四為成果發表會頒獎典禮,103年9月19日於博理館201會議室得獎學生再次展示其研究內容、得獎心得,並於會場由計畫主持人劉深淵教授頒發獎狀與獎金。

圖三、競賽實況

圖四、成果發表會頒獎典禮

2. 專利申請

於2013年,在國內專利申請部分已經提出除頻器可關閉的低功率倍頻延遲鎖定迴路、低功耗及高增益之向量調變器等6件,國外專利部分已經申請Successive Approximation Analog-To-Digital Converter、 Phase-locked loop capable of fast locking等6件。於2014年,國內申請高增益之向量調變器、類比數位轉換裝置等5件,國外申請System and method for learning concept map 1件。每年有6件以上的專利申請,將有助於提升高階量測技術所需之技術。

3. 技術開發

本計畫包含三個子計畫,整個計畫預期四年完成寬頻(≥2GHz),高速(≥ 10GS/s)高階量測儀器系統之關鍵電路技術。本研究團隊包括劉深淵教授、陳怡然教授、吳安宇教授、李泰成教授、林宗賢教授以及陳信樹教授。總計畫主持人劉深淵教授具有多次主持科技部計畫的豐富經驗,具有多年的高速類比及混合訊號電路的研究經驗;陳怡然教授與林宗賢教授在寬頻低雜訊放大器的領域成果豐碩;吳安宇教授在數位校正技術方面具有相當豐富的經驗;陳信樹教授、李泰成教授在寬頻追蹤與保值電路的高速類比至數位轉換器與其校正技術之領域有相當豐富的研究成果。另外,本研究團隊與國內外的研究機構都有互動,在民間的積體電路設計與系統設計公司也有很多的研究互動及合作計畫。圖五為2014計畫預計達成技術突破目標,均已全數達成。

圖五、2014技術突破目標

4. 業師授課、實作人才

為培育高階量測基礎技術人才,我們以學期為單位,開設射頻積體電路設計、鎖相迴路原理及應用、高等類比積體電路設計三門課程,並邀請服務於聯發科技、台積電、智原科技、群聯電子、安捷倫、聯陽半導體、羅德史瓦茲、太克科技等業界專業人士到校教授專業課程,每門課程約40名學生,每年本中心培育100名碩士生、20名博士生,增進其實作能力。

在產業界方面,業界有機會到校推廣該企業之公司理念,連帶吸引有相關興趣的優秀人才進入該公司服務;在研究生方面,業界將最先進的技術概念傳達給研究生,提供珍貴的公司研發資訊,研究生透過業師指導,將能朝更有展望的研發主題進行研究。

5. 研發紀錄、知識管理

研究生每月負責記錄實驗日誌,清楚記載研發過程,包含記錄日期、完成之研究內容、尚須突破技術、研究成果實用性等,並使研究生了解研發紀錄與知識管理、專利申請權益之間的重要性。本中心每月由碩、博士生25人負責記錄研發紀錄簿,並經由教授認可後,逐步紀錄研究動態,儲備研發能量。

6. 產學合作、技術轉移

高階量測儀器的技術發展刻不容緩,而廠商實際扮演了補足產學界之間缺口的重要橋樑角色,以提升產學界研發技術的效率。對於廠商而言,短期內廠商將實際製程上所遇到的技術問題與學界討論,請學界解決迫切問題;長期間廠商借助學界具有前瞻性的研究突破技術,預期未來具備經濟價值的開發商品與技術提升。對於學界而言,廠商提供豐富的研究經費,使研究得以持續進行與深入。本中心於今年度與創惟科技股份有限公司簽訂產學合作合約;與創惟科技股份有限公司、聯詠科技股份有限公司簽訂技術轉移;衍生之產學合作則包含晨星半導體股份有限公司、矽創電子股份有限公司、台灣積體電路製造公司、群聯電子股份有限公司、奇景光電股份有限公司、聯詠科技股份有限公司;另外聯發科技股份有限公司每年提供研究經費。

計畫執行屆今已兩年時間,在三個子計畫中投入許多優秀的研究人員致力於發展高階量測系統之開發,豐碩的研究成果,在晶片製作、量測等方面皆按照目標一一實現。此外,靈活運用產學合作、技術轉移與衍生服務的型態與產業界合作,結合學界技術與業界資源,克服實務上面臨的技術挑戰,推動產業升級。在目前全球激烈競爭環境下,期許以本中心為首匯集產學界研發能量,朝向關鍵性技術扎根,精益求精,期許十年磨得一把寶劍,為台灣電機電子產業開闢一條康莊大道。

劉深淵,1991年國立臺灣大學博士,現在本校電子所所長、本校高階量測儀器基礎技術研發中心主任。

吳姿儀,現為本校高階量測儀器基礎技術研發中心研究助理。

 

聯發科技 – 台大創新研究中心簡介

呂學士、陳志遠

成立緣由

行動通訊技術與智慧型終端之演進 自第一代行動通訊系統於1978年問世以來,歷經第二代(數位語音)、第三代(行動數據)與第四代(行動寬頻)行動通訊技術的演進,人類溝通方式及社會運作模式在過去三十年有了鉅大的轉變。為了承載不同階段的服務需求,行動通訊的基礎傳輸技術也由第二代的TDMA(Time Division Multiple Access)、第三代的CDMA(Code Division Multiple Access)一路演進至第四代的OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access),並衍生出各種的無線資源管理技術、頻率複用技術、網路部署方法等無線接取技術(Radio Access Technology)。由於行動寬頻網路的逐漸普及,帶動了消費者對智慧型行動終端的強烈需求並刺激各種應用軟體的爆炸性成長。但隨著行動寬頻應用的成長與用戶普及率的不斷升高,近年來不斷發生行動通訊網路超載的問題,網路容量的提升速度遠不及數據流量指數上升的幅度,而第四代(4G)行動通訊網路的部署同時激發了更多使用者對行動寬頻的需求,以及更高傳輸速率的應用之普及,也因此在可預見的未來數年行動通訊網路中所需承載的流量仍會持續快速增長,產業界預期第四代通訊技術將無法滿足2020年以後的流量需求,因此陸續開始第五代(5G)行動通訊系統的前期研究。另一方面,在網路傳輸速率持續提升的同時,智慧型行動終端所需要處理的應用也越來越複雜。從早期的文字與圖片,到現今流行的即時視訊與手機3D遊戲,更高效能的行動運算應用處理器(mobile computing application processor)在智慧型行動終端中逐漸扮演越來越關鍵的角色,同時具有異質(heterogeneous)之多核心(multi-core) CPU、GPU、多媒體和完整行動通訊功能的高整合性SoC成為手機得以輕薄又功能強大的關鍵技術,其中行動運算效能和行動通訊功能兩項關鍵能力則直接決定了智慧型行動裝置市場的核心價值和競爭力。面對前述嚴峻地技術上的挑戰,聯發科技與臺灣大學攜手在臺灣大學校園成立聯發科技-台大創新研究中心(MediaTek-NTU Research Center) 依據產業之脈動與趨勢,共同研發所需之前瞻技術。本研發中心目前以智慧手持裝置為研發重點,整合台大師生與業界研發能量,開發符合使用者體驗且整合前瞻通訊(如4G標準新版本與下一代之5G)的技術,以促使本校及合作廠商於次世代智慧手持裝置之重點技術領域,在全球均處於領導地位。

聯發科技-台大創新研究中心成立記者會

宗旨及任務

本中心設立之宗旨為:「為本校培養開創性科技人才,為企業開發前瞻技術。」

本中心之設置任務為:

(一) 推動本校於晶片、通訊、軟體、系統與醫療電子相關之前瞻技術研究,建構整合共同核心實驗室。

(二) 整合並促進前瞻性跨學院、跨領域之研發與應用,縮短產學落差。

(三) 培育具前瞻視野之跨領域重點研究領袖人才。

中心組織

本中心置主任一人,綜理中心業務。由於本中心主要任務為研發前瞻技術,為使研發工作之進行順利,依技術領域組成特色研究群,該特色研究群之數目,將依產業脈動與趨勢,每年增減或不變。為評估本中心營運績效及各特色研究群研發成效,本中心設置諮詢委員會,每學年至少召開會議一次,討論中心發展目標、策略及相關業務之諮詢,及對中心運作成效做評估。

本中心目前以智慧手持裝置為研發重點,從而目前設置有四個特色研究群: 電路技術特色研究群(Circuit Technologies Special Interest Group)、應用處理器特色研究群(Application Processor Special Interest Group)、通訊系統特色研究群(Communication Systems Special Interest Group)、系統應用特色研究群( System Applications Special Interest Group),進行智慧手持裝置之前瞻技術研發。本中心初期各特色研究群之共同技術目標便是開發符合使用者體驗且整合前瞻通訊技術的系統晶片。

研究內容大要

如前所述本中心主要任務在整合台大師生與業界研發能量,開發前瞻技術以供業界所需,縮短產學落差,達成前瞻領航產業升級之目標。電路技術特色研究群,將針對前瞻電路相關技術進行研究與開發; 應用處理器特色研究群,將針對GPU 處理器架構、異質多核心系統處理進行研究與開發;通訊系統特色研究群,將對前瞻性無線網路終端之通訊與網路技術進行開發與研究; 應用系統特色研究群,將由改善使用者經驗的前瞻性規畫出發,大膽的設計更適合使用者的多媒體體驗智慧手持裝置。

結語及未來展望

全球5G行動通訊技術競賽已經開跑。觀察全球多個面向之5G大型科技研究項目的競爭,本中心需要在有限的時間內有效的對多個具有潛力的技術方向完成理論架構分析、原型系統設計以及原型系統驗證。產學界需要有緊密的合作與有效的分工,讓業界透過全球技術情報的分析發揮方向引導的功能,再讓學界透過基礎通訊理論的創新幫助找到新技術的突破點,接著由業界主導學界支持共同完成原型系統的設計與驗證,最終由業界透過國際標準的推動工作將所開發的 5G關鍵技術推廣至全球。在行動運算平台方面,各主要廠商已開始投入大量研發資源展開一場革命性之應用處理器競賽。在符合HSA訂定之架構標準下,如何最佳化應用處理器架構設計、系統軟體、和開發工具,使其產品具有最佳性能功耗比,決定了未來產品在市場上的競爭力,甚至是領先或被淘汰的重要關鍵。作為HSA的原始成立會員,聯發科技一直掌握最新的技術標準制定狀況。但面對龐大的系統開發,除部分自行投入之人力外,仍需要透過產學合作以結合國內相關領域之優秀研究人員共同加速技術開發和智財權布局,以成為此革命性的應用處理器競賽的領先者。

呂學士,本校電機系1985年畢業,1991年美國明尼蘇達大學博士。現任電機系及電子所教授。

陳志遠,現任聯發科技經理。

永齡健康基金會捐贈台大永齡生醫工程館正式完工啟用

生醫電資所

由鴻海集團旗下永齡健康基金會捐贈之台大永齡生醫工程館,已於今年正式完工啟用,將作為生醫工程與醫療產業跨領域的研發平台。並期許能結合2018年完工的臺大癌醫中心醫院,在生醫研發領域上,成為亞洲癌症中心的領頭羊。

生物科技及生醫工程產業是世界各國致力發展的研究領域,也是當前政府產業政策的重點發展項目。臺灣大學投身生技及生醫領域研究由來已久,並有卓越學術成就。在2006年完成新建生物科技館後,適逢隔年2007年鴻海集團總裁、永齡健康基金會創辦人郭台銘允諾捐贈150億元予臺灣大學,作為興建生醫工程館、台大癌醫中心醫院、輻射醫學暨質子治療中心(輻質中心)及發展生醫與癌症醫學研究之經費。為了創造世界級的抗癌基地,同時與台灣最優秀的人才合作開創生技醫工產業出路,因此永齡健康基金會選擇人才、研究、教學方面皆享譽國際的臺灣大學作為捐贈及合作的對象。

循此,校方規劃將台大校總區東南方,長興街至芳蘭路一帶,設定為生醫工程研究園區,包含生物科技館、台大永齡生醫工程館、台大癌症醫學中心醫院等,希冀能結合學術界與企業力量,爭取全球頂尖人才,發揮臺灣大學、台灣科技產業雙重優勢,在生醫研發領域上,成為亞洲癌症中心的研究重鎮。

永齡健康基金會捐贈款之第一期建物建設,即為永齡生醫工程館。位於台大校總區芳蘭路上的永齡生醫工程館,2011年底正式動工興建、2014年3月完工並獲得使用執照,是地上9層、地下2層之建築。基地面積約2200坪,全棟樓地板面積達8500坪。此大樓為生醫工程研究專屬空間,校內進駐單位有神經生物與認知科學研究中心、機械系、醫學工程研究所、生醫電子與資訊學研究所等相關研究單位,藉此整合人才及資源,做為跨領域與跨學門的生醫工程產學研發合作基地。除此之外,由於永齡健康基金會將台大視為最重要癌症質子光子中心製造研發基地,二方已攜手與世界放射治療設備翹楚之瓦里安(Varian Medical System)公司簽訂合作協議,將在此進行技術合作,共同開發新型態治療設備,供台大癌醫中心未來進行臨床放射治療及相關研究使用,其前瞻性及重要性不言而喻。

本學院擁有生醫電子與資訊學研究所此跨領域教研單位,自然不會置身此潮流之外。本院生醫電子與資訊學研究所獲分配空間位於七樓,由於該所的獨特性在於結合電機與資訊兩大領域,進行生物醫學之前膽研究及跨領域教學,在整合校內生物醫學領域之資源與師資、培育跨領域人才、提升生醫領域研究水準及生醫電子與資訊科技研發的目標上,扮演十分重要的角色,亦有其不可替代性。由於擁有以上優勢,生醫電子與資訊學研究所所長、同時也是永齡生醫工程研究中心主任的莊曜宇教授對於該空間之規劃,相當有企圖心。他將該空間定位為臺灣大學生醫工程跨領域學門的產學研發合作基地,除了將該樓層規劃為相關教學、研究、產學合作特定空間,以優越的條件吸引相關教研單位陸續進駐外,更期望能擴大合作範圍,結合醫學院、生命科學院、生農學院、工學院及理學院等校內相關研究單位,共同推動生醫科技的研發創新、增加產學合作機會並促進國內生醫產業升級,使其作為生醫工程與醫療產業跨領域的研發平台,以加值競爭力,早日達成使台灣成為全球生醫工程領域頂尖研發核心之預期目標。

我們期許,此布局生醫科技之作為,在永齡健康基金會攜手台大,永齡生醫工程館完工、並陸續興建台大癌症醫學中心醫院、輻射醫學暨質子治療中心(輻質中心)的不久之後,將能夠創新產學合作模式,陸續展現其卓越的研發成果,創造新的里程碑。