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邏輯硬碟

成真公司在2016年提出了「邏輯硬碟」(Logic Drive)的願景及夢想，提供一個新的可能另類途徑(Possible Alternative)，讓有創意但缺乏資金的晶片設計高手，只要募資幾十萬或一兩百萬美元，就可以創立新的積體電路設計公司，利用半導體代工廠(例如台積電，Samsung或Intel)所提供的10奈米以下的先進製程實現他的創意，也就是說提供一個方法讓99%的平民大眾可以參與1%貴族的遊戲。另外，邏輯硬體也可以經由重新編程組態(Re-Configuration) 改變硬體線路來改變邏輯運算，並加以儲存；這就像固體硬碟 (SSD：Solid-State Drive 或Solid-State Disk) 儲存記憶數據一樣，可以改變、儲存並重複使用(Re-Use) 記憶數據；只是邏輯硬碟改變、儲存並重複使用(Re-Use) 的是邏輯運算而已。

「邏輯硬碟」基本上是一個「利用軟體定義或改變硬體線路」的概念, 這概念以10奈米以下先進製程製造的「現場可程式化邏輯閘陣列」(FPGA)的晶片為基礎。成真公司提出的「邏輯硬碟」包含了下列三個概念及技術：

一、標準化大宗FPGA小晶片 (Standard Commodity FPGA Chiplet)

FPGA採用10奈米以下先進製程技術的電晶體(包括已量產的FINFET以及開發中的GAAFET)，具有速度快且耗能低(隨著GAAFET的發展，FPGA晶片的電源電壓可能可以低至0.5V)的特性；同時，電晶體密度及數目大增，可以較小尺寸的晶片獲得更多的電晶體(一顆FPGA晶片的電晶體數目可以大至數百億)，也提升了生產良率及降低成本(因為晶片尺寸較小)。成真公司提倡將FPGA晶片標準化，例如晶片尺寸，邏輯運算單元(logic elements)的線路及數量， I/O的位置、數量及規格(包括驅動能力及阻抗，晶片間的傳輸介面(inter-chip communication))，可以讓FPGA晶片成為像DRAM一樣的大宗商品(Commodity)，如此晶片價格更可以大幅下降。

二、將一顆或多顆標準化大宗FPGA小晶片及一顆非揮發性(Non-Volatile)記憶體晶片包進一個先進封裝以形成邏輯硬碟

成真公司提議的邏輯硬碟是將數個FPGA小晶片用先進封裝連結在一起，同時在先進封裝內加入一顆非揮發性(Non-Volatile)記憶體晶片，記住FPGA已配置組合好(Configured)的邏輯線路，使邏輯硬碟中的FPGA晶片成為非揮發性元件，如此邏輯硬碟就可以當成ASIC晶片販售。有創意的IC設計者，買了邏輯硬碟就可以把他的創意，透過軟體寫進10奈米以下先進製程製造的 FPGA晶片，改變硬體線路，很便宜的實現他的理想。另外，邏輯硬體也可以經由重新編程組態(Re-Configuration) 改變硬體線路來改變邏輯運算，並加以儲存在先進封裝內的非揮發性快閃記憶體 (Non-Volatile Flash Memory) 晶片，使其成為像固態硬碟儲存記憶數據一樣，可以改變、儲存並重複使用(Re-Use) 記憶數據；只是邏輯硬碟改變、儲存並重複使用(Re-Use) 的是邏輯運算而已。

高階邏輯硬碟更進一步的將一顆控制晶片(control chip)及一顆或多顆I/O晶片加入邏輯硬碟中。控制晶片用來管理控制邏輯硬碟中FPGA晶片間互聯運作及FPGA晶片對非揮發性晶片內數據的讀寫，並且管理控制邏輯硬碟和外部線路的互聯運作。同時，成真公司首創將原來在FPGA晶片內的控制電路也移到此控制晶片中，使FPGA晶片的大部分面積都成為像DRAM晶片記憶體一樣的規則邏輯方塊陣列(Logic Block Array)，也使FPGA晶片尺寸變小，生產製造良率變高。I/O晶片包括小I/O電路負責邏輯硬碟內部的FPGA晶片、控制晶片、NVM晶片的連接，及大I/O電路負責邏輯硬碟與外部電路連接。如此，將原來在FPGA晶片的大I/O電路移到此I/O晶片，FPGA晶片就很容易的用10奈米以下的先進製程設計，將FPGA晶片標準化，因此就能得到低耗能低電壓的小尺寸標準大宗FPGA晶片，以用來製作邏輯硬碟。

上述邏輯硬碟所採用的先進封裝技術包括2D平面封裝(2D Planar Package)及3D 堆疊封裝(3D Stacking Package)，封裝結構示意圖如下：

1. 邏輯硬碟採用2D平面封裝(2D Planar Package)

2. 邏輯硬碟採用3D堆疊封裝(3D Stacking Package)

三、新的FPGA晶片架構及演算法

FPGA晶片可以重新編程組態(Re-configuration)形成新的電路，類似人腦的可塑性(Elasticity)及整合性(Integrality)，非常適合應用於人工智慧(Artificial Intelligence，AI)，用軟體語言去架構AI演算邏輯的硬體電路；成真公司的邏輯硬碟包含了FPGA晶片，因此，也就具備人腦可塑性及整合性的仿生(Bio-Inspired)技術。可以預見的，FPGA晶片不斷的有新架構及演算法推出，例如Coarse-Grained Reconfigurable Architecture(CGRA)，以Coarse-Grained為架構的多個輸出查找表(multi-output Look-Up Table)與可程式/可組態化互連架構(Programmable/Configurable Interconnection Network)為基礎，形成Coarse-Grained FPGA，可以提供功能更強、速度更快、耗能更低的FPGA晶片。這些FPGA晶片將在新領域如元宇宙和自動駕駛的應用嶄露頭角。

邏輯硬碟可以提供公平參與的大眾創新平台 (Public Innovation Platform)

邏輯硬碟可以讓有創意但缺乏資源的大眾可以享有公平機會參與10奈米以下先進的半導體製程的設計應用，集結眾人的腦力及技藝的集體力量，群雄並起、激烈競爭產生突破性的積體電路新產品以加速提升科技文明。

台積電純代工商業模式初期得以成功建立起來，有一部分因素應歸功於它提供了一個大眾創新平台(Public Innovation Platform)。1990年到1997年間，一個有創意的積體電路設計高手，只要募資幾十萬、或一兩百萬美元，就可以創辦積體電路設計公司，設計積體電路晶片，到台積電利用1微米到0.35微米製程技術，實現他的夢想。現在的輝達(NVIDIA)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、邁威爾(Marvell)、瑞昱及當年其他數千數百家的積體電路設計公司都是這樣起家的。這些群雄打敗了全球垂直整合的半導體產業巨人，更造就了2007年改變人類生活方式的iPhone的誕生(2007年的iPhone 1 用了很多新創積體電路設計公司在台積電生產的晶片，台積電可以説是iPhone 1誕生的幕後英雄)。但是，台積電如今已轉變為「貴族創新平台」。單是一套10奈米光罩費用大約300萬美元，一套7奈米光罩費用大約900萬美元。只有像Apple等系統公司或是大型積體電路設計公司如高通、聯發科、NVIDIA 及超微半導體公司(AMD)等，才有資源參與10奈米以下先進製程的天價昻貴遊戲。

台積電雖然轉變為「貴族創新平台」，排除了99%有創意的積體電路設計者；但是如果擁有10奈米以下先進製程的半導體工廠(例如台積電， Samsung或Intel)能夠提供一部分10奈米以下先進製程的產能，生產大宗標準化的FPGA小晶片(Standard Commodity FPGA Chiplet)，用來組成「邏輯硬碟」，讓99%有創意的積體電路設計者，也能參與10奈米以下先進製程的遊戲，則他們對人類文明的貢獻及影響，將永留青史。

邏輯硬碟可以實踐環保的社會責任

另外，邏輯硬碟可以實踐保護地球、環境友善的社會責任。例如， Apple致力於環保，如果能夠用邏輯硬碟，讓用戶可以將已購買使用中的iPhone用軟體來改變硬體線路，不斷的升級，增加新的功能，就不須要經常購買新手機；這種重複使用 (Re-Use) 晶片，可以讓用戶隔5、6年才購買新的iPhone手機，可以減少製造晶片和電池所消耗的水、電和材料，並減少手機的廢物處理，有助於環境保護。