南韓目標於 2035 年將 AI 晶片效率提升 100 倍

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South Korea Targets 100 Times Greater AI Chip Efficiency by 2035

以節能為核心的半導體任務

南韓目標是在 2035 年前,將 AI 運算效率從目前每瓦約 2 個 token 提升至 200 個,並為此啟動政府研究任務,邀集三星電子、SK 海力士及半導體設備製造商 Jusung Engineering 參與。這項計畫結合運算效能提升 8.8 倍與耗電量降低 11.4 倍,目標是讓每瓦運算輸出約增加 100 倍。

目錄
  1. 以節能為核心的半導體任務
  2. 「提升 100 倍」目標的實際意義
  3. 記憶體為何居於核心
  4. 結合 DRAM 與 NAND 的記憶體堆疊
  5. 三階段邁向 2035 年
  6. 封裝納入運算計畫
  7. 研究工作由誰指導
  8. 公共經費與後續決策
  9. 重點整理

南韓科學技術資訊通信部 10 月 14 日在首爾成立 K Moonshot 半導體任務的營運委員會與技術委員會。政府、產業界、大學及研究機構的 20 多名專家參與其中,負責開發基礎技術,解決 AI 運算面臨的兩項相互關聯限制:資料傳輸耗能,以及處理器難以即時取得足夠資料。

半導體任務是 K Moonshot 12 項任務之一。這項計畫結合 AI 與科學技術,致力於應對國家挑戰;核心目標是打造以記憶體為核心的運算系統,而不是把記憶體視為獨立儲存空間,必須不斷向處理器傳送資訊。

科學技術資訊通信部已編列 250 億韓元,投入計畫啟動後一年內的關鍵項目。這是初期經費,並非涵蓋整個計畫至 2035 年的總預算。這項區別很重要,因為規劃中的工作涵蓋元件、製程、記憶體堆疊、封裝及完整運算平台。

「提升 100 倍」目標的實際意義

這項任務以每瓦 token 數衡量目標。Token 是許多生成式 AI 模型處理文字的單位,有時代表完整單字,有時則是單字的一部分。在此處,這項指標旨在呈現系統每消耗一瓦電力可完成多少 AI 運算。

目標的計算方式一致:8.8 乘以 11.4 等於 100.32。因此,在提升效能的同時降低所需電力,便能達到約 100 倍的提升。每瓦 token 數從 2 增至 200,也正好是 100 倍。

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這些是研究目標,並非已完成晶片的實測成果。公告未說明將採用哪種 AI 模型、工作負載或運算配置來衡量成效,也未明確界定電力測量範圍是單一晶片還是更大型的系統。未來比較展示成果與起始基準時,這些選擇都很重要。

效率提高,不代表總用電量必然相應下降。如果 AI 工作量大幅增加,總耗電量仍可能上升。這項任務可量化的承諾,是讓每瓦電力完成更多運算,並分別設定效能與耗電量目標。

記憶體為何居於核心

科學技術資訊通信部指出,記憶體瓶頸與日益增加的耗電量,是運算的核心限制。在傳統運算中,處理器會反覆從記憶體讀取資料,再將結果送回。當處理器的運算速度快於資料傳送速度時,部分處理能力便無法充分利用。資料傳輸本身也會耗能。

以記憶體為核心的運算,旨在透過將運算置於記憶體內或靠近記憶體的位置,減輕這項負擔。目標不只是讓記憶體晶片更快,而是改變處理、儲存與資料傳輸彼此協作的方式。

這種做法將任務的兩項數值目標連結起來。減少資料傳輸延遲有助處理器完成更多工作,而縮短或避免資料傳輸則能降低能耗。計畫中的技術能否在所需規模下同時帶來這兩項效益,仍有待透過展示驗證。

科學技術資訊通信部的重點,也反映出 AI 正逐漸超越大型運算設施中的生成式模型應用。直接在裝置上運作的 AI 必須受限於電池與散熱條件;實體 AI,包括機器人,則必須兼顧即時運算與電力管理。公告未為這些應用另訂效能目標,但指出其發展是追求更高效能晶片的原因之一。

結合 DRAM 與 NAND 的記憶體堆疊

任務的關鍵項目之一,是規劃開發新型高頻寬記憶體(HBM),將以 DRAM 為基礎的記憶體元件 HBD,與以 NAND 快閃記憶體為基礎的元件 HBF 垂直堆疊。目標是結合 DRAM 的速度與 NAND 較大的儲存容量。

DRAM 可快速存取工作資料;NAND 快閃記憶體則能在不持續供電的情況下儲存資料。兩者用途不同,運作特性也各異,因此,要將兩者結合,遠比單純增加現有記憶體堆疊的層數複雜。

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這項設計旨在因應一項需求:讓更多 AI 資料隨時可供存取,同時避免儲存裝置、記憶體與處理器之間的資料傳輸主導效能與能耗。垂直堆疊的構想,是以更精簡的配置整合這些功能。

公告未提供這項記憶體計畫的容量、頻寬、製造良率或商業上市目標,因此應視為研發方向,而非產品發布。其價值取決於不同記憶體技術能否順利協同運作,以及堆疊完成後在完整系統中的表現。

三階段邁向 2035 年

路線圖將開發工作分為三個階段,從極微型半導體元件,進展至堆疊晶片,再到整合平台,規劃如下:

  • 10 月 14 日:科學技術資訊通信部在首爾成立營運委員會與技術委員會。
  • 2026 至 2029 年:著重開發極精細的半導體元件與製程。
  • 2030 至 2032 年:推進堆疊式半導體技術。
  • 2033 至 2035 年:聚焦整合平台及系統層級展示。
  • 2035 年:目標達到每瓦 200 個 token,起始基準約為 2 個。

不同報導對啟動年份的說法不一。一篇報導明確指出啟動日期為 2026 年 10 月 14 日,其他報導則只提到 10 月 14 日,未說明年份。因此,啟動日期應與路線圖分開看待,避免用不確定的年份,替所稱「明年」的經費指定日曆日期。

第一階段包括線寬低於 1 奈米的元件與製程技術。1 奈米是 10 億分之 1 公尺。公告提出了在極微小尺度進行研究的方向,但未明確說明目標所指的特徵尺寸,也未提供製造時程。

最後階段對這項任務的目標尤其重要。單一具潛力的元件或記憶體組件,本身不足以證明運算效率提升 100 倍。必須整合並共同測試這些技術,才能確認它們在可運作平台上的實際成效。

封裝納入運算計畫

科學技術資訊通信部也計畫開發先進封裝,整合玻璃基板、光通訊與運算晶片。封裝是連接並支撐晶片的結構,讓晶片能彼此傳輸資料並作為系統運作。在這項任務中,封裝本身也是研發技術的一環,而不只是晶片製造完成後的最後一道工序。

光通訊利用光傳遞資訊。將光通訊納入計畫,意味著元件之間的連結也將與元件及記憶體並列為研究方向。玻璃基板同樣是規劃中整合工作的部分,但公告未提供相關設計的規格或實測優勢。

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這項更廣泛的策略反映科學技術資訊通信部所指出的產業轉變:競爭已從縮小單一晶片,延伸至整合元件、製程、記憶體、封裝與系統。如果其他組件仍限制資料傳輸或耗電量過高,單獨改善某個組件所帶來的效益可能有限。

因此,這項任務納入反映產業需求的整合展示。目標是測試各項進展能否在實用的運算條件下協同運作,而不只是單獨評估每項研究成果的效能。

研究工作由誰指導

半導體計畫主任金智英擔任營運委員會主席。參與者包括南韓科學技術資訊通信部、韓國研究財團、三星電子、SK 海力士及 Jusung Engineering,以及學界與研究領域專家。

營運委員會將制定並修訂研究計畫、審議重大執行事項並協調決策。另設的技術委員會將制定技術路線圖、規劃詳細項目、追蹤研究進度並管理目標。這樣的分工,將計畫方向與技術執行分開處理。

在啟動會議上,與會者討論核心技術優先順序、各階段目標、與現有半導體研究計畫的銜接,以及依產業需求規劃的展示工作。預計 Jusung Engineering 將參與元件與製程開發,為這個也有主要記憶體製造商參與的團隊帶來設備業者的觀點。

負責研發政策的科學技術資訊通信部官員金成洙表示,這項任務應串聯基礎研究與產業競爭力:

我們將整合產業界、學界與研究機構的力量,積極取得未來半導體的基礎技術,並透過 K-Moonshot 半導體任務,確保研究成果轉化為產業競爭力。

委員會成立確立了治理架構,但這本身並不代表所提技術已可投入量產,也不代表參與企業已承諾推出特定商業產品。

公共經費與後續決策

科學技術資訊通信部預期,公共投資將支援成本高昂且技術風險重大的技術,包括企業可能難以獨力出資的研究。大學、企業與研究機構將共同開發基礎技術,政府與產業界則透過研究計畫共同驗證技術。

250 億韓元的經費編列,為這項任務提供初期資金承諾。公告未提供至 2035 年的總預算、各參與者的經費分配,或企業配合投資的金額。這些資訊的缺漏,使外界難以判斷整體計畫的規模。

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多項技術細節也尚未對外說明,包括每瓦 token 數的衡量基準、電力測量的確切範圍、DRAM 與 NAND 組合堆疊的規格,以及整合展示的驗收標準。這些都是實務決策,將決定能否持續以一致方式衡量進展,並與宣示的目標比較。

路線圖列出大致的開發時程,但未提供後續聽證、經費決策或產品發布的具體日期。接下來的實質工作將由各委員會負責:把任務轉化為詳細計畫、訂定可衡量的目標,並與現有計畫接軌。核心考驗在於,記憶體、元件與封裝領域的進展結合後,能否帶來承諾的效率提升。

重點整理

  • 南韓目標在 2035 年前,將 AI 運算效率從每瓦約 2 個 token 提升至 200 個。
  • 目標結合效能提升 8.8 倍與耗電量降低 11.4 倍。
  • 三星電子、SK 海力士及 Jusung Engineering 將與政府、大學及研究機構共同參與。
  • 規劃中的記憶體堆疊將結合以 DRAM 為基礎的 HBD 與以 NAND 為基礎的 HBF。
  • 路線圖涵蓋 2026 至 2029 年的精細半導體技術、2030 至 2032 年的堆疊晶片,以及 2033 至 2035 年的整合平台。
  • 科學技術資訊通信部已為初期關鍵項目編列 250 億韓元,但未公布至 2035 年的總預算。
  • 衡量基準與商業上市日期尚未公布。
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