3.1 前言
隨著積體電路技術的發展，IC 設計從早期的 SSI 設計，歷經 MSI、LSI、VLSI 的發展，乃至於目前正在快速發展中的系統晶片設計(System on a Chip, SoC) 或可程式系統晶片設計(System on a Programmable Chip, SoPC)。積體電路製 程技術的進步，大幅的降低了各種電子產品的體積與成本，『積體電路化』已成 為各項產業未來發展的趨勢。
積體電路的製造已進入 0.13 微米 CMOS 製程，目前使用的 Pentium IV 計 有 5,500 萬顆電晶體，估計 2010 年一顆單晶片可達到 10 億顆電晶體。前瞻微 縮技術使單晶片電晶體容量每年成長約 60%，每單位製程縮小一半，理論上可 得到 4 倍晶片設計面積的成長。數千萬顆以上的電晶體電路已可放在單顆晶片 上，包含 CPU、Memory、DSP、flash 等，乃至系統軟體，形成一個完整的資 訊處理系統，即所謂『晶片系統』(System-on-chip, SOC)，亦可稱為『系統晶 片』。SOC 研究的主軸通常包括創新系統設計、系統平台建立、矽智財(SIP)設 計、驗證與整合等系統研究課題。
系統晶片設計的目標雖然是一個晶片，但其目標產品通常不是一個晶片，因 此我們也可以說『系統晶片』是利用積體電路設計與製造技術達到『小型、量大、
多功能、低成本、低損耗』產品設計的一種手段。
隨著積體電路複雜度的日益提昇，IC 設計已逐漸從電路設計層次，朝向系 統設計層次的發展。SOC 設計可以從 IC 設計工程師的 bottom-up 從下到上的設 計方式，也可以從系統工程師的 top-down 從上到下的設計方式。隨著 EDA 設 計工具的發展，以及系統層次模擬分析軟體的發展(如 Matlab)，未來 SOC 設計
的關鍵將在於高階系統工程人才的培養。系統晶片設計從電路設計的觀點，必須 整合數位、類比、乃至於功率電路的設計；從實現的觀點，必須整合硬體與軟體 設計；若從系統設計的觀點，更必須整合通訊、信號處理、控制、影音處理、系 統軟體設計等多方面可能必須包含的技術。
我國已將積體電路設計與製造列為未來產業發展重心，行政院並於民國九十 一年十二月核定『國家矽導發展計畫』，國科會亦推動『前瞻晶片系統研究計畫』
專案研究計畫，冀望成為國際主要 IC 設計與製造國家。目前我國 IC 產業仍然停 留在以代工為主之階段，雖然國內的 IC 設計公司正處於快速發展的階段，但絕 大多數的產品(IC)多屬於取代型的設計，也就是設計一個可取代目前已有的國外 產品，利用較為低廉的製造優勢與之競爭，進而取代原有之產品。此種產品開發 模式目前仍不斷的進行著，此種發展模式雖然短期可以得到明顯的商業利益，然 而確有許多隱憂，例如毛利的迅速下降、可能導致智慧財產權的商業訴訟、缺乏 新產品的規劃設計能力等等。我國要成為全世界 IC 設計的發展重鎮，就必須確 定建立以產品為導向的系統晶片設計發展方向，同時培育大量優質的系統晶片設 計人才。
電力電子是以電能處理(electric power processing)為核心的電子技術，也是 一種必須整合多項相關技術的綜效技術(synergy technology)。電力電子產品需 要各式各樣的控制晶片，例如電源管理 IC、PWM 控制 IC、PFC 控制 IC、LCD 驅動 IC、數位音頻放大控制 IC、磁碟機控制 IC、馬達控制 IC、伺服控制 IC、
電池殘電偵測 IC、電池充電控制 IC、電子安定器控制 IC、光源控制 IC、…等等，
這些控制 IC 與功率 IC 構成一廣大的應用市場，隨著各式各樣電子產品的發展，
其中不可或缺的電源供應器、能源轉換器，也隨著技術的更新，不斷的推陳出新，
因此創造了廣大的商機，這樣的發展趨勢，從過去 PC 的發展，到目前的網路通 訊，乃至於未來的資訊家電，將持續創造電力電子產業發展的榮景。
從我國產業發展環境的觀點來審視未來全球的發展趨勢，顯示器驅動 IC、
電池充電與控制 IC、電源管理 IC、電源控制 IC、電源功率 IC、無線通訊射頻功 率 IC、小型馬達控制驅動 IC、數位音頻 IC、磁碟機控制 IC 等等，都是可結合 我國電力電子、自動控制、IC 設計、與半導體產業的競爭優勢，也是未來極具 發展潛力的領域！
一個電力電子系統，例如不斷電系統，本身即包括了多項子系統例如：前級 功率因數修正轉換器、後級 PWM 變流器、電池充電器、升壓器等等，系統具有 相當的複雜度。一個電力電子系統也包含了複雜的控制迴路，例如：PWM 脈寬 調變控制、電流控制、電壓控制、平衡控制、RMS 控制等等。由於電力電子系 統是一個非常複雜的非線性動態系統，其控制迴路的設計也成為一個棘手的問 題，數位控制雖有其優點，但是要實現一個具有商業競爭力的數位控制電力電子 系統卻會面臨許多實際上的困難，一個基本上的困難就是傳統上的電力電子工程 師可能對數位控制、韌體設計、嵌入式系統、即時多工作業系統、網路通訊等領 域相對陌生，因而對其相關技術應用與衍生產品的發展裹足不前。
未來的智慧型電源系統，例如：智慧型網路電錶、模組化可並聯電源系統、
併網型太陽光變頻器、智慧型電力調節系統、智慧型不斷電系統等等，都必須結 合 DSP 控制、FPGA 電路設計、即時作業系統、資訊科技、網路通訊等技術，
才能設計出一個簡單、易於使用、具有延展性的產品。電力電子領域的發展必須 開放更大的視野，那就是朝向以電力電子為核心的系統產品發展，因此必須強化 電力電子與電子資訊科技的整合性研究。我們可以善用目前已具備的資訊發展優 勢，發展具有前瞻性智慧型電源系統，例如我們可以利用手機或是 PDA 的發展 展平台，進一步予以擴充發展出適合應用於不斷電系統的控制平台，以此為基礎 發展不斷電系統的 SoC 解決方案。
配合國科會推動的『前瞻晶片系統研究計畫』，電力電子相關的系統晶片設計
可分為兩類：
[1] 發展系統晶片所需要的相關電源 IC 設計技術：隨著系統晶片的發展，
其電源需求也將愈為嚴苛，隨著各種可攜式家電資訊設備的發展，也 必須配合設計各式相關電源 IC，無論在技術與人才方面，相關產業都 會產生很大的需求。
[2] 利用已發展的 SoC 設計平台設計電力電子產品的系統晶片：隨著系統 晶片設計技術的日益成熟，在即時多工環境下的韌體程式設計將成為 SoC 產品發展成敗的關鍵，其原因在於系統的整合知識必須以韌體方 式予以實現。電力電子系統設計工程師可以利用現有的 SoC 設計平 台，快速的發展出具有特殊應用的電力電子產品。相信未來也會有公 司發展出特殊用途的 SoPC 晶片，系統設計即可專注於系統層次的設 計，此一發展趨勢，對電力電子產業的發展是相當有利的。
為因應未來智慧電源控制 IC 的發展及提昇本國電力電子相關產業之水準，
必須及早培育電源控制之特殊用途積體電路(ASIC)、系統單晶片(SOC)、嵌入式 DSP 設計的研究人力與建立自主技術。此外，可將國內相關大學院校於近幾年 內 在 電 源 控 制 領 域 所 累 積 的 技 術 能 量 ， 藉 由 本 計 畫 將 之 轉 換 成 ASIC 、 DSP-embedded 系統晶片，深化我國電力電子產業的發展。
我們相信未來資訊家電、綠色能源、電動車輛產業的發展，將啟動下一波電 力電子的發展，我們可以開此前瞻性的研究規劃與人才培育。
3.2 擬推動之研究主題及內容
為了有效推動電力電子系統晶片設計的發展，本計畫針對我國有潛力發展同 時又與電力電子核心技術密切相關的電子資訊產品，提出電力電子系統晶片設計 技術研究計畫之規劃。擬推動下列各項研究，包括：
主題一：電力電子系統晶片設計發展平台之研究與發展
（1） DC-DC 電源轉換器 FPGA 數位控制平台之發展
（2） 三相雙向電源轉換器嵌入式 DSP 數位控制平台之發展
（3） 應用 PDA 嵌入式系統於電力電子系統之設計
（4） ARM+DSP+FPGA 電源轉換系統設計平台之建立
（5） 電力線通訊技術應用於模組化電源系統之研究
主題二：個人電腦與伺服器分散式電源系統(PDS)控制晶片設計
（1） 數位式 multi-phase DC-DC 轉換器控制特殊用途積體電路設計
（2） 數位式 PFC AC-DC 轉換器控制特殊用途積體電路設計
（3） 低電壓可程式電源管理 IC 設計
（4） 可並聯容錯型 DC-DC 電源模組特殊用途積體電路設計
（5） 先進微處理器與電源管理 IC 之介面設計 主題三：可攜式資訊家電設備之電源晶片設計
（1） 低電壓智慧型電池充電 IC 設計
（2） PDA 數位式電源管理晶片之設計
（3） 數位式同步降壓型控制晶片之設計
（4） 數位式升壓型轉換器控制晶片之設計
（5） 白光 LED 開關式電容升壓轉換 IC 之設計 主題四：數位影音設備功率放大與控制晶片設計
（1） 高畫質液晶顯示器特殊用途積體電路設計
（2） 高效率音頻 D 類功率放大器驅動 IC 設計
（3） 寬頻 D 類功率放大器之設計
（4） PCM & PWM 系統整合控制晶片設計
（5） DSP 控制 D 類功率放大器音頻補償方法之研究
主題五：不斷電電源系統之系統單晶片設計
（1） 離線式不斷電系統之系統單晶片設計
（2） 應用 PDA 嵌入式系統於智慧型 UPS 之設計
（3） 嵌入式 DSP 單晶片系統應用於智慧型在線式不斷電系統之研究
（4） FPGA/CPLD 數位式 UPS 單晶片系統設計之研究
（5） 三相 AC/DC 轉換器之系統單晶片設計
主題六：小型電源調節器(Power Conditioner)系統單晶片設計
（1） 單相併網型 PV inverter 特殊用途積體電路設計
（1） 單相併網型 PV inverter 特殊用途積體電路設計