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邁向頂尖之研究1

資訊電子科技整合研究中心

文•圖片提供/資訊電子科技整合研究中心

 

  在21世紀已邁入高度資訊化、電子化的社會,人類的生活內涵也隨之變革,不僅浩翰的知識在彈指間即可獲取,而過去既占空間又耗時、耗能的系統、載具,亦逐步演化成輕、薄、短、小又便捷、省能的電子化裝置或平台;這也意謂著掌握資訊、電子領域的核心技術,即能主導國際科技走勢和掌握國際經濟大權。是以,世界各國莫不以資訊、電子領域發展作為國家發展科技的指標,在經濟上亦積極扶植該領域的重點產業,以加強其國際競爭力。國內若要擁有此一領域的一流科技,首要培育該領域的一流人才。

    因應教育部「研究型大學整合計畫」及追求世界一流的目標,臺大資訊、電子領域在過去歷經二次整合的基礎上,於2002年10月成立了「資訊電子科技整合研究中心」(Center for Information and Electronics Technologies)。透過研究型大學整合計畫,以全面提升本校電機資訊領域的研究成果為主。

 

成立背景

    教育部於2006年起推動「發展國際一流大學及頂尖研究中心計畫」,本校對應提出了「邁向頂尖大學優勢重點領域拔尖計畫」,轉型為設立核心實驗室,支援在前期研究型大學整合計畫中表現良好的研究團隊。現有五大核心實驗室:

(一)微波與封裝系統實驗室(Advanced Microwave and SoP Lab)

(二)資訊與多媒體實驗室(Information and Multimedia Lab)

(三)系統晶片設計與測試實驗室(Advanced SoC Design and Testing Lab)

(四)寬頻通訊網路實驗室(Advanced Broadband Communications Network Lab)

(五)光電製程與奈米元件實驗室(Optoelectronics Processing and Nano-Device Technology Lab)

  其中,光電製程與奈米元件實驗室係與本校奈米科技研究中心合設。這五大實驗室與現今資訊、電子與通訊領域的關聯圖如圖1所示。

  為能有效推動整合,另提出整合型研究計畫:「前瞻資訊電子科技之研究」,俾能充分發揮軟硬體設施。下設有8個子計畫,分別是:前瞻微波科技、多模式內容分析及組織、前瞻系統晶片設計技術之發展、前瞻寬頻通訊網路技術、人本智慧化生活科技及應用、光通訊應用之前瞻性光電元件、嵌入式單晶片系統軟體:即時效能與省電、射頻系統構裝整合科技之發展等。

 

圖1:資訊電子科技整合研究中心核心實驗室關聯圖。

 

組織架構

  除前述5個核心實驗室、一整合研究計畫外,尚設有一行政組,處理一般行政事務。為能定期檢視中心成效,特邀請具國際高度聲望之學者、專家組成「諮議委員會」。組織架構如圖2所示。

圖2:資訊電子科技整合研究中心組織架構。

 

研究成果

  本中心所支援的研究計畫(團隊),已有多個團隊整合成功,並在國際間嶄露頭角,如:微波團隊在國際頂尖期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques的論文發表篇數已居領先地位;SoC團隊在有IC設計奧林匹亞之稱的ISSCC(International Solid State Circuit Conference)所發表的篇數也連績2年排名世界第一;而多媒體團隊的媒體內容技術已達技術移轉的階段,獲國內外重視。僅將重要研究成果簡述如下:

(一)臺大微波團隊近年的研究成果傲視全球,在微波領域最主要的期刊IEEE Trans on MTT,2005年及2006年的論文分居全球大學第二及第一名。

表1:各大學於2004、2005、2006年在IEEE Trans. on MTT 中發表論文篇數統計比較。

 

(二)SoC團隊於2007年ISSCC會議(素有積體電路奧林匹亞之稱)的論文總數排名第一,且創下全世界最高的鎖相回路操作頻率紀錄,並因而獲2007年ISSCC Beatrice Winner最佳論文獎,此為臺灣第一次在ISSCC獲最佳論文獎。

(三)臺大微波團隊積極參與國際通訊標準IEEE 802.15.3C的制訂。該標準係以60GHz載波作為個人通訊網路(WPAN)用途。預期可提供至少每秒2Gb的傳輸速率,而使數位化生活成為可能。

(四)單晶片收發機:臺大微波團隊2007年最主要的研發成果之一,為全世界首次以CMOS製程研發製作的60GHz單晶片收發機。該晶片展現了每秒4Gb的數位傳輸速率,此一成果在60GHz WPAN的標準會議上受到極大的重視。

(五)拼貼音樂幻燈秀:將多張主題相關的照片以拼貼的方式呈現,並配合音樂的節拍播放。不同照片之間所產生的加成效果再加上動聽的音樂,加強使用者瀏覽照片時的感動,完全顛覆傳統幻燈秀在使用者心中的印象。

 

拼貼音樂幻燈秀,讓簡報製作更容易也更有看頭。

 

(六)雙模手機(例如iPhone)同時具有無線網路(例如WiFi)及行動電話網路(例如GSM)兩種通訊模組:當使用者在無線上網區域內時,可利用無線網路以較低的費率進行語音通訊;而當無線網路通訊品質不良時,可利用行動電話網路確保語音通訊不致中斷。本研究提出一套垂直換手機制,允許雙模手機依需要自動於WiFi及GSM兩個網路間漫遊,並使用數位信號處理技術,克服漫遊過程中對語音通話品質的影響。

(七)智慧呵護屋:一個「安全+舒適+便利」的智慧生活環境,藉由「家庭服務伺服器」整合各種軟硬體後,讓使用者可以在安全認證的保護機制下,於任何時間、地點與自己的家進行互動。藉由在家中重要地點(如:出入口、廚房)安裝網路攝影機,即時監控居家動態,同時可以從遠端遙控家電,製造有人在家的假象,或關閉出門前忘記關閉的家電,或在返家前啟動家中空調設備等。此外,還可透過無線感測網路的整合,獲知溫濕度等資訊,評估其舒適度。

 

智慧呵護屋:網路攝影機可即時監控家中動靜,也可操控視聽、環境設施,營造舒適的生活空間。

 

(八)利用掺鉻晶體光纖開發「連續光超寬頻光纖光源」(>270 nm頻寬):除可應用在光通訊領域外,亦可用在生物醫學檢測。目前業界所使用的光學低同調反射儀之縱向解析度約在10至20微米,而掺鉻晶體光纖光源可將其縱向解析度推進至5微米,對於生物樣本,可達細胞尺寸之即時成像,使得許多疾病在結構變異時就能被發現,不必等到症狀出現。此技術之實現將可能大幅改變工程師、醫師、研究者及科學家,診斷各式元件及生物組織之方式。

 

超寬頻光纖光源之同調斷層掃描術:光學低同調反射儀之實驗架構,所示之待測樣本為眼球,經由分析可得其組織之微結構(如圖上方所示)。

 

(九)高效率靜態平均抹除方法延長快閃記憶體使用壽命:不需要增加硬體成本又能與目前系統相容,低成本又具高效能,已「技術轉移」給廠商使用,並發表於2007年設計自動化領域最頂級的國際會議「設計自動化國際會議(DAC 2007)」,在該會議的650多篇論文中獲「最佳論文提名」。

 

提升快閃記憶體壽命之高效率方法:左為實驗階段的發展平台,右為實際發展於隨身碟應用時合作廠商所提供的發展平台。

 

(十)開發射頻系統構裝(RF-SOP)技術:本研究提出新穎跨層耦合結構,利用高溫共燒陶瓷(LTCC)製程,可達成純垂直堆疊而做到微小化,不僅有良好的頻率選擇性,而且比同性能的傳統濾波器面積縮小65%,未來也可以做到雙頻及多頻特性。相關成果已獲發表在一系列多篇IEEE微波原理與技術(MTT)期刊。

  

未來展望

    本中心在「邁向頂尖大學優勢重點領域拔尖計畫」核心實驗室計畫第二期的3年半計畫中,將針對本校電機資訊領域在過去5年中已整合完成且具國際水準的研究領域(團隊),給予全力支援,使其能在未來3年內攻頂,成為真正的世界一流。

  為達成此一目標,本中心將以「電子化生活科技(Electronics-Based Living Technologies)」為主題,另以「網路化技術(Networked Technologies)」及「數位化技術(Digital Technologies)」為重點,進一步強化並整合前述優質研究團隊。同時加強國際學術交流,如敦聘本校電機資訊領域院士級為特聘研究講座學者、邀請國外知名學者來訪或出訪國際知名學術機構、爭取國際重要學術會議來臺舉辦等,並促成更多產學研合作。

各子計畫的重點發展項目如下:

■子計畫一:將發展以CMOS或III-V為基礎的MMIC設計,並結合LTCC或IPD製程,發展射頻系統構裝(SOP)技術以及前瞻天線,以符合高達數兆位元(Gbps)資料傳輸率應用的需求。

■子計畫二:將依據(A)媒體計算(Multimedia Computing)-從資料到知識;(B)專注計算(Attentive Computing)-從被動使用者介面到主動使用者介面;(C)人際網路計算(Social Computing)-從個人到社群三大研究主軸,進行相關研究。

■子計畫三:系統晶片技術研發。目的在於克服系統晶片設計中兩個主要問題,即電子硬體設計及省電系統軟體設計。電子硬體設計之研究主題包括:線路收發系統晶片、寬頻無線通訊系統晶片、具彈性之電子電路系統;省電系統軟體設計則包括:省電即時工作排程、可應用於多核心處理器之省電即時作業系統、系統晶片效能偵測及最佳化之工具、系統晶片合成及分析工具。

■子計畫四:寬頻通訊網路和普及優化應用之相關研究議題與技術。在寬頻通訊網路部分,將發展認知無線通訊、異質無線網路多媒體資料傳輸,以及尖端無線光傳輸與光通訊系統;在普及優化應用部分,將使用跨領域技術,以應用為導向,研究以人本精神為主之智慧呵護生活空間技術。

■子計畫五:發展摻鉻晶體光纖研製與超寬頻可調光纖雷射應用、矽光子發光結構與波導元件、光微機電元件等前瞻技術,並發展最新電磁數值分析模型用於各式元件設計。

總之,在前述一個目標、一個主題、兩個重點之下,本中心未來3年將持續建設五大核心實驗室,作為優質團隊研究之後盾,致力於推動整合型研究計畫(含5個子計畫),期能締造突破性研究成果,使團隊實力達到世界一流。(本專欄策畫/研究發展處)

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