二十週年紀念

ALC101，瑞昱(Realtek)的第一顆二聲道AC97音訊晶片(Audio Codec)，我在二十年前的作品。沒想到如今在網路商店仍然買得到。這顆IC是UMC 0.5μm製程，沒有使用standard cell library，因此也沒有任何輔助設計工具（EDA timing tool）可以協助檢查setup time/hold time。事實上，所有的數位電路，是用鉛筆畫在方眼紙上的。



1998年，上個世紀的事了。退伍那天，是七月的某個週六。傍晚離開了台北的蟾蜍山營區，搭上台汽（後來的國光號），跟夜景繁華的台北說bye-bye。隔兩天就到新竹的公司報到，成為社會新鮮人。

當年的碩士班畢業生多半是七月入伍，服役一年十個月之後，在五月退伍。我則是在學校多唸了兩年博士班，之後被排在九月入伍，因此是公司當年的新人當中，最後一個報到的數位IC設計工程師。等到我退伍時，其他新人已經在公司內接受了兩個月的IC設計教育訓練。主管陳宣文兄催促著我儘快報到，設法跟上先前已進行將近三分之二的課程。同梯的新人都小我兩歲，他們給我許多幫助，其中我最感謝的是魏智汎 和郭郁斌。要不是主管的指導以及同儕的大力協助，在學校唸信號處理、大學三年級之後就不曾再碰電子學的我，會碰到更多的困難。

教育訓練結束之後，著手進行的第一個設計，是AC97 audio codec的數位電路。AC97是Intel在1997年為個人電腦(PC)音訊所制定的標準規格。符合這個規格的音訊IC可以和Intel CPU正確地溝通，CPU可以經由這顆IC來播音（例如音樂的播放、或是電腦發出的音效）或錄音。PC產業是巨大的市場，每一塊主機板上頭都需要音訊IC，因此當時包括National Semiconductor以及AKM等等，許多知名的IC公司，都極力經營這個產品線。在我加入之前，analog designer胡建國兄已經花了不少時間與精力在研究這顆IC的做法。由於這顆IC需要使用數位信號處理的方式，才能達到AC97音效規格的最低要求，因此我以數位IC設計工程師的身分參與設計，analog designer則是由同期加入的王文祺擔綱，配合的system designer是蘇祝鼎兄，胡建國兄則是以前輩之姿為整個計畫的規格把關。IC選用UMC的0.5μm製程，由於這個市場已有不少強者在其中，有成本壓力，IC必須盡可能使用最小面積。因此，我的第一顆IC，沒有使用standard cell，不論是NAND gate, NOR gate, D flip-flop, latch或SRAM，全都是手工設計，並且自行標訂其中使用的PMOS和NMOS的尺寸。電路當中的所有的邏輯閘，一個一個手繪在方眼紙上，然後交由IC佈局工程師，完全以人工方式佈局(fully layout)。這樣的設計，自然沒有任何輔助設計工具（EDA tool）可以檢查timing violation，因此需要一套做法，在設計層面保證不會出錯(design guaranteed)。對現在的IC設計工程師而言，這種拿著紙筆和尺規做數位IC設計的歷史，說是新石器時代，恐怕也不為過。

IC的第一版，邏輯功能全部正確，諸如信噪比(SNR)之類的音訊的相關performace，也都符合了要求。不過，在長時間使用時，發現耗電的問題。陳宣文兄找了郭郁斌和我一起再次檢查所有設計，發現其中用到了一個MUX cell設計不當（為了搶面積而沒有使用標準的CMOS結構，因此會漏電）。為此我們重新檢查整個數位電路，把所有不是CMOS結構的cell全數修改掉。改版之前發生了921大地震。地震後的清晨，在公司停電、辦公室的書架震得東倒西歪、天花板也掉落了好幾塊的狀況之下，我仍然在早上七點進入辦公室，無視其他人的動態，在自己座位上，全心趕工，修改著方眼紙上的最後一批CMOS設計。UMC的工廠恢復正常之後立即進行了改版，之後順利進入量產。

這顆IC的數位電路的面積，幾乎已到達0.5μm製程的極致。在所有的AC97 Audio Codec IC當中，就算不是最小，也排在前三名之中。當年的最佳設計應該是AKM，但我相信那不會是某個新人的處女作。日後曾經有EDA公司前來推銷數位信號處理的電腦輔助設計軟體。做為軟體評估，我們試著拿它來做AC97的數位信號處理電路設計，得到的電路比我的設計大得多。為了在市場上長期佔據有利的位置，工程主管與產品企畫同仁很快地做出了決定，把次一版的IC製程推進到0.35μm，以便藉由製程，進一步縮小晶片的面積。同時為了讓上市時間縮短以及考慮這個設計日後的可轉移性，新版IC改採standard cell設計。之後由於Dolby的5.1聲道進入PC市場，因此需要有六聲道乃至於八聲道的audio codec，包括ADC/DAC的SNR等等的音訊品質要求也漸漸提高。即使如此，這些多聲道的新產品，數位信號處理的架構，基本上仍舊跟第一代產品類似，沒有重大的差別。

ALC101對我而言是個特別的IC，畢竟是自己親手刻出來的作品，有著難忘的回憶和特別的感情。彷彿是母親看自己的小孩，覺得永遠是個寶貝。前幾天意外發現它在網路上竟然可以買得到，真是讓人驚訝。當然，ALC101絕對不是瑞昱賣得最久的晶片。瑞昱賣得最久的晶片，應該是我當年的直屬主管吳昌璉先生設計的10M以太網路控制晶片。那又是另一個傳奇的故事。

既然買得到，於是，就在網路上順手買了幾顆。今天收到了，拍個照片，當做自己踏入社會二十週年的紀念。

【後記】感謝老同事Jeff Wu留言指正。內文當中的ALC101，正確型號應當是ALC201。ALC101是日後另行設計的低價版，使用SAR ADC取代Sigma-Delta ADC，在SNR等音訊指標相對較低。特此更正。