2016年5月11日，DARPA在五角大樓舉辦了“DARPA展示日”（Demo Day）向美國國防團(tuán)體近距離展示DARPA的多項創(chuàng)新技術(shù)和處于研發(fā)/多種技術(shù)成熟度的軍事系統(tǒng),，遍布從水下到宇宙的各個作戰(zhàn)域,，覆蓋DARPA的所有戰(zhàn)略關(guān)注領(lǐng)域，包括從傳感器和微系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)空間和電磁頻譜,，再到生物技術(shù)和反恐的各種武器裝備,。

“DARPA展示日”分為10個主題，包括航空,、網(wǎng)絡(luò)空間,、海洋、航天,、地面戰(zhàn)、生物,、微系統(tǒng),、預(yù)研、反恐,、頻譜,。其中，微系統(tǒng)和頻譜主題所展示的項目均來自DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室（MTO）,，隸屬電子元器件范疇,，今、明兩天將分別給用于全文公布,。

微系統(tǒng)涉及領(lǐng)域：先進(jìn)通信,、成像、信息處理,、顛覆性微電子技術(shù)的物理安全,、微機(jī)電、光電器件,。

國防部電子系統(tǒng)的安全和完整性正在受到供應(yīng)鏈中偽冒集成電路（IC）的挑戰(zhàn),。造假者使用各種簡單、廉價的技術(shù)對廢舊IC進(jìn)行改頭換面,，通過再次出售獲取利潤,。這些器件的可靠性和本應(yīng)具有的功能都無法得到保證,。如果武器裝備中使用了偽冒IC，極有可能因此導(dǎo)致作戰(zhàn)失誤,，進(jìn)而影響作戰(zhàn)任務(wù)的完成,，以及危害士兵的生命。

SHIELD項目的目標(biāo)是減少偽冒IC入侵國防電子供應(yīng)鏈,，通過使造假行為變得復(fù)雜和耗時以增加造假成本,。該項目將研發(fā)包含國家安全局（NSA）級的加密能力、傳感,、進(jìn)場供電和通信功能,，可嵌入至集成電路封裝中的“小芯片”。該100微米×100微米“小芯片”將作為硬件的“可信”認(rèn)證源,，可探測到任何試圖訪問和進(jìn)行逆向工程的行為,。在用外部探測設(shè)備對IC進(jìn)行防偽檢測時，為該“小芯片”供能,，以及在小芯片和服務(wù)器之間建立安全連接和驗證IC的來源,。

SHIELD項目開發(fā)“小芯片”包括能捕捉試圖對芯片進(jìn)行成像、去膠,、去帽等行為的無源傳感器,、阻止“小芯片”被整體移除的對“小芯片”進(jìn)行損壞的機(jī)械裝置、完整的加密殷勤,、先進(jìn)的進(jìn)場供能和通信技術(shù),。SHIELD項目包括三個階段：（1）研發(fā)實現(xiàn)“小芯片”所需的技術(shù)；（2）設(shè)計和制造“小芯片”,；（3）在一個電子供應(yīng)鏈的環(huán)境中進(jìn)行演示,。

在針對特定任務(wù)設(shè)計一個定制集成電路時，大的工程團(tuán)隊也往往需要耗費高達(dá)1億美元的資金投入和2年多時間,，如同步無人機(jī)的活動,，或?qū)⒃祭走_(dá)數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換為具有戰(zhàn)略意義的三維圖像。這就是為什么國防部的工程師通常尋求使用廉價,、易獲取的通用型集成電路的原因,，然后通過軟件使這些電路實現(xiàn)所需的特定功能。這樣做可以加快設(shè)計和應(yīng)用,，但也帶來了電路冗余和不必要的能耗,，甚至導(dǎo)致所需電量有可能已超過小型飛行平臺或單兵的實際供應(yīng)能力，而士兵身上已經(jīng)背負(fù)了太多電池,。

CRAFT項目目標(biāo)是將定制集成電路的設(shè)計周期從數(shù)年縮短為數(shù)月,；當(dāng)下一代制造工藝投入使用時，器件設(shè)計架構(gòu)容易實現(xiàn)復(fù)用；能夠產(chǎn)生一個創(chuàng)新庫,，其中的方法,、文檔和知識產(chǎn)權(quán)都可用于新的設(shè)計和制造中，而無需從頭來過,。該創(chuàng)新,、低成本設(shè)計范式還有助于促進(jìn)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的多樣化，因為小型設(shè)計團(tuán)隊也能夠參與到超過其現(xiàn)有能力的復(fù)雜定制電路研發(fā)中,。

減少定制,、高效集成電路的研制時間和成本，將促進(jìn)國防部中的技術(shù)團(tuán)體更多使用最先進(jìn)的商業(yè)設(shè)計和制造能力,。該項目的一個重要回報是帶來多樣的研發(fā)環(huán)境,，工程師和設(shè)計人員可為其研制的系統(tǒng)選擇最優(yōu)技術(shù)解決方案，而不用擔(dān)心電路設(shè)計延遲和成本問題,。

投入戰(zhàn)場的復(fù)雜電子設(shè)備大量增加,，覆蓋從遠(yuǎn)程傳導(dǎo)到通信在內(nèi)的多種應(yīng)用。但是,，由于幾乎無法跟蹤和回收每一個電子系統(tǒng),，帶來破壞環(huán)境，有可能被非授權(quán)個人回收和使用,、損害先進(jìn)技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)等隱患,。

VAPR項目目標(biāo)是研發(fā)出一種能夠以受控、可觸發(fā)方式可進(jìn)行物理消失的電子系統(tǒng),。這些瞬態(tài)電子的性能可與商用現(xiàn)貨相比,，但壽命有限，且其壽命長短可被預(yù)先設(shè)定,、實時調(diào)整,、觸發(fā),、并/或?qū)λ渴鸬沫h(huán)境敏感,。VAPR項目將使瞬變電子成為一種可部署的技術(shù)。為實現(xiàn)這一目標(biāo),，研究人員正在探索材料,、元器件、集成和制造等方面的新概念和新能力,。

瞬變電子技術(shù)有望帶來多種顛覆性軍事能力,，包括用于戰(zhàn)場診斷、治療和健康監(jiān)測的可降解傳感器或醫(yī)療器件,。大范圍分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)在可設(shè)定時期內(nèi)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù),，然后在自然環(huán)境下分解（被環(huán)境吸收）。能被身體吸收的電子元器件將有助于在戰(zhàn)場上繼續(xù)進(jìn)行持續(xù)健康監(jiān)控和治療。

    國防部變得日益依賴于情報,、監(jiān)視和偵察（ISR）應(yīng)用,。隨著ISR能力的不斷發(fā)展，特別是對大量目標(biāo)的識別和跟蹤,，迫切需要對廣域高分辨視頻圖像進(jìn)行實時處理,。這不僅導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)式增加，分析的復(fù)雜程度也顯著增大,，已體現(xiàn)在每秒每像素的操作次數(shù)上,。這些ISR任務(wù)所需的更強(qiáng)處理能力，以及國防部的其他傳感器應(yīng)用,，正在迅速超越現(xiàn)有和計劃中的計算平臺所具備的信息處理能力,。

    UPSIDE項目目標(biāo)是通過納米級器件的物理屬性實現(xiàn)新的視頻和圖像分析方法，突破數(shù)字化處理的現(xiàn)狀,。UPSIDE處理過程將是非數(shù)字化,，并從本質(zhì)上不同于目前的數(shù)字處理器，因此也將不受現(xiàn)有功耗與速度限制,。不同于傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）電子器件,，UPSIDE設(shè)想了基于物理特性的信號處理器件陣列（如納米振蕩器）。這些陣列能夠自組織,，并能夠根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng),，表明它們不需要采用和數(shù)字處理器相同的方式進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，不像傳統(tǒng)的數(shù)字處理器通過執(zhí)行特定指令來計算,。UPSIDE陣列將依靠更高級別,、基于內(nèi)嵌在數(shù)字系統(tǒng)中采用概率推理的計算方式。UPSIDE圖像處理應(yīng)用包括目標(biāo)檢測與視頻跟蹤,、廣域成像（WAMI）和機(jī)器人,。憶阻器和自旋扭矩振蕩器等新興器件將被集成到這些系統(tǒng)的處理鏈路中，執(zhí)行包括特征提取在內(nèi)的多種功能,。

    UPSIDE項目將跨越多個學(xué)科,，分成2個階段和3個必選任務(wù)。任務(wù)1為項目構(gòu)建基礎(chǔ),，并研發(fā)用于演示和作為基準(zhǔn)的計算模型和圖像處理方法,。任務(wù)2和3建立在任務(wù)1研究成果的基礎(chǔ)上，任務(wù)2研制混合信號CMOS器件,，任務(wù)3研制非CMOS新興納米器件,，并共同研制包含這兩種器件、具備推理功能的模塊,。

計算能力對幾乎每種軍事系統(tǒng)而言都是使能器,，但計算能力的提高受到系統(tǒng)可供電量和散熱能力的限制,。這對單兵便攜式應(yīng)用、無人裝備和潛艇上的指揮控制系統(tǒng)等嵌入式應(yīng)用提出挑戰(zhàn),。目前的情報,、監(jiān)視和偵察（ISR）系統(tǒng)所用傳感器采集到的信息量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其實時處理能力，導(dǎo)致士兵所采集到的寶貴實時情報數(shù)據(jù)被輕易丟棄,，或者在被采集后的數(shù)小時甚至數(shù)天里才被記錄和處理,。

如能夠增加每瓦功率所能執(zhí)行的計算量，計算能力就能提高,。目前,，在系統(tǒng)級別上觀察到的處理能效大約是每瓦每秒10億條浮點操作（1 GFLOPS/W）。然而,，應(yīng)用表明至少需要50 GFLOPS/W的能效,，以及極有可能進(jìn)一步提出的75 GFLOPS/W。即使將現(xiàn)有處理能力外推,，依然將無法滿足需求,。

PERFECT項目目標(biāo)是尋求顛覆性的方法，研發(fā)能夠支持高能效嵌入式計算系統(tǒng)所需的技術(shù),。PERFECT項目研究對象包括7個,，架構(gòu)、并行性,、可恢復(fù)性,、局部性和算法是主要研究內(nèi)容，其余2個是仿真測試與驗證,，是對項目的必要支持,。這些技術(shù)，以及制造工藝節(jié)點預(yù)期發(fā)展到的7nm,，將達(dá)成PERFECT項目的目標(biāo),，實現(xiàn)75 GFLOPS/W的能效。

PERFECT項目將分為三個階段,。第一階段（現(xiàn)已結(jié)束）,，研發(fā)概念，并提供影響處理能效的初步證據(jù),。第二階段是開發(fā)相關(guān)技術(shù),，使整個處理系統(tǒng)的能效比今天最先進(jìn)技術(shù)提升75倍,。PERFECT項目并不是構(gòu)建實際的處理硬件,，而是通過仿真和部分支持性測試設(shè)備，對進(jìn)展進(jìn)行測量和驗證,。第三階段將進(jìn)一步開發(fā)最具前景的技術(shù),，并提供實現(xiàn)途徑。PERFECT項目將在滿足能效約束下使嵌入式計算系統(tǒng)具備更強(qiáng)計算能力，將極大程度增加已部署嵌入式系統(tǒng)的能效,，帶來更大的作戰(zhàn)效能,。

士兵用模擬夜視鏡（NVG）辨認(rèn)敵人時受到光束頻帶限制。而且,，隨著NVG作為商用現(xiàn)貨產(chǎn)品同樣也會被敵人所利用,，因此NVG所具有的可在低照度和無光條件下工作的優(yōu)勢正在喪失。當(dāng)前多波段攝像機(jī)可以在各種環(huán)境條件下使用,，但存在體積過大,、價格昂貴、單兵不便攜等缺點,。

PIXNET項目目標(biāo)是研發(fā)一種小尺寸,、輕重量和低功耗（SWaP）、低價格,、士兵可攜帶的數(shù)字紅外攝像機(jī),，可在熱和反射頻帶進(jìn)行單頻段和多頻段實時成像。研究成果可按需提供單和多頻段兼容圖像,，提升士兵的態(tài)勢感知能力,，消除目前攝像機(jī)在微光、無光,、雜亂環(huán)境等多種條件下無法進(jìn)行有效目標(biāo)識別的缺陷,。

使用不同紅外波長進(jìn)行成像，可減少數(shù)據(jù)量,，提高顯示度,。PIXNET將利用現(xiàn)代智能手機(jī)相當(dāng)強(qiáng)大的計算能力來處理和融合彩色圖像。智能手機(jī)和PIXNET攝影機(jī)的一體化提供了產(chǎn)生低成本成像系統(tǒng)的發(fā)展思路,。靜止圖像或視頻可以無線或有線方式發(fā)送到戰(zhàn)士的頭盔顯示器中,。

PIXNET項目將顯著減少SWaP，以及降低紅外傳感器和冷卻器的制造成本,，具備面向所有士兵的便攜性和廣泛部署能力,。體積的縮小畢竟帶來新的應(yīng)用，如基于小型無人機(jī)的監(jiān)視,、多頻段步槍瞄準(zhǔn)器和手持監(jiān)控系統(tǒng),。

目前軍事沖突對作戰(zhàn)部隊提出了嚴(yán)格要求，尤其是陸軍步兵和個體情報人員的能力,，其中所必需的是態(tài)勢感知和信息的即時分享,。LCTI-M項目目標(biāo)是使紅外成像技術(shù)在單兵裝備和小型系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在單兵級別廣泛使用紅外技術(shù)非常重要,，有可能帶來新作戰(zhàn)方式,，而這對取得戰(zhàn)場勝利至關(guān)重要,。紅外成像能夠透過遮蔽物成像，即使在環(huán)境可視性遭到嚴(yán)重破壞情況下仍可提供有價值的信息,。低成本紅外攝像機(jī)將使士兵具備這種重要能力,，還可采集和傳輸電子圖像，用于情報分析和其它關(guān)鍵情況,。

熱成像儀在國防和國家安全都有大量應(yīng)用,。它們可被嵌入到手持裝置、改進(jìn)的手機(jī)產(chǎn)品,、步槍瞄準(zhǔn)器,、頭盔、眼鏡,、微型無人機(jī)和其它小型設(shè)備中,，用于實時目標(biāo)識別、數(shù)據(jù)采集和共享,。由于其體積小,、功耗低，這種熱像儀可支持多種小型便攜式系統(tǒng)完成擴(kuò)展性任務(wù),。如果能夠提供低成本,、高性能熱像儀，每部車輛,、監(jiān)控設(shè)備,，以及陸軍步兵將將具有態(tài)勢感知能力，并能夠在各種照明,、惡劣天氣和戰(zhàn)場蒙蔽的條件下執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù),。LCTI-M項目正在國土安全和商業(yè)應(yīng)用中尋求新的機(jī)遇。

LCTI-M項目將開發(fā)一種晶圓級制造工藝,，將在芯片上實現(xiàn)相機(jī)功能,，將熱成像儀的價格，并提高便攜性,，可進(jìn)行單兵配備,。具體指標(biāo)包括：1）演示良品率大于80％的晶圓級成像模塊；2）將成本降低10倍以上,；3）減小體積,，使其適用于手持式平臺上；4）證實像素可拓展至12微米,，并保持其先進(jìn)的性能,。該技術(shù)可為提升單兵系統(tǒng)帶來顯著機(jī)遇，如頭盔式紅外成像,、利用手持設(shè)備的互聯(lián)實現(xiàn)戰(zhàn)場協(xié)調(diào)與情報分析,、目標(biāo)特征識別、敵我識別,，所有的這些將帶來戰(zhàn)術(shù)情報,、監(jiān)視和偵察的新范式。此外,，低成本紅外成像還將廣泛用于持續(xù)性監(jiān)視平臺,。

POEM項目目標(biāo)是開發(fā)芯片級、集成光電技術(shù),，實現(xiàn)片內(nèi)和片外無縫光電通信,，并能以低功耗/位的能效提供所需寬帶，解決電子通信鏈路的局限性,。POEM項目將利用波分復(fù)用（WDM）技術(shù),，使每個鏈路具有更高大的帶寬容量，并進(jìn)一步滿足未來微處理器的通信需求,。這種能力將推動微處理器性能進(jìn)入新的階段,，提升國防部大耗電量的嵌入式應(yīng)用和超級計算任務(wù)的實際運(yùn)行性能。

POEM項目的技術(shù)挑戰(zhàn)是開發(fā)與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）和動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM）相兼容的寬光譜,、高比特率,、超低功耗、并可與電子驅(qū)動器件緊密集成的光電鏈路,。POEM的最終目的是證實光電技術(shù)可集成至嵌入式微處理器,，實現(xiàn)微處理器和DRAM內(nèi)部和之間的無縫、高效能,、大容量通信,。POEM技術(shù)將在小尺寸、輕質(zhì),、低功耗,、高性能軍事平臺上得到廣泛應(yīng)用，如無人機(jī)和衛(wèi)星等,。