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來(lái)源：國(guó)防科技信息網(wǎng),，作者：工業(yè)和信息化部電子第一研究所 李鐵成 【據(jù)DARPA官方網(wǎng)站2017年9月13日?qǐng)?bào)道】DARPA宣布引入新的投資項(xiàng)目來(lái)進(jìn)一步推進(jìn)“電子復(fù)興”計(jì)劃,。“電子復(fù)興”計(jì)劃（ERI：Electronics Resurgence Initiative）于2017年6月正式啟動(dòng),，DARPA期望通過(guò)該計(jì)劃開(kāi)啟全新的創(chuàng)新途徑,，來(lái)應(yīng)對(duì)微電子技術(shù)領(lǐng)域即將要面對(duì)的來(lái)自工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本方面的挑戰(zhàn)。對(duì)于已持續(xù)發(fā)展了半個(gè)世紀(jì)的微電子技術(shù),，這些問(wèn)題得如果不到解決,，勢(shì)必會(huì)影響未來(lái)的發(fā)展,。為保持電子行業(yè)健康的發(fā)展勢(shì)頭,，DARPA“電子復(fù)興”計(jì)劃將在接下來(lái)的四年里投入數(shù)億美元資金，以扶持和培養(yǎng)在先進(jìn)材料,、電路設(shè)計(jì)工具和系統(tǒng)架構(gòu)三方面的創(chuàng)新性研究,。除了DARPA的現(xiàn)有項(xiàng)目和當(dāng)前美國(guó)最大的大學(xué)基礎(chǔ)電子研究項(xiàng)目“聯(lián)合大學(xué)微電子項(xiàng)目”（JUMP）之外，DARPA又通過(guò)發(fā)布三個(gè)廣泛機(jī)構(gòu)公告（BAAs）在“電子復(fù)興”計(jì)劃中增添了六個(gè)全新的項(xiàng)目,。 DARPA“電子復(fù)興”計(jì)劃新增的六個(gè)項(xiàng)目分別為：
其中，3DSoC和FRANC項(xiàng)目為“電子復(fù)興”計(jì)劃材料和集成支柱領(lǐng)域提供支撐,，IDEA和POSH項(xiàng)目為“電子復(fù)興”計(jì)劃電路設(shè)計(jì)支柱領(lǐng)域提供支撐,，SDH和DDSoC為“電子復(fù)興”計(jì)劃系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域提供支撐。 ERI材料和集成領(lǐng)域新項(xiàng)目：3DSoC和FRANC 為了回答“我們是否可以利用非傳統(tǒng)電子材料集成來(lái)增強(qiáng)傳統(tǒng)硅集成電路以及實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)等比例縮放思路相關(guān)的性能提升,？”這一問(wèn)題,，DARPA決定開(kāi)展“三維單芯片系統(tǒng)”（3DSoC）和“新式計(jì)算基礎(chǔ)需求”（FRANC）兩個(gè)新項(xiàng)目。計(jì)劃大綱詳見(jiàn)編號(hào)為HR001117S00056的廣泛機(jī)構(gòu)公告（BAAs）文件,。 “三維單芯片系統(tǒng)”（3DSoC）項(xiàng)目：傳統(tǒng)微電子芯片為平面,、二維結(jié)構(gòu)，3DSoC項(xiàng)目主要聚焦在單襯底第三維度垂直向上構(gòu)建微系統(tǒng)所需材料,、設(shè)計(jì)工具和制造技術(shù)的研發(fā),。通過(guò)該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)邏輯、存儲(chǔ)及輸入/輸出元件的高效封裝,，從而使系統(tǒng)的運(yùn)行功耗更低,，計(jì)算速度提升50倍以上,。 “新式計(jì)算基礎(chǔ)需求”（FRANC）項(xiàng)目：此項(xiàng)目的目標(biāo)是超越傳統(tǒng)邏輯和存儲(chǔ)功能相分離的馮諾依曼架構(gòu)（以數(shù)學(xué)、物理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)先驅(qū)約翰馮諾依曼命名）,。當(dāng)前,，在馮諾依曼架構(gòu)下，因數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)單元和處理器之間傳輸所造成的時(shí)間延遲和能量消耗成為阻礙計(jì)算機(jī)性能進(jìn)一步提升的主要原因,。針對(duì)該項(xiàng)目所提出的研究計(jì)劃需要展示如何通過(guò)開(kāi)發(fā)新型材料,、器件及算法加速邏輯電路中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度或通過(guò)設(shè)計(jì)全新的、比以往更為復(fù)雜的邏輯和存儲(chǔ)電路結(jié)構(gòu)來(lái)突破這一“存儲(chǔ)瓶頸”,。 ERI電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域新項(xiàng)目：IDEA和POSH 為了回答“我們是否可以降低設(shè)計(jì)現(xiàn)代片上系統(tǒng)的復(fù)雜度,、縮短設(shè)計(jì)所需時(shí)間，并開(kāi)創(chuàng)電路和系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)化的全新時(shí)代,？”這一問(wèn)題,，DARPA決定開(kāi)展“電子設(shè)備智能設(shè)計(jì)”（IDEA）和“高端開(kāi)源硬件”（POSH）兩個(gè)新項(xiàng)目。計(jì)劃大綱詳見(jiàn)編號(hào)為HR001117S0054的廣泛機(jī)構(gòu)公告（BAAs）文件,。 “電子設(shè)備智能設(shè)計(jì)”（IDEA）項(xiàng)目：該項(xiàng)目的最終目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)人干預(yù)”的能力,，甚至在混合信號(hào)集成電路、多集成電路模塊系統(tǒng)級(jí)封裝和印刷電路板等復(fù)雜電子技術(shù)的24小時(shí)設(shè)計(jì)框架中也無(wú)需專(zhuān)家進(jìn)行設(shè)計(jì),。 “高端開(kāi)源硬件”（POSH）項(xiàng)目：該項(xiàng)目旨在構(gòu)建一個(gè)開(kāi)源的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證框架,，包括以低成本實(shí)現(xiàn)超復(fù)雜片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)、方法和標(biāo)準(zhǔn),。DARPA“電子復(fù)興”計(jì)劃團(tuán)隊(duì)期望利用可降低復(fù)雜片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)門(mén)檻的全新設(shè)計(jì)工具開(kāi)啟專(zhuān)用設(shè)計(jì)創(chuàng)新的新時(shí)代,。開(kāi)源軟件最有可能成為在應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的工具。 ERI系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域新項(xiàng)目：SDH和DDSoC 為了回答“我們是否能夠在繼續(xù)依賴(lài)傳統(tǒng)編程結(jié)構(gòu)的情況下,，獲得專(zhuān)用化芯片所帶來(lái)的好處,？”這一問(wèn)題，DARPA決定開(kāi)展“軟件定義硬件”（SDH）和“特定領(lǐng)域片上系統(tǒng)”（DDSoC）兩個(gè)新項(xiàng)目,。計(jì)劃大綱詳見(jiàn)編號(hào)為HR001117S0055的廣泛機(jī)構(gòu)公告（BAAs）文件,。 “軟件定義硬件”（SDH）項(xiàng)目：該項(xiàng)目旨在構(gòu)建可重構(gòu)軟硬件設(shè)計(jì)和制造的決策輔助技術(shù)基礎(chǔ)。這些可重構(gòu)軟硬件需要具備運(yùn)行數(shù)據(jù)密集型算法的能力（具備該能力是實(shí)現(xiàn)未來(lái)機(jī)器學(xué)習(xí)和自主系統(tǒng)的基礎(chǔ)）和與目前專(zhuān)用集成電路（ASICs）相當(dāng)?shù)男阅?。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,，決策是由所獲取的數(shù)據(jù)信息來(lái)驅(qū)動(dòng)的，例如,，由成千上萬(wàn)個(gè)傳感器提供的情報(bào),、監(jiān)視和偵察（ISR）數(shù)據(jù)、后勤物流/供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)和人員績(jī)效評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)等,。對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效利用依賴(lài)于可進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算的有效算法,。 “特定領(lǐng)域片上系統(tǒng)”（DDSoC）項(xiàng)目：該項(xiàng)目的設(shè)立是受通過(guò)單一編程框架實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用系統(tǒng)快速開(kāi)發(fā)需求的驅(qū)動(dòng)。這一單一編程框架能夠使片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將通用、專(zhuān)用（如專(zhuān)用集成電路）,、硬件加速輔助處理,、存儲(chǔ)和輸入/輸出等要素進(jìn)行混合和匹配，從而實(shí)現(xiàn)特定技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用片上系統(tǒng)的簡(jiǎn)單編程,。例如,，軟件定義無(wú)線(xiàn)電（software-defined radio）就是這些特定技術(shù)領(lǐng)域中的一種，應(yīng)用范圍包括移動(dòng)通信,、衛(wèi)星通信,、私人網(wǎng)絡(luò)、所有類(lèi)型雷達(dá)和網(wǎng)絡(luò)空間電子戰(zhàn)等,。 新項(xiàng)目與DARPA現(xiàn)有項(xiàng)目和JUMP計(jì)劃相結(jié)合可構(gòu)成實(shí)現(xiàn)下一階段創(chuàng)新的更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),，并在2025年到2030年時(shí)間框架內(nèi)提供對(duì)國(guó)家安全至關(guān)重要的電子技術(shù)能力。 下一步,，將匯集對(duì)這六個(gè)新項(xiàng)目感興趣的研究人員,，開(kāi)展項(xiàng)目“提案者日”（Proposers Day）活動(dòng)，以推動(dòng)新項(xiàng)目的順利運(yùn)行,。其中,，系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域的SDH和DDSoC項(xiàng)目的“提案者日”活動(dòng)，分別已于9月18和19日兩天在弗吉尼亞州阿林頓舉行,。電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的IDEA和POSH項(xiàng)目的“提案者日”活動(dòng)將于9月22日在加州山景城舉行,。材料和集成領(lǐng)域的FRANC項(xiàng)目已于9月15日以網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)的形式舉行相關(guān)活動(dòng)。DDSoC項(xiàng)目“提案者日”活動(dòng)定于9月22日在DARPA位于阿林頓的總部舉行,。關(guān)于這些“提案者日”的更多細(xì)節(jié),，詳見(jiàn)DARPA編號(hào)為DARPA-SN-17-75的特別通知,。 相關(guān)閱讀： 超越傳統(tǒng)等比例縮放思路DARPA提出“電子復(fù)興”新舉措來(lái)源：易索芯科技（ID：E-Research） 美國(guó)防部在其2018財(cái)年預(yù)算中為DARPA提供了一筆價(jià)值7500萬(wàn)美元的基金撥款,，用于支持其開(kāi)展一項(xiàng)政府與民間范疇的“電子復(fù)興”新舉措（下稱(chēng)新舉措）。該項(xiàng)新舉措的提出旨在為電子產(chǎn)品性能提升不再單單依靠器件的小型化而是從根本上采用全新的微系統(tǒng)材料,、設(shè)計(jì)及架構(gòu)的新時(shí)代打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。這筆新基金將作為2018財(cái)年DARPA在電子學(xué)、光子學(xué)及相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)領(lǐng)域投入經(jīng)費(fèi)的補(bǔ)充,，進(jìn)而開(kāi)創(chuàng)一個(gè)價(jià)值超過(guò)2億美元,，后續(xù)由重要商業(yè)部門(mén)投資作進(jìn)一步補(bǔ)充的合作機(jī)制。 新舉措誕生的時(shí)期正是微系統(tǒng)技術(shù)行業(yè)在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年不間斷的傳奇式發(fā)展后預(yù)計(jì)將長(zhǎng)期面臨一系列發(fā)展障礙的時(shí)期,。二戰(zhàn)后由晶體管的發(fā)明所引發(fā)的微電子技術(shù)革命使我們擁有了今天能容納數(shù)以?xún)|計(jì)微小晶體管數(shù)字開(kāi)關(guān)的集成電路芯片,。然而，當(dāng)前的微電子技術(shù)發(fā)展正處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),。超越這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)的創(chuàng)新者將不再僅僅依賴(lài)于通過(guò)將越來(lái)越多的電子器件擠進(jìn)越來(lái)越小的空間內(nèi)的方式來(lái)獲得器件性能的提升,。 新舉措的負(fù)責(zé)人，DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室（MTO）主任比爾·查普爾指出：“將近七十多年以來(lái)，美國(guó)作為世界電子科技創(chuàng)新的引領(lǐng)者已經(jīng)享有了經(jīng)濟(jì)和安全方面的優(yōu)勢(shì),。如果我們想要繼續(xù)保持領(lǐng)先,，就必須掀起一場(chǎng)全新的不依賴(lài)于傳統(tǒng)獲得進(jìn)步的方法的電子技術(shù)革命。這正是新舉措的重點(diǎn)所在——通過(guò)電路專(zhuān)門(mén)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步以及討論下一階段對(duì)商業(yè)及國(guó)防利益均會(huì)產(chǎn)生廣泛影響的技術(shù)進(jìn)展的復(fù)雜性,?！?/p> 想要了解新舉措實(shí)現(xiàn)之后所能帶來(lái)變化究竟會(huì)有多大，可以回顧于1948年7月1日悄悄公之于眾的上一次類(lèi)似的范式轉(zhuǎn)變,。就是在那時(shí),，“晶體管”一詞在《紐約時(shí)報(bào)》D4頁(yè)首次低調(diào)亮相。當(dāng)天的“廣播電臺(tái)新聞”欄目以介紹兩個(gè)新的電臺(tái)節(jié)目開(kāi)始,，而以一些鮮為人知的科技新聞結(jié)尾：“一種被稱(chēng)為晶體管的器件昨天首次被證實(shí)可以應(yīng)用于通常以真空管為核心的收音機(jī)中,。”這一由真空管向晶體管的轉(zhuǎn)變被證明是具有里程碑式意義的,，開(kāi)啟了電子科技長(zhǎng)達(dá)70多年的通過(guò)增加微型元器件集成數(shù)量來(lái)獲得電子產(chǎn)品性能改善的道路,。 例如，在晶體管問(wèn)世10年之后,，德州儀器的杰克·凱比展示了第一個(gè)集成電路——這是一個(gè)偉大的突破,，自此所有電路元件都可以共享由半導(dǎo)體材料制成的單芯片上的空間且開(kāi)辟出一條看似不可思議的晶體管持續(xù)微型化的道路。談到現(xiàn)代化,，沒(méi)有什么能比作為當(dāng)今巨大且多樣化技術(shù)環(huán)境基礎(chǔ)的微電子芯片更具代表性的了,。 然而，凡是道路總會(huì)有走到盡頭的時(shí)候,。電子器件神奇般的微型化,，正如著名的摩爾定律（以英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾的名字命名）描述的那樣實(shí)現(xiàn)了以越來(lái)越低的單位成本產(chǎn)出越來(lái)越強(qiáng)的計(jì)算能力，但注定會(huì)遇到物理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)上的局限性,。隨著這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)的臨近,，微電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展將需要一個(gè)新的創(chuàng)新階段來(lái)維持和推動(dòng)電子技術(shù)創(chuàng)新的現(xiàn)代奇跡繼續(xù)前行。這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)不僅標(biāo)志著人類(lèi)歷史上一個(gè)最重要的技術(shù)發(fā)展軌跡的改變,，而且還標(biāo)志著一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展更為大膽的時(shí)代,。這正是DARPA新舉措的用武之地。 新舉措旨在通過(guò)專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)可用于電子器件的新型材料,、可將器件集成為復(fù)雜電路的全新架構(gòu)以及能夠使微系統(tǒng)設(shè)計(jì)以前所未有的高效率轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的軟硬件設(shè)計(jì)創(chuàng)新,，在不依賴(lài)于傳統(tǒng)等比例縮放思路的條件下，實(shí)現(xiàn)電子器件性能的持續(xù)提升,。未來(lái)的幾個(gè)月,，DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室（MTO）將通過(guò)技術(shù)討論、研討會(huì)及其它渠道與微電子行業(yè)團(tuán)體進(jìn)行交流和溝通,，來(lái)建立一個(gè)相互協(xié)作,、成本分擔(dān)的研究議程,，從而引領(lǐng)微系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)激動(dòng)人心的創(chuàng)新新時(shí)代。新的研究計(jì)劃將作為DARPA最近剛剛設(shè)立的最大規(guī)模的大學(xué)基礎(chǔ)電子學(xué)研究項(xiàng)目 “聯(lián)合大學(xué)微電子項(xiàng)目”（JUMP）的補(bǔ)充,。JUMP由DARPA和半導(dǎo)體研究公司（一個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)）共同出資設(shè)立,。 圖1 拼圖中的微電子芯片都是之前參與過(guò)DARPA-產(chǎn)業(yè)界-學(xué)術(shù)界合作項(xiàng)目的眾多大學(xué)研究團(tuán)體所完成的具有代表性研究工作成果。新舉措的執(zhí)行將為未來(lái)電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)一個(gè)什么樣的時(shí)代,？將會(huì)取得哪些成果,？我們拭目以待！ 新舉措的主要內(nèi)容分為材料,、架構(gòu)和設(shè)計(jì)三個(gè)部分： 材料部分 新舉措的材料部分將探索利用非常規(guī)的電路材料,，在無(wú)需更小晶體管的情況下，大幅提高電路性能,。盡管硅是我們最為熟悉的制造微系統(tǒng)的材料,，鍺硅等化合物半導(dǎo)體材料也在微系統(tǒng)制造中扮演著恰當(dāng)?shù)慕巧@些材料在功能上的靈活性有限且只能存在于單一平面層內(nèi),。為制造下一代邏輯和存儲(chǔ)器件,，新舉措將進(jìn)一步研究和挖掘周期表內(nèi)所有可能的候選材料。研究工作將著眼于開(kāi)發(fā)在單片上集成不同的半導(dǎo)體材料的新方法,、將邏輯處理及存儲(chǔ)功能相結(jié)合的“粘性邏輯”器件以及微系統(tǒng)器件的非平面垂直集成工藝,。 架構(gòu)部分 新舉措的架構(gòu)部分將研究針對(duì)所執(zhí)行專(zhuān)門(mén)任務(wù)的最優(yōu)化的電路結(jié)構(gòu)。已為機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展做出很多貢獻(xiàn)的圖形處理單元（GPU）,，已經(jīng)證明了通過(guò)專(zhuān)門(mén)硬件架構(gòu)可以獲得性能上的提升,。新舉措還將繼續(xù)探索其它的可能性，例如可根據(jù)所支持的軟件需求進(jìn)行調(diào)整的可重構(gòu)物理架構(gòu),。 設(shè)計(jì)部分 新舉措的設(shè)計(jì)部分將專(zhuān)注于研發(fā)可對(duì)專(zhuān)門(mén)電路進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)工具,。與一般用途的電路相比，專(zhuān)門(mén)電路更快,、更節(jié)能,。盡管DARPA一直寄希望于發(fā)展軍事專(zhuān)用集成電路（ASICs），但是專(zhuān)用集成電路的開(kāi)發(fā)成本太高,、且非常耗時(shí),。新的設(shè)計(jì)工具和開(kāi)放源碼的設(shè)計(jì)范式可能會(huì)改變這一現(xiàn)狀，使得創(chuàng)新人員可以快速而廉價(jià)地為一系列商業(yè)應(yīng)用創(chuàng)建專(zhuān)門(mén)電路,。 查普爾指出：“令人震驚的是，微電子技術(shù),、計(jì)算技術(shù),、通信技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)以及數(shù)不清的依靠這些電子技術(shù)的其它技術(shù)的擴(kuò)展和日益成熟,，基本上都是基于同樣的硅基方法,。我們看看在剛剛過(guò)去的十年時(shí)間里，僅僅由于移動(dòng)電話(huà)技術(shù)的發(fā)展就給這個(gè)世界帶來(lái)了多么大的變化。為了在傳統(tǒng)等比例縮放方法逐漸失效的情況下,，繼續(xù)保持向前發(fā)展的步伐,，我們需要打破傳統(tǒng)，接受新舉措所提出的各種創(chuàng)新思路,。我們期待與事業(yè)部門(mén),、國(guó)防工業(yè)基地、學(xué)術(shù)界,、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及其他技術(shù)創(chuàng)新的溫床緊密合作,，共同發(fā)起一場(chǎng)新的電子技術(shù)革命?！?/p> |
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