美军方斥15亿美元重塑芯片产业,三大问题让其忧心

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美军方斥15亿美元重塑芯片产业,三大问题让其忧心
麻省理工科技评论 2018年7月31日

2018年7月31日

美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一项 15 亿美元的名为“电子复兴计划”(ERI)的五年计划,用来为有关芯片技术进步的研究项目提供支持。
半导体 芯片
美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一项 15 亿美元的名为“电子复兴计划”(ERI)的五年计划,用来为有关芯片技术进步的研究项目提供支持。

美国军方担心,随着摩尔定律的终结,他们可能会失去自己在半导体芯片方面的优势。

去年,负责为一系列与美国军方有关的蓝天研究工作提供资金的美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一项 15 亿美元的名为“电子复兴计划”(ERI)的五年计划,用来为有关芯片技术进步的研究项目提供支持。

而就在最近,该机构也相应的建立了第一批研究团队,他们主要选择了那些未经证实但潜在的强大方法去研究探索,并且希望可以用这些方法为美国芯片的开发和制造带来一次革新与飞跃。

近年来,与发生了巨大进步与革新的软件技术相比,硬件创新显得有些力不从心, 而硬件短板暴露出的几大问题也颇让美国军方担忧。



美国军方的三大隐忧


美国军方担心的第一个因素有关摩尔定律。

根据摩尔定律,芯片上可以安装的晶体管数目大约每两年可以增加一倍,但是今年来各种迹象表明,摩尔定律即将到达极限,即芯片上可以安装的晶体管数目无法继续增加。

对于美国军方赖以生存的电子技术来说,这无疑给它的持续发展带来了巨大的阻碍,除非美国及时创造出可以继续推动芯片性能的进步的新的架构和设计。

除了摩尔定律之外,美国军方还担心的是集成电路的设计成本的上升,以及在半导体设计和制造方面日渐增长的外国投资的不断增加——尤其是那些来自“懂中文的人”的投资。



电子复兴计划正在挑战“不可能”


由于电子复兴计划(ERI)的预算,DARPA 在硬件上的年度支出增加了四倍左右。该计划的启动项目也反映出了本计划重点研究的的三个领域,即芯片设计、芯片架构、以及芯片的材料和集成。

比如说,ERI 中的一个项目就是想要从根本上缩短新型芯片设计所需的时间。

该项目希望通过机器学习或者其他工具可以将芯片设计的流程自动化,将这一过程所需的时间从数年或数月缩短到仅仅一天,如果这一项目成功的话,即使是相对缺乏芯片设计经验的人员也可以在机器学习的帮助下创造出高质量的设计。

“现在还没有一个人知道,在没有人为参与协助的情况下,如何在 24 小时内完成没有失误的新的芯片的设计,”该项目中某以团队的领头人,来自加州大学圣地亚哥分校的 Andrew Kahng说道,“我们正在开发的方法是一种完全革新的方法。”

“我们正在做的,是计划一场类似曾经的酿酒革命的电子产品设计行业的革命,”负责管理 ERI 计划的 DARPA 办公室负责人威廉∙卡佩尔(William Chappell)说道。

他们的希望是,通过自动设计工具,小型公司也可以在没有大型芯片制造商的依赖下独自设计制造芯片,就如同曾经的酿酒革命最终使美国的小型专业酿酒商也可以和啤酒行业巨头一样具有充足的创新能力。



新的芯片材料和巧妙的设计


但是,如果我们要超越摩尔定律,我们就必须要有全新的芯片材料以及全新的整合计算能力和内存的方法。

将数据从一个在不同的用于存储和加工数据的存储器组件之间来回操作转移,会消耗大量的能量,而这也是在提高处理能力上的最大难点之一。

对此,上文提到的 ERI 的启动项目中的另一个项目就是想要探索可以消除或者至少可以大大减少数据转换需求的新型电路集成方案。这一项目的最终目标是有效地将计算能力内嵌到存储器中,这将可能会使芯片的性能得到显着的提升。

在芯片架构方面,DARPA 则希望创建一种可以被实时重新配置的硬件和软件,这样就可以处理更多的一般任务或的如特定的人工智能应用程序的特殊任务。在现有的情况下,完成不同的任务必须要有多个芯片,这大大增加了芯片的复杂性和成本。

不过,DARPA 的一些项目和目前已经在工业领域紧密进行的项目有些重叠。例如“芯片上的 3D 系统”这一项目,该技术旨在通过使用碳纳米管等新材料以及更智能的堆叠和分割电子电路来扩展摩尔定律。

Chappell 也承认 DARPA 的项目和工业中的研究产生了重叠,但他相信 DARPA“很有可能才会是在这一方向上做出最大努力的机构。”

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这些够了吗?


尽管如此,还有一些人认为, DARPA 以及支持美国电子研究的其他政府部门,如能源部,应该花更多的钱来刺激创新。

比如,卡内基梅隆大学教授也是新兴技术公共政策专家 Erica Fuchs 就表示,随着芯片开发越来越专注于更具体的应用,大公司已经渐渐失去了在合作研究方面花钱的兴趣,因此整个芯片行业的创新就如同摩尔定律目前一样遇到了瓶颈。

Fuchs 对 ERI 表示了赞扬,但他认为,与美国将要面临的挑战所需的支持相比,美国政府支持电子创新的整体方法“整整低了一个数量级”。

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