DARPA呼吁后摩尔时代创新理念

来源：易索芯科技(ID:E-Research)，作者： 大漠星海

（一）：总负责人发声，举办多次会议促进与产业界、学术界及国防领域人员合作

DARPA"电子复兴"计划宣传画

比尔•夏贝尔（Bill Chappell）博士是DARPA微系统技术办公室（MTO）主任。目前， 他兼任总投资超2亿美元的“电子复兴”计划（ERI）总负责人。他表示，“电子复兴”计划的目的不是去寻找摩尔定律的替代方案，而是通过“现状的改变”来探索先进半导体器件性能提升的替代方案。

比尔•夏贝尔

夏贝尔在一个关于“电子复兴”计划的新闻采访中说：“我不认为单一变量呈指数变化（如互补金属氧化物半导体晶体管尺寸呈指数减小）是切实可行的。在我们即将进入的下一个时代，电子技术的进步涉及包括软硬件设计、新型材料、针对每个应用程序的专门化功能模块在内的众多变量。我们并非完全没有想法，这是一个充满创造性的时代，众多的创新性理念将成为传统等比例缩放思路的补充。”

许多产业界的高管是在比尔•夏贝尔于2017年6月在奥斯汀设计自动化会议期间组织的一次研讨会上第一次听说“电子复兴”计划的。有大约60人参加了那次会议，他们来自美国模拟器件公司、ARM公司、Cadence公司、英特尔公司、英伟达公司、高通公司、新思科技公司、台积电和赛灵思公司等。英伟达公司架构研发副总裁Steve Keckler表示，该会议是在向可能还没有参与过DARPA项目的产业界高管们介绍“电子复兴”计划。他认为“电子复兴”计划是一个可以让未与DARPA合作过的更广泛合作伙伴将产品推向市场的机遇。

就在本周内（7月18/19日）DARPA在圣何塞组织了一个为期两天的研讨会，与芯片专家进行交流并帮助他们完善与DARPA的合作关系。共有300多名代表参加了此次研讨会，他们来自45个公司、10个国防项目承包商和多所大学。

（二）：寻求材料、架构及设计领域创新

作为DARPA典型的四年期项目，“电子复兴”计划的项目提案将于今年9月份提出。

“电子复兴”第一阶段时间表

“电子复兴”计划总负责人比尔•夏贝尔概括性地描述了在大约四年后项目圆满完成时他期望看到的结果。到那时，会有更多的小团队包括一些从应用程序开发的团队加入到电子产品的设计中来。芯片设计流程的复杂程度越来越高，而这正是需要进行实质性改变的成熟领域。机器学习及其它技术有助于自动化物理验证，工程师可以精心的设计芯片的物理结构来创造全新的功能，新型材料的市场应用也将加速实现。比尔•夏贝尔希望“电子复兴”计划能与DARPA在80年代末开展的“Mosis”计划具有一样大的影响力。

来自英伟达的Keckler说：“我们正面临着技术进步的放缓，虽然目前仍存在进化改进的空间，但我们需要跳出的传统思维框架，寻求有关材料和器件先进性能的创新性思维。例如，运用全新的抽象层来简化设计。目前，有些人仍然在用Verilog语言进行设计。借助C和C++语言提升抽象层水平将会获得更高的生产力和更低的错误率。”在器件的层次，Keckler呼吁创造出能将多个芯片集成在一个单一系统并通过光子进行互联的新技术。此外，Keckler还指出，值得整个研究界思考的一个重要问题是我们应用专业化系统与通用系统的程度。

（三）：细致考量，提供合理适量的资金

到目前为止，虽然“电子复兴”计划刚开始的规模还不大，但因主旨目标和发展方向正确，已经获得了不少赞誉。“电子复兴”计划起初本身只涉及7500万新政府资助。联合现有DARPA项目，“电子复兴”计划资金总额可超2亿美元。产业界预计将会提出使资金总额加倍的提案。

计划总负责人比尔•夏贝尔指出：“在未来24个月的时间内我们将启动10到20个项目，这几乎是我们通常每年工作量的两倍。”

例如，其中一个项目是对深度神经网络极限的探索，将开发具有深度学习功能的神经网络硬件并基于数据收集优化空中网络。还有一个独立项目计划采用亚阈值电压设计开发纳瓦级传感器。Cadence公司、英伟达公司和加州大学伯克利分校的研究人员将会共同努力协作完成更高层次的抽象设计。

此外，美国国防部将于明年启动一个全新的大学计划，预计将从半导体研究联盟（SRC）筹集超过1.5亿美元的资金。“联合大学微电子计划”（JUMP）也将会设立四个研究中心，从事太赫兹无线通信、分布式系统、认知计算和记忆存储等领域系统和电路研究。

“电子复兴”计划跨越三个核心研究领域，分别设有专门负责项目执行的项目经理

美国能源部准备开展一项聚焦芯片制造设备研发的新项目，并为此于去年举办了一次研讨会。今年六月，美国能源部在百亿亿次计算项目（ECP）中授予AMD、Cray、惠普、IBM、英特尔和英伟达六家公司3年总额2.58亿美元的资金，旨在2021年前开发出百亿亿次级超级计算机系统。此外，这六家公司承诺将提供额外1.72亿美元投入作为美国能源部“前进道路”（PathForward）计划一部分的ECP项目，使该项目的资金总额达到4.3亿美元。据称中国也将投入总额高达1600亿美元的巨额公共和私有资金用于扩大其电子产业规模。

比尔•夏贝尔强调这种巨大的资金投入是为了在短期内使电子产业获得较大的能力提升，是在较为薄弱的基础之上塑造一个产业，而美国电子产业的状况完全不同。虽然“电子复兴”计划的资金投入与之相比规模相对较小，但计划资金主要用于发展超越当今现有技术水平的新事物并不需要巨额的资金投入，且这并非是美国政府解决方案的全部。

针对有些批评美国政府在各部门之间缺乏沟通协调的声音，比尔•夏贝尔主张“思维的多样性”。他指出，“电子复兴”计划之所更多的以适合以项目为导向，是因为现在还存在很多的未知量。各种各样不同的想法需要共同存在的空间。美国能源部的项目资金充足，会带来很大的推动作用，我们也正在与他们进行讨论，然而，这仅仅是一个自下而上的方法，存在于项目之中的项目。

英伟达的Keckler表示，虽然“电子复兴”计划的7500万美元的资金与产业界用于研发的投入相比少很多，但该计划是一个鼓励创新和推动技术大规模转移的良好机遇。通过“电子复兴”计划，政府与产业界可直接进行对话和交流，为创新型产品从实验室走入市场提供了巨大的机遇，事情正在向好的方向发展，这是一个非常好的开端。

最后Keckler还补充道：“虽然美国的半导体业通过巨额的资金投入可以轻松获益，但是美国国防部和能源部最终都是要履行任务职责的，他们投入的资金在很大程度上是为了完成一些具体的任务，而不仅仅是为实现建立一个健全产业这样的宏观目标。”

（四）：ERI确定三大领域项目经理

DARPA邀请了一些业界资深人士作为“电子复兴”计划（ERI）的项目经理。各领域的项目经理人选现已确定如下：

ERI的设计领域项目由安德鲁•欧佛森负责和领导。2016年，这位芯片设计师出身的企业家在6周内用不到100万美元完成了内含45亿个晶体管芯片的流片。他的创业公司Adapteva以出售价值100美元的超级计算机类并行计算板闻名于世，该公司最初的资金来源于Kickstarter网站的一项活动资助。

比尔•夏贝尔评价安德鲁•欧佛森是电子行业很多具有优秀品质中小企业主的典型代表。然而，他还指出，遗憾的是，当前还有很多像安德鲁•欧佛森一样的人由于参与规模的限制被排挤在先进半导体技术发展计划之外。

ERI主管设计领域的项目经理安德鲁•欧佛森

丹•格林负责ERI材料计划领域的工作。他曾在美国射频微器件公司也就是现在的Qorvo公司工作，是开创氮化镓材料新应用的先驱者。“他将基础原材料变成了对国家安全产生影响的产品，”比尔•夏贝尔评价道。

ERI主管材料领域的项目经理丹•格林

汤姆•龙多是主管ERI架构计划领域的项目经理。他是GNU无线电项目的主要开发人员，对可适应性系统架构开发具有浓厚的兴趣。比尔•夏贝尔评价道：“汤姆•龙多对于如何设计出可被市场接受的电子产品具有自己有趣而独到的见解，他是真正同时精通连通性和计算的架构专家。”

ERI主管材料领域的项目经理汤姆•龙多

此外，林顿•萨尔蒙是主管DARPA“联合大学微电子项目”（JUMP）的项目经理。在他的帮助之下，格罗方德、德州仪器和AMD公司将集成电路制造工艺节点从130纳米发展到了7纳米。

ERI主管JUMP项目的项目经理林顿•萨尔蒙

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