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ERI一次峰会重点关注：芯片架构、集成电路设计和材料及集成

时间：2018-07-30 15:28来源：集成电路研发竞争情报

摘要：为了应对市场力量推动本来充满活力的全球电子产业走向更狭窄的计算机应用领域，远离下一波创新浪潮，美国国防高级研究计划局(DARPA)投入15亿美元进行“基础性改进”，启动后摩尔定律(mooresLaw)时代的电子产业。

为了应对市场力量推动本来充满活力的全球电子产业走向更狭窄的计算机应用领域，远离下一波创新浪潮，美国国防高级研究计划局(DARPA)投入15亿美元进行“基础性改进”，启动后摩尔定律(moore's Law)时代的电子产业。这个为期五年的路线图被称为“电子复兴计”(Electronics Resurgence Initiative，ERI) ，据相关官员表示该计划支撑了美国国防部的一些顶级技术重点领域，包括量子计算，人工智能，先进制造，空间和生物技术。美国国防高级研究计划局在旧金山召开了ERI一次峰会，重点关注ERI 的三大支柱：新的芯片架构、集成电路设计和材料及集成。
 
美国国防部高级研究计划局(DARPA)微系统技术办公室(Microsystems Technology Office)主任William Chappell博士表示：“我们正在努力做的是基础性改进而非任何一家公司合作伙伴想要或试图自己做的事情。”Chappell博士说，“摩尔定律是把双刃剑，在保证其继续有效的同时，必须忍受从fab到设计再到验证流程中成本的急剧上升，甚至呈指数级增长。我们正试图寻找其他途径，如在制造领域，可以通过新材料或者不仅仅依赖晶体管伸缩的新的集成工艺中来达到目的。”在峰会期间，美国国防部高级研究计划局还宣布了一份大学和企业研究工作清单，旨在推进其“三支柱”芯片战略。尽管芯片制造商英特尔公司(Intel corp.)以及其竞争对手GPU生产商Nvidia corp.和ARM 等越来越关注专有应用，其中许多是由人工智能和其他新兴的机器学习应用驱动的，但是 DARPA 正在尝试重启半导体研发周期，以应对全球大规模的芯片投资。
 
美国国防部高级研究计划局的微电子计划正值中美贸易竞争加剧之时。在2018年的美国国防战略中，美国将中国描述为未来发展的两个强大的竞争对手之一。中国增加对微电子领域的投资，引起美国的担忧，担心中国可能在美国军事系统中隐藏使用芯片的恶意程序或代码。Chappell博士特别提到中国对本土芯片行业的1500亿美元的投资，认为这一计划也将支持其它方面的规划，包括2030年成为人工智能世界领导者的国家战略，但同时指出，中国的大部分投资都投向了制造设施，而不是试图在技术上取得进步。ERI极力确保美国和欧洲在芯片设计和其产生的有价值的知识产权核（IP核）的领导地位。Chappell博士说“我们需要确保我们和我们的盟国都有新的发明，当老的工艺正在被大量复制的时候我们要发明了新的工艺。”
 
美国国防部高级研究计划局(DARPA)估计，这场全球竞争的技术战场将围绕着新材料、新片上系统(SoCs)的设计自动化以及可混合、匹配兼容于其他系统的新架构等方面展开。其中电子设备智能设计（Intelligent Design of Electronic Assets，IDEA）项目，试图开发一个平台，以支持 SoCs 自动化设计流程和芯片封装，以及与更大的系统互连。这些未来的芯片设计流程将利用机器学习、分析和自动化技术在大规模生产之前验证芯片设计。IDEA项目的参与者包括 Cadence、vidia 和卡内基梅隆大学等。
 
ERI的芯片架构研究集中在可重构的框架上，这些框架利用专用硬件来解决特定的计算问题。软件定义硬件(SDH)的参与者包括英特尔、 NVIDIA、高通公司、系统与技术研究所、佐治亚理工学院、斯坦福大学、密歇根大学、华盛顿大学和普林斯顿大学等。这项硬件结合“特定领域”SoC的项目工作于去年秋天启动。与此同时，Nvidia 将领导一个由行业和大学研究人员组成的团队，依托SDH项目寻求性能增益，其路径有些类似于今天的 ASICs，不牺牲数据密集型算法的可编程性。芯片架构项目的目标之一是为硬件开发开源软件，包括机器学习。
 
半导体材料和电路集成方面主要解决若隐若现的性能问题，例如困扰当前大数据应用程序的"内存瓶颈"。其中一项任务就是找到新的方法来组合基于各种材料和设计的不同IP 核。如麻省理工学院(MIT)、斯坦福大学(Stanford)和其它一些领先的工程学院的研究人员把重点放在新兴的三维SoC设计（3DSoC 项目）以及未来的方法上（FRANC项目）。3DSoC 项目旨在开发材料、设计工具和制造技术，以便在单一衬底上构建三维微系统。3DSoC的参与者包括：佐治亚理工学院；斯坦福大学；麻省理工学院；Skywater Technology Foundry，这是一家位于明尼苏达州的纯粹的200-mm芯片制造厂，其根源可以追溯到控制数据公司(Control Data corp.)；Cypress Semiconductor于近期加入。FRANC项目旨在促进“利用新材料特性的电路设计和消除或减少数据流动的方式处理数据的集成方案”。FRANC项目的参与者包括加利福尼亚大学洛杉矶分校、HRL实验室、应用材料公司、Ferric inc.、加州大学洛杉矶分校、明尼苏达大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校。
 
最后，美国国防部高级研究计划局的Chappell博士说，芯片计划的目的是“看看未来的可能是什么。”他补充道，“比以往任何时候都更重要的是，我们有的新发明，以确保半导体空间不会成为一种商品。”


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