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美国又一盘大棋重振芯片产业大计5年投入超略

2020/10/16 来源:朝阳信息港

导读

美国又一盘大棋:重振芯片产业大计5年投入超20亿美元!美国 DARPA 官员日前首次公然讨论了美国“电子复兴计划&rdquo

美国又一盘大棋:重振芯片产业大计5年投入超20亿美元!

美国 DARPA 官员日前首次公然讨论了美国“电子复兴计划”初步细节。计划未来5年投入超过 20亿美元,联合国防工业基地、学术界、国家实验室和其他创新温床,开启下一次电子革命。美国因其在半导体领域的优势而成为20世纪的科技强国。如今,在摩尔定律走向终结,人工智能和量子等新兴技术及产业出现的当下,美国正在积极计划首创他们下一个十年乃至百年的领先。

美国将在未来4年向两项研究计划投入1亿美元,创造一种新的芯片开发工具,旨在大幅着落设计芯片的壁垒。

这两项计划触及15家公司和200多名研究人员,此前一直处于秘密准备阶段,在刚刚结束的设计自动化大会(DAC 2018)上首次得到公然讨论。

不仅如此,这两项计划都只是美国国家“电子复兴计划”(Electronics Resurgence Initiative,ERI)的一部分。电子复兴计划(ERI)由DARPA管理,预计在未来5年投入15亿美元,推动美国电子行业向前发展。

美国国会最近还增加了对ERI的投入,每一年多注资1.5亿美元。因此,全部项目资金将到达22.5亿美元。

DARPA 计划7月底在硅谷举行为期3天的“电子复兴计划峰会”,集聚受摩尔定律影响最大的企业,包括来自商业部门、国防工业基地、学术界和政府的高级代表,就电子、人工智能、光子等5大领域的未来研究计划展开头脑风暴,共同塑造美国半导体创新的未来方向。

就在6月27日,美国正式开始了他们的“十年量子计划”,确保美国不落后于推动量子计划的其他国家。

过去70年来,美国因其在电子和半导体领域的领先地位,享受到了经济、政治和国家安全上的优势。如今,在摩尔定律走向终结,电子领域急需转变突破的关键点,在人工智能和量子等新兴技术及产业出现的当下,美国正在积极计划首创他们下一个十年乃至百年的领先。

人类历史上最重要的技术轨迹走向停滞,技术创新和进步更加大胆的时期行将开始

电子复兴计划的源起,是美国国防部在2018年财政年度预算中,提出给DARPA补充拨款7500万美元,联合公共部门和私人企业,提升芯片性能,方法包括但不限于:不断缩小元件体积,全新的微系统材料,设计和架构的创新。

之所以说“补充”,是由于国防部此前已计划拨款2亿美元,用于调和电子和光子相干系统方面的工作,另外还不算商业部门的额外投资。

目前,微系统技术界经过20世纪高速发展后,正堕入一系列可以预期的长时间发展障碍。微电子革命始于第二次世界大战后晶体管的发明,如今,一片小小片的芯片上已可以容纳几十亿的晶体管。但转折点已到来。

“近70年来,美国一直享受着由电子创新领先地位而带来的经济和安全优势,”DARPA微系统技术办公室(MTO)主管Bill Chappell说。“如果我们想保持领先地位右踢陈文茜,就需要推动一场不依赖传统方法获得进展的电子革命。电子复兴计划的要点,就是通过电路专业化(circuit specialization)来争取进步,并理清下一阶段进步的复杂性,这将对商业和国防利益产生深远的影响。”

电子革命,20世纪最伟大的科技发展奇迹之一

为了理解美国电子复兴计划意在实现的变革的重要性,我们有必要在这里回顾一下上一次这样的范式转换,带来了多么巨大的变革。

1948年7月1日,《纽约时报》的D4页(一个完全不重要的版面),悄然出现了一个叫做“晶体管”(transistor)的词。

当天的“无线电通讯”专栏,一开始是在介绍两个新的电台节目,但却不知为何在扫尾的时候,落脚到一个晦涩的技术新闻上面:

昨天,一种叫做晶体管的设备在贝尔实验室首次得到了公然展现,它在通常使用真空管的无线电装备中有几项运用。

当天《纽约时报》的头版

在完全不重要的 D4 版,以一个“无线电新闻专栏”,最开始是在介绍两个新的节目

结尾却落脚到一则技术新闻,“晶体管”在这里第一次出现。图片来源:rarenewspapers

从真空管到晶体管的转变被证明是划时代的,在晶体管之上,我们构筑起了超过70年的电子技术发展。

在晶体管推出10年后,德州仪器的Jack Kilby展现了第一个集成电路,所有的电路元件都放在同一个半导体材料芯片上,由此开启了晶体管走向无穷小型化的道路,现在回头看,这个发展轨迹简直可以称得上是奇迹。

德州仪器的Jack Kilby 和集成电路。Jack Kilby 后来取得了诺贝尔物理学奖。

DARPA成立于1958年,也正是Kilby提出集成电路的那一年,很多硅时期的进步,包括半导体材料的基本进步,大规模集成和精密制造,也都是在DARPA的支持和推动下得以实现。

但是,与大多数发展道路一样,缩放(也行将更多的晶体管放在同一个芯片上)也终将迎来终点。以摩尔定律为代表的电子小型化道路,注定将触到物理学和经济学的极限。随着这个转折点的邻近,微电子技术的发展将需要一个新的创新阶段,从而继续保持电子创新的现代奇迹。

ERI计划的介绍中写道:“这1转折点不但标志着人类历史上最重要的技术轨迹之一的走向平缓和停滞(flattening),同时也标志着技术创新和技术进步更加大胆的时期的开始。”

这也是DARPA发起ERI的初衷。

ERI 计划:拼凑起来的微电子模块体现了众多参加过之前 DARPA-行业-学术合作的大学团体所完成的工作。DARPA 新的 ERI 电子复兴计划正在推动微系统结构和功能的新时期。来源:DARPA

电子复兴计划:预期的商业和国防利益将在2025-2030年实现

根据公然资料,电子复兴计划将专注于开发用于电子设备的新材料,开发将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构,和进行软硬件设计上的创新。

这一切,都是为了在将微系统设计变成现实产品的时候比以往更加高效。这也意味着,电子复兴计划的技术重点,是在不进行缩放的条件下,确保电子性能的延续改进和提升。

新的研究工作将补充DARPA去年创建的“联合大学微电子学计划”(Joint University Microelectronics Program,JUMP)。在这里,也有必要提一下这个JUMP计划。

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