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DARPA推出电子产业复兴计划
2017-09-19

[据DARPA官网9月13日综合报道]9月13日,DARPA官方公布了电子产业复兴计划(ERI)的最新投资。DARPA希望开辟新的创新途径,以应对迫在眉睫的工程和经济挑战。电子产业复兴计划将在未来四年中投资数亿美元,鼓励先进新型材料、电路设计工具和系统架构的研发。除DARPA现有的约六个项目以及资助美国大学基础电子学研究的大型项目以外,DARPA还在跨部门公告中宣布将增加6个新的产业促进项目。DARPA微系统技术办公室(MTO)主管Bill Chappell认为,摩尔定律(集成电路的晶体管数量每18-24个月会翻一番,而每个晶体管的成本将会下降)指导电子行业已有50余年。这条定律使科技界不断追求规模的扩张,而掌握技术者业已获得了最大的商业利益和防御能力带来的最大收益。虽然摩尔定律仍然适用,但若要赶上定律的预期,设计和生产将变得愈加困难和昂贵。当前,电子产业当前的发展轨迹正在给商业和国防发展增加负担。

为此,DARPA引入了电子产业复兴计划。电子产业复兴计划的三大支柱研究方向为:材料和集成、电路设计与系统架构。DARPA新公布的6个项目分属三大支柱研究方向之下,每年将吸引7500万美元的投资。最终,在电路的缩放规模无法降低成本时,ERI将成为技术进步的必要基础。

以下是6个项目的分类简介:

一、系统架构

系统架构方向包括独立运作的两个主要项目:

1. 软件定义硬件(SDH):SDH将构建可重配置的硬件和软件,其性能接近特定用途集成电路(ASIC),并可以运行数据密集型算法(该算法可能是未来机器学习和自主系统的基础)。在现代战争中,传感器提供的成千上万条ISR(智能、监视和侦察)数据、物流/供应数据与人员效能测定数据是决策的基础。这些数据的利用依赖于大规模运行的算法。

2. 特定域片上系统(DDSoC):驱动该项目的需求为:通过单个可编程框架快速开发多应用系统。可编程框架允许片上系统设计人员将通用/特殊目的电路(例如特定用途集成电路)、硬件加速器协同处理器、存储器和输入/输出(I/O)元素混合并匹配植入片上系统,用于开发特定技术领域内的应用程序。软件定义无线电(software-defined radio)是特定技术领域之一,其包括移动通信、卫星通信、个人局域网、所有类型的雷达以及电子战空间中的应用。

二、电路设计

电路设计方向主攻降低设计所需的时间和复杂度,包括两个主要项目:

1. 电子硬件智能设计(IDEA):IDEA计划设计一个“无人参与闭环”布局生成器,可使用户在24小时内完成电子硬件的物理设计,无需电子设计专长。IDEA将开发算法和软件,用于创建自动化统一布局生成器,为混合信号集成电路、系统级封装和印制电路板的设计提供便利。

2. 高级开源硬件(POSH):POSH计划创建一个开源的片上系统(SoC)设计和验证生态系统(包括技术、方法和标准),以使超复杂SoC的设计具有成本效益。DARPA的ERI团队希望,使复杂SoC设计门槛降低的新工具将为特定用途的设计开辟创新领域新纪元,主要体现为开源软件在应用层面的创新。

三、材料和集成
DARPA希望利用非常规电子材料的集成增强常规硅基电路的性能,并继续在传统上与电路缩放相关的性能方面取得进展。

1. 三维单片片上系统(3DSoC)项目主要开发材料、设计工具和制造技术。该项目将在单个衬底上构建三维微系统(具有向上的维度),不同于通常的平面二维微电子芯片。三维系统将使逻辑、存储和I/O元件的封装更有效率,能够大幅减少计算时间(只有原来的1/50),功耗也较少。

2. 新型计算需求基础(FRANC)项目:其目标是跨越传统逻辑与存储功能的鸿沟(即冯·诺依曼架构)。在存储器和处理器之间移动数据所造成的时间延迟和能量损耗是当今计算机性能的主要限制。研究人员将通过开发新的材料、组建和算法来克服“内存瓶颈”,加速数据在内存和逻辑电路之间的移动;或设计完全新颖的结构,使逻辑和存储电路形成更复杂的网格结构。

上述6个项目与DARPA现有的电子产业项目一起,为电子产业的创新和发展构建了持久的基础,并将在2025-2030年间,对美国国家安全产生重要影响。(中国航天系统科学与工程研究院 李薇濛 孔紫琴)


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