作者：梁東星? ? ? ? ? ? ? 班級：1402019? ? ? ? ? ? ? 學(xué)號:14020199040

【嵌牛導(dǎo)讀】：當(dāng)前微系統(tǒng)技術(shù)團體正在面臨一系列長期發(fā)展障礙。開始于二戰(zhàn)后晶體管發(fā)明的微電子革命，帶來了今天集成有數(shù)以億計晶體管數(shù)字開關(guān)的芯片，但目前已到了一個轉(zhuǎn)折點。過了該轉(zhuǎn)折點，創(chuàng)新者已經(jīng)不能僅僅依靠在越來越小的空間內(nèi)塞入越來越多的電子器件來獲得益處。

【嵌牛鼻子】：全新微系統(tǒng)材料

【嵌牛提問】：“電子復(fù)蘇”倡議的實現(xiàn)會對時代發(fā)展產(chǎn)生何種影響？

【嵌牛正文】：

美國國防先期研究計劃局（DARPA）和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（SIA）將共同啟動一個總投資超過2億美元的“電子復(fù)蘇”新倡議。在美國國防部2018財年預(yù)算中為該項目撥款7500萬美元，并以此拉動商業(yè)部分的投資，使總投資超過2億美元。

該倡議的目標(biāo)是啟動電子新紀(jì)元。在該紀(jì)元中，性能的進(jìn)步將不再通過器件持續(xù)小型化來實現(xiàn)，而是通過全新微系統(tǒng)材料、設(shè)計和架構(gòu)的研究和發(fā)展來實現(xiàn)。

項目背景

當(dāng)前微系統(tǒng)技術(shù)團體正在面臨一系列長期發(fā)展障礙。開始于二戰(zhàn)后晶體管發(fā)明的微電子革命，帶來了今天集成有數(shù)以億計晶體管數(shù)字開關(guān)的芯片，但目前已到了一個轉(zhuǎn)折點。過了該轉(zhuǎn)折點，創(chuàng)新者已經(jīng)不能僅僅依靠在越來越小的空間內(nèi)塞入越來越多的電子器件來獲得益處。

掛帥該項目的DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室（MTO）主任Bill Chappell指出：“近七十年以來，美國在電子創(chuàng)新領(lǐng)域的世界領(lǐng)導(dǎo)力已經(jīng)為美國帶來了經(jīng)濟和安全優(yōu)勢。如果我們想持續(xù)保持領(lǐng)先，就必須發(fā)起一場不再依賴于傳統(tǒng)發(fā)展方法的電子革命。這是該新倡議的關(guān)鍵點，通過電路專門化來擁抱進(jìn)展，以及來討論下一階段發(fā)展的復(fù)雜性，這些將對商業(yè)和國防安全將產(chǎn)生廣泛影響。”

巨大影響

想要了解新倡議預(yù)期所能帶來變化的巨大，可以看看在1948年7月1日悄然走入公眾視野的上一次范式變化。彼時，“晶體管”一詞在《紐約時報》D4頁首次低調(diào)亮相。當(dāng)天的“無線電新聞”專欄以介紹兩個新電臺節(jié)目開始，但以一些模糊不清的科技新聞結(jié)尾：“一種被稱為晶體管的器件昨天首次被證實在無線電中有幾種應(yīng)用，而無線電通常采用的是真空管?！?/p>

從真空管向晶體管的轉(zhuǎn)變被證明是具有里程碑式意義的，開啟了超過70余年、基于這些不斷增長的小型化器件的電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如，在晶體管問世10年之后，美國德州儀器公司的Jack Kilby展示了第一個集成電路——這是一個偉大的突破，自此所有電路組成單元都可以共享由半導(dǎo)體材料制成的單個芯片，并且開啟出一條看似不可思議的晶體管持續(xù)微型化的無情快速路。

提出緣由

在現(xiàn)代化方面，沒有什么能比大量用于當(dāng)前各技術(shù)領(lǐng)域的不計其數(shù)的微電子芯片更具代表性。這條從20世紀(jì)40年代分立器件到現(xiàn)如今在單個芯片上集成數(shù)十億晶體管道路的核心是“微縮”。但任何一條水平道路都有終點。正如著名的摩爾定律所描述的那樣，電子器件神奇般的小型化正以越來越低的單位成本產(chǎn)出越來越強的計算能力，但這種小型化正面臨物理和經(jīng)濟上的發(fā)展限制。隨著轉(zhuǎn)折點的來臨，在微電子領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展需要一個全新的創(chuàng)新階段來保持電子創(chuàng)新的現(xiàn)代奇跡繼續(xù)發(fā)展。

這一轉(zhuǎn)折點不僅標(biāo)志著人類歷史上一個最重要的技術(shù)發(fā)展軌跡的改變，還是一個新技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展時代的開啟。這正是DARPA新倡議的提出緣由。

研究內(nèi)容

新倡議將聚焦電子器件用新材料、可將器件集成為復(fù)雜電路的全新架構(gòu)、能使微系統(tǒng)設(shè)計以前所未有的高效率轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的軟硬件設(shè)計創(chuàng)新，目標(biāo)是保證在不依賴于傳統(tǒng)等比例縮放思路的條件下，實現(xiàn)電子器件性能的持續(xù)提升。具體包括三個方面：

01.材料

新倡議將探索利用非常規(guī)的電路元素，在無需更小晶體管的情況下，大幅提高電路性能。盡管硅是我們最熟悉的微系統(tǒng)制造材料，鍺硅等化合物半導(dǎo)體材料也已在細(xì)分領(lǐng)域扮演著重要角色，但這些材料在功能上的靈活性有限，且只能存在于單一平面層內(nèi)。新倡議將研究和挖掘周期表內(nèi)所有可能的候選材料，以制造下一代邏輯和存儲器件，新倡議將進(jìn)一步研究和挖掘周期表內(nèi)所有可能的候選材料。研究工作將著眼于不同半導(dǎo)體材料在單片上集成、包含處理及存儲功能的“粘性邏輯”器件，以及微系統(tǒng)器件的垂直而非僅僅平面的集成工藝。

2.架構(gòu)

新倡議將研究針對所執(zhí)行特定任務(wù)的最優(yōu)化的電路結(jié)構(gòu)。已為機器學(xué)習(xí)發(fā)展奠定大量基礎(chǔ)的圖形處理單元已經(jīng)展現(xiàn)出通過專門硬件架構(gòu)可獲得性能上的提升。新倡議還將繼續(xù)探索其它的可能性，例如可根據(jù)所支持軟件需求進(jìn)行調(diào)整的可重構(gòu)物理架構(gòu)。

3.設(shè)計

新倡議將專注于研發(fā)可對特定電路進(jìn)行快速設(shè)計和實現(xiàn)的開發(fā)工具。與通用電路不同，專用器件運行速度更快、更節(jié)能。盡管DARPA持續(xù)為軍事需求投資專用集成電路（ASIC），但ASIC的開發(fā)成本太高、且非常耗時。新的設(shè)計工具和開放源碼的設(shè)計范式將帶來變革性影響，支持創(chuàng)新人員可以快速而低成本地為一系列商業(yè)應(yīng)用創(chuàng)建專門電路。

自評

Chappell表示：“計算技術(shù)、通信技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)以及數(shù)不清其他技術(shù)都依賴的微電子技術(shù)的發(fā)展和日益復(fù)雜是令人震驚的，并且基本上都是基于同樣的硅基方法。我們看看在剛剛過去的十年時間里，僅僅由于移動電話技術(shù)的發(fā)展就給這個世界帶來了多么大的變化。為了在傳統(tǒng)等比例縮放方法逐漸失效的情況下，繼續(xù)保持向前發(fā)展的步伐，我們需要打破傳統(tǒng)，接受新倡議所提出的各種創(chuàng)新思路。我們期待與商業(yè)部門、國防工業(yè)基礎(chǔ)、高校、國家實驗室和其他技術(shù)創(chuàng)新的基地緊密合作，共同發(fā)起一場新的電子技術(shù)革命?！?/p>

DARPA表示，除了推進(jìn)用于國家安全半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，該研究的漣漪效應(yīng)將在半導(dǎo)體應(yīng)用的所有范圍內(nèi)發(fā)揮作用，包括通信、計算機、健康護理、運輸和清潔能源。

工作開展

接下來的幾個月，DARPA MTO將通過技術(shù)討論、工作組和其他渠道來聯(lián)系微電子團體，建立一個協(xié)作、共享的研究議程。這些將對DARPA最近啟動的“聯(lián)合高校微電子項目”（JUMP）形成補充，該項目是在基礎(chǔ)電子領(lǐng)域最大的高校聯(lián)合研究，由DARPA和半導(dǎo)體研究聯(lián)盟共同提供資金支持。