美国国防部启动“电子复苏”新倡议
作者：梁东星 班级：1402019 学号:14020199040
【嵌牛导读】：当前微系统技术团体正在面临一系列长期发展障碍。开始于二战后晶体管发明的微电子革命，带来了今天集成有数以亿计晶体管数字开关的芯片，但目前已到了一个转折点。过了该转折点，创新者已经不能仅仅依靠在越来越小的空间内塞入越来越多的电子器件来获得益处。
【嵌牛鼻子】：全新微系统材料
【嵌牛提问】：“电子复苏”倡议的实现会对时代发展产生何种影响？
【嵌牛正文】：
美国国防先期研究计划局（DARPA）和半导体产业联盟（SIA）将共同启动一个总投资超过2亿美元的“电子复苏”新倡议。在美国国防部2018财年预算中为该项目拨款7500万美元，并以此拉动商业部分的投资，使总投资超过2亿美元。
该倡议的目标是启动电子新纪元。在该纪元中，性能的进步将不再通过器件持续小型化来实现，而是通过全新微系统材料、设计和架构的研究和发展来实现。
项目背景
当前微系统技术团体正在面临一系列长期发展障碍。开始于二战后晶体管发明的微电子革命，带来了今天集成有数以亿计晶体管数字开关的芯片，但目前已到了一个转折点。过了该转折点，创新者已经不能仅仅依靠在越来越小的空间内塞入越来越多的电子器件来获得益处。
挂帅该项目的DARPA微系统技术办公室（MTO）主任Bill Chappell指出：“近七十年以来，美国在电子创新领域的世界领导力已经为美国带来了经济和安全优势。如果我们想持续保持领先，就必须发起一场不再依赖于传统发展方法的电子革命。这是该新倡议的关键点，通过电路专门化来拥抱进展，以及来讨论下一阶段发展的复杂性，这些将对商业和国防安全将产生广泛影响。”
巨大影响
想要了解新倡议预期所能带来变化的巨大，可以看看在1948年7月1日悄然走入公众视野的上一次范式变化。彼时，“晶体管”一词在《纽约时报》D4页首次低调亮相。当天的“无线电新闻”专栏以介绍两个新电台节目开始，但以一些模糊不清的科技新闻结尾：“一种被称为晶体管的器件昨天首次被证实在无线电中有几种应用，而无线电通常采用的是真空管。”
从真空管向晶体管的转变被证明是具有里程碑式意义的，开启了超过70余年、基于这些不断增长的小型化器件的电子产业发展。如，在晶体管问世10年之后，美国德州仪器公司的Jack Kilby展示了第一个集成电路——这是一个伟大的突破，自此所有电路组成单元都可以共享由半导体材料制成的单个芯片，并且开启出一条看似不可思议的晶体管持续微型化的无情快速路。
提出缘由
在现代化方面，没有什么能比大量用于当前各技术领域的不计其数的微电子芯片更具代表性。这条从20世纪40年代分立器件到现如今在单个芯片上集成数十亿晶体管道路的核心是“微缩”。但任何一条水平道路都有终点。正如著名的摩尔定律所描述的那样，电子器件神奇般的小型化正以越来越低的单位成本产出越来越强的计算能力，但这种小型化正面临物理和经济上的发展限制。随着转折点的来临，在微电子领域的持续发展需要一个全新的创新阶段来保持电子创新的现代奇迹继续发展。
这一转折点不仅标志着人类历史上一个最重要的技术发展轨迹的改变，还是一个新技术创新和发展时代的开启。这正是DARPA新倡议的提出缘由。
研究内容
新倡议将聚焦电子器件用新材料、可将器件集成为复杂电路的全新架构、能使微系统设计以前所未有的高效率转化为现实的软硬件设计创新，目标是保证在不依赖于传统等比例缩放思路的条件下，实现电子器件性能的持续提升。具体包括三个方面：
01.材料
新倡议将探索利用非常规的电路元素，在无需更小晶体管的情况下，大幅提高电路性能。尽管硅是我们最熟悉的微系统制造材料，锗硅等化合物半导体材料也已在细分领域扮演着重要角色，但这些材料在功能上的灵活性有限，且只能存在于单一平面层内。新倡议将研究和挖掘周期表内所有可能的候选材料，以制造下一代逻辑和存储器件，新倡议将进一步研究和挖掘周期表内所有可能的候选材料。研究工作将着眼于不同半导体材料在单片上集成、包含处理及存储功能的“粘性逻辑”器件，以及微系统器件的垂直而非仅仅平面的集成工艺。
2.架构
新倡议将研究针对所执行特定任务的最优化的电路结构。已为机器学习发展奠定大量基础的图形处理单元已经展现出通过专门硬件架构可获得性能上的提升。新倡议还将继续探索其它的可能性，例如可根据所支持软件需求进行调整的可重构物理架构。
3.设计
新倡议将专注于研发可对特定电路进行快速设计和实现的开发工具。与通用电路不同，专用器件运行速度更快、更节能。尽管DARPA持续为军事需求投资专用集成电路（ASIC），但ASIC的开发成本太高、且非常耗时。新的设计工具和开放源码的设计范式将带来变革性影响，支持创新人员可以快速而低成本地为一系列商业应用创建专门电路。
自评
Chappell表示：“计算技术、通信技术、导航技术以及数不清其他技术都依赖的微电子技术的发展和日益复杂是令人震惊的，并且基本上都是基于同样的硅基方法。我们看看在刚刚过去的十年时间里，仅仅由于移动电话技术的发展就给这个世界带来了多么大的变化。为了在传统等比例缩放方法逐渐失效的情况下，继续保持向前发展的步伐，我们需要打破传统，接受新倡议所提出的各种创新思路。我们期待与商业部门、国防工业基础、高校、国家实验室和其他技术创新的基地紧密合作，共同发起一场新的电子技术革命。”
DARPA表示，除了推进用于国家安全半导体技术领域的发展，该研究的涟漪效应将在半导体应用的所有范围内发挥作用，包括通信、计算机、健康护理、运输和清洁能源。
工作开展
接下来的几个月，DARPA MTO将通过技术讨论、工作组和其他渠道来联系微电子团体，建立一个协作、共享的研究议程。这些将对DARPA最近启动的“联合高校微电子项目”（JUMP）形成补充，该项目是在基础电子领域最大的高校联合研究，由DARPA和半导体研究联盟共同提供资金支持。
