DARPA har en ambitiös plan på 1,5 miljarder dollar för att återuppfinna elektronik

Illustration av rödrandigt mönster under ett blått datorchip som fylls med vita fempunktsstjärnor. Ms. Tech

Förra året, den Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) , som finansierar en rad blå himmel-forskningsinsatser som är relevanta för den amerikanska militären, lanserade ett femårigt program på 1,5 miljarder dollar, känt som Electronics Resurgence Initiative (ERI) för att stödja arbetet med framsteg inom chipteknologi. Byrån har just avslöjat den första uppsättningen av forskarteam som valts ut för att utforska oprövade men potentiellt kraftfulla tillvägagångssätt som kan revolutionera amerikansk chiputveckling och tillverkning.

Hårdvaruinnovation har tagit något av en baksäte till mjukvaruframsteg de senaste åren, och det stör den amerikanska militären av flera skäl.

Slutet på en era

Överst på listan är att Moores lag, som säger att antalet transistorer som monteras på ett chip fördubblas ungefär vartannat år, håller på att nå sina gränser (se Moores lag är död. Vad nu? ). Det kan hindra framtida framsteg inom elektronik som militären förlitar sig på, såvida inte nya arkitekturer och design kan tillåta framsteg i chipprestanda att fortsätta.

Det finns också oro för de stigande kostnaderna för att designa integrerade kretsar, och för ökade utländska - för vilka läs kinesiska - investeringar i halvledardesign och tillverkning (se Kina vill göra de chips som kommer att lägga till AI till alla prylar).

ERI:s budget representerar ungefär en fyrfaldig ökning av DARPAs typiska årliga utgifter för hårdvara. Inledande projekt speglar initiativets tre breda fokusområden: chipdesign, arkitektur och material och integration.

Ett projekt syftar till att radikalt minska tiden det tar att skapa en ny chipdesign, från år eller månader till bara en dag, genom att automatisera processen med maskininlärning och andra verktyg så att även relativt oerfarna användare kan skapa design av hög kvalitet.

Ingen vet ännu hur man får en ny chipdesign klar på 24 timmar utan mänsklig inblandning, säger Andrew Kahng från University of California, San Diego, som leder ett av de inblandade teamen. Det här är ett fundamentalt nytt tillvägagångssätt som vi utvecklar.

Vi försöker konstruera hantverksbryggningsrevolutionen inom elektronik, säger William Chappell, chef för DARPA-kontoret som hanterar ERI-programmet. Byrån hoppas att de automatiserade designverktygen ska inspirera mindre företag utan resurserna från gigantiska chipstillverkare, precis som specialiserade bryggare i USA har förnyat sig tillsammans med ölindustrins jättar.

Nya spånmaterial och smart design

Men om vi ska gå bortom Moores lag är chansen stor att radikalt nya material och nya sätt att integrera datorkraft och minne kommer att behövas. Att flytta data mellan minneskomponenter som lagrar det och processorer som verkar på det suger upp energi och skapar ett av de största hindren för att öka processorkraften.

Ett annat ERI-projekt kommer att undersöka sätt på vilka nya kretsintegreringsscheman kan eliminera, eller åtminstone kraftigt minska, behovet av att flytta runt data. Det slutliga målet är att effektivt bädda in datorkraft i minnet, vilket kan leda till dramatiska ökningar av prestanda.

På chiparkitekturfronten vill DARPA skapa hårdvara och mjukvara som kan konfigureras om i realtid för att hantera mer allmänna uppgifter eller specialiserade sådana som specifika artificiell intelligensapplikationer. Idag behövs flera chips, vilket ökar komplexiteten och kostnaden.

Vissa av DARPA:s ansträngningar överlappar med områden som redan arbetas mycket med inom industrin. Ett exempel är ett projekt att utveckla 3D-system-på-chip-teknik , som syftar till att utöka Moores lag genom att använda nya material som kolnanorör och smartare sätt att stapla och dela upp elektroniska kretsar. Chappell erkänner överlappningen, men han säger att byråns eget arbete förmodligen är den största ansträngningen för att göra [metoden] verklig.

Inte nästan tillräckligt

Vissa tror att DARPA och andra armar av den amerikanska regeringen som stödjer elektronikforskning, som Department of Energy, borde spendera ännu mer för att stimulera innovation.

Erica Fuchs, professor vid Carnegie Mellon University som är expert på offentlig politik relaterad till framväxande teknologier, säger att eftersom chiputveckling har fokuserat på mer specifika applikationer har stora företag tappat aptiten på att spendera pengar på forskningssamarbete precis som Moores lag är stapplande.

Fuchs berömmer ERI men tycker att den amerikanska regeringens övergripande strategi för att stödja elektronikinnovation lätt är en storleksordning under vad som behövs för att möta de utmaningar vi står inför. Låt oss hoppas att gräsrotsrörelsen för chipdesign som DARPA försöker uppmuntra kommer att gå en bit på väg mot att överbrygga gapet.

Dölj