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美國下注15億美元重點搞芯片！電子復興5年計劃首批入圍項目曝光

點擊：  作者：量子位    來源：今日頭條  發(fā)布時間:2018-07-31 13:30:49

 

       上周，數(shù)以百計的工程師齊聚舊金山。

在這個靠近硅谷灣區(qū)的明星城市，美國首次“電子復興計劃”峰會（ERI Summit）拉開帷幕。

峰會的組織者，是美國國防部高級研究計劃局DARPA。大會演講者，包括今年的圖靈獎得主、Google母公司Alphabet的董事會主席、前任斯坦福校長John Hennessy等多位高科技公司的掌門人和學界領袖。

在這場為期三天的大會上，討論的議題包括下一代人工智能的硬件，如何應對摩爾定律的終結，材料與集成等等。

但大會的詳細討論，在網(wǎng)上披露甚少。

不過，至少有一個信息，明確的傳達了出來。就在這次的大會上，美國的電子復興五年計劃，選出了第一批入圍扶持項目。

追蹤入圍項目詳情

然而，這些項目并沒有完整的公布出來。經(jīng)過一番努力，量子位終于在海量信息中，整理出一個較為完整的答案。

這些項目共分成三組，共計六個類別。

 

有兩類項目與設計相關：電子裝置的智能設計（IDEA），一流的開源硬件（POSH）。

IDEA

IDEA旨在創(chuàng)建一個“無需人工參與”（no human in the loop）的芯片布局規(guī)劃（layout）生成器，讓沒什么專業(yè)知識的用戶也能在一天內完成硬件設計。

而DARPA的愿景，是最終讓機器取代人類進行芯片設計。

 

這個領域最大的撥款（2410萬美元，約合1.65億元）給予Cadence公司David White領導的項目（還有英偉達等合作伙伴）。“這個計劃將為我們的模擬、數(shù)字、驗證、封裝和PCB EDA技術奠定基礎”，Cadence公司表示。

PCB EDA指的是印刷電路的自動化設計。

據(jù)Cadence高級副總裁Tom Beckley介紹，他們的EDA平臺Virtuoso已經(jīng)包含機器學習技術，有大約30位工程師正從事這方面研究，而IDEA的支持能讓更多機器學習工程師加入其中。

IDEA的全部入圍名單如下：

 

以上。項目詳情DARPA沒有公布。不過也有一些信息具備參考價值。

去年的EDPS 2017（電子設計過程研討會）上，David White講述了Cadence旗下Virtuoso平臺的相關進展。他主要提及了EDA領域面臨的現(xiàn)狀，以及如何使用機器學習技術進行芯片設計等等相關情況。

 

David White的PPT傳送門在此：http://edpsieee.ieeesiliconvalley.org/EDP2017/Papers/4_David_White.pdf

這個方向也和DARPA的需求一致。

此外，前面提過英偉達也參與了這個項目。據(jù)透露，英偉達正在開發(fā)中的最新技術，也將用于這個研究之中。英偉達的研究，其實是在DARPA“更快速實現(xiàn)電路設計”（CRAFT）計劃之中。

POSH

POSH旨在將開源的文化和能力，帶入硬件設計領域。官方解釋說：“為了讓定制化、高性能的SoC系統(tǒng)更加普及，POSH計劃需求開發(fā)可持續(xù)的開源IP生態(tài)，以及相應的驗證工具。”

DARPA希望在POSH計劃的支持下，能夠創(chuàng)建一個經(jīng)過驗證的基礎架構，每一個新的設計無需從零開始，而且要為基于開源檢查的用戶提供更深層次保證。

簡單講就是一句話，用開源的方式，實現(xiàn)超復雜SoC的低成本設計。

 

POSH的獲資助入圍名單如下：

 

通過上述列表可見，來自桑迪亞國家實驗室的Eric Keiter，獲得了最多的資金支持（690萬美元，4715萬元人民幣）。

Eric Keiter幾年前領銜研發(fā)了Xyce，這是一個開源的SPICE（仿真電路模擬器）引擎。Xyce能夠通過大規(guī)模并行計算平臺，解決特大電路問題，能在常見的桌面平臺和Unix等平臺上運行。

除了模擬電子仿真之外，Xyce還可用于研究其他網(wǎng)絡系統(tǒng)，例如神經(jīng)網(wǎng)絡和電網(wǎng)等等。當然Xyce是開源的，傳送門在此：

https://xyce.sandia.gov/

 

與架構相關也是兩個計劃：軟件定義的硬件（SDH）和特定域片上系統(tǒng)（DSSoC）。

SDH

這個計劃的目標，是構建運行時可基于所處理數(shù)據(jù)實時重新配置的軟件和硬件。

DARPA對這種軟件+硬件的期望不低，是要在數(shù)據(jù)密集型算法上，性能媲美ASIC，又不能犧牲多功能性和可編程性。

當然，更不能像ASIC那樣，為每一種應用開發(fā)專門的電路。

DARPA想借這個計劃，讓美國國防部廣泛使用機器學習和里AI來實現(xiàn)預測性后勤工作，支持決策、情報、監(jiān)控和偵查等功能。

這一領域的資金，最大一筆2270萬美元（約合人民幣1.55億元）撥給了英偉達。英偉達說，他們計劃在項目期間通過硬件和軟件原型來展示創(chuàng)新的技術。

 

△ Stephen Keckler

合同為期4年，團隊由分管架構研究的英偉達副總裁Stephen Keckler負責，成員除了英偉達員工之外，還有來自MIT、伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）加州大學戴維斯分校的研究者們。

Keckler也是德克薩斯奧斯汀大學教授，他的研究領域包括并行計算架構、高性能計算、高能效架構、嵌入式計算等等。

關于英偉達具體要怎樣造出性能媲美ASIC又多功能、可編程的芯片，并沒有太多的介紹。不過這個項目的成果，受益者不止DARPA一家。

Keckler說：“通過這個ERI項目開發(fā)的技術，會對電子計算設備的未來，和英偉達的未來產品有潛在影響。”

入選SDH的有9個團隊：

 

DSSoC

這個計劃的總體目標，是開發(fā)一個可編程框架，用來快速開發(fā)多用途的片上系統(tǒng)（SoC）。這個框架，要讓SoC設計者更容易針對特定領域的問題，將通用處理器、專用處理器、硬件加速器、內存、輸入/輸出（I/O）等內核結合、搭配起來。

DARPA說，這一領域的團隊會從軟件定義的無線電入手進行探索，幫國防部構建靈活、適應性強、可管理、能對抗復雜信號環(huán)境的無線電系統(tǒng)。

DSSoC最高的一筆資金是1740萬美元（約合人民幣1.19億元），撥給了亞利桑那州立大學副教授Daniel Bliss。

 

△ Daniel Bliss

在這個項目中，Bliss負責的部分叫做專注于領域的高級軟件重新配置異構（Domain-Focused Advanced Software-Reconfiguration Heterogeneous，DASH）。

亞利桑那州立大學介紹說，這個項目，與Bliss在學校里負責的無線信息系統(tǒng)和計算架構（WISCA）實驗室有著一致的目標，都是構建一個新框架，來推進高性能、嵌入式、異構的下一代處理器的開發(fā)。

團隊里除了亞利桑那州立大學的成員之外，還有卡耐基梅隆大學（CMU）、密歇根大學的學者，他們還會和ARM、EpiSys Sciences、通用動力等公司合作。

 

Bliss說，他們會理解如何構造這種新型芯片，開發(fā)出構造這類芯片的工具，還會提供為這類芯片編程讓它運行多種應用的軟件和分析工具，包括在芯片內實時運行的工具。

另外，他們還計劃在芯片中嵌入機器學習功能，讓芯片能自己學習。

緊隨其后的是一筆1470萬美元的資金，撥給了IBM，由沃森研究中心的Pradip Bose負責。

DSSoC全部入選項目如下：

 

在材料和集成領域，也有兩個計劃：單片三維片上系統(tǒng)（3DSoC）；新計算所需基礎（FRANC）。

3DSoC

所謂3DSoC，就是在CMOS基礎上增加多層互連電路，來實現(xiàn)50倍的功率計算時間提升以及降低功耗。

 

這個計劃入圍的團隊最少，只有兩個。

 

去年7月，Max Shulaker團隊在Nature上發(fā)表文章，提出變革性的納米系統(tǒng)新理念，把計算和數(shù)據(jù)存儲垂直集成在一個芯片之上。

與傳統(tǒng)集成電路結構不同，這種分層式制備實現(xiàn)了在層間計算、數(shù)據(jù)存儲、輸入和輸出（如傳感）等功能結構。可以在一秒內捕捉大量數(shù)據(jù)，并在單一芯片上直接存儲，原位實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲得與信息的快速處理。

 

這個研究的題目是Three-dimensional integration of nanotechnologies for computing and data storage on a single chip，傳送門在此：

https://www.nature.com/articles/nature22994

更早之前，Max Shulaker團隊還研發(fā)出全球首臺碳納米晶體管計算機。

FRANC

FRANC專注于在存儲器中使用新的非易失性設備。這個計劃尋求利用新的材料和器件，帶來10倍的性能提升。

DARPA認為這些新進步，能夠讓以內存為中心的計算架構，克服當前馮·諾依曼架構中出現(xiàn)的內存瓶頸。

 

“現(xiàn)在架構中，移動數(shù)據(jù)的時間，比處理的時間還長”，DARPA還通過LSTM、ResNet-152、Alex Net等案例說明這個問題。

共有6個項目入選FRANC：

 

獲得最多資金支持的項目，負責人是UIUC的Naresh Shanbhag教授。在他自己的主頁上，公布了一些最新的研究。

傳送門在此：

http://shanbhag.ece.illinois.edu/papers.html

美國電子復興計劃

上面反復提到的美國“電子復興計劃”（Electronics Resurgence Initiative，ERI）到底是什么？

這是從2017年6月1日開始，DARPA下的一盤大棋。DARPA期望通過此次計劃，應對微電子技術領域面臨的工程技術和經(jīng)濟成本方面的挑戰(zhàn)。

DARPA為此下了大手筆，預計未來五年投入15億美元。而下注的不只DARPA，據(jù)外媒EETimes報道，美國國會近期也增加了對電子復興計劃的投入，每年最多注資1.5億美元。

據(jù)DARPA官方資料顯示，在2018財年，將有2.16億美元里資金流入電子復興計劃。

 

重金資助的背后，是美國對電子行業(yè)形勢深深的焦慮。

半個多世紀以來，美國在半導體領域一直處于領先地位，也成為美國經(jīng)濟走在世界前列的保障。高速發(fā)展后的今天，當摩爾定律開始不那么奏效，美國開始陷入長期發(fā)展的阻礙。此時再不發(fā)力，怕是將優(yōu)勢全無。

在接受外媒IEEE Spectrum采訪時，美國電子復興計劃的負責人Bill Chappell表示目前是一個獨特的時間點。

“想尋求物理突破開始變得越來越難了，這是種潛在的趨勢，可以用整個系統(tǒng)的成本來表示。當前，無論是設計、制造還是在系統(tǒng)芯片上編寫軟件都變得越來越昂貴，需要更大的設計團隊來管理底層的復雜性。”Chappell說。

讓Chappell焦心的除了內憂，還有外患。而這個“外患”，就包括中國。

在2018年的國防戰(zhàn)略中，五角大樓將北京定義為其向前發(fā)展的兩大強國競爭者之一。中國增加對微電子的投資開始讓五角大樓心慌，它開始擔心中國是否可能在使用中國芯片的美國軍事系統(tǒng)中隱藏惡意應用程序或代碼。

Chappell表示，中國的大部分投資都是用于制造設施，而非在基礎研究上的探索。可能也是受此影響，和之前DARPA與大學基礎電子研究項目“聯(lián)合大學微電子項目”（JUMP）相比，電子復興計劃也開始更注重與產業(yè)的結合。

DARPA表示，新項目與JUMP計劃相結合會產生巨大的能量，為下一階段的創(chuàng)新提供基礎，并在2025到2030年內為美國提供重要的電子技術能力。

— 完 —

問耕 夏乙 安妮 發(fā)自 凹非寺

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