DARPA「聯合大學微電子學項目」將極大提升美國電子創新能力

美國國防高級研究計劃局（DARPA）的主要任務是研發未來幾年可增強決定性的國家安全能力的先進技術。新技術的獲得通常始於基礎科學與工程研究；反之，通過應用及目標為導向的工程和產品研發，這些基礎研究也為實現重大技術提升奠定了基礎。

因此，為加快龐大而複雜的微電子領域前端技術的發展，DARPA啟動「聯合大學微電子學項目」（JUMP），旨在解決微電子技術中新興的和現有的挑戰。截至1月1日，由來自30多所美國大學的研究人員組成的六大JUMP項目研究中心已經開始探索性研究活動，這將影響未來數十年國防及商業技術的發展。

一、項目背景

JUMP項目及其在基礎微電子技術領域建立基礎研究基地的活動只是DARPA「電子復興倡議」的一部分。未來四年，「電子復興倡議」將投入數億美元，以確保在電子性能方面取得長足的進步。「電子復興倡議」是商業界、國防工業界、大學研究人員和國防部之間開展的前瞻性合作項目。由工業界、學術界和國防部門之間聯合開展的JUMP是推進「電子復興倡議」發展的幾個關鍵組成部分之一，旨在培育美國下一輪半導體技術創新所需的環境。

二、項目基本情況

從2016年開始，DARPA與非營利性半導體研究公司（SRC）合作，組建了一個工業合作夥伴組成的聯盟，包括IBM公司、英特爾公司、洛克希德·馬丁公司、諾斯羅普·格魯曼公司、雷聲公司、台灣積體電路製造股份有限公司和三星公司等，它們是JUMP項目的基礎。

該聯盟以半導體研究公司作為行政中心，並於2017年在全球範圍內向大學尋求研究建議書，目標是找到解決微電子領域發展挑戰的創新方法。該項目預計為期五年，將花費約2億美元，其中DARPA承擔約40％的費用，其餘60％由聯盟合作夥伴共同承擔。

三、項目目標

DARPA JUMP項目經理林頓·薩蒙表示，JUMP及其6個主題研究中心的任務是推動新一輪基礎研究，為國防部和國家安全提供2025～2030年期間所需的基於微電子的顛覆性技術。薩蒙表示，希望通過這些大學團隊尋求應對嚴峻的技術挑戰的創新解決方案，克服當前在電子系統性能和可拓展性方面存在的局限性。這反過來也有助於發展可極大增強作戰人員環境感知、信息處理以及通信能力的相關技術。

四、JUMP項目六大研究中心

JUMP項目共有六個研究中心。它們可分為兩大類：一類是四個以「縱向」應用為核心的研究中心，另一類是兩個以「橫向」學科研究為核心的研究中心。

對於JUMP而言，「縱向」研究中心旨在解決以應用為導向的目標，利用超越當前可用能力的能力促進複雜系統的發展。其中，研究重點包括認知計算、智能記憶和存儲、分散式計算和網路、無線射頻和太赫茲感測器以及通信系統等領域。這些研究旨在研發可在未來五年時間框架內轉化為軍用和工業應用並在10年內可部署的系統。以下是JUMP項目四大「縱向」研究中心：

（1）腦啟發使能自主智能計算中心（C-BRIC）：由美國普渡大學的考希克·羅伊領導的C-BRIC項目旨在在認知計算領域取得重大進展，目標是研製新一代自主智能系統。下一輪人工智慧浪潮有望實現如無人機和個人機器人助手等自主智能系統，但需要新型半導體技術來滿足超越當前機器學習應用所需的能量和計算需求。來自9所大學的研究人員將探索神經啟發演算法、理論、硬體結構和應用動力，以實現該中心的任務，並為未來的人工智慧硬體奠定基礎。

（2）聚合太赫茲通信與感知中心（ComSecTer）：加州大學聖巴巴拉分校馬克·羅德維爾領導來自10所大學的研究人員將在ComSecTer研究旨在支持無人駕駛車輛革命和新興智能高速公路的未來蜂窩基礎設施技術。預計蜂窩基礎設施能夠支持厘米精確定位、高解析度成像和輕型「耳語無線電」（whisper radio）等技術所需的數據需求。研究人員將利用其解決與當前的自動駕駛相關的某些通信、安全及導航問題。

（3）普遍感知、認知和行動網路基礎設施計算（CONIX）：根據CONIX，卡內基梅隆大學的安東尼·羅將帶領來自7所大學的研究人員為介於邊緣設備和雲之間的網路計算研發一種體系結構。雖然物聯網依賴於雲、邊緣設備和網路的共生關係，但由於物聯網生成的日益增加的數據需要雲端進行處理，因此現有網路面臨的壓力越來越大。通過將智能集成至網路，CONIX旨在通過將處理和決策過程轉移到雲端之外以及使當前和未來的物聯網應用具有更靈活的適應性來重新考慮當前的系統。

（4）智能存儲與內存處理研究中心（CRISP）：由弗吉尼亞大學的Kevin Skadron領導來自9所大學的研究人員將致力於推翻「內存壁壘」。這是一個在計算機系統中存在70年之久的技術瓶頸，阻礙著大數據在技術發現方面的使用。此項研究將致力於消除阻礙用戶訪問數據能力的內存與存儲之間的分離。為完成這項任務，CRISP的研究人員試圖將計算機處理能力建立在晶元級的存儲器和3D堆棧具有存儲器晶元的配對處理器上。一旦解決上述問題，用戶將能夠執行以前無法實現的海量信息計算，最終能夠實現在國家安全、醫學發現等領域的快速發展。

兩個「橫向」研究中心將致力於推動特定學科的根本性發展，目標是在一些與JUMP贊助商相關的領域（包括先進體系結構和演算法、先進設備、包裝和材料）取得顛覆性的突破。以下是JUMP項目兩個「橫向」中心：

（5）應用驅動體系結構（ADA）中心：ADA中心由密歇根大學的瓦萊里婭·波塔科領導，旨在通過使設計和製造流程大眾化來極大降低研發先進計算系統所需的成本、複雜性和能源。來自9所大學的研究人員將共同合作，全面重新思考當前的設計方式，為系統硬體和軟體設計研製一種模塊化方法。預計由ADA中心研究的 「即插即用」生態系統有助於減少研發新系統所需的技能障礙，擴大人才儲備，培養創意，以幫助推動新計算領域的建立和發展。

（6）節能集成納米技術應用與系統驅動中心（ASCENT）：ASCENT致力於解決與當前電子設備相關的數據傳輸瓶頸和能效挑戰。美國聖母大學的蘇曼·達塔將帶領13所大學的研究人員解決目前的互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術預期極限，以提高未來計算系統的性能、效率和能力。為實現該目標，該中心將探索四個主要的研究領域，包括新穎的集成方案、創新的設備技術以及硬體加速器的應用。

來源：DARPA網站/圖片來自互聯網

中國國防科技信息中心 申淼

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