美国"电子复兴计划"细节首发：下一个百年还要"统领"全球！

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美国 DARPA 官员日前首次公开讨论了美国“电子复兴计划”初步细节。计划未来五年投入超过 20 亿美元，联合国防工业基地、学术界、国家实验室和其他创新温床，开启下一次电子革命。美国因其在半导体领域的优势而成为20世纪的科技强国。如今，在摩尔定律走向终结，人工智能和量子等新兴技术及产业涌现的当下，美国正在积极计划开创他们下一个十年乃至百年的领先。

美国将在未来四年向两项研究计划投入 1 亿美元，创造一种新的芯片开发工具，旨在大幅降低设计芯片的壁垒。

这两项计划涉及 15 家公司和 200 多名研究人员，此前一直处于秘密筹备阶段，在刚刚结束的设计自动化大会（DAC 2018）上首次得到公开讨论。

不仅如此，这两项计划都只是美国国家“电子复兴计划”（Electronics Resurgence Initiative，ERI）的一部分。电子复兴计划（ERI）由 DARPA 管理，预计在未来五年投入 15 亿美元，推动美国电子行业向前发展。

美国国会最近还增加了对 ERI 的投入，每年多注资 1.5 亿美元。因此，整个项目资金将达到 22.5 亿美元。

DARPA 计划 7 月底在硅谷举办为期 3 天的“电子复兴计划峰会”，汇聚受摩尔定律影响最大的企业，包括来自商业部门、国防工业基地、学术界和政府的高级代表，就电子、人工智能、光子等五大领域的未来研究计划展开头脑风暴，共同塑造美国半导体创新的未来方向。


就在 6 月 27 日，美国正式开始了他们的“十年量子计划”，确保美国不落后于推动量子计划的其他国家。

过去 70 年来，美国因其在电子和半导体领域的领先地位，享受到了经济、政治和国家安全上的优势。如今，在摩尔定律走向终结，电子领域急需转变突破的关键点，在人工智能和量子等新兴技术及产业涌现的当下，美国正在积极计划开创他们下一个十年乃至百年的领先。

人类历史上最重要的技术轨迹走向停滞，技术创新和进步更加大胆的时代即将开始

电子复兴计划的源起，是美国国防部在 2018 年财政年度预算中，提出给 DARPA 补充拨款 7500 万美元，联合公共部门和私人企业，提升芯片性能，方法包括但不限于：不断缩小元件体积，全新的微系统材料，设计和架构的创新。

之所以说“补充”，是因为国防部此前已经计划拨款 2 亿美元，用于协调电子和光子相关系统方面的工作，此外还不算商业部门的额外投资。

目前，微系统技术界经过 20 世纪高速发展后，正陷入一系列可以预期的长期发展障碍。微电子革命始于第二次世界大战后晶体管的发明，如今，一片小小片的芯片上已经可以容纳几十亿的晶体管。但转折点已经到来。

“近 70 年来，美国一直享受着由电子创新领先地位而带来的经济和安全优势，”DARPA 微系统技术办公室（MTO）主管 Bill Chappell 说。“如果我们想保持领先地位，就需要推动一场不依赖传统方法取得进展的电子革命。电子复兴计划的要点，就是通过电路专业化（circuit specialization）来争取进步，并理清下一阶段进步的复杂性，这将对商业和国防利益产生深远的影响。”


电子革命，20世纪最伟大的科技发展奇迹之一

为了理解美国电子复兴计划意在实现的变革的重要性，我们有必要在这里回顾一下上一次这样的范式转换，带来了多么巨大的变革。

1948 年 7 月 1 日，《纽约时报》的D4页（一个完全不重要的版面），悄然出现了一个叫做“晶体管”（transistor）的词。

当天的“无线电通讯”专栏，一开始是在介绍两个新的电台节目，但却不知为何在收尾的时候，落脚到一个晦涩的技术新闻上面


结尾却落脚到一则技术新闻，“晶体管”在这里第一次出现。

DARPA 成立于 1958 年，也正是 Kilby 提出集成电路的那一年，很多硅时代的进步，包括半导体材料的基本进步，大规模集成和精密制造，也都是在 DARPA 的支持和推动下得以实现。

但是，与大多数发展道路一样，缩放（也即将更多的晶体管放在同一个芯片上）也终将迎来终点。以摩尔定律为代表的电子小型化道路，注定将触到物理学和经济学的极限。随着这个转折点的临近，微电子技术的发展将需要一个新的创新阶段，从而继续保持电子创新的现代奇迹。

ERI 计划的介绍中写道：“这一转折点不仅标志着人类历史上最重要的技术轨迹之一的走向平缓和停滞（flattening），同时也标志着技术创新和技术进步更加大胆的时代的开始。”

这也是 DARPA 发起 ERI 的初衷。


ERI 计划：拼凑起来的微电子模块体现了众多参加过以前 DARPA-行业-学术合作的大学团体所完成的工作。DARPA 新的 ERI 电子复兴计划正在推动微系统结构和功能的新时代。来源：DARPA

电子复兴计划：预期的商业和国防利益将在2025-2030年实现

根据公开资料，电子复兴计划将专注于开发用于电子设备的新材料，开发将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构，以及进行软硬件设计上的创新。

这一切，都是为了在将微系统设计变为现实产品的时候比以往更加高效。这也意味着，电子复兴计划的技术重点，是在不进行缩放的前提下，确保电子性能的持续改进和提升。

新的研究工作将补充 DARPA 去年创建的“联合大学微电子学计划”（Joint University Microelectronics Program，JUMP）。在这里，也有必要提一下这个 JUMP 计划。

JUMP 是 DARPA 和行业联盟半导体研究公司联合资助的最大的基础电子研究工作。预计在 5 年时间里投入 1.5 亿美金，联合了MIT、伯克利、加州大学体系里的美国众多一流高校和研究所，设置了 6 个不同的研究中心，探索 6 大不同的方向，是一个多学科跨领域的大规模长期合作计划，目标是大幅度提高各类商用和军用电子系统的性能、效率和能力（performance, efficiency, and capabilities）。

根据 JUMP 计划的公开资料，这些研究和开发工作应该“为美国国防部在先进的雷达、通信和武器系统方面提供无与伦比的技术优势，为军事和工业部门带来优势，并为美国的经济和未来的经济增长，提供独特的信息技术和对商业竞争力至关重要的处理能力”。

JUMP 计划专注于中长期（8 到 12 年）探索性研究，预期的国防和商业价值将在 2025 到 2030 年这个时间线实现。联盟致力于将资源集中在高风险、高收益、长期创新研究上面，加速电子技术和电路及子系统的生产力增长和性能提升，从而解决电子和系统技术中现有的和新出现的挑战。

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