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资讯 > VR/AR > 解读美国电子复兴计划(上)—— 联合大学微电子项目(JUMP)
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解读美国电子复兴计划(上)—— 联合大学微电子项目(JUMP)

时间:08-06 00:00 阅读:4601次 转载来源:微言创新微信号

摘要:“编者按以摩尔定律为代表的电子小型化道路即将触到物理学和经济学的极限,为了在不依赖摩尔定律的情况下继续推进电子器件性能的大幅提升,保持美国的领先地位,美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2017年6月启动了“电子复兴计划”(ERI:ElectronicsResurgenceInitiative),被业界

编者按

以摩尔定律为代表的电子小型化道路即将触到物理学和经济学的极限,为了在不依赖摩尔定律的情况下继续推进电子器件性能的大幅提升,保持美国的领先地位,美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2017年6月启动了“电子复兴计划”(ERI:Electronics Resurgence Initiative),被业界誉为将开启下一次电子革命。

DARPA提出的“电子复兴计划”是一个历时5年,总投资15亿美元的研究计划,是商业界、国防工业界、大学研究人员和国防部之间开展的一系列前瞻性合作项目,要求对微系统的材料、设计和架构等采用创新性的新方法开展研究。该计划主要包括由大学主导研究的联合大学微电子学项目(JUMP)、工业界主导研究的“Page 3 Investments”以及一些传统的项目等。本期主要介绍其中的联合大学微电子学项目(JUMP)。

图 1 DARPA电子复兴计划

一、JUMP项目介绍

(一)、背景

JUMP建立了一个由DARPA与工业界组成的联盟,工业界成员目前包括商业界的IBM、美光、英特尔、ADI、台积电、EMD Performance Materials(默克集团在美国的子公司)、ARM和三星电子;国防工业界的Northrop Grumman公司、雷神公司、洛克希德马丁公司。联盟成员共同拟定JUMP项目的重点研究领域,也共同为项目提供资金支持,DARPA将提供大约40%的资金,其他合作伙伴将共同承担60%。联盟持开放态度,欢迎更多的工业界赞助商加入。

美国国防部与工业界之间的这种协作,其目标是大幅提高商业和军事应用的电子系统的性能、效率和能力,为国防部在雷达,通信和武器系统方面等提供具有绝对优势的技术支持,也为美国经济提供对商业竞争力和未来的经济增长至关重要的信息技术和处理能力。

JUMP联盟旨在通过将资源集中在高风险、高回报、长期创新研究上来加速电子技术和电路、子系统及多尺度系统的生产力增长和性能提升,从而解决电子和系统技术方面的现有和新兴挑战。为此,JUMP专注于8-12年时间范围内的长期探索性研究,重点支持2025年及以后端到端传感和驱动、信号和信息处理、通信、计算和存储解决方案等应用所需的高性能、高能效的微电子技术的基础研究,并强烈鼓励大学之间的交叉共享、联合研究,以达到解决研究技术所需的深度和范围。

(二)、感兴趣的技术领域

JUMP联盟确定了6个重点技术领域,并向全美的高等教育机构或研究机构征集6个研究中心的项目提案。图2显示了各个研究中心之间的关系。这些中心分为两个类型 :(1)“纵向”,聚焦应用的研究中心,(2)“横向”,聚焦学科的研究中心。

图 2 JUMP研究布局结构图

图片来源:SRC官网

“纵向”研究中心强调以应用为导向的目标,专注于行业面临的关键技术问题,解决实现突破性技术和产品所需的从材料、结构、器件、电路、结构、算法、软件到系统应用全方位多学科科学和工程问题,这些中心将创建复杂的系统,其功能远远超出现有的能力,并且可以在5年的JUMP计划时间内完成技术成果转移并在大约10年内产业化。JUMP“纵向”中心感兴趣的技术领域包括:1RFTHz传感器和通信系统,(2)分布式计算系统,(3)认知计算,(4)智能内存和存储。

“横向”研究中心将推动特定学科或一系列相关学科的基础发展,将在重点学科建设基础内及其周边建立专业知识,并在JUMP赞助商感兴趣的领域创造颠覆性突破。“横向”研究中心的使命是识别和加速超越传统CMOS的新技术的研究进展。“横向”中心的提议者应该会定义一组关键指标,并将根据这组指标进行基础共性技术的研究和推动工作。JUMP“横向”中心感兴趣的技术领域包括:1)先进架构和算法,(2)先进器件、封装和材料

(三)、 支持的6个研究中心

1、提案选择

JUMP由半导体研究公司(SRC Semiconductor Research Corporation)的全资子公司SRCco代表联盟进行管理。它在JUMP理事会的指导下运作,并支持JUMP科学顾问委员会的工作。联盟根据公开项目指南评估了所有提案,从中进行筛选。提案评价标准按相对重要性从高到低依次为:

  • 整体的科技价值

  • 该中心的独创性,新颖性和影响力

  • 项目研究对联盟行业赞助商和DARPA需求的影响

  • 研究人员的能力

  • 成本效益,能否解决现实问题

被选中的提案,将根据与赞助商的赞助研究协议,在最长五年的基础研究期内进行资助,为学生培养、新领域的发现和进展提供充足时间。五年期间的JUMP总资金将超过1.5亿美元。在2.5年的时间节点上会进行中期检查,以便根据需要对中心的研究方向进行必要的调整。

2、支持的6个中心

目前已支持来自美国30多所高校的学术研究人员组成的6个联合大学微电子计划研究中心,并于2018年1月1日正式开启了探索性研究工作。

Center 1:太赫兹与感知融合技术研究中心(ComSenTer Center for Converged TeraHertz Communications and Sensing

由来自加州大学圣巴巴拉分校、加州大学伯克利分校、纽约大学等共8所大学研究人员组成的研究团队。致力于推动自动驾驶汽车和智能高速公路的技术发展,使用具有大规模空间复用的集线器为未来的蜂窝基础设施开发技术,这种未来蜂窝基础设施的回程将是光链路和Tb / s容量点对点大规模MIMO链路的混合。这些移动链接将具备支持厘米级精度定位,补充GPS,使用成像技术来定位通信伙伴的能力。这种智能沉浸式基础设施将支持低延迟虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和无缝远程呈现,以解决当前自动驾驶技术发展所面临的通信、安全、定位导航等方面的技术难题。

Center 2: 具备普适性感知、认知和行为能力的计算网络基础设施研究中心(CONIX Computing On Network Infrastructure for Pervasive Perception, Cognition, and Action)

来自卡内基梅隆大学、加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校、华盛顿大学等6所大学研究人员组成的团队。旨在提供一种新的中间层分布式计算,通过将更高水平的自治和智能推入网络,将云和边缘紧密结合在一起。这种基础设施对于未来的感知、认知和行动应用至关重要,如增强现实、智慧城市和移动机器人。

Center 3:支持自主智能的类脑认知计算研究中心(CBRIC Center for Brain-inspired Computing Enabling Autonomous Intelligence)

由来自普渡大学、宾夕法尼亚大学、宾州州立大学、乔治亚理工大学、波特兰州立大学等10所大学研究人员组成的团队。目标是在认知计算方面取得重大进展,以实现新一代自主智能系统的开发目标。自主智能系统需要在通用的节能神经基板上执行端到端功能(感知、推理和决策),在快速变化的环境中不断学习有限的数据,在安全和任务关键型应用中表现出高稳健性,并缩小当前计算平台和大脑之间的数量级能效差距。 CBRIC将通过神经启发算法和理论,神经形态硬件结构,分布式智能和应用驱动程序的协同探索来应对这些挑战。

Center 4: 智能存储和内存处理技术研究中心(CRISP Center for Research on Intelligent Storage and Processing-in-memory)

由来自佛吉尼亚大学、加州大学圣巴巴拉分校、加州大学圣地亚哥分校、 康奈尔大学、威斯康星大学/麦迪逊分校等10所大学的研究人员组成研究团队。致力于创建智能内存和存储(IMS)体系结构,提高缓存效率,尽可能地提高海量数据信息的计算处理速度。将需要重构整个系统堆栈,具有新的架构和操作系统抽象,新的存储器语义,用于编译和优化的新技术,以及动态但高效的系统软件。希望在各种异构架构中实现高程序员生产力和代码可移植性。

Center 5: 应用驱动架构研究中心(ADA  Applications Driving Architectures Center)

由来自密歇根大学、哈佛大学、华盛顿大学等8所大学的研究人员组成的团队。将利用当前应用驱动架构、系统驱动技术进步的机会,以及从编程语言到实现技术的敏捷系统设计框架的支持,研究系统设计创新。该中心将为系统硬件和软件设计创造可重用的组件,形成一套创新的模块化系统设计方法基准,在大幅提高系统性能同时,也有助于削减未来设计的人力和时间成本。这套方法基准将首先在两个应用领域的核心计算——视觉计算和自然语言处理进行测试,然后将扩展到JUMP“纵向”中心的应用中。

Center 6: 节能集成纳米技术应用及系统驱动中心(ASCENT Applications and Systems driven Center for Energy-Efficient Integrated NanoTechnologies)

由来自圣母大学、加州大学伯克利分校、康奈尔大学、乔治亚理工大学等15所大学的研究人员组成研究团队。专注于基础材料合成路线以及新型器件基础技术研究,包括开创具有多个交错的逻辑层和存储器层的3D垂直单片集成电路;研究结合处理和存储功能的超越CMOS器件如自旋电子器件;在刚性或柔性基板上将功能多样的纳米组件异构地集成到集成微系统中;以及基于研究的关键纳米技术组建,开展跨层设计,优化和实施工作,创建可扩展,高性能和高能效的微系统,以加速未来数据密集型大规模认知工作负载的处理速度。

二、总结

JUMP由政府牵头、广泛聚集工业界企业参与共同形成技术研究联盟,由联盟确定研究重点、目标及验收标准等。JUMP的六个研究中心的研究内容都是半导体和国防工业以及国防部系统开发的关键技术。并且希望通过六个“纵横贯通”的研究中心的建设,研究新的通用架构和系统设计技术,为新型器件类型以及新颖的异构集成解决方案提供机会,发明性能相当、功耗却比当前低1-3个数量级的新器件和设计,以提供“智能、自主、安全、连接、高效且价格合理”的电子设备,满足2025年及以后的传感、驱动、通信、计算和存储需求。然后由非盈利性专业半导体机构组织实施,通过向全美大学公开征集、择优资助的方式,由大学承担具体研究任务。

可以看到,一个行之有效,企业、高校紧密合作的产业联盟需要有共同的利益、目标及约束。JUMP项目由产业界与政府共同出资,由企业主导研究方向,根据业界明确需求开展联合大学研究计划,能够比较好地确保将来的研究成果向企业转移和产业化。并且通过这些研究计划将培养一批与产业界紧密结合,具有产业实践经验的高技能学生,这些学生几年后将成为业界的生力军,将这些新兴技术应用到商业解决方案中。这一产学研模式对我国在开展半导体产学研合作及人才培养上都将有所启发。

(责任编辑:刘小玲)

作者简介

韩芳,上海集成电路技术与产业促进中心工程师。

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