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拯救大兵摩尔,简析美国电子复兴计划

时间:09-03 00:00 阅读:4671次 转载来源:战略前沿技术

远望智库:与智者同行,为创新加速

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来源:半导体行业观察(ID:icbank)

作者:冯锦锋

2017年6月,美国国防高级研究计划局(DARPA,Defense Advanced Research Projects Agency)微系统技术办公室宣布推出新的电子复兴计划(ERI,Electronics Resurgence Initiative)。2018年7月,电子复兴计划第一次峰会召开,选出了第一批入选扶持项目。

摩尔陷入了困境

这是美国电子复兴计划的来由。老摩尔驰骋全球半导体战场50余年了,今天遇到了能否继续生存下去的“生命危险”。而美国是一等大兵摩尔的娘家和大本营,责无旁贷地要联合台积电、三星、ASML这些强大外援,团结美国国内一切可以团结的大学、研究所、企业、国防力量,一起拯救大兵摩尔。

摩尔留下了锦囊

这个锦囊,就是今天美国电子复兴计划所谓的“Page 3”。大兵摩尔在1965年初上半导体战场时,发表了“Cramming More Components onto Integrated Circuits”宣言。在这个宣言的第1页、第2页,阐述了被半导体世界广泛推崇的“摩尔定律”,即“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。”嗯,如果说机器人三定律可能会引导未来500年的话,摩尔定律则已经指导了过去至少50年。俗话说的好,Cash is King,所以大兵摩尔还是要比科幻作家阿西莫夫厉害许多。

而在第3页( 这是电子复兴计划反复提到“Page 3”的由来),大兵摩尔则为自己出征沙场留下了锦囊。简单说,大兵摩尔早在50年前,就告诉后人拯救他的4条突围路线:(1)优化芯片架构,(2)优化芯片设计,(2)改用更合适的材料,(4)高度集成。

摩尔的突围之路

1、架构

软件定义硬件(SDH)是一个突围方向。目标是创建一个硬件/软件系统,允许数据密集型算法以接近ASIC的效率运行,而无需承担ASIC开发相关的成本、周期或单一应用程序限制。

2、设计 

智能设计(IDEA)是一个突围方向。目标是创建一个布线图智能生成器,使没有电子设计专业知识的用户能够在24小时内完成电子硬件的物理设计,覆盖混合信号集成电路、系统级封装和印刷电路板等全领域。从整个芯片设计周期看,目标将从零开始数年完成一个产品推向市场的当前周期,缩短为数月以内。

3、材料与集成

三维单片片上系统(3DSoC)计划的总体目标是开发3D单片技术,使SoC的性能提高50倍。同时,评估建立一个超越冯诺依曼计算体系结构的可行性。

4、面向物联网

分层识别验证开发(HIVE)是一个突围方向,目标是构建一个新型的图形分析处理器,可以比当前处理技术快1000倍,更低功耗!当前的图形分析处理一般都需要服务器机架支撑的,而本计划将使得图形分析处理更方便、更切实可行,可以分析将由物联网、不断扩展的社交网络和未来传感器网络生成的数十亿乃至万亿级别的图形信息。

解救摩尔

是中国责任,更是中国机遇

这是全球的挑战,也是所有参与者的机遇。摩尔的全部突围之路,其实也是中国作为半导体后进国家追赶欧美的主攻方向。作者从自己工作经历,简单罗列了美国电子复兴计划对中国的几点启发,当然难免挂一漏万。

1、要把握芯片制造业赶超的机会

在美国电子复兴计划第一批入选项目中,一项称为“利用致密细粒度的单片三维集成技术彻底改革计算系统”(Revolutionizing Computing Systems through Dense and Fine-Grained Monolithic 3D Integration)的项目雄心勃勃:团队计划利用单片三维集成系统,使旧制造工艺(90 纳米制造工艺)所制造的芯片能与目前最先进技术所制造的芯片相媲美。

呼吁02专项能跟进研究;若如此,境内12英寸45-90纳米的存量生产线,也有得与台积电10-16纳米工艺一战之力。

2、要重视设计工具的重要性

在2018年8月28日的深圳平山区集成电路产业峰会上,Cadence介绍说美国电子复兴计划第一批入选项目,其是最大的承担者。这表明,要革命性的提升芯片性能,设计工具是最佳的切入口。

3、要正视我国芯片超大型项目管理的落后性

咱们不能总拿当年举国之力造两弹一星沾沾自喜。第一,那是钱学森那辈科学家的卓越贡献,今天的从业者何喜之有?第二,集成电路面向市场追求性价比领先的竞争性行业规律与当初两弹一星完全迥异。老实说,目前集成电路领域的超大型项目管理,隔壁美国还是值得我们学习的,DARPA策划的众多超大型项目,最终都转化为工业领域的巨大商业生产力。因此,在芯片这种全球化领域,我们不宜过度强调中国特色。

4、让我们拥抱未来,而不是挽留昨天

真正的强者,都不是外部能够打破的,颠覆它的,必然是它自己,譬如三十年以来的霸主Win-Intel。前几天,我一个同事把华为手机连接到27寸的显示器,操作Office,性能很好,我突然才发现原来手机Office性能其实已经非常够用,之所以远不如电脑Office普及,只是便捷性不够。当三五年后我们逐步习惯用外设键盘、显示器链接手机的时候,那时候的台式机主机、笔记本电脑,又有何用?那时候的Win-Intel,又将如何自处?2A(安卓Android-安谋ARM)能代表下一个三十年吗?

朝前看,是我们目前最需要做的。至于现在说哪一个半导体技术代表未来,还为时尚早。但在产业领域,我们不应该继续纠缠于昨天擦肩而过、今天大红大紫的明星技术和产品,而应该提前布局拥抱成为恋人,这总比等对方大红大紫之后成为对方的一个小粉丝,要理性的多。

开放合作是芯片发展的必然出路。

尾声

摩尔拯救活了会怎样?救活了仍然会死的,或是老死,毕竟nobody care 算力 anymore;或是若干年后在战场上被光计算、量子计算、生物计算杀死。

摩尔最终死了怎么办?

超越摩尔?


作者简介

冯博士是资深集成电路产业专家,目前任职于集成电路领域产业投资基金。

冯博士拥有上海交通大学工学博士(机器学习方向),清华大学硕士(技术经济),工学双学士(管理信息系统、计算机科学)学位。过去十余年曾任职于上海市高科技产业主管部门,深度参与过国家和上海市多项重大产业政策的起草实施和集成电路重点企业的投资建设。

冯博士是中美杰出青年领袖论坛(US-China Young Leader Forum)成员,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室客座教授,上海交通大学芯片设计与机器学习联合实验室客座教授。

冯博士1999年即为清华大学中国创业研究中心成员,2000年协助吴敬琏先生编译出版《硅谷优势》。目前同时兼任清华大学上海校友会副会长。(联系方式:jinf@139.com)

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