盤點DARPA對摩爾定律長日將盡時分的未雨綢繆

DARPA今年會議聚焦于集成線路設(shè)計，為美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在摩爾定律走向極限后做未雨綢繆。

美國DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)的今年會議剛結(jié)束，與去年不同的是今年的議題高度集中于線路設(shè)計，預(yù)計要在5年內(nèi)投入15億美元的研發(fā)預(yù)算，目標(biāo)是2025至2030年有機(jī)會可以開展的技術(shù)。

DARPA是一個聚焦大學(xué)、企業(yè)、國家實驗室研究方向的機(jī)構(gòu)，雖然它帶有濃厚的國防戰(zhàn)略色彩，但是對于民用科技也多次產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，譬如已成現(xiàn)代文明基石的Internet，就是由其發(fā)展出的ARPANET與IBM的Bitnet所整合出的架構(gòu)。

在集成線路設(shè)計方面的題目大致有下列幾個：芯片架構(gòu)(architecture)的變更、新設(shè)計流程、機(jī)器學(xué)習(xí)的自動化電路設(shè)計(EDA)、開源硬件IP以及3D單片堆疊(monolithic stacking)。

芯片架構(gòu)的變更包括過去已開始著手的基礎(chǔ)層次變更，譬如記憶體存取型態(tài)的更新，還有軟件定義的硬件(software-defined hardware)。軟件定義的硬件是指硬件可以預(yù)知要處理數(shù)據(jù)的種類，因而可以重新配置(reconfigure)線路，變成該數(shù)據(jù)的有效率處理器。另外還有特定領(lǐng)域系統(tǒng)芯片(domain specific system-on-chip)，目的在于在建立基礎(chǔ)架構(gòu)讓一已配備特定資源的芯片能被更廣泛的使用。

新設(shè)計流程的目的是要讓用極精簡的人力就能設(shè)計以前大團(tuán)隊才能設(shè)計的芯片，用的方法是使用抽象化和自動化的高階程式設(shè)計系統(tǒng)芯片。除了大幅降低設(shè)計人力資源門檻外，還很容易變更設(shè)計，并且能在不同制程平臺上搬動。Synopsis、Cadence、Mentor均參加此一計劃。

機(jī)器學(xué)習(xí)的自動化電路設(shè)計是另一項可以精簡人力資源或者是提高生產(chǎn)力的計劃。當(dāng)設(shè)計工程師以自動化電路設(shè)計工具設(shè)計集成線路時，機(jī)器學(xué)習(xí)也跟著學(xué)習(xí)設(shè)計。初步探討的結(jié)果，此一概念可行。由于機(jī)器學(xué)習(xí)需要大數(shù)據(jù)，云的布建是基礎(chǔ)工程。

硬件IP的建立是半導(dǎo)體行之有年的做法，但是開源的硬件IP則是另一回事。在半導(dǎo)體制程與設(shè)計日益復(fù)雜的環(huán)境下，硬件IP有可能步上軟件的后塵、走向開源，節(jié)省產(chǎn)業(yè)對于驗證個別硬件IP所需下的工夫，集中精力于線路與功能的創(chuàng)新。

3D單片堆疊比3D封裝在性能上更勝一籌，用不是太先進(jìn)的制程的3D單片堆疊芯片也有機(jī)會能在性能和成本上和用最先進(jìn)的制程設(shè)計生產(chǎn)的芯片比肩齊步，對于老舊晶圓廠相當(dāng)有幫助。

DARPA的這些計劃基本上都是對美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在摩爾定律長日將盡時分的未雨綢繆。如果制程微縮不能再創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值，何以為繼？這些計劃就是嘗試方向。另一個更明白的議程是競爭，畢竟DARPA是Sputnik衛(wèi)星發(fā)射后的回應(yīng)，其議程就不言而喻了。