在這個(gè)靠近硅谷灣區(qū)的明星城市，美國(guó)首次“電子復(fù)興計(jì)劃”峰會(huì)(ERI Summit)拉開帷幕。

峰會(huì)的組織者，是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局 DARPA。大會(huì)演講者，包括今年的圖靈獎(jiǎng)得主、Google 母公司 Alphabet 的董事會(huì)主席、前任斯坦福校長(zhǎng) John Hennessy 等多位高科技公司的掌門人和學(xué)界領(lǐng)袖。

在這場(chǎng)為期三天的大會(huì)上，討論的議題包括下一代人工智能的硬件，如何應(yīng)對(duì)摩爾定律的終結(jié)，材料與集成等等。

但大會(huì)的詳細(xì)討論，在網(wǎng)上披露甚少。

不過(guò)，至少有一個(gè)信息，明確的傳達(dá)了出來(lái)。就在這次的大會(huì)上，美國(guó)的電子復(fù)興五年計(jì)劃，選出了第一批入圍扶持項(xiàng)目。

追蹤入圍項(xiàng)目詳情

然而，這些項(xiàng)目并沒(méi)有完整的公布出來(lái)。經(jīng)過(guò)一番努力，量子位終于在海量信息中，整理出一個(gè)較為完整的答案。

這些項(xiàng)目共分成三組，共計(jì)六個(gè)類別。

有兩類項(xiàng)目與設(shè)計(jì)相關(guān)：電子裝置的智能設(shè)計(jì)(IDEA)，一流的開源硬件(POSH)。

IDEA

IDEA 旨在創(chuàng)建一個(gè)“無(wú)需人工參與”(no human in the loop)的芯片布局規(guī)劃(layout)生成器，讓沒(méi)什么專業(yè)知識(shí)的用戶也能在一天內(nèi)完成硬件設(shè)計(jì)。

而 DARPA 的愿景，是最終讓機(jī)器取代人類進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。

這個(gè)領(lǐng)域最大的撥款(2410 萬(wàn)美元，約合 1.65 億元)給予 Cadence 公司 David White 領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目(還有英偉達(dá)等合作伙伴)。“這個(gè)計(jì)劃將為我們的模擬、數(shù)字、驗(yàn)證、封裝和 PCB EDA 技術(shù)奠定基礎(chǔ)”，Cadence 公司表示。

PCB EDA 指的是印刷電路的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

據(jù) Cadence 高級(jí)副總裁 Tom Beckley 介紹，他們的 EDA 平臺(tái) Virtuoso 已經(jīng)包含機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，有大約 30 位工程師正從事這方面研究，而 IDEA 的支持能讓更多機(jī)器學(xué)習(xí)工程師加入其中。

IDEA 的全部入圍名單如下：

機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人資金(美元)

CadenceDavid White2410 萬(wàn)

加州大學(xué)圣迭戈分校Andrew Kahng1130 萬(wàn)

加州大學(xué)伯克利分校Jonathan Bachrach870 萬(wàn)

密歇根大學(xué)David Wentloff640 萬(wàn)

明尼蘇達(dá)大學(xué)Sachin Apatnekar530 萬(wàn)

普林斯頓大學(xué)David Wentzlaff280 萬(wàn)

UIUCMartin Wong170 萬(wàn)

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Nan Sun170 萬(wàn)

普渡大學(xué)Dan Jiao130 萬(wàn)

耶魯大學(xué)Rajit Manohar120 萬(wàn)

猶它大學(xué)Pierre-Emmanuel Gaillardon100 萬(wàn)

以上。項(xiàng)目詳情 DARPA 沒(méi)有公布。不過(guò)也有一些信息具備參考價(jià)值。

去年的 EDPS 2017(電子設(shè)計(jì)過(guò)程研討會(huì))上，David White 講述了 Cadence 旗下 Virtuoso 平臺(tái)的相關(guān)進(jìn)展。他主要提及了 EDA 領(lǐng)域面臨的現(xiàn)狀，以及如何使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)等等相關(guān)情況。

David White 的 PPT 傳送門在此：http://edpsieee.ieeesiliconvalley.org/EDP2017/Papers/4_David_White.pdf

這個(gè)方向也和 DARPA 的需求一致。

此外，前面提過(guò)英偉達(dá)也參與了這個(gè)項(xiàng)目。據(jù)透露，英偉達(dá)正在開發(fā)中的最新技術(shù)，也將用于這個(gè)研究之中。英偉達(dá)的研究，其實(shí)是在 DARPA“更快速實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)”(CRAFT)計(jì)劃之中。

POSH

POSH 旨在將開源的文化和能力，帶入硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域。官方解釋說(shuō)：“為了讓定制化、高性能的 SoC 系統(tǒng)更加普及，POSH 計(jì)劃需求開發(fā)可持續(xù)的開源 IP 生態(tài)，以及相應(yīng)的驗(yàn)證工具。”

DARPA 希望在 POSH 計(jì)劃的支持下，能夠創(chuàng)建一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的基礎(chǔ)架構(gòu)，每一個(gè)新的設(shè)計(jì)無(wú)需從零開始，而且要為基于開源檢查的用戶提供更深層次保證。

簡(jiǎn)單講就是一句話，用開源的方式，實(shí)現(xiàn)超復(fù)雜 SoC 的低成本設(shè)計(jì)。

POSH 的獲資助入圍名單如下：

機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人資金(美元)

桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Eric Keiter690 萬(wàn)

SynopsysAlex Rabinovitch610 萬(wàn)

南加州大學(xué)Tony Levi600 萬(wàn)

斯坦福大學(xué)和 SiFiveClark Barrett590 萬(wàn)

北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校Michael Taylor270 萬(wàn)

華盛頓大學(xué)Richard C.J. Shi250 萬(wàn)

普林斯頓大學(xué)David Wentzlaff180 萬(wàn)

賽靈思Edgar Inglesias120 萬(wàn)

猶他大學(xué)Pierre-Emmanuel Gaillardon90 萬(wàn)

布朗大學(xué)Sherief Reda60 萬(wàn)

LeWiz 通信Chinh Le60 萬(wàn)

通過(guò)上述列表可見(jiàn)，來(lái)自桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Eric Keiter，獲得了最多的資金支持(690 萬(wàn)美元，4715 萬(wàn)元人民幣)。

Eric Keiter 幾年前領(lǐng)銜研發(fā)了 Xyce，這是一個(gè)開源的 SPICE(仿真電路模擬器)引擎。Xyce 能夠通過(guò)大規(guī)模并行計(jì)算平臺(tái)，解決特大電路問(wèn)題，能在常見(jiàn)的桌面平臺(tái)和 Unix 等平臺(tái)上運(yùn)行。

除了模擬電子仿真之外，Xyce 還可用于研究其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)等等。當(dāng)然 Xyce 是開源的，傳送門在此：

https://xyce.sandia.gov/

與架構(gòu)相關(guān)也是兩個(gè)計(jì)劃：軟件定義的硬件(SDH)和特定域片上系統(tǒng)(DSSoC)。

SDH

這個(gè)計(jì)劃的目標(biāo)，是構(gòu)建運(yùn)行時(shí)可基于所處理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)重新配置的軟件和硬件。

DARPA 對(duì)這種軟件+硬件的期望不低，是要在數(shù)據(jù)密集型算法上，性能媲美 ASIC，又不能犧牲多功能性和可編程性。

當(dāng)然，更不能像 ASIC 那樣，為每一種應(yīng)用開發(fā)專門的電路。

DARPA 想借這個(gè)計(jì)劃，讓美國(guó)國(guó)防部廣泛使用機(jī)器學(xué)習(xí)和里 AI 來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性后勤工作，支持決策、情報(bào)、監(jiān)控和偵查等功能。

這一領(lǐng)域的資金，最大一筆 2270 萬(wàn)美元(約合人民幣 1.55 億元)撥給了英偉達(dá)。英偉達(dá)說(shuō)，他們計(jì)劃在項(xiàng)目期間通過(guò)硬件和軟件原型來(lái)展示創(chuàng)新的技術(shù)。

Stephen Keckler

合同為期 4 年，團(tuán)隊(duì)由分管架構(gòu)研究的英偉達(dá)副總裁 Stephen Keckler 負(fù)責(zé)，成員除了英偉達(dá)員工之外，還有來(lái)自 MIT、伊利諾伊大學(xué)香檳分校(UIUC)加州大學(xué)戴維斯分校的研究者們。

Keckler 也是德克薩斯奧斯汀大學(xué)教授，他的研究領(lǐng)域包括并行計(jì)算架構(gòu)、高性能計(jì)算、高能效架構(gòu)、嵌入式計(jì)算等等。

關(guān)于英偉達(dá)具體要怎樣造出性能媲美 ASIC 又多功能、可編程的芯片，并沒(méi)有太多的介紹。不過(guò)這個(gè)項(xiàng)目的成果，受益者不止 DARPA 一家。

Keckler 說(shuō)：“通過(guò)這個(gè) ERI 項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)，會(huì)對(duì)電子計(jì)算設(shè)備的未來(lái)，和英偉達(dá)的未來(lái)產(chǎn)品有潛在影響。”

入選 SDH 的有 9 個(gè)團(tuán)隊(duì)：

機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人資金(美元)

英偉達(dá)Stephen Keckler2270 萬(wàn)

華盛頓大學(xué)Michael Bedford Taylor900 萬(wàn)

密歇根大學(xué)Ron Dreslinski900 萬(wàn)

斯坦福大學(xué)Kunle Olukotun800 萬(wàn)

普林斯頓大學(xué)Margaret Martonosi580 萬(wàn)

系統(tǒng)與技術(shù)研究所(STR)Brad Gaynor550 萬(wàn)

英特爾Joshua Fryman450 萬(wàn)

喬治亞理工學(xué)院Vivek Sarkar450 萬(wàn)

高通Shekhar Borkar200 萬(wàn)

DSSoC

這個(gè)計(jì)劃的總體目標(biāo)，是開發(fā)一個(gè)可編程框架，用來(lái)快速開發(fā)多用途的片上系統(tǒng)(SoC)。這個(gè)框架，要讓 SoC 設(shè)計(jì)者更容易針對(duì)特定領(lǐng)域的問(wèn)題，將通用處理器、專用處理器、硬件加速器、內(nèi)存、輸入/輸出(I/O)等內(nèi)核結(jié)合、搭配起來(lái)。

DARPA 說(shuō)，這一領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)會(huì)從軟件定義的無(wú)線電入手進(jìn)行探索，幫國(guó)防部構(gòu)建靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、可管理、能對(duì)抗復(fù)雜信號(hào)環(huán)境的無(wú)線電系統(tǒng)。

DSSoC 最高的一筆資金是 1740 萬(wàn)美元(約合人民幣 1.19 億元)，撥給了亞利桑那州立大學(xué)副教授 Daniel Bliss。

Daniel Bliss

在這個(gè)項(xiàng)目中，Bliss 負(fù)責(zé)的部分叫做專注于領(lǐng)域的高級(jí)軟件重新配置異構(gòu)(Domain-Focused Advanced Software-Reconfiguration Heterogeneous，DASH)。

亞利桑那州立大學(xué)介紹說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目，與 Bliss 在學(xué)校里負(fù)責(zé)的無(wú)線信息系統(tǒng)和計(jì)算架構(gòu)(WISCA)實(shí)驗(yàn)室有著一致的目標(biāo)，都是構(gòu)建一個(gè)新框架，來(lái)推進(jìn)高性能、嵌入式、異構(gòu)的下一代處理器的開發(fā)。

團(tuán)隊(duì)里除了亞利桑那州立大學(xué)的成員之外，還有卡耐基梅隆大學(xué)(CMU)、密歇根大學(xué)的學(xué)者，他們還會(huì)和 ARM、EpiSys Sciences、通用動(dòng)力等公司合作。

Bliss 說(shuō)，他們會(huì)理解如何構(gòu)造這種新型芯片，開發(fā)出構(gòu)造這類芯片的工具，還會(huì)提供為這類芯片編程讓它運(yùn)行多種應(yīng)用的軟件和分析工具，包括在芯片內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行的工具。

另外，他們還計(jì)劃在芯片中嵌入機(jī)器學(xué)習(xí)功能，讓芯片能自己學(xué)習(xí)。

緊隨其后的是一筆 1470 萬(wàn)美元的資金，撥給了 IBM，由沃森研究中心的 Pradip Bose 負(fù)責(zé)。

DSSoC 全部入選項(xiàng)目如下：

機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人資金(美元)

亞利桑那州立大學(xué)Daniel Bliss1740 萬(wàn)

IBMPradip Bose1470 萬(wàn)

斯坦福大學(xué)Mark Horowitz640 萬(wàn)

橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Dr. Jeffrey Vetter600 萬(wàn)

在材料和集成領(lǐng)域，也有兩個(gè)計(jì)劃：?jiǎn)纹S片上系統(tǒng)(3DSoC);新計(jì)算所需基礎(chǔ)(FRANC)。

3DSoC

所謂 3DSoC，就是在 CMOS 基礎(chǔ)上增加多層互連電路，來(lái)實(shí)現(xiàn) 50 倍的功率計(jì)算時(shí)間提升以及降低功耗。

這個(gè)計(jì)劃入圍的團(tuán)隊(duì)最少，只有兩個(gè)。

機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人資金(美元)

麻省理工學(xué)院Max Shulaker6100 萬(wàn)

佐治亞理工學(xué)院Sung Kyu Lim310 萬(wàn)

去年 7 月，Max Shulaker 團(tuán)隊(duì)在 Nature 上發(fā)表文章，提出變革性的納米系統(tǒng)新理念，把計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)垂直集成在一個(gè)芯片之上。

與傳統(tǒng)集成電路結(jié)構(gòu)不同，這種分層式制備實(shí)現(xiàn)了在層間計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸入和輸出(如傳感)等功能結(jié)構(gòu)。可以在一秒內(nèi)捕捉大量數(shù)據(jù)，并在單一芯片上直接存儲(chǔ)，原位實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲得與信息的快速處理。

這個(gè)研究的題目是 Three-dimensional integration of nanotechnologies for computing and data storage on a single chip，傳送門在此：

https://www.nature.com/articles/nature22994

更早之前，Max Shulaker 團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出全球首臺(tái)碳納米晶體管計(jì)算機(jī)。

FRANC

FRANC 專注于在存儲(chǔ)器中使用新的非易失性設(shè)備。這個(gè)計(jì)劃尋求利用新的材料和器件，帶來(lái) 10 倍的性能提升。

DARPA 認(rèn)為這些新進(jìn)步，能夠讓以內(nèi)存為中心的計(jì)算架構(gòu)，克服當(dāng)前馮·諾依曼架構(gòu)中出現(xiàn)的內(nèi)存瓶頸。

“現(xiàn)在架構(gòu)中，移動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)間，比處理的時(shí)間還長(zhǎng)”，DARPA 還通過(guò) LSTM、ResNet-152、Alex Net 等案例說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

共有 6 個(gè)項(xiàng)目入選 FRANC：

機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)資助(萬(wàn)美元

UIUCNaresh Shanbhag8.3

Applied MaterialsDavid Thompson6.7

HRL 實(shí)驗(yàn)室Wei Yi3.4

FerricNoah Sturcken3.1

UCLASudhakar Pamarti1.9

明尼蘇達(dá)大學(xué)Jian-Ping Wang0.8

獲得最多資金支持的項(xiàng)目，負(fù)責(zé)人是 UIUC 的 Naresh Shanbhag 教授。在他自己的主頁(yè)上，公布了一些最新的研究。

傳送門在此：

http://shanbhag.ece.illinois.edu/papers.html

美國(guó)電子復(fù)興計(jì)劃

上面反復(fù)提到的美國(guó)“電子復(fù)興計(jì)劃”(Electronics Resurgence Initiative，ERI)到底是什么?

這是從 2017 年 6 月 1 日開始，DARPA 下的一盤大棋。DARPA 期望通過(guò)此次計(jì)劃，應(yīng)對(duì)微電子技術(shù)領(lǐng)域面臨的工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本方面的挑戰(zhàn)。

DARPA 為此下了大手筆，預(yù)計(jì)未來(lái)五年投入 15 億美元。而下注的不只 DARPA，據(jù)外媒 EETimes 報(bào)道，美國(guó)國(guó)會(huì)近期也增加了對(duì)電子復(fù)興計(jì)劃的投入，每年最多注資 1.5 億美元。

據(jù) DARPA 官方資料顯示，在 2018 財(cái)年，將有 2.16 億美元的資金流入電子復(fù)興計(jì)劃。

重金資助的背后，是美國(guó)對(duì)電子行業(yè)形勢(shì)深深的焦慮。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，也成為美國(guó)經(jīng)濟(jì)走在世界前列的保障。高速發(fā)展后的今天，當(dāng)摩爾定律開始不那么奏效，美國(guó)開始陷入長(zhǎng)期發(fā)展的阻礙。此時(shí)再不發(fā)力，怕是將優(yōu)勢(shì)全無(wú)。

在接受外媒 IEEE Spectrum 采訪時(shí)，美國(guó)電子復(fù)興計(jì)劃的負(fù)責(zé)人 Bill Chappell 表示目前是一個(gè)獨(dú)特的時(shí)間點(diǎn)。

“想尋求物理突破開始變得越來(lái)越難了，這是種潛在的趨勢(shì)，可以用整個(gè)系統(tǒng)的成本來(lái)表示。當(dāng)前，無(wú)論是設(shè)計(jì)、制造還是在系統(tǒng)芯片上編寫軟件都變得越來(lái)越昂貴，需要更大的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)管理底層的復(fù)雜性。”Chappell 說(shuō)。

讓 Chappell 焦心的除了內(nèi)憂，還有外患。而這個(gè)“外患”，就包括中國(guó)。

在 2018 年的國(guó)防戰(zhàn)略中，五角大樓將北京定義為其向前發(fā)展的兩大強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者之一。中國(guó)增加對(duì)微電子的投資開始讓五角大樓心慌，它開始擔(dān)心中國(guó)是否可能在使用中國(guó)芯片的美國(guó)軍事系統(tǒng)中隱藏惡意應(yīng)用程序或代碼。

Chappell 表示，中國(guó)的大部分投資都是用于制造設(shè)施，而非在基礎(chǔ)研究上的探索?？赡芤彩鞘艽擞绊?，和之前 DARPA 與大學(xué)基礎(chǔ)電子研究項(xiàng)目“聯(lián)合大學(xué)微電子項(xiàng)目”(JUMP)相比，電子復(fù)興計(jì)劃也開始更注重與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合。

DARPA 表示，新項(xiàng)目與 JUMP 計(jì)劃相結(jié)合會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，為下一階段的創(chuàng)新提供基礎(chǔ)，并在 2025 到 2030 年內(nèi)為美國(guó)提供重要的電子技術(shù)能力。