美国又一盘大棋：重振芯片产业大计5年投入超

美国 DARPA 官员日前公开讨论了美国“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。，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，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

昨天，一种叫做晶体管的设备在贝尔实验室得到了公开展示，它在通常使用真空管的无线电设备中有几项应用。

当天《纽约时报》的头版

在完全不重要的 D4 版，以一个“无线电新闻专栏”，最开始是在介绍两个新的节目

结尾却落脚到一则技术新闻，“晶体管”在这里第一次出现。图片来源rarenewspapers

从真空管到晶体管的转变被证明是划时代的，在晶体管之上，我们构筑起了超过70年的电子技术发展。

在晶体管推出十年后，德州仪器的Jack Kilby展示了第一个集成电路，所有的电路元件都放在同一个半导体材料芯片上，由此开启了晶体管走向无限小型化的道路，现在回头看，这个发展轨迹简直可以称得上是奇迹。

德州仪器的Jack Kilby 和集成电路。Jack Kilby 后来获得了诺贝尔物理学奖。

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。

，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（flatteng），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”（Jot University Microelectronics Program，JUMP）。在这里，也有必要提一下这个JUMP计划。