2016年5月11日，DARPA在五角大樓舉辦了“DARPA展示日”（Demo Day）向美國國防團體近距離展示DARPA的多項創(chuàng)新技術和處于研發(fā)/多種技術成熟度的軍事系統(tǒng)，遍布從水下到宇宙的各個作戰(zhàn)域，覆蓋DARPA的所有戰(zhàn)略關注領域，包括從傳感器和微系統(tǒng)到網(wǎng)絡空間和電磁頻譜，再到生物技術和反恐的各種武器裝備。

“DARPA展示日”分為10個主題，包括航空、網(wǎng)絡空間、海洋、航天、地面戰(zhàn)、生物、微系統(tǒng)、預研、反恐、頻譜。其中，微系統(tǒng)和頻譜主題所展示的項目均來自DARPA微系統(tǒng)技術辦公室（MTO），隸屬電子元器件范疇，今、明兩天將分別給用于全文公布。

微系統(tǒng)涉及領域：先進通信、成像、信息處理、顛覆性微電子技術的物理安全、微機電、光電器件。

國防部電子系統(tǒng)的安全和完整性正在受到供應鏈中偽冒集成電路（IC）的挑戰(zhàn)。造假者使用各種簡單、廉價的技術對廢舊IC進行改頭換面，通過再次出售獲取利潤。這些器件的可靠性和本應具有的功能都無法得到保證。如果武器裝備中使用了偽冒IC，極有可能因此導致作戰(zhàn)失誤，進而影響作戰(zhàn)任務的完成，以及危害士兵的生命。

SHIELD項目的目標是減少偽冒IC入侵國防電子供應鏈，通過使造假行為變得復雜和耗時以增加造假成本。該項目將研發(fā)包含國家安全局（NSA）級的加密能力、傳感、進場供電和通信功能，可嵌入至集成電路封裝中的“小芯片”。該100微米×100微米“小芯片”將作為硬件的“可信”認證源，可探測到任何試圖訪問和進行逆向工程的行為。在用外部探測設備對IC進行防偽檢測時，為該“小芯片”供能，以及在小芯片和服務器之間建立安全連接和驗證IC的來源。

SHIELD項目開發(fā)“小芯片”包括能捕捉試圖對芯片進行成像、去膠、去帽等行為的無源傳感器、阻止“小芯片”被整體移除的對“小芯片”進行損壞的機械裝置、完整的加密殷勤、先進的進場供能和通信技術。SHIELD項目包括三個階段：（1）研發(fā)實現(xiàn)“小芯片”所需的技術；（2）設計和制造“小芯片”；（3）在一個電子供應鏈的環(huán)境中進行演示。

在針對特定任務設計一個定制集成電路時，大的工程團隊也往往需要耗費高達1億美元的資金投入和2年多時間，如同步無人機的活動，或將原始雷達數(shù)據(jù)實時轉換為具有戰(zhàn)略意義的三維圖像。這就是為什么國防部的工程師通常尋求使用廉價、易獲取的通用型集成電路的原因，然后通過軟件使這些電路實現(xiàn)所需的特定功能。這樣做可以加快設計和應用，但也帶來了電路冗余和不必要的能耗，甚至導致所需電量有可能已超過小型飛行平臺或單兵的實際供應能力，而士兵身上已經(jīng)背負了太多電池。

CRAFT項目目標是將定制集成電路的設計周期從數(shù)年縮短為數(shù)月；當下一代制造工藝投入使用時，器件設計架構容易實現(xiàn)復用；能夠產(chǎn)生一個創(chuàng)新庫，其中的方法、文檔和知識產(chǎn)權都可用于新的設計和制造中，而無需從頭來過。該創(chuàng)新、低成本設計范式還有助于促進創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的多樣化，因為小型設計團隊也能夠參與到超過其現(xiàn)有能力的復雜定制電路研發(fā)中。

減少定制、高效集成電路的研制時間和成本，將促進國防部中的技術團體更多使用最先進的商業(yè)設計和制造能力。該項目的一個重要回報是帶來多樣的研發(fā)環(huán)境，工程師和設計人員可為其研制的系統(tǒng)選擇最優(yōu)技術解決方案，而不用擔心電路設計延遲和成本問題。

投入戰(zhàn)場的復雜電子設備大量增加，覆蓋從遠程傳導到通信在內的多種應用。但是，由于幾乎無法跟蹤和回收每一個電子系統(tǒng)，帶來破壞環(huán)境，有可能被非授權個人回收和使用、損害先進技術和知識產(chǎn)權等隱患。

VAPR項目目標是研發(fā)出一種能夠以受控、可觸發(fā)方式可進行物理消失的電子系統(tǒng)。這些瞬態(tài)電子的性能可與商用現(xiàn)貨相比，但壽命有限，且其壽命長短可被預先設定、實時調整、觸發(fā)、并/或對所部署的環(huán)境敏感。VAPR項目將使瞬變電子成為一種可部署的技術。為實現(xiàn)這一目標，研究人員正在探索材料、元器件、集成和制造等方面的新概念和新能力。

瞬變電子技術有望帶來多種顛覆性軍事能力，包括用于戰(zhàn)場診斷、治療和健康監(jiān)測的可降解傳感器或醫(yī)療器件。大范圍分布式傳感器網(wǎng)絡在可設定時期內提供關鍵數(shù)據(jù)，然后在自然環(huán)境下分解（被環(huán)境吸收）。能被身體吸收的電子元器件將有助于在戰(zhàn)場上繼續(xù)進行持續(xù)健康監(jiān)控和治療。

    國防部變得日益依賴于情報、監(jiān)視和偵察（ISR）應用。隨著ISR能力的不斷發(fā)展，特別是對大量目標的識別和跟蹤，迫切需要對廣域高分辨視頻圖像進行實時處理。這不僅導致傳感器數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)式增加，分析的復雜程度也顯著增大，已體現(xiàn)在每秒每像素的操作次數(shù)上。這些ISR任務所需的更強處理能力，以及國防部的其他傳感器應用，正在迅速超越現(xiàn)有和計劃中的計算平臺所具備的信息處理能力。

    UPSIDE項目目標是通過納米級器件的物理屬性實現(xiàn)新的視頻和圖像分析方法，突破數(shù)字化處理的現(xiàn)狀。UPSIDE處理過程將是非數(shù)字化，并從本質上不同于目前的數(shù)字處理器，因此也將不受現(xiàn)有功耗與速度限制。不同于傳統(tǒng)的互補金屬氧化物半導體（CMOS）電子器件，UPSIDE設想了基于物理特性的信號處理器件陣列（如納米振蕩器）。這些陣列能夠自組織，并能夠根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進行自適應，表明它們不需要采用和數(shù)字處理器相同的方式進行預先設置，不像傳統(tǒng)的數(shù)字處理器通過執(zhí)行特定指令來計算。UPSIDE陣列將依靠更高級別、基于內嵌在數(shù)字系統(tǒng)中采用概率推理的計算方式。UPSIDE圖像處理應用包括目標檢測與視頻跟蹤、廣域成像（WAMI）和機器人。憶阻器和自旋扭矩振蕩器等新興器件將被集成到這些系統(tǒng)的處理鏈路中，執(zhí)行包括特征提取在內的多種功能。

    UPSIDE項目將跨越多個學科，分成2個階段和3個必選任務。任務1為項目構建基礎，并研發(fā)用于演示和作為基準的計算模型和圖像處理方法。任務2和3建立在任務1研究成果的基礎上，任務2研制混合信號CMOS器件，任務3研制非CMOS新興納米器件，并共同研制包含這兩種器件、具備推理功能的模塊。

計算能力對幾乎每種軍事系統(tǒng)而言都是使能器，但計算能力的提高受到系統(tǒng)可供電量和散熱能力的限制。這對單兵便攜式應用、無人裝備和潛艇上的指揮控制系統(tǒng)等嵌入式應用提出挑戰(zhàn)。目前的情報、監(jiān)視和偵察（ISR）系統(tǒng)所用傳感器采集到的信息量已遠遠超過其實時處理能力，導致士兵所采集到的寶貴實時情報數(shù)據(jù)被輕易丟棄，或者在被采集后的數(shù)小時甚至數(shù)天里才被記錄和處理。

如能夠增加每瓦功率所能執(zhí)行的計算量，計算能力就能提高。目前，在系統(tǒng)級別上觀察到的處理能效大約是每瓦每秒10億條浮點操作（1 GFLOPS/W）。然而，應用表明至少需要50 GFLOPS/W的能效，以及極有可能進一步提出的75 GFLOPS/W。即使將現(xiàn)有處理能力外推，依然將無法滿足需求。

PERFECT項目目標是尋求顛覆性的方法，研發(fā)能夠支持高能效嵌入式計算系統(tǒng)所需的技術。PERFECT項目研究對象包括7個，架構、并行性、可恢復性、局部性和算法是主要研究內容，其余2個是仿真測試與驗證，是對項目的必要支持。這些技術，以及制造工藝節(jié)點預期發(fā)展到的7nm，將達成PERFECT項目的目標，實現(xiàn)75 GFLOPS/W的能效。

PERFECT項目將分為三個階段。第一階段（現(xiàn)已結束），研發(fā)概念，并提供影響處理能效的初步證據(jù)。第二階段是開發(fā)相關技術，使整個處理系統(tǒng)的能效比今天最先進技術提升75倍。PERFECT項目并不是構建實際的處理硬件，而是通過仿真和部分支持性測試設備，對進展進行測量和驗證。第三階段將進一步開發(fā)最具前景的技術，并提供實現(xiàn)途徑。PERFECT項目將在滿足能效約束下使嵌入式計算系統(tǒng)具備更強計算能力，將極大程度增加已部署嵌入式系統(tǒng)的能效，帶來更大的作戰(zhàn)效能。

士兵用模擬夜視鏡（NVG）辨認敵人時受到光束頻帶限制。而且，隨著NVG作為商用現(xiàn)貨產(chǎn)品同樣也會被敵人所利用，因此NVG所具有的可在低照度和無光條件下工作的優(yōu)勢正在喪失。當前多波段攝像機可以在各種環(huán)境條件下使用，但存在體積過大、價格昂貴、單兵不便攜等缺點。

PIXNET項目目標是研發(fā)一種小尺寸、輕重量和低功耗（SWaP）、低價格、士兵可攜帶的數(shù)字紅外攝像機，可在熱和反射頻帶進行單頻段和多頻段實時成像。研究成果可按需提供單和多頻段兼容圖像，提升士兵的態(tài)勢感知能力，消除目前攝像機在微光、無光、雜亂環(huán)境等多種條件下無法進行有效目標識別的缺陷。

使用不同紅外波長進行成像，可減少數(shù)據(jù)量，提高顯示度。PIXNET將利用現(xiàn)代智能手機相當強大的計算能力來處理和融合彩色圖像。智能手機和PIXNET攝影機的一體化提供了產(chǎn)生低成本成像系統(tǒng)的發(fā)展思路。靜止圖像或視頻可以無線或有線方式發(fā)送到戰(zhàn)士的頭盔顯示器中。

PIXNET項目將顯著減少SWaP，以及降低紅外傳感器和冷卻器的制造成本，具備面向所有士兵的便攜性和廣泛部署能力。體積的縮小畢竟帶來新的應用，如基于小型無人機的監(jiān)視、多頻段步槍瞄準器和手持監(jiān)控系統(tǒng)。

目前軍事沖突對作戰(zhàn)部隊提出了嚴格要求，尤其是陸軍步兵和個體情報人員的能力，其中所必需的是態(tài)勢感知和信息的即時分享。LCTI-M項目目標是使紅外成像技術在單兵裝備和小型系統(tǒng)中得到廣泛應用。在單兵級別廣泛使用紅外技術非常重要，有可能帶來新作戰(zhàn)方式，而這對取得戰(zhàn)場勝利至關重要。紅外成像能夠透過遮蔽物成像，即使在環(huán)境可視性遭到嚴重破壞情況下仍可提供有價值的信息。低成本紅外攝像機將使士兵具備這種重要能力，還可采集和傳輸電子圖像，用于情報分析和其它關鍵情況。

熱成像儀在國防和國家安全都有大量應用。它們可被嵌入到手持裝置、改進的手機產(chǎn)品、步槍瞄準器、頭盔、眼鏡、微型無人機和其它小型設備中，用于實時目標識別、數(shù)據(jù)采集和共享。由于其體積小、功耗低，這種熱像儀可支持多種小型便攜式系統(tǒng)完成擴展性任務。如果能夠提供低成本、高性能熱像儀，每部車輛、監(jiān)控設備，以及陸軍步兵將將具有態(tài)勢感知能力，并能夠在各種照明、惡劣天氣和戰(zhàn)場蒙蔽的條件下執(zhí)行作戰(zhàn)任務。LCTI-M項目正在國土安全和商業(yè)應用中尋求新的機遇。

LCTI-M項目將開發(fā)一種晶圓級制造工藝，將在芯片上實現(xiàn)相機功能，將熱成像儀的價格，并提高便攜性，可進行單兵配備。具體指標包括：1）演示良品率大于80％的晶圓級成像模塊；2）將成本降低10倍以上；3）減小體積，使其適用于手持式平臺上；4）證實像素可拓展至12微米，并保持其先進的性能。該技術可為提升單兵系統(tǒng)帶來顯著機遇，如頭盔式紅外成像、利用手持設備的互聯(lián)實現(xiàn)戰(zhàn)場協(xié)調與情報分析、目標特征識別、敵我識別，所有的這些將帶來戰(zhàn)術情報、監(jiān)視和偵察的新范式。此外，低成本紅外成像還將廣泛用于持續(xù)性監(jiān)視平臺。

POEM項目目標是開發(fā)芯片級、集成光電技術，實現(xiàn)片內和片外無縫光電通信，并能以低功耗/位的能效提供所需寬帶，解決電子通信鏈路的局限性。POEM項目將利用波分復用（WDM）技術，使每個鏈路具有更高大的帶寬容量，并進一步滿足未來微處理器的通信需求。這種能力將推動微處理器性能進入新的階段，提升國防部大耗電量的嵌入式應用和超級計算任務的實際運行性能。

POEM項目的技術挑戰(zhàn)是開發(fā)與互補金屬氧化物半導體（CMOS）和動態(tài)隨機存儲器（DRAM）相兼容的寬光譜、高比特率、超低功耗、并可與電子驅動器件緊密集成的光電鏈路。POEM的最終目的是證實光電技術可集成至嵌入式微處理器，實現(xiàn)微處理器和DRAM內部和之間的無縫、高效能、大容量通信。POEM技術將在小尺寸、輕質、低功耗、高性能軍事平臺上得到廣泛應用，如無人機和衛(wèi)星等。