問耕 夏乙 安妮 發(fā)自 凹非寺
量子位 出品 | 公眾號(hào) QbitAI

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上周，數(shù)以百計(jì)的工程師齊聚舊金山。

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，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)目并沒有完整的公布出來(lái)。經(jīng)過一番努力，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)。

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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）?！斑@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：

以上。項(xiàng)目詳情DARPA沒有公布。不過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./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：“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?！?/p>

DARPA希望在POSH計(jì)劃的支持下，能夠創(chuàng)建一個(gè)經(jīng)過驗(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)。

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POSH的獲資助入圍名單如下：

通過上述列表可見，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能夠通過大規(guī)模并行計(jì)算平臺(tái)，解決特大電路問題，能在常見的桌面平臺(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./?

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，他們計(jì)劃在項(xiàng)目期間通過硬件和軟件原型來(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，并沒有太多的介紹。不過這個(gè)項(xiàng)目的成果，受益者不止DARPA一家。

Keckler說：“通過這個(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?！?/p>

入選SDH的有9個(gè)團(tuán)隊(duì)：

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，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，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，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：

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)。

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)?？梢栽谝幻雰?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。

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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./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。

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“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LSTM、ResNet-152、Alex Net等案例說明這個(gè)問題。

共有6個(gè)項(xiàng)目入選FRANC：

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./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。

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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?！盋happell說。

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。