《電子技術(shù)應用》
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延續(xù)摩爾定律的“新”方法:將光子學導入芯片

2018-11-28

為了因應未來微電子技術(shù)即將面臨的障礙,,美國國防部提出了電子復興計劃(Electronics Resurgence Initiative),,透過資助新興技術(shù),來尋求摩爾定律盡頭的出路,,而目前已進入第二階段,。


在2017 年6 月,,美國國防高等研究計劃署(DARPA )宣布,電子復興計劃(ERI)將在未來5 年內(nèi)對國內(nèi)電子系統(tǒng)提供高達15 億美元的投資,,以解決電子技術(shù)進步的障礙,,并進一步將國防企業(yè)的技術(shù)需求和能力與電子行業(yè)的商業(yè)和制造相結(jié)合。而在今年11 月初DARPA 表示,,計劃已進入第二階段,,并指出前期對新興材料及技術(shù)的探索已有相當成績。


DARPA 微系統(tǒng)技術(shù)辦公室主任Bill Chappell 表示,,現(xiàn)今的潮流正是從通用硬件轉(zhuǎn)移到專業(yè)系統(tǒng),,而為了創(chuàng)造獨特和差異化的國內(nèi)制造能力,ERI 第二階段將探索為傳統(tǒng)互補式金屬氧化物半導體(CMOS)的器件縮放及替代載體,。而首個項目將會是極端可擴展性光子學封裝( Photonics in the Package for Extreme Scalability,,PIPES),它將探索把光子學技術(shù)帶入芯片的技術(shù),。

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此技術(shù)透過用光學元件取代電學元件,,將可降低將數(shù)百個處理器連接在一起所需的工藝及能源需求,并實現(xiàn)大規(guī)模并行,,將能有效支持數(shù)據(jù)密集型應用,,如人工智慧等技術(shù)。且PIPES 還將致力于建立一個國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng),,令商業(yè)及國防們能不斷獲得先進技術(shù)的支援,。


此項目首先關(guān)注的是先進集成電路封裝的高性能光學I/O 技術(shù)的發(fā)展,包括現(xiàn)場可編程閘門陣列、圖形處理單元及專用集成電路,。其次,,將研究新型器件技術(shù)和先進鏈路,以實現(xiàn)高度可擴展性及封裝 I/O ,。但這種新型的系統(tǒng)架構(gòu)及大型分布式并行計算的發(fā)展將可能具有上千個節(jié)點,,極為復雜且非常難以管理。而為了解決這個問題,,第三項重點將研發(fā)低損耗光學封裝方法,,以實現(xiàn)高溝道密度和高端口數(shù)量,及可重構(gòu),、低功耗的光學開關(guān)技術(shù),。


正在進行研究的光子學可能會作為改進我們現(xiàn)有工藝的手段。 CPU,,GPU,,F(xiàn)PGA和ASIC都依賴于更小的晶體管來以更低的功耗擠出更多的性能。啟用基于光的互連允許延遲取決于通過介質(zhì)的光速而不是通過半導體的電流,。但我們也應該看到,,嵌入微電子系統(tǒng)的光子學理論已存在數(shù)十年,但尚未完全解決可行性問題,。與傳統(tǒng)硅不同,,光子器件目前不能很好地擴展以便于大規(guī)模生產(chǎn)。


當然DARPA 也強調(diào),,還是會著力在ERI 計劃中各個項目的聯(lián)系,,并應用在先進衛(wèi)星系統(tǒng)、大規(guī)模辨識系統(tǒng)以及網(wǎng)路安全等,,掌握這些新興技術(shù)的潛在風險,,并保證這些項目將有助于維持國家安全。


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