DARPA hat einen ehrgeizigen 1,5-Milliarden-Dollar-Plan, um die Elektronik neu zu erfinden

Illustration eines rot gestreiften Musters unter einem blauen Computerchip, der mit weißen fünfzackigen Sternen gefüllt ist.

Illustration eines rot gestreiften Musters unter einem blauen Computerchip, der mit weißen fünfzackigen Sternen gefüllt ist.Frau Tech

Letztes Jahr, die Agentur für fortgeschrittene Verteidigungsforschungsprojekte (DARPA) , das eine Reihe von Blue-Sky-Forschungsbemühungen finanziert, die für das US-Militär relevant sind, hat ein 1,5-Milliarden-Dollar-Fünfjahresprogramm namens Electronics Resurgence Initiative (ERI) gestartet, um die Arbeit an Fortschritten in der Chiptechnologie zu unterstützen. Die Agentur hat gerade die erste Gruppe von Forschungsteams vorgestellt, die ausgewählt wurden, um unbewiesene, aber potenziell leistungsstarke Ansätze zu erforschen, die die US-Chipentwicklung und -herstellung revolutionieren könnten.

Hardware-Innovationen sind in den letzten Jahren gegenüber Software-Fortschritten etwas in den Hintergrund getreten, und das beunruhigt das US-Militär aus mehreren Gründen.



Ende einer Ära

Ganz oben auf der Liste steht, dass das Mooresche Gesetz, das besagt, dass sich die Anzahl der auf einem Chip verbauten Transistoren etwa alle zwei Jahre verdoppelt, an seine Grenzen stößt (siehe Mooresches Gesetz ist tot. Was nun? ). Dies könnte zukünftige Fortschritte in der Elektronik, auf die sich das Militär verlässt, behindern, es sei denn, neue Architekturen und Designs können einen weiteren Fortschritt in der Chipleistung ermöglichen.

Es gibt auch Sorgen über die steigenden Kosten für das Design integrierter Schaltkreise und über erhöhte ausländische – sprich chinesische – Investitionen in das Design und die Herstellung von Halbleitern (siehe China will die Chips herstellen, die jedem Gerät KI hinzufügen).

Das ERI-Budget entspricht etwa einer Vervierfachung der typischen jährlichen Ausgaben der DARPA für Hardware. Erste Projekte spiegeln die drei großen Schwerpunkte der Initiative wider: Chipdesign, Architektur sowie Materialien und Integration.

Ein Projekt zielt darauf ab, die Zeit, die für die Erstellung eines neuen Chipdesigns benötigt wird, von Jahren oder Monaten auf nur einen Tag radikal zu verkürzen, indem der Prozess mit maschinellem Lernen und anderen Tools automatisiert wird, sodass auch relativ unerfahrene Benutzer qualitativ hochwertige Designs erstellen können.

Noch weiß niemand, wie man ein neues Chipdesign innerhalb von 24 Stunden sicher und ohne menschliches Eingreifen fertigstellt, sagt Andrew Kahng von der University of California in San Diego, der eines der beteiligten Teams leitet. Dies ist ein grundlegend neuer Ansatz, den wir entwickeln.

Wir versuchen, die Craft-Brauerei-Revolution in der Elektronik zu konstruieren, sagt William Chappell, der Leiter des DARPA-Büros, das das ERI-Programm verwaltet. Die Agentur hofft, dass die automatisierten Designtools kleinere Unternehmen ohne die Ressourcen großer Chiphersteller inspirieren werden, so wie spezialisierte Brauereien in den USA gemeinsam mit den Giganten der Bierindustrie Innovationen entwickelt haben.

Neue Chipmaterialien und clevere Designs

Wenn wir jedoch über das Mooresche Gesetz hinausgehen, werden wahrscheinlich radikal neue Materialien und neue Wege zur Integration von Rechenleistung und Speicher benötigt. Das Verschieben von Daten zwischen Speicherkomponenten, die sie speichern, und Prozessoren, die darauf reagieren, verbraucht Energie und schafft eine der größten Hürden für die Steigerung der Verarbeitungsleistung.

Ein weiteres ERI-Projekt wird Möglichkeiten untersuchen, wie neuartige Schaltungsintegrationsschemata die Notwendigkeit, Daten zu verschieben, eliminieren oder zumindest stark reduzieren können. Das ultimative Ziel ist es, Rechenleistung effektiv im Speicher zu verankern, was zu dramatischen Leistungssteigerungen führen könnte.

Auf der Chip-Architektur-Front möchte DARPA Hardware und Software entwickeln, die in Echtzeit rekonfiguriert werden können, um allgemeinere oder spezialisierte Aufgaben wie bestimmte Anwendungen der künstlichen Intelligenz zu bewältigen. Heutzutage werden mehrere Chips benötigt, was Komplexität und Kosten in die Höhe treibt.

Einige der Bemühungen von DARPA überschneiden sich mit Bereichen, an denen in der Industrie bereits intensiv gearbeitet wird. Ein Beispiel ist ein zu entwickelndes Projekt 3D-System-on-Chip-Technologie , das darauf abzielt, das Mooresche Gesetz durch die Verwendung neuer Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und intelligentere Methoden zum Stapeln und Unterteilen elektronischer Schaltkreise zu erweitern. Chappell erkennt die Überschneidung an, sagt aber, dass die eigene Arbeit der Agentur wahrscheinlich die größte Anstrengung ist, um [den Ansatz] Wirklichkeit werden zu lassen.

Bei weitem nicht genug

Einige denken, dass DARPA und andere Arme der US-Regierung, die die Elektronikforschung unterstützen, wie das Energieministerium, noch mehr ausgeben sollten, um Innovationen voranzutreiben.

Erica Fuchs, Professorin an der Carnegie Mellon University und Expertin für öffentliche Politik im Zusammenhang mit neuen Technologien, sagt, dass große Unternehmen ihre Lust verloren haben, Geld für gemeinsame Forschungsanstrengungen auszugeben, wie es das Mooresche Gesetz tut, da sich die Chipentwicklung auf spezifischere Anwendungen konzentriert hat stockend.

Fuchs lobt das ERI, ist jedoch der Meinung, dass der Gesamtansatz der US-Regierung zur Unterstützung von Elektronikinnovationen leicht eine Größenordnung unter dem liegt, was zur Bewältigung der Herausforderungen, denen wir gegenüberstehen, erforderlich ist. Hoffen wir, dass die Grassroots-Chip-Design-Bewegung, die DARPA zu schüren versucht, dazu beiträgt, die Lücke zu schließen.

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