延续摩尔定律的“新”方法：将光子学导入芯片

2018-11-28 14:00:13 来源: 半导体行业观察

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为了因应未来微电子技术即将面临的障碍，美国国防部提出了电子复兴计划（Electronics Resurgence Initiative），透过资助新兴技术，来寻求摩尔定律尽头的出路，而目前已进入第二阶段。

在2017 年6 月，美国国防高等研究计划署（DARPA ）宣布，电子复兴计划（ERI）将在未来5 年内对国内电子系统提供高达15 亿美元的投资，以解决电子技术进步的障碍，并进一步将国防企业的技术需求和能力与电子行业的商业和制造相结合。而在今年11 月初DARPA 表示，计划已进入第二阶段，并指出前期对新兴材料及技术的探索已有相当成绩。

DARPA 微系统技术办公室主任Bill Chappell 表示，现今的潮流正是从通用硬件转移到专业系统，而为了创造独特和差异化的国内制造能力，ERI 第二阶段将探索为传统互补式金属氧化物半导体（CMOS）的器件缩放及替代载体。而首个项目将会是极端可扩展性光子学封装（ Photonics in the Package for Extreme Scalability，PIPES），它将探索把光子学技术带入芯片的技术。

此技术透过用光学元件取代电学元件，将可降低将数百个处理器连接在一起所需的工艺及能源需求，并实现大规模并行，将能有效支持数据密集型应用，如人工智慧等技术。且PIPES 还将致力于建立一个国内生态系统，令商业及国防们能不断获得先进技术的支援。

此项目首先关注的是先进集成电路封装的高性能光学I/O 技术的发展，包括现场可编程闸门阵列、图形处理单元及专用集成电路。其次，将研究新型器件技术和先进链路，以实现高度可扩展性及封装 I/O 。但这种新型的系统架构及大型分布式并行计算的发展将可能具有上千个节点，极为复杂且非常难以管理。而为了解决这个问题，第三项重点将研发低损耗光学封装方法，以实现高沟道密度和高端口数量，及可重构、低功耗的光学开关技术。

正在进行研究的光子学可能会作为改进我们现有工艺的手段。 CPU，GPU，FPGA和ASIC都依赖于更小的晶体管来以更低的功耗挤出更多的性能。启用基于光的互连允许延迟取决于通过介质的光速而不是通过半导体的电流。但我们也应该看到，嵌入微电子系统的光子学理论已存在数十年，但尚未完全解决可行性问题。与传统硅不同，光子器件目前不能很好地扩展以便于大规模生产。

当然DARPA 也强调，还是会着力在ERI 计划中各个项目的联系，并应用在先进卫星系统、大规模辨识系统以及网路安全等，掌握这些新兴技术的潜在风险，并保证这些项目将有助于维持国家安全。

责任编辑：Sophie

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