美國發(fā)布《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》臨時(shí)報(bào)告

2020年10月15日，美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）和半導(dǎo)體研究公司（SRC）聯(lián)合發(fā)布《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》臨時(shí)報(bào)告，概述了未來十年內(nèi)芯片研究和資助的優(yōu)先事項(xiàng)，確定了影響未來芯片技術(shù)發(fā)展的五個(gè)重大變化（seismic shifts）領(lǐng)域。報(bào)告在制定過程中吸納了學(xué)術(shù)界、政府和工業(yè)界等各界領(lǐng)導(dǎo)者的意見和建議，呼吁美國政府在未來十年內(nèi)增加兩倍的聯(lián)邦撥款（即每年增加34億美元）用于半導(dǎo)體研究，建立新的公私合作伙伴關(guān)系以覆蓋廣泛的相互依存的技術(shù)領(lǐng)域和多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，以市場為導(dǎo)向組織和協(xié)調(diào)投資來支持關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。正式報(bào)告將于2020年12月發(fā)布。

一、《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》的主要目標(biāo)

《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》概述了未來信息通信技術(shù)（ICT）產(chǎn)業(yè)的全球驅(qū)動(dòng)和制約因素，聚焦創(chuàng)新解決方案并衡量相關(guān)影響，提出了三個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)：（1）識(shí)別驅(qū)動(dòng)ICT發(fā)展的半導(dǎo)體技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用和挑戰(zhàn)；（2）定量評(píng)估五個(gè)重大變化領(lǐng)域?qū)CT發(fā)展的潛在影響；（3）確定改變半導(dǎo)體技術(shù)現(xiàn)有發(fā)展軌跡的基本目標(biāo)，以更好地應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)。

二、五個(gè)重大變化領(lǐng)域

1. 智能感知智能接口連接真實(shí)物理世界和虛擬機(jī)器世界，具有感知、洞察和推理能力的智能接口需要模擬硬件技術(shù)的根本性突破?！笆暧?jì)劃”每年投資6億美元用于模擬-信息壓縮/規(guī)約，達(dá)到105:1壓縮/規(guī)約比，為實(shí)現(xiàn)類腦方式的信息使用奠定基礎(chǔ)。圖1描述了“智能感知”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)，具體為：（1）“模擬-數(shù)字”轉(zhuǎn)換后進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“模擬-信息”轉(zhuǎn)換和“感知-行動(dòng)”轉(zhuǎn)換；（2）可訓(xùn)練的神經(jīng)形態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換器；（3）模擬仿生機(jī)器學(xué)習(xí)；（4）THz波段模擬；（5）模擬開發(fā)方法。

圖1 “智能感知”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)

2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器需求增長將超過全球硅供應(yīng)，這為全新的存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)解決方案帶來機(jī)遇?！笆暧?jì)劃”每年投資7.5億美元用于開發(fā)密度>10-100倍的新存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，且實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)層次的每層能效優(yōu)化；探索新的存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)密度提升>100倍且新的存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠利用這些技術(shù)。圖2描述了“存儲(chǔ)器”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)，具體為：（1）快速、高密度、高能效、低成本、嵌入式非易失性存儲(chǔ)器；（2）新信息表示范式的儲(chǔ)存器和存儲(chǔ)技術(shù)；（3）量子處理器的存儲(chǔ)器；（4）根本性新型存儲(chǔ)技術(shù)，例如DNA存儲(chǔ)。

圖2 “存儲(chǔ)器”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)

3. 通信通暢的通信需要解決通信能力與數(shù)據(jù)生成率之間的不平衡?！笆暧?jì)劃”每年投資7億美元用于開發(fā)先進(jìn)的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以1Tbps@<0.1nJ/bit的峰值速率運(yùn)行100-1000 zettabyte的年度數(shù)據(jù)；開發(fā)智能和敏捷型網(wǎng)絡(luò)，以有效利用帶寬來最大化網(wǎng)絡(luò)容量。圖3描述了“通信”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)，具體為：（1）通信新物理學(xué)；（2）毫米波CMOS芯片；（3）具有1000根天線的多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)；（4）毫米波濾波器和隔離器；（5）銅纜和光纜的密度和效率。

圖3 “通信”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)

4. 安全高度互聯(lián)系統(tǒng)和人工智能帶來的新興安全挑戰(zhàn)需要在硬件研究方面取得突破?！笆暧?jì)劃”每年投資6億美元用于安全和隱私硬件的發(fā)展，以應(yīng)對(duì)新技術(shù)威脅和應(yīng)用（如可信賴人工智能系統(tǒng)、安全硬件平臺(tái)以及后量子和分布式密碼算法）。圖4描述了“安全”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)，具體為：（1）可信賴人工智能系統(tǒng)；（2）未來硬件平臺(tái)的安全性和隱私性，這些硬件平臺(tái)由異構(gòu)和專用組件構(gòu)成，并涉及諸如量子和神經(jīng)形態(tài)等新計(jì)算范式；（3）新興密碼學(xué)，例如支持新應(yīng)用的同態(tài)加密和阻止新型攻擊的后量子算法；（4）新系統(tǒng)架構(gòu)的安全性，包括從物聯(lián)網(wǎng)到邊緣再到云的各種架構(gòu)；以及大規(guī)模分布式處理的安全性，如區(qū)塊鏈方面。

圖4 “安全”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)

5. 能源效率日益增長的計(jì)算能源需求正在增加新的風(fēng)險(xiǎn)，而新的計(jì)算范式為顯著提升能效提供了機(jī)會(huì)。“十年計(jì)劃”每年投資7.5億美元用于探索新的計(jì)算范式和架構(gòu)，擁有全新的計(jì)算軌跡，可證明能達(dá)到的能效提升100萬倍。圖5描述了“能源效率”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)，具體為：（1）香農(nóng)計(jì)算框架：從圖靈到香農(nóng)再到近似計(jì)算；（2）高維表示；（3）人工智能處理器，需要“寒武紀(jì)爆發(fā)”式的變化；（4）量子計(jì)算機(jī)中算力和能耗的分離。

圖5 “能源效率”領(lǐng)域的優(yōu)先研究事項(xiàng)

原文標(biāo)題：【政策規(guī)劃?微】美國SIA和SRC聯(lián)合發(fā)布《半導(dǎo)體十年計(jì)劃》臨時(shí)報(bào)告

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