Am 24. Juli hat die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) mehrere Forschungszuschüsse in Höhe von 75 Mio. USD im Rahmen eines Programms angekündigt, das die Chipindustrie mit Grundlagenforschung zu neuen Designs und Materialien, wie z.B. Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes CNT), ankurbeln soll. Das Programm unter der Bezeichnung Electronics Resurgence Initiative (ERI) wird für die kommenden fünf Jahre auf jährlich 300 Mio. USD ausgedehnt.
Teilnehmer des ERI-Programms aus der Industrie sind u.a. Northrop Grumman, Cadence Systems, Intel, Nvidia, Qualcomm, Systems & Technology Research, IBM, Skywater Technology Foundry, HRL Laboratories, Applied Materials, Xilinx und Synopsys. Ebenfalls ausgewählt wurden mehr als ein Dutzend Universitäten.
Hintergrund der Förderinitiative ist das Ausbleiben von Fortschritten bei der Entwicklung von Computerchips: Die Geschwindigkeiten der Chips werden nicht mehr erhöht und neue Generationen bringen zu geringe Verbesserungen in der Energieeffizienz. Laut einem Entwickler der Nokia Bell Labs werde das physikalische Limit von Silikon-Transistoren erreicht. Da nur wenige, sehr große Unternehmen die hohen Investitionen in Fertigungsanlagen für die Chipherstellung leisten können, bleiben Innovationen aus dem vormals von Start-ups geprägten Feld aus. Hinzu kommt, dass Großkonzerne zumeist Chips für spezialisierte Anwendungen entwickeln, sodass kaum Grundlagenforschung betrieben wird.
Zu den Projekten, die DARPA fördert, zählt beispielsweise die Entwicklung von CNT-Transistoren, die in 3D-Strukturen und bei Raumtemperatur gefertigt werden können. Zwar seien die neuen Transistoren derzeit noch rund zehnmal größer als aktuelle Silikon-Transistoren, allerdings überträfen sie diese bei der erwarteten Geschwindigkeit und Energieeffizienz um das 50-Fache. Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit flexiblen Chiparchitekturen, die kabellos kommunizieren können. Dadurch könnte eine deutlich größere Anzahl von Geräten Signale ohne Interferenz schneller senden und empfangen, was wiederum eine Verbesserung von mobiler und Satellitenkommunikation nach sich ziehen und das Wachstum des Internet of Things beschleunigen würde. Des Weiteren wird eine Forschungsgruppe der Stanford University gefördert, die rechnergestützte Werkzeuge zur Chipherstellung optimieren will. Durch maschinelles Lernen sollen Fehler in der Anordnung der Transistoren automatisch erkannt und dadurch Design-, Test- und Fabrikationszyklen von neuen Chipdesigns beschleunigt werden.
ERI teilt sich in sechs Programmzweige mit folgenden Zielsetzungen:
- Intelligent Design of Electronic Assets: Erstellung eines Layout-Generators, mit dem Anwender elektronische Hardware innerhalb von 24 Stunden entwerfen können
- Posh Open Source Hardware: Schaffung eines Open-Source-Systems für den Entwurf und die Verifizierung ultrakomplexer System-on-Chip-Plattformen
- Software-Defined Hardware: Entwicklung von Hardware und Software, die basierend auf den verarbeiteten Daten in Echtzeit rekonfiguriert werden kann, sowie Anpassung der Computerarchitektur für die Arbeitslast und die Daten
- Domain-specific System on Chip: Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der richtigen Menge und Art der Hardware-Spezialisierung, um ein System so programmierbar und flexibel wie möglich zu machen
- Three Dimensional Monolithic System-on-a-Chip: Entwicklung von Materialien, Designwerkzeugen und Fertigungstechniken für den Aufbau von Mikrosystemen auf einer einzigen Oberfläche mit einer dritten Dimension
- Foundations Required for Novel Compute: Design von Schaltungen, welche die Eigenschaften neuer Materialien und Integrationsschemata nutzen, um Daten so zu verarbeiten, dass Datenbewegungen eliminiert oder minimiert werden
Zum Nachlesen
- Sciencemag.org (24.07.2018): Beyond silicon: $1.5 billion U.S. program aims to spur new types of computer chips
- Washington Technology (25.07.2018): DARPA kicks off $1.5B computer power tech research program
