DARPA đang giải quyết những thách thức vi điện tử dài hạn như thế nào

DARPA đang giải quyết những thách thức vi điện tử dài hạn như thế nào

Dấu thời gian: Ngày 8 tháng 2023 năm 9 00:XNUMX AM
Nút nguồn: 2869258

SEATTLE – Nhiều năm trước khi người tiêu dùng Hoa Kỳ cảm nhận được tác động của tình trạng thiếu hụt chuỗi cung ứng chất bán dẫn, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến đã nghiên cứu cách giải quyết các rào cản công nghệ dài hạn mà ngành thương mại và cộng đồng an ninh quốc gia phải đối mặt.

Trong 30 năm qua, Mỹ đã tăng từ sản xuất 37% nguồn cung vi mạch toàn cầu lên khoảng 12%. Ngày nay, Đài Loan sản xuất hầu hết nguồn cung cấp chất bán dẫn tiên tiến cho thế giới và Trung Quốc xuất khẩu một phần lớn vi mạch sang Hoa Kỳ. Những con chip này cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại di động đến ô tô cho máy bay chiến đấu thế hệ thứ năm hàng đầu của Lầu Năm Góc, F-35.

Mối quan tâm xung quanh kết quả Sự phụ thuộc của Mỹ vào chuỗi cung ứng vi điện tử ở nước ngoài trở thành xu hướng chủ đạo trong đại dịch COVID-19 khi tình trạng thiếu nguồn cung vi mạch khiến giá ô tô tăng vọt. Nhưng DARPA, trung tâm nghiên cứu và phát triển có rủi ro cao nhưng có lợi nhuận cao của Lầu Năm Góc, đã nỗ lực giải quyết vấn đề này trong nhiều năm trước đó.

Di sản của cơ quan này trong nghiên cứu vi điện tử đã có từ nhiều thập kỷ trước và bao gồm các chương trình như Dịch vụ Triển khai Silicon Oxit Kim loại vào những năm 1980, nhằm tìm cách nhanh chóng sản xuất các thiết bị vi điện tử. Gần đây hơn, và sau khi công bố báo cáo năm 2017 từ Hội đồng Cố vấn Khoa học và Công nghệ của Tổng thống, trong đó nhấn mạnh các giới hạn công nghệ đang cản trở sự đổi mới chất bán dẫn của Hoa Kỳ như thế nào, DARPA đã bắt đầu xây dựng kế hoạch giúp đẩy lùi một số giới hạn đó.

Giám đốc DARPA Stefanie Tompkins nói với C4ISRNET trong một cuộc phỏng vấn ngày 22 tháng XNUMX: “Trước khi cuộc thảo luận khẩn cấp diễn ra, chúng tôi đã có những người thực sự nhận ra rằng đây là một vấn đề khá cấp bách”.

Không có gì lạ khi DARPA xuất hiện sớm trước một loạt vấn đề - trên thực tế, đó là một phần sứ mệnh của cơ quan. Mark Rosker, giám đốc Văn phòng Công nghệ Hệ thống Vi mô của DARPA, cho biết cơ quan này được thiết kế để bảo vệ Bộ Quốc phòng khỏi sự bất ngờ về công nghệ, điều đó có nghĩa là Bộ thường nhìn về tương lai từ 10 đến 15 năm tới để dự đoán những thách thức mà cộng đồng an ninh quốc gia sẽ phải đối mặt vào thời điểm đó. .

Ông nói trong một cuộc phỏng vấn ngày 23 tháng XNUMX: “Về cơ bản, điều đó đặt chúng ta vào tình thế phải tìm kiếm những công nghệ có tính đột phá, sẽ gây ra những thay đổi không thể lường trước được”. “Tôi nghĩ điều đó thường đặt chúng ta vào tình thế có rủi ro cao hơn và thường - không phải luôn luôn, nhưng thường - trong khoảng thời gian dài hơn.”

Nơi DARPA phù hợp

Cơ quan này vào năm 2017 đã thành lập một nỗ lực nghiên cứu sâu rộng được gọi là Sáng kiến ​​Phục hồi Điện tử, hay ERI, thông báo rằng nó sẽ đầu tư hơn 1.5 tỷ USD trong thời gian XNUMX năm trong một loạt các chương trình được thiết kế để vượt qua các rào cản công nghệ quan trọng mà ngành công nghiệp thương mại và các cơ quan an ninh quốc gia phải đối mặt khi họ tìm cách thúc đẩy nghiên cứu, phát triển và sản xuất vi điện tử.

Năm ngoái, DARPA đã tái khẳng định cam kết của mình đối với nghiên cứu vi điện tử hướng tới tương lai, khởi chạy ERI 2.0 tập trung vào các cơ hội sản xuất tiên tiến cũng như các công nghệ có thể giúp các hệ thống điện tử hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. DARPA có kế hoạch chi thêm 3 tỷ USD cho những nỗ lực này trong XNUMX năm tới.

Ngày nay, khi các cơ quan liên bang như Bộ Thương mại và Bộ Năng lượng tìm cách phục hồi hệ sinh thái vi điện tử bằng cách đầu tư vào xưởng đúc và hỗ trợ nghiên cứu của Hoa Kỳ trong các lĩnh vực “được hiểu tương đối”, mục tiêu của DARPA là giải quyết các thách thức công nghệ dài hạn.

Rosker nói: “Cố gắng phát triển các loại khả năng dẫn đến sự gián đoạn, tôi nghĩ về lâu dài sẽ giúp khả năng sản xuất của Mỹ vượt trội so với các đối thủ cạnh tranh”. “Tôi nghĩ bạn bè của chúng tôi ở các cơ quan khác. . . đồng ý với chúng tôi rằng điều này bổ sung cho những gì họ đang làm.”

Được thúc đẩy bởi sự cấp bách ngày càng tăng ở Hoa Kỳ xung quanh việc giải quyết các lỗ hổng trong chuỗi cung ứng vi điện tử, Quốc hội vào mùa hè năm ngoái đã phê duyệt khoản hỗ trợ trị giá 52 tỷ USD. Tạo ra các khuyến khích hữu ích để sản xuất chất bán dẫn hoặc Đạo luật CHIPS. Biện pháp này kéo dài đến năm 2026, tài trợ cho các nỗ lực cải thiện lực lượng lao động bán dẫn, nghiên cứu, phát triển và sản xuất. Nó cũng cung cấp khoản tín dụng thuế 25% cho các khoản đầu tư vào cơ sở và thiết bị sản xuất trong nước.

Theo tờ thông tin ngày 9 tháng 166 của Nhà Trắng, các công ty đã công bố đầu tư hơn XNUMX tỷ USD vào sản xuất chất bán dẫn và điện tử trong năm kể từ khi Đạo luật CHIPS được thông qua. Bộ Thương mại đã thành lập Trung tâm Công nghệ Bán dẫn Quốc gia, nhằm mục đích phục vụ như một trung tâm đổi mới công nghệ bán dẫn. Và Bộ Quốc phòng, cơ quan đã nhận được 2 tỷ USD tài trợ theo Đạo luật CHIPS, đang trên đà phá sản. lựa chọn các trung tâm khu vực cho Microelectronics Commons của mình - một mạng được thiết kế để tạo ra các con đường thương mại hóa các nghiên cứu và đổi mới vi điện tử.

Trong khi DARPA không nhận được tài trợ theo Đạo luật CHIPS, Carl McCants, trợ lý đặc biệt của giám đốc DARPA về ERI, cho biết lợi ích của quốc hội và tổng thống đã làm sâu sắc thêm sự tham gia của cơ quan này với các sáng kiến ​​vi điện tử của DoD, Trung tâm Công nghệ Bán dẫn Quốc gia và ngành công nghiệp - tất cả các mối quan hệ đối tác đều có lợi công việc của tổ chức.

“Nó dẫn đến nhiều cuộc thảo luận hơn, dẫn đến nhiều sự hợp tác hơn,” anh nói với C4ISRNET trong một cuộc phỏng vấn ngày 22 tháng XNUMX.

Sáng kiến ​​hồi sinh điện tử

McCants cho biết, sự hợp tác đó là một phần quan trọng của ERI và ERI 2.0 kế nhiệm của nó, nhằm giải quyết các rào cản công nghệ ảnh hưởng đến cả cộng đồng an ninh quốc gia và ngành thương mại rộng lớn hơn.

Trọng tâm ban đầu của ERI là sáu thách thức mà họ dự đoán Hoa Kỳ sẽ phải đối mặt trong thập kỷ tới. Chúng bao gồm những nỗ lực tận dụng phần cứng AI để giảm thời gian cần có cảm biến để xử lý thông tin, cải thiện công nghệ sản xuất và tăng cường bảo mật.

Những lĩnh vực trọng tâm đó đã hình thành nên ít nhất 50 chương trình DARPA, qua đó các cơ quan phát triển quan hệ đối tác với các trường đại học, công ty thương mại và cơ sở công nghiệp quốc phòng truyền thống. Theo McCants, nhiều tổ chức trong số này chưa từng làm việc với DARPA.

Ông nói: “Nó đã mở rộng nghiên cứu của chúng tôi, mở rộng dấu ấn của chúng tôi, thực sự mở rộng khả năng tiếp cận với một nhóm chuyên gia về chủ đề khác có thể giúp chúng tôi làm những gì chúng tôi cần làm và những gì chúng tôi đang cố gắng làm”.

Theo Rosker, một trong những chương trình ERI có tác động lớn nhất là nỗ lực mang tên Photonics trong Gói dành cho khả năng mở rộng cực cao hoặc PIPES. Nỗ lực sử dụng ánh sáng để cải thiện chuyển động dữ liệu điện giữa từng chip và tăng hiệu suất.

Các công ty thương mại như Intel và Xilinx cũng như các công ty quốc phòng lớn như Lockheed Martin, Northrop Grumman, Raytheon và BAE Systems đã làm việc với các nhóm nghiên cứu từ Đại học Pennsylvania, Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia và các tổ chức khác về PIPES. Rosker cho biết nỗ lực này đã thay đổi cách các công ty nghĩ về việc xây dựng các thiết bị vi điện tử.

Một nỗ lực khác của ERI, Tự động triển khai Silicon an toàn, nhằm mục đích thiết kế một cơ chế tự động hóa quy trình xây dựng tính bảo mật trong thiết kế của chip. Rosker giải thích rằng các nhà thiết kế chip liên tục thực hiện các giao dịch về hiệu suất và vật liệu khi họ cân nhắc cách thức và liệu có nên làm cho sản phẩm trở nên an toàn hơn hay không.

Ông nói, chương trình này không chỉ mang lại sự tự động hóa cho quá trình đó mà còn cho phép các nhà thiết kế “thực hiện những giao dịch đó theo cách thực tế, theo cách có thể kiểm chứng được”.

ERI 2.0 được xây dựng dựa trên các lực đẩy nghiên cứu ban đầu của sáng kiến ​​nhưng bổ sung thêm hai lực đẩy nữa tập trung vào các kỹ thuật sản xuất mới và phát triển các thiết bị điện tử có thể tồn tại ở nhiệt độ cực cao hoặc cực lạnh.

Trọng tâm của ERI 2.0 là một nỗ lực được gọi là Sản xuất vi điện tử thế hệ tiếp theo, hay NGMM. Chương trình này nhằm mục đích tạo ra một trung tâm có trụ sở tại Hoa Kỳ để chế tạo cái được gọi là các hệ thống vi mô tích hợp không đồng nhất 3D.

Ở cấp độ cơ bản, tiền đề của nghiên cứu 3DHI là bằng cách tích hợp và đóng gói các thành phần chip khác nhau, các nhà sản xuất có thể tách rời các chức năng như bộ nhớ và xử lý để cải thiện đáng kể hiệu suất. Đây là lĩnh vực công nghệ không chỉ có thể biến đổi cơ sở công nghiệp của Mỹ mà các quốc gia khác, bao gồm cả Đài Loan, cũng rất quan tâm.

Trong tháng Bảy, DARPA đã chọn 11 nhóm ngành để bắt đầu công việc nền tảng nhằm thành lập trung tâm 3DHI trong nước trong tương lai. McCants dự kiến ​​sẽ đưa ra thông báo ngành về hai giai đoạn tiếp theo của chương trình vào cuối năm nay và thành lập trung tâm vào năm 2029.

Ông gọi dòng thời gian đó là “chung chung”, đồng thời nói thêm rằng ông hy vọng DARPA có thể tiến triển nhanh hơn.

McCants nói: “Giống như bất kỳ chương trình DARPA nào, mọi thứ có thể được tăng tốc hoặc có thể bị chậm lại. “Có một mốc thời gian và sự nhạy cảm về thời gian để có thể kết hợp những điều này lại với nhau và tiến về phía trước.”

Courtney Albon là phóng viên công nghệ mới nổi và không gian của C4ISRNET. Cô đã đưa tin về quân đội Hoa Kỳ từ năm 2012, tập trung vào Lực lượng Không quân và Lực lượng Vũ trụ. Cô ấy đã báo cáo về một số thách thức chính sách, ngân sách và mua lại quan trọng nhất của Bộ Quốc phòng.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tin tức Quốc phòng Lầu Năm Góc