L’agenzia dell’esercito americano teme che, con la fine della legge di Moore, il paese possa perdere il proprio vantaggio nei chip semiconduttori.
di Martin Giles 30-07-18
L’anno scorso, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), che finanzia una vasta serie di progetti rilevanti per l’esercito statunitense, ha avviato un programma da $1,5 miliardi in cinque anni conosciuto come Electronics Resurgence Initiative (ERI) per sostenere la ricerca volta ai progressi nella tecnologia dei chip.
L’agenzia ha appena presentato la prima serie di team selezionati per l’esplorazione di approcci non dimostrati, ma potenzialmente rilevanti, che potrebbero rivoluzionare lo sviluppo e la produzione di chip negli Stati Uniti.
L’innovazione degli hardware è passata in secondo piano a favore dei progressi fatti dai software negli ultimi anni, un cambiamento che preoccupa l’esercito per diversi motivi.
La fine di un’era
Per prima cosa, la legge di Moore, secondo cui il numero di transistor all’interno di un chip raddoppia approssimativamente ogni due anni, è arrivata al limite (vedi “Moore’s Law is dead. Now what?”). Questo fattore potrebbe ostacolare ulteriori progressi nel settore su cui l’esercito fa tanto affieamento, a meno che nuove architetture e design consentano alle prestazioni dei chip di continuare a migliorare.
Si temono anche il crescente costo per lo sviluppo di circuiti integrati e l’aumentare degli investimenti stranieri – in particolare “cinesi” – nella progettazione e produzione di semiconduttori (vedi “China wants to make the chips that will add AI to any gadget”).
Il budget dell’ERI è quattro volte superiore alle spese sostenute tipicamente dalla DARPA nel settore hardware. I primi progetti riflettono le tre principali aree di interesse dell’iniziativa: design di chip, architettura, materiali e integrazione.
Un progetto mira a ridurre drasticamente il tempo necessario per creare un nuovo design di chip; automatizzando il processo attraverso apprendimento automatico ed altri strumenti, in modo da permettere persino a utenti meno esperti di creare design di alto livello, questo progetto mira a ridurre i tempi di sviluppo da anni o mesi a pochi giorni.
“Nessuno sa ancora come sviluppare affidabilmente in 24 ore un nuovo design senza ricorrere all’intervento umano”, spiega Andrew Kahng della University of California, San Diego, che è a capo di uno dei team di sviluppo coinvolti. “Stiamo lavorando a un approccio fondamentalmente nuovo”.
“Stiamo cercando di ingegnerizzare la rivoluzione progettuale dell’elettronica”, commenta William Chappell, capo dell’ufficio DARPA responsabile del progetto ERI. L’agenzia spera che gli strumenti di progettazione automatizzata ispirino le piccole imprese che non dispongono delle risorse dei principali sviluppatori di chip, proprio come i birrifici specializzati nel paese hanno imparato a innovare a fianco ai giganti dell’industria della birra.
Nuovi materiali e design innovativi
Per superare i limiti della legge di Moore, probabilmente, dovremo ricorrere a nuovi materiali e nuove soluzioni per integrare potenza di calcolo e memoria. Il passaggio di dati fra le componenti di memoria e i processori che li elaborano consuma energia e crea uno dei principali problemi nell’aumento della potenza di calcolo.
Un altro progetto della ERI esplorerà soluzioni in grado di eliminare, o ridurre in maniera rilevante, la necessità di trasferire dati all’interno dei circuiti. Il traguardo di questo progetto consiste nell’incorporare la potenza di calcolo alla memoria, soluzione che porterebbe a un drastico incremento nelle prestazioni dei sistemi.
Sul fronte dell’architettura dei chip, la DARPA intende creare hardware e software che possano essere riconfigurati in tempo reale per gestire operazioni generiche o più specializzate, quali le applicazioni per intelligenze artificiali. Per garantire una maggiore flessibilità di sistema, oggi, è necessario affidarsi a molteplici chip, con evidenti effetti sulla complessità e sui costi di sviluppo e gestione.
Alcuni degli perseguiti sforzi della DARPA si intersecano con aree in cui l’industria è già operativa. Un esempio del coinvolgimento dell’industria è un progetto dedicato allo sviluppo di tecnologie per sistemi 3-D su chip e pensato per estendere la legge di Moore attraverso nuovi materiali, quali i nanotubi di carbonio, e soluzioni più intelligenti per disporre e partizionare circuiti elettronici. Chappel riconosce il potenziale della sovrapposizione, ma sostiene che il lavoro della sua agenzia rappresenti “probabilmente lo sforzo più importante per rendere questo approccio una realtà”.
Ancora non basta
Alcuni esperti ritengono che DARPA e le altre branche del governo degli Stati Uniti che sostengono la ricerca nel campo dell’elettronica, quali il Dipartimento dell’Energia, dovrebbero investire di più per stimolare l’innovazione.
Erica Fuchs, una professoressa della Carnegie Mellon University con una particolare esperienza nella materia dell’ordine pubblico associato alle tecnologie emergenti, sostiene che, con il concentrarsi delle attenzioni verso lo sviluppo di chip dedicati ad applicazioni sempre più specifiche, le grandi società abbiano perso interesse per le attività di ricerca collaborativa proprio mentre la legge di Moore cominciava a vacillare.
La Fuchs elogia l’ERI ma ritiene che l’approccio complessivo del governo nel sostenere l’innovazione elettronica sia “facilmente un ordine di magnitudo sotto il necessario”. Speriamo che nuovi e innovativi design promossi dalla DARPA fomentino un cambio di direzione.
(MO)
