1965年4月,戈登·摩尔发表论文《在集成电路中填充更多元件》,提出了预测集成电路技术发展趋势的摩尔定律,并在第3页(Page 3)强调,“当技术发展到摩尔定律极限时,设计、材料、架构创新将是突破该极限的未来之路”。经过半个多世纪的发展,集成电路技术趋近摩尔定律极限。2018年,美国防部高级研究计划局(DARPA)为了突破该极限,扩大美集成电路技术优势,在“电子复兴计划”中布局了“Page 3”项目群。该项目群由工业界主导,大学配合,并根据需要持续新增项目,旨在撬动工业界创新潜力,聚焦新材料、新架构和新设计,探索后摩尔时代微电子技术发展新路径,促进创新技术成果向国防应用转化,提高美国在半导体制造领域的全球竞争力。
项目布局
该项目群启动时包括6个项目,项目周期多为4~4.5年,总投资约2.8亿美元,主要由铿腾、英特尔、英伟达、高通、IBM等机构承担研究。此后,DARPA每年都新增此类项目,目前已增至40多个。从总体上看,项目布局集中于后摩尔时代集成电路发展的材料与集成、系统架构、电路设计3大关键领域。

材料与集成领域,旨在通过新材料结合新架构,解决内存传输限制计算速度这一瓶颈问题,实现电路性能大幅跃升,提高大数据处理能力,为人工智能、超级计算等前沿领域发展奠定基础。系统架构领域,旨在研究专用功能所需的最优电路结构,重点探索简单编程情况下软硬件协同优化的新方法。充分发挥专用、可重构电路能力,寻求后摩尔时代计算架构创新发展路径。电路设计领域,旨在开发专用电路快速设计工具,大幅缩短设计时间、降低复杂度,解决专用电路设计成本高昂问题。
典型项目进展
目前,“Page 3”项目群的6个项目已完成,并部分实现成果转化;新设项目群大多处于论证启动阶段,部分进入研发阶段的项目已取得初步成果。
材料与集成领域典型项目 在“Page 3”项目群中有“三维单芯片系统”和“新式计算需求”2个项目,项目周期均为4.5年,合计投入经费6435万美元。在新设项目群中有“极端可扩展性封装”“通用微光学系统激光器”等项目。
“三维单芯片系统”项目共分3个阶段。第一阶段主要是采用90纳米工艺构建基于碳纳米管场效应晶体管的三维单芯片(3DSoC),并将该技术转移到美国天水公司的200毫米晶圆上进行批量生产。2019年8月,美国麻省理工学院制造出世界首个超大规模全碳纳米管互补性金属氧化物半导体(CMOS)微处理器芯片。2020年8月,天水公司和麻省理工学院宣布,“三维单芯片系统”项目进入第二阶段,主要提高制造的性能和产量,向商业化推进。第三阶段主要是实现多样化产品设计的高产量制造,使美国制造工厂可为军用和商用客户提供按需代工服务。
“极端可扩展性封装”项目共分3个阶段:第一阶段开展概念、组件及功能演示;第二阶段开展集成设计和原型制造;第三阶段开展可扩展性、复杂性和成熟度检验。

