美軍如何改善軍需積體電路的供應


(圖片來源: DARPA)

縮短積體電路設計時間

在未來的作戰環境中,防衛體系對於電子儀器的仰賴程度將會越來越重,而支撐這些龐大運算系統的積體電路 (IC) 也越趨複雜。根據估計,美國國防部若欲自行設計能夠運用在作戰的客製化 IC,以一個十人的工程師團隊來說,將需花費一億美金並且兩年時間來完成。反觀如果完全商購市面上的通用元件和軟體來修改,雖然可望將壓縮開發期至半年,但會耗費將近 250 倍的能源,並且增加國防體系在產業鏈上的曝險度。

為了在兩個極端找出平衡點,美國國防高等研究署 (DARPA) 近幾年來在進行「電路加速開發計畫」,簡稱 CRAFT 。由於目前最佔時間的程序是設計和驗證 (約 60%) ,CRAFT宗旨便是改變 IC設計環節的流程,維持一定程度的效能,並大幅降低開發時間與成本。其中主要以三個面向進行:

1) 首先是 IC 設計部分:使用物件導向設計 OOD 流程和新軟體科技,將暫存器傳輸級 RTL 中的程序,以及之後各步驟的驗證程序自動化。

2) 在轉交方面:由於設計時的 OOD 流程已簡化硬體描述語言 HDL、邏輯合成、電路模擬等步驟,在將設計轉手給乙方製造廠時,該廠的工序也簡化許多,僅剩最後的電路布局和繞線 (place & route) 和電路檢測。

3) 在知識永續方面: 將創立一個由國防單位以及國防承包商所能使用資料庫,並存放數據、矽智財等元件供使用,已減少重複工作和官僚手續。

為什麼受認證的微電子元件 (trusted microelectronics) 重要?

雖然半導體業起先是由美國政府研發計畫興起的,但就如其他產業一樣,在近幾十年來民間不僅在對半導體的消費,甚至研發上面,早已遠超過政府的影響力。而在全球化的趨勢下,半導體擁有十分龐大的跨國產業鏈,市場力量和各國政府皆能影響產業鏈的安全性,非美國政府和軍方所能一手掌握。舉例來說,台積電、三星等外國公司是美軍設備的半導體最大供應商。

由於像是半導體這種微電子元件在民用和國防上的廣泛應用,為保國家在平時和戰時之安泰,美國國防部體會到認證這些供應商和產品來源的重要性,故在 2003 創設製造商認證計畫 (Trusted Foundry Program) 來判定產品來源,但直到 2012 年都沒有相應法源規定國防部必須使用認證的廠商。美國的國防產業協會 (National Defense Industry Association; NDIA) 在 2017 做出了以下幾點建議,如制定國家半導體戰略、修正武獲程序、增加商業影響力等。由於世界經濟趨勢早已不可能讓整個供應鏈搬回美國,實際如何落實這些戰略並確保必要元件的供應將會是一大難題。


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