1.79億美元競賽：AI與能源效率的微電子革命

隨著科技日新月異，微電子技術已成為推動現代電腦、醫療裝置及尖端儀器的核心動力。然而，這些技術的進步也伴隨著能源需求的急遽攀升，尤其是人工智慧（AI）的廣泛應用，更讓能源消耗問題雪上加霜。為應對這一挑戰，美國能源部（DOE）決定投入1.79億美元，成立三個微電子科學研究中心，旨在開發更節能且能在極端環境中穩定運作的微電子技術。

這項計畫由SLAC國家加速器實驗室主導，並與多所頂尖機構合作，包括史丹佛大學、喬治亞理工學院、西北大學等。這些研究中心將聚焦於創新材料的研發、AI驅動的感測技術，以及受大腦啟發的計算架構，以突破現有技術的極限。DOE科學計畫副總監Harriet Kung表示，這些創新不僅將改善日常生活，更將鞏固美國在科技領域的領導地位。

現有的微電子技術正面臨瓶頸，傳統的裝置縮小方法已接近極限。為此，研究人員必須找到新的解決方案，在提升計算能力和資料處理效率的同時，降低能源消耗。MEERCAT中心將專注於新材料、新裝置及系統架構的設計與開發，並採用「共同設計」（co-design）策略，從原子層面到演演算法層面全面最佳化技術。

例如，研究團隊正探索如何透過新的製造方法垂直堆疊裝置，並從人腦中汲取靈感。與現有電腦硬體配置不同，他們計劃將多種功能整合到同一元件中，以減少資料在邏輯和記憶體晶片之間的傳輸距離，從而提升能源效率。SLAC的Paul McIntyre指出，人腦的能源效率遠高於矽基電腦，這正是他們努力的方向。

此外，AUREIS專案將重新設計感測系統，讓資料能在接近感測器的位置進行智慧處理與分析，從而減少傳輸到電腦的資料量。這項研究將結合AI和機器學習技術，開發出適應性強、超快速且節能的感測技術。SLAC的Angelo Dragone強調，團隊將利用世界級的設施，如史丹佛奈米製造實驗室和SLAC共享科學資料設施，來實現這一目標。

在極端環境下運作的微電子裝置也是研究重點。SLAC在高能物理實驗、量子感測及超快X射線科學領域的豐富經驗，使其在半導體和微電子電路設計方面具有獨特優勢。ELMIC中心將專注於整合新材料與製程，例如等離子體奈米製造、極紫外光源及僅有幾個原子厚的二維材料。

CHIME中心則致力於最佳化下一代技術，從原子尺度到完整儀器的整合，以應對極具挑戰性的環境。例如，Fermilab主導的SPICE專案將開發用於檢測基本粒子的先進裝置，進一步揭示宇宙的運作機制。SLAC的Lorenzo Rota表示，這些研究將結合新材料、感測器及電路的共同設計，並利用SLAC在X射線探測器設計方面的專業知識。

SLAC實驗室總監John Sarrao總結道，這些研究中心將透過基礎研究，開發出嶄新且先進的微電子技術，以滿足日益增長的能源需求。他強調，這項合作計畫將為微電子生態系統帶來創新的共同設計方法，並為未來的科技發展奠定堅實基礎。