领域

重大变革

宏伟研究目标

优先研究方向

智能传感

需要通过模拟硬件的根本性突破来研制更智能的机器接口，获得感知、传感和推理能力

每年投资6亿美元，以更类似于人脑的方式推动信息与“数据”的实际使用

可训练的神经形态信号转换器、模拟生物启发机器学习、太赫兹模拟、模拟开发方法论

内存/存储

内存需求的增长将超过全球硅芯片的供给能力，为全新的内存和存储器解决方案带来机遇

每年投资7.5亿美元，开发密度超过10~100倍的新兴内存和存储器架构，提高每级存储的能效；开发存储密度提高100倍的新内存技术和存储系统

快速、高密度、高能效、高性价比的嵌入式非易失性存储器、面向新型信息表示范式的内存和存储器、用于量子处理器的内存，基础新存储技术（DNA存储等）

通信

随时可用的通信技术需要新的研究方向，以解决通信容量与数据生成速率之间的不平衡

每年投资7亿美元，以1Tbps@<0.1nJ/bit的峰值速率每年传输100~1000泽比特（ZB）的数据；开发可有效利用带宽以最大化网络容量的智能敏捷网络

通信新物理学、毫米波CMOS、具有1000个天线的多输入多输出通信技术、毫米波滤波器和隔离器、高效率铜缆和光缆

安全

需要突破硬件研究障碍，应对高度互联系统和人工智能系统面临的安全挑战

每年投资6亿美元，开发与技术、新威胁和新用例同步的安全和隐私技术，如可信和安全的自主智能系统、安全的未来硬件平台以及新兴的后量子和分布式加密算法

集成了信任机制的高性能AI系统；未来硬件平台的安全性和隐私性，这些平台由异构和专用组件组成，并涉及量子和神经形态计算等新范式；新兴的密码学，如支持新用例的同态加密和阻止新攻击的后量子算法；涉及从物联网到边端到云的所有计算点的新系统架构的安全性，以及诸如区块链等的大规模分布式处理

高效能源

与全球能源生产相比，不断增长的计算能源需求正在产生新的风险，新的计算模式提供了大幅提高能效的机会

每年投资7.5亿美元，通过全新的“计算路线”开发能效提高100万倍的计算范例/架构

香农计算架构、高维表示、高性能AI处理器、量子计算机计算能力与能耗的分离