Da noi l'innovazione è qualcosa che si lascia alle imprese private, con lo Stato che dà una mano economicamente e semmai qualche linea di indirizzo. Altrove si fanno piani molto più decisi e dettagliati, per evitare che la concorrenza internazionale metta a rischio la competitività di un sistema-nazione. Negli Stati Uniti accade per vari ambiti e sta succedendo in particolare per la microelettronica, dove peraltro non si può dire che il settore privato non si dia da fare.

Però secondo la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, l'agenzia statunitense che da decenni spinge sul pedale dell'innovazione tecnologica a tutela della sicurezza nazionale) si potrebbe fare di più, perché il mercato della microelettronica si è concentrato su componenti hardware generici e in generale poco efficienti.

Per la DARPA sono quindi necessari nuovi approcci alla progettazione e alla realizzazione dei chip. Così l'agenzia - anche temendo il sorpasso tecnologico della Cina - ha definito un piano quinquennale di investimenti per 1,5 miliardi di dollari significativamente denominato Electronics Resurgence Initiative (ERI). È un Risorgimento della microelettronica (americana) a cui sono stati chiamati i principali vendor di settore.

Microelettronica: obiettivo hardware adattabile

La ERI è divisa in vari sottoprogetti, in cui sono stati coinvolti anche nomi molto noti in campo IT. Ad esempio, Intel, Nvidia e Qualcomm fanno parte del progetto Software Defined Hardware (SDH). Come lascia intendere la sigla, punta a nuove architetture di computing che possano riconfigurarsi in tempo reale a seconda del compito che devono svolgere, in particolare del tipo di dati da elaborare. L'idea è che queste architetture - una combinazione di hardware e software - arrivino a combinare l'efficienza e le prestazioni degli ASIC con la flessibilità dei processori generalisti.

Nella microelettronica, per avere il massimo delle prestazioni si realizzano chip molto specifici, il che però richiede forti investimenti e competenze tecniche non comuni. L'alternativa è usare chip generici ma con software specializzati. Oppure, come strada intermedia, puntare su FPGA programmabili.

Tutte queste strade per la DARPA portano a implementazioni non ottimali, mentre un sistema SDH permetterebbe di eseguire elaborazioni intensive su chip a basso costo. E il costo è importante, perché sistemi low-cost sarebbero producibili in massa e porterebbero "sul campo" (letteralmente) applicazioni di machine learning per il supporto alle decisioni, la logistica, l'intelligence e il riconoscimento visivo.

Un secondo gruppo ERI si chiama Domain-Specific System-on-Chip (DSSoC) e vede il coinvolgimento di IBM. L'obiettivo è lo sviluppo di un framework progettuale che permetta di definire con precisione quali componenti specializzati debbano essere combinati fra loro per realizzare un sistema programmabile, in funzione del suo compito. In sintesi, il framework indica quali micro-componenti (core generici, ASIC, acceleratori hardware, coprocessori, memorie, unità di I/O...) integrare in un SoC in funzione della sua applicazione.

Verso una nuova microelettronica

Il programma ERI non ha solo aspetti architetturali: intende anche spingere nuovi approcci nella progettazione e della produzione dei singoli chip. Per questo ha ad esempio attivato un progetto specifico per il manufacturing dei chip con tecnologie Monolithic 3D e uno per lo studio di nuovi materiali per la microelettronica, andando oltre il silicio.

Un obiettivo molto ambizioso riguarda la parte di design e concezione dei microprocessori. Oggi è un insieme di operazioni complesse che richiedono tempo e competenze, la DARPA vuole abbassare queste barriere, creando piattaforme che riducano da anni a mesi il tempo necessario alla progettazione e alla realizzazione di circuiti custom. In questa visione rientra anche un generatore automatico di layout elettronici con cui un utente non tecnico potrà completare la progettazione di componenti in meno di un giorno, grazie al fatto che il sistema integra le funzioni, gli algoritmi e le metodologie necessari.