2 东京大学在行动
——敏捷

五神真理事长站在平安厅的舞台上。当五神真从东京大学校长转任理化学研究所理事长时，他带来了半导体和量子计算的发展战略。

我与五神真校长的第一次会面是在2019年5月，我们在被枝间新绿掩映下的东京大学本乡校区安田讲堂三楼的正门遇见。我向保安出示了个人证件后进入讲堂，然后下楼梯，顺着楼梯走过逆时针方向的走廊，进入了一个像秘密基地一样的空间。

当时五神真校长问我：“日本的半导体复兴需要什么？”

我回答说：“我们需要能开发高能效专用芯片的3D集成技术。”

我又作了进一步的解释：

建设数据驱动型社会——社会5.0所需要的高算力 ^[5] ，与能源并列，是日本最需要的资源。

算力问题的关键在于提高能效。如果按照现状推测，数据中心的电力消耗在10年后将翻10倍。如果能源效率造成的能源危机问题得不到解决，我们就无法实现数据驱动型社会的可持续发展。

能源危机的根源实际上来自AI。在过去10年间，为了对爆炸性增长的数据进行高级分析，AI的计算量暴增了数万倍。负责计算的通用处理器的能效在过去10年内仅仅提高了几十倍。 ^[6]

提高能效的关键技术在于半导体的微细化加工和3D集成。在微细化方面，日本已经远远落后于拥有世界上最先进技术的国家和地区。在这个方面，日本需要向海外学习。然而，因为日本在3D集成中用到的材料和制造设备的基础技术方面尚具有众多优势，我认为我们应该把重点放在解决3D集成的瓶颈上。通过3D集成，我们可以将数据传输距离缩短接近1个数量级，从而大大减少数据传输所消耗的能量。 ^[7]

与进行微细化的芯片制造工艺相比，实施3D集成的封装工艺需要的投资相对较小，所以3D集成的投资效益将会更好。

在设计技术上，通过剔除多余的电路，专用芯片相比通用芯片可以节省1个数量级的能耗。谷歌、苹果、脸书、亚马逊和特斯拉等公司已经开始研发专用芯片。通用芯片时代是资本竞争的时代，而专用芯片时代是知识竞争的时代。换言之，需要来自设计开发领域的创新。

专用芯片的研发越来越难，你即使集结了100名设计工程师，也需要1年的开发时间和100亿日元的研发费用。如此长的开发周期和如此巨额的费用都会大大降低大家对专用芯片的兴趣，从事专用芯片设计的人员数量也会随之减少。日本已经开始失去这方面的兴趣和能力，即使建立了新工厂并具备生产能力，也无法立即增强该产业的实力。

AI技术正日新月异地快速发展，软件几乎每个月都会更新和升级。在数字经济中，关键在于实现硬件和软件的高度融合创新，并在短周期内反复快速迭代和改进。 但是，如果软硬件两者的开发速度相差过大，那么这种融合创新将变得非常困难。然而，如果能制造出可编程自动设计芯片的硅编译器，我们就能快速地开发硬件。

当然，与设计工程师花时间优化的电路相比，自动设计电路的性能也许只能得到80分。但是，我们可以接受这个80分。这就是所谓的“80分主义”，即利用所谓的“80/20法则”，获得将开发效率提高5倍所产生的附加价值。

另外，提高设计资产的可重用性，抑制设计规模的爆炸性增长也很重要。就此而言，芯粒架构会越发重要。未来，芯粒将被集成在同一个封装中组合成系统。在这个方向上，3D集成也将成为最关键技术。

东京大学的行动非常迅速。

首先，东京大学于2019年10月在校园内成立了一个向社会合作开放的中心——d.lab。d.lab中的“d”是指，在每个人都能利用数字技术发光发亮的数字融合（Digital inclusion）时代，以数据（Data）为起点，贯穿软件和设备（Device），实现研究领域特化型（Domain-specific）的系统设计（Design）。甚至，我们为了将技术传承给年轻一代，还特意把办公室设在了学生宿舍。

接着，2019年11月，东京大学宣布与台积电进行校社全面合作，共同进行引领世界前沿的半导体技术研究。在记者会上，台积电董事长刘德音（Mark Liu）和研究负责人、斯坦福大学教授黄汉森（Philip Wong）一起出席了新闻发布会，并与当时的东京大学校长五神真以及当时的副校长、现任校长藤井辉夫的手紧紧握在一起。

第二年，也就是2020年8月，东京大学建立了基于严格的信息管理的产官学合作的技术研究组织RaaS（先端系统技术研究组织）。RaaS是Research Association for Advanced Systems的缩写，也是我们的目标，即“以提供研究作为服务”（Research as a Service）。

目前，d.lab的赞助会员已经达到49家，而参与RaaS的企业累计已有12家。

d.lab和RaaS的目标是将能源效率提高10倍，并且把开发效率也提高10倍。

这个目标与Rapidus相同。

但是，我们所采取的手段与Rapidus是互补的。

也就是说，为了提高能源效率，Rapidus追求微细化，而东京大学追求3D集成；为了提高开发效率，Rapidus希望缩短生产周期，而东京大学是研究如何缩短设计周期。 5nH+irgpMdXK1t/iKKBoBHFO6CQW4PMnEGdynSKPpiJ540INmMAx5eSxcQYGbVKA