|
來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 編者按 編者按：近日，白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室 (OSTP)發(fā)布了一項(xiàng)新戰(zhàn)略，以加強(qiáng)美國的微電子研發(fā) (R&D) 創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。正如兩黨《美國芯片法案》所呼吁的那樣，國家微電子研究戰(zhàn)略概述了未來五年的主要目標(biāo)和行動。這些行動將建立在拜登-哈里斯政府的工業(yè)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上，以振興國內(nèi)制造業(yè)、創(chuàng)造高薪美國就業(yè)機(jī)會、加強(qiáng)供應(yīng)鏈并幫助確保未來在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位，以促進(jìn)美國及其盟國和合作伙伴的安全與繁榮。 為此我們編譯了全文，給讀者參考。 簡介 幾十年前，美國的創(chuàng)新激發(fā)了研究的進(jìn)步，造就了今天的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。這一產(chǎn)業(yè)是全球性的，支撐著從健康到通信的方方面面，對美國的經(jīng)濟(jì)和安全至關(guān)重要。兩黨共同提出的《CHIPS 法案》所帶來的巨額投資為重振這一關(guān)鍵領(lǐng)域的國內(nèi)制造業(yè)、加強(qiáng)微電子研發(fā)（R&D）創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)提供了機(jī)遇，從而提升了美國在未來的競爭地位。 本《國家微電子研究戰(zhàn)略》提出了未來五年實(shí)現(xiàn)這些機(jī)遇所需的目標(biāo)、關(guān)鍵需求和行動。該戰(zhàn)略為聯(lián)邦部門和機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、非營利組織以及國際盟友和合作伙伴提供了一個框架，以滿足關(guān)鍵需求并建立微電子研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施，從而支持未來半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展。 正如本報(bào)告通篇所強(qiáng)調(diào)的那樣，正在進(jìn)行的大量 CHIPS 研發(fā)投資必須充分發(fā)揮杠桿作用，并與有助于微電子研發(fā)的各種現(xiàn)行計(jì)劃、活動和資源相協(xié)調(diào)。在未來五年中，白宮和聯(lián)邦各部門及機(jī)構(gòu)將共同努力，推進(jìn)四個相互關(guān)聯(lián)的目標(biāo)： 1 促進(jìn)和加快未來微電子技術(shù)的研究進(jìn)展 2 支持、建設(shè)和連接從研究到制造的微電子基礎(chǔ)設(shè)施 3 為微電子研發(fā)到制造生態(tài)系統(tǒng)培養(yǎng)和維持技術(shù)人才隊(duì)伍 4 創(chuàng)建一個充滿活力的微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加速研發(fā)向美國產(chǎn)業(yè)的過渡 第一個目標(biāo)側(cè)重于若干領(lǐng)域的關(guān)鍵研究需求，這些領(lǐng)域是加快未來幾代微電子系統(tǒng)所需的進(jìn)步所必需的。研究領(lǐng)域包括：可提供新功能的材料；電路設(shè)計(jì)、模擬和仿真工具；新架構(gòu)和相關(guān)硬件設(shè)計(jì)；先進(jìn)封裝和異構(gòu)集成的工藝和計(jì)量；硬件完整性和安全性；以及將新創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)的制造工具和工藝，這些研究領(lǐng)域需要使用專用工具和設(shè)備。 第二個目標(biāo)的重點(diǎn)是支持、擴(kuò)大和連接研究基礎(chǔ)設(shè)施，從小規(guī)模材料和器件級制造和表征，到原型設(shè)計(jì)、大規(guī)模制造以及高級裝配、封裝和測試。所需的工具包括軟件（包括設(shè)計(jì)工具）和商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)和計(jì)量硬件。國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將為全國提供更多的高薪工作機(jī)會。 目標(biāo)三確定了支持學(xué)習(xí)者和教育者培養(yǎng)從研究到制造所需的技術(shù)人才的工作。 最后，第四個目標(biāo)是著眼于整個研發(fā)領(lǐng)域，提出了創(chuàng)建充滿活力的微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的戰(zhàn)略和行動，以加快新進(jìn)展向商業(yè)應(yīng)用的過渡。主要工作不僅支持微電子技術(shù)發(fā)展途徑各階段的行動，還將各種網(wǎng)絡(luò)和活動連接起來，以建立微電子創(chuàng)新的良性循環(huán)。 這四個目標(biāo)將在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球性質(zhì)背景下實(shí)現(xiàn)。與半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈一樣，支持微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的研究設(shè)施和人才也遍布世界各地。國際合作、貿(mào)易和外交是利用各種努力和資源、促進(jìn)人才流動和研究合作、確保供應(yīng)鏈安全的重要工具。 這一戰(zhàn)略的實(shí)施將帶來一個充滿活力的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加速新的研究突破，支持這些進(jìn)展向制造業(yè)的過渡，并為全美人民提供高薪工作。一個全面建設(shè)、四通八達(dá)的微電子研究基礎(chǔ)設(shè)施將為研究人員實(shí)現(xiàn)突破奠定基礎(chǔ)，并帶來良性的創(chuàng)新循環(huán)。培育和支持微電子創(chuàng)新將有助于確保未來在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)先地位，從而促進(jìn)美國及其盟友和合作伙伴的安全與繁榮。 導(dǎo)言 微電子革命改變了社會�，F(xiàn)代生活的幾乎所有方面現(xiàn)在都依賴于半導(dǎo)體技術(shù)，包括通信、計(jì)算、娛樂、醫(yī)療保健、能源和交通。因此，微電子技術(shù)對美國的經(jīng)濟(jì)和國家安全至關(guān)重要。幾十年來，聯(lián)邦政府和私營部門在硬件和軟件方面的研發(fā)投資推動了半導(dǎo)體行業(yè)的快速創(chuàng)新。 在保持或降低成本和功耗要求的同時，不斷提高微電子性能和功能的激烈競爭推動了更小和更密集集成的微電子元件的制造。這種微型化要求在材料、工具和設(shè)計(jì)方面不斷取得突破，使元件內(nèi)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸小到幾個原子。特征尺寸的縮小使數(shù)字信息存儲和處理能力大幅提高，同時，對通信、電源和傳感至關(guān)重要的模擬和非硅技術(shù)也取得了許多重大進(jìn)展。制造領(lǐng)域所需的進(jìn)步不僅得益于對研發(fā)的大量投資，還得益于對制造先進(jìn)集成電路和元件所需的制造和計(jì)量設(shè)備以及相關(guān)制造（"晶圓廠"）和封裝設(shè)施的開發(fā)。這種規(guī)模制造的復(fù)雜性和成本--建立一個領(lǐng)先的硅制造廠現(xiàn)在需要花費(fèi)數(shù)百億美元--促使了該行業(yè)的大幅整合。如今，全球只有三家公司在競爭制造最新一代的先進(jìn)邏輯器件。 2021 年 6 月，白宮發(fā)布了一份關(guān)于關(guān)鍵供應(yīng)鏈（包括半導(dǎo)體制造和先進(jìn)封裝供應(yīng)鏈）的報(bào)告--《建設(shè)有彈性的供應(yīng)鏈，振興美國制造業(yè)，促進(jìn)基礎(chǔ)廣泛的增長》。該報(bào)告指出，盡管總部設(shè)在美國的半導(dǎo)體公司占全球收入的近一半，但美國國內(nèi)進(jìn)行的全球半導(dǎo)體制造份額已從 1990 年的 37% 下降到 12%，美國的封裝份額也下降到 3%。8 正如該報(bào)告所討論的，現(xiàn)代微電子制造是一個極其復(fù)雜的全球性過程，涉及數(shù)月內(nèi)完成的數(shù)百個步驟，其中許多組件在多次穿越世界的過程中使用了國際專業(yè)技術(shù)和設(shè)施。報(bào)告認(rèn)為，公共和私營部門需要采取行動，提高關(guān)鍵產(chǎn)品的國內(nèi)制造能力，招募和培訓(xùn)國內(nèi)勞動力，投資研發(fā)，并與美國的盟友和合作伙伴合作，共同加強(qiáng)供應(yīng)鏈的復(fù)原力。 01 國家微電子研究戰(zhàn)略——目標(biāo)和目的 目標(biāo) 1. 推動和加速未來微電子技術(shù)的研究進(jìn)展 1.1: 加速研究和開發(fā)可提供新功能或增強(qiáng)功能的材料。 1.2: 提高電路設(shè)計(jì)、模擬和仿真工具的能力。 1.3: 開發(fā)未來系統(tǒng)所需的各種強(qiáng)大的處理架構(gòu)和相關(guān)硬件。 1.4: 開發(fā)先進(jìn)封裝和異構(gòu)集成的工藝和計(jì)量學(xué)。 1.5: 優(yōu)先考慮硬件的完整性和安全性，將其作為整個堆棧協(xié)同設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的一個要素。 1.6：投資研發(fā)制造工具和工藝，以支持將創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為適合生產(chǎn)的制造工藝。 目標(biāo) 2. 支持、構(gòu)建和連接從研究到制造的微電子基礎(chǔ)設(shè)施 2.1: 支持設(shè)備級研發(fā)制造和表征用戶設(shè)施的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)。 2.2: 讓學(xué)術(shù)界和小型企業(yè)研究人員有更多機(jī)會利用靈活的設(shè)計(jì)工具和晶圓級制造資源。 2.3: 為研究人員獲取關(guān)鍵功能材料提供便利。 2.4：擴(kuò)大利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行建模和模擬的機(jī)會。 2.5: 支持先進(jìn)的研究、開發(fā)和原型設(shè)計(jì)，縮小實(shí)驗(yàn)室到實(shí)驗(yàn)室之間的差距。2.6: 支持先進(jìn)的組裝、封裝和測試。 目標(biāo) 3. 為微電子研發(fā)到制造生態(tài)系統(tǒng)培養(yǎng)和維持技術(shù)人才隊(duì)伍 3.1: 支持與微電子學(xué)相關(guān)的科學(xué)和技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)者和教育者。 3.2: 促進(jìn)公眾對微電子技術(shù)的切實(shí)參與，提高對半導(dǎo)體行業(yè)職業(yè)機(jī)會的認(rèn)識。 3.3: 培養(yǎng)一支具有包容性的當(dāng)前和未來的微電子人才隊(duì)伍。 3.4: 建設(shè)和推動微電子研究與創(chuàng)新能力。 目標(biāo) 4. 創(chuàng)建一個充滿活力的微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加速研發(fā)向美國產(chǎn)業(yè)的過渡 4.1: 支持、建立和協(xié)調(diào)各中心、公私合作伙伴關(guān)系和聯(lián)盟，以深化微電子生態(tài)系統(tǒng)中各利益相關(guān)方之間的合作。 4.2: 參與并利用 CHIPS 工業(yè)咨詢委員會。 4.3: 根據(jù)研發(fā)路線圖和重大挑戰(zhàn)，激勵和調(diào)整微電子界的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。 4.4: 促進(jìn)學(xué)術(shù)、政府和行業(yè)交流，擴(kuò)大對需求和機(jī)遇的了解。 4.5: 通過有針對性的計(jì)劃和投資，支持創(chuàng)業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)和早期企業(yè)。 02 微電子技術(shù)已成為日常生活中許多方面必不可少的技術(shù) 半導(dǎo)體對美國的經(jīng)濟(jì)和國家安全至關(guān)重要，并已成為日常生活中許多方面的必需品。這里描述的例子包括汽車、醫(yī)療保健、航空航天、虛擬現(xiàn)實(shí)、金融系統(tǒng)、電子商務(wù)、太空衛(wèi)星、國防、能源、計(jì)算、農(nóng)業(yè)和電信。隨著微電子設(shè)備的普及，對其關(guān)鍵性能的要求也越來越多樣化，這就要求與摩爾定律所體現(xiàn)的特征尺寸的傳統(tǒng)擴(kuò)展方式不同。例如，衛(wèi)星應(yīng)用的要求包括經(jīng)過驗(yàn)證的輻射加固技術(shù)，超級計(jì)算機(jī)最大限度地提高性能和速度，但傳感器等邊緣設(shè)備可能會優(yōu)先考慮低功耗。這些針對特定應(yīng)用的要求正在推動微電子技術(shù)的日益多樣化，而異構(gòu)集成和芯片組等方法將促進(jìn)和推動微電子技術(shù)的多樣化。 白宮供應(yīng)鏈報(bào)告強(qiáng)調(diào)了半導(dǎo)體行業(yè)對美國經(jīng)濟(jì)的重要性，2022 年，半導(dǎo)體行業(yè)在美國出口銷售總額中排名第五。9聯(lián)邦政府也是微電子的重要消費(fèi)者，它必須能夠獲得可信和可靠的微電子，以實(shí)現(xiàn)通信、導(dǎo)航、傳感、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、公共衛(wèi)生和國家安全等基本功能。微電子技術(shù)是各種新興技術(shù)的基礎(chǔ)，包括量子信息科學(xué)、人工智能、先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)（6G 及以上）、安全可靠的醫(yī)療保健技術(shù)以及應(yīng)對氣候危機(jī)所需的清潔能源和節(jié)能技術(shù)。 03 芯片上的 ENIAC 為了說明計(jì)算技術(shù)在尺寸和規(guī)模上的重大變化，學(xué)生們設(shè)計(jì)并制作了 "芯片上的 ENIAC"，以慶祝第一臺可編程電子通用數(shù)字計(jì)算機(jī) "電子數(shù)字積分器和計(jì)算機(jī)（ENIAC：Electronic Numerical Integrator and Computer）"誕生 50 周年。ENIAC 包含 18,000 多個真空管，高約 8 英尺，深約 3 英尺，長約 100 英尺，重達(dá) 30 多噸。如左圖所示，ENIAC 是通過電纜和開關(guān)手工編程的。右圖描述的是 1995 年使用 0.5 微米互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)重現(xiàn) ENIAC 的芯片，用晶體管取代了真空管。如果采用今天的技術(shù)，該芯片的體積將縮小約 1000 倍。在性能方面，ENIAC 的浮點(diǎn)運(yùn)算速度約為每秒 500 次（FLOPS），而現(xiàn)在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的 Frontier 超級計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算速度已超過 1,500,000,000,000,000（1,000,000,000,000,000 FLOPS）。 正是由于該行業(yè)對國家經(jīng)濟(jì)和安全的重要性，兩黨共同制定了《2022 年 CHIPS 法案》（《2022 年 CHIPS 和科學(xué)法案》A 分部），并撥款 520 多億美元用于發(fā)展國家半導(dǎo)體制造基地和加速微電子研發(fā)。此外，最近的幾份報(bào)告也強(qiáng)調(diào)了該行業(yè)的重要性。例如，在 2018 年的一份評估報(bào)告中，美國國防部（DOD）指出了微電子供應(yīng)鏈面臨的威脅，以及多個關(guān)鍵國防部門的相關(guān)研發(fā)和制造問題。2020-2023 年，國會研究服務(wù)部（CRS）研究了半導(dǎo)體行業(yè)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)、國內(nèi)和全球供應(yīng)鏈、為國家安全提供安全可信的半導(dǎo)體生產(chǎn)、相關(guān)聯(lián)邦政策和研究投資，以及應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的可能立法。國家安全委員會關(guān)于人工智能（AI）的最終報(bào)告指出，要保持國家在人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，就必須在國內(nèi)建立半導(dǎo)體工廠 。 04 晶體管到底有多��？ 下面的圖片顯示了晶體管與螞蟻相比的大小。螞蟻圖片周圍的圓圈直徑為 2 毫米（mm），即 0.002 米。下一張圖片是用掃描電子顯微鏡（SEM）拍攝的螞蟻眼睛，直徑約為 150 微米（µm），即 0.00015 米。第三張圖片是螞蟻眼睛上的一根毛發(fā)。圓圈直徑為 20 微米。第四張圖片是毛發(fā)的掃描電鏡特寫圖片，顯示了毛發(fā)上的溝槽。直徑為 1 微米（或一千納米）。頂部的電子顯微鏡圖像顯示了集成電路晶體管的橫截面，說明現(xiàn)代集成電路晶體管可以安裝在螞蟻眼睛毛發(fā)的溝槽中。該圖像的直徑僅為 50 納米。 
微電子研發(fā)對于繼續(xù)推進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)國內(nèi)制造和降低供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的長期目標(biāo)至關(guān)重要。此外，聯(lián)邦信息征詢書（RFIs） 的意見、利益相關(guān)者的建議以及來自公共和私營部門的多份其他報(bào)告都清楚地表明，強(qiáng)大、創(chuàng)新的國內(nèi)研發(fā)工作對美國未來的競爭力和安全至關(guān)重要。綜上所述，從這些資源中可以看出一系列關(guān)鍵的研發(fā)趨勢和機(jī)遇： 設(shè)備及其應(yīng)用的多樣性不斷增長，超越了傳統(tǒng)的處理器和存儲器，這就要求在多種規(guī)模和類型的信息系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)的生成、通信、存儲和處理方面進(jìn)行創(chuàng)新。 微電子技術(shù)對信息技術(shù)以外的領(lǐng)域至關(guān)重要，預(yù)計(jì)在電源管理、醫(yī)療設(shè)備和傳感等領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟮脑鲩L。 全面的 "全棧 "研發(fā)方法為提高設(shè)備和系統(tǒng)的性能、可靠性和安全性提供了機(jī)會。盡管人們的注意力主要集中在基礎(chǔ)器件的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展上，但未來在制造、計(jì)量、測試、驗(yàn)證和確認(rèn)、異構(gòu)集成和先進(jìn)封裝方面也將面臨重大挑戰(zhàn)。此外，挑戰(zhàn)不僅限于硬件：器件、設(shè)計(jì)和制造、電路和系統(tǒng)集成的進(jìn)步需要計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、軟件和應(yīng)用層的同步創(chuàng)新。 集成設(shè)計(jì)提供了一種加速創(chuàng)新的方法。此外，它還能確保從一開始就捕捉到關(guān)鍵的系統(tǒng)屬性，并在整個開發(fā)周期中加以考慮，包括性能、可靠性、能效和安全性。 美國的微電子研究生態(tài)系統(tǒng)在基礎(chǔ)研究和早期應(yīng)用研究方面依然表現(xiàn)出色，但需要對國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更多投資，重新重視制造科學(xué)與工程，并培養(yǎng)一支靈活的勞動力隊(duì)伍，以便將創(chuàng)新成果高效地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)成果。 以可承受的價(jià)格快速獲得設(shè)計(jì)和原型制作能力，將使國內(nèi)創(chuàng)新更快地從研發(fā)過渡到制造。從器件規(guī)模到晶圓規(guī)模，無論是接近或處于前沿工藝節(jié)點(diǎn)，還是對于模擬和非硅技術(shù)非常重要的更成熟節(jié)點(diǎn)，都需要具備相應(yīng)的能力。學(xué)生和研究人員需要獲得這些能力，以進(jìn)行體驗(yàn)式勞動力培訓(xùn)。 獲得準(zhǔn)備充分的人才是整個價(jià)值鏈面臨的重大挑戰(zhàn)，需要短期和長期的解決方案。要使美國成為吸引高需求領(lǐng)域優(yōu)秀外國人才的磁鐵，就需要有受歡迎的途徑。需要改進(jìn)課程和外聯(lián)工作，發(fā)展和擴(kuò)大公平、包容和多樣化的國內(nèi)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）人才庫，為微電子研發(fā)和半導(dǎo)體行業(yè)提供支持。 要確保整個創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)取得成功，就必須與盟友和合作伙伴進(jìn)行強(qiáng)有力的合作。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是全球性的，任何國家都無法單獨(dú)匯集技術(shù)、供應(yīng)鏈和專業(yè)知識來支持尖端研發(fā)和制造�？萍纪饨粚⑹俏擞押秃献骰锇榈闹匾ぞ摺� 提高微電子的能效對于可持續(xù)發(fā)展越來越重要。微電子使用的快速增長和能效提高的同步放緩正在帶來新的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。為了降低這些風(fēng)險(xiǎn)，微電子研發(fā)投資必須關(guān)注能源效率和整個生命周期的可持續(xù)性，包括減少能源消耗。 為降低這些風(fēng)險(xiǎn)，微電子研發(fā)投資必須注重能源效率和整個生命周期的可持續(xù)性，包括減少使用稀缺材料或?qū)Νh(huán)境有害的材料。 保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)對于確保美國產(chǎn)業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益以維持私人研發(fā)投資至關(guān)重要。必須保護(hù)美國本土開發(fā)的關(guān)鍵知識產(chǎn)權(quán)，同時提高在合作中適當(dāng)共享信息的能力。應(yīng)用研究旨在提供技術(shù)判別因素，使微電子制造商在市場上獲得戰(zhàn)略優(yōu)勢。必須實(shí)施并有效執(zhí)行保障措施（如網(wǎng)絡(luò)安全、知識產(chǎn)權(quán)執(zhí)法等），以確保關(guān)鍵創(chuàng)新不會在無意中或不適當(dāng)?shù)厥艿角址浮?br /> 05 什么是 "堆棧"？ 在本報(bào)告中，"堆棧 "或 "全堆棧 "指的是組成右圖所示完整微電子系統(tǒng)所需的全部科學(xué)技術(shù)要素，從最基本的硬件（如材料和電路）一直到高級軟件及其應(yīng)用。(背景圖片為最先進(jìn)芯片的橫截面。圖片來源：NIST）。
這些趨勢和機(jī)遇為本文件中提出的目標(biāo)、需求和戰(zhàn)略提供了依據(jù)，這些目標(biāo)、需求和戰(zhàn)略旨在通過合作研究、利用先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施以及整個微電子研發(fā)企業(yè)的共同設(shè)計(jì)文化來加快創(chuàng)新和轉(zhuǎn)化的步伐。必須重點(diǎn)發(fā)展和維持一個充滿活力、相互聯(lián)系的微電子生態(tài)系統(tǒng)，以確保美國在這一重要領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。 微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng) 微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)非常復(fù)雜，是資本、知識和研發(fā)極其密集的產(chǎn)業(yè)。目前，全球尖端微電子制造僅依賴于少數(shù)幾家公司，研究人員利用先進(jìn)工藝的機(jī)會十分有限。不需要大批量生產(chǎn)的學(xué)術(shù)界、政府和產(chǎn)業(yè)界研究人員獲得推進(jìn)研發(fā)前沿所需的能力有限，這極大地限制了他們開發(fā)創(chuàng)新并將其過渡到前沿制造的能力。獲得尖端能力的機(jī)會有限也限制了為勞動力發(fā)展提供體驗(yàn)式培訓(xùn)的機(jī)會。CHIPS 法案的投資旨在解決這些問題。 除了當(dāng)前 CMOS 技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢之外，微電子行業(yè)還面臨著與創(chuàng)新步伐加快以及學(xué)術(shù)界、能源部 (DOE) 國家實(shí)驗(yàn)室和其他聯(lián)邦政府資助的研發(fā)中心 (FFRDC)、非營利性實(shí)驗(yàn)室、政府機(jī)構(gòu)和大小公司所涌現(xiàn)的多樣化技術(shù)爆炸性增長相關(guān)的深刻變化。需要建立并加強(qiáng)將新的研究進(jìn)展轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的有效途徑，以確保美國從研發(fā)投資中獲益，并確保關(guān)鍵知識產(chǎn)權(quán) (IP) 可用于國內(nèi)制造。此外，隨著制造業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)，必須將這些技術(shù)需求反饋給研究界。 作為國家研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的一部分，有 20 多個聯(lián)邦機(jī)構(gòu)為研發(fā)提供資金，活動的性質(zhì)由各機(jī)構(gòu)的任務(wù)決定2商務(wù)部 (DOC)、美國國家航空航天局 (NASA)、美國國家科學(xué)基金會 (NSF)、國土安全部 (DHS)、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部 (HHS)、國防部、能源部和其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)既支持校內(nèi)研發(fā)（在政府設(shè)施和能源部國家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行），也支持校外研發(fā)（由學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和其他組織通過贈款、合同和其他協(xié)議進(jìn)行）。聯(lián)邦研究資金所支持的研發(fā)活動范圍廣泛，這就要求對所開發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)加以保護(hù)，防止無意、強(qiáng)迫或脅迫的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。各機(jī)構(gòu)還通過各種機(jī)制支持各級教育的勞動力發(fā)展，包括支持正規(guī)和非正規(guī)學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)和獎學(xué)金；課程開發(fā)；以及協(xié)調(diào)努力，擴(kuò)大對科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的參與。雖然每個機(jī)構(gòu)都有以任務(wù)為導(dǎo)向的優(yōu)先事項(xiàng)，決定了其微電子相關(guān)研究的重點(diǎn)，但正如下文和本戰(zhàn)略通篇所討論的那樣，目前有多種機(jī)構(gòu)間機(jī)制來協(xié)調(diào)研發(fā)優(yōu)先事項(xiàng)和計(jì)劃，并確保研究成果的共享，實(shí)現(xiàn)互利。 在微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中，聯(lián)邦資金的一個重要組成部分是對技術(shù)開發(fā)過程中基礎(chǔ)設(shè)施的支持。對于早期階段的研究，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、政府設(shè)施、能源部國家實(shí)驗(yàn)室和其他 FFRDCs 都有許多設(shè)施，特別是用于材料和器件制造與表征的設(shè)施。聯(lián)邦投資的另一個領(lǐng)域是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，包括建模、模擬和數(shù)據(jù)。與 "國家納米技術(shù)計(jì)劃"（NNI：National Nanotechnology Initiative ） 相連的幾個用戶設(shè)施網(wǎng)絡(luò)為學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府的研究人員提供了使用支持微電子研發(fā)的成套工具和科學(xué)專業(yè)知識的機(jī)會。這些設(shè)施極大地拓寬了小型企業(yè)和機(jī)構(gòu)研究人員的參與范圍，而這些企業(yè)和機(jī)構(gòu)自己是無法購買這些設(shè)備的。這有助于實(shí)現(xiàn)需要專業(yè)設(shè)施和設(shè)備的創(chuàng)新的民主化，特別是在半導(dǎo)體研發(fā)和制造方面。 一旦在設(shè)備層面實(shí)現(xiàn)了概念驗(yàn)證，由于缺乏必要的先進(jìn)開發(fā)能力，創(chuàng)新在當(dāng)前的美國生態(tài)系統(tǒng)中往往會受到阻礙。需要對國內(nèi)材料供應(yīng)、設(shè)計(jì)、制造和封裝能力進(jìn)行投資，以解決實(shí)驗(yàn)室到制造（實(shí)驗(yàn)室到制造）之間的差距。需要進(jìn)行投資，以支持和維持新設(shè)備和架構(gòu)的先進(jìn)原型和放大，以及相關(guān)的制造和計(jì)量儀器，并配合所需的軟件和應(yīng)用設(shè)計(jì)。此外，研究人員和學(xué)生利用這些能力將為擴(kuò)大國內(nèi)微電子人才隊(duì)伍提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)培訓(xùn)。 2021 年《美國 CHIPS 法案》授權(quán)多項(xiàng)計(jì)劃幫助彌合實(shí)驗(yàn)室到實(shí)驗(yàn)室之間的差距，而 2022 年《CHIPS 法案》則為這些計(jì)劃撥款。2021 年美國 CHIPS 法案》第 9903 節(jié)授權(quán)國防部建立國家微電子研發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)美國微電子創(chuàng)新從實(shí)驗(yàn)室到工廠的過渡。第9906節(jié)指示國防部建立一個國家半導(dǎo)體技術(shù)中心，以開展先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的研究和原型開發(fā)；在NIST建立一個微電子研究計(jì)劃，以開展半導(dǎo)體計(jì)量研究和開發(fā)；建立一個國家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃，以加強(qiáng)半導(dǎo)體先進(jìn)測試、組裝和封裝能力；以及最多三個專注于半導(dǎo)體制造的美國制造研究所。 在更廣泛的美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中，全國各地有許多地區(qū)性創(chuàng)新中心，由產(chǎn)業(yè)集群組成，輔以聯(lián)邦政府支持的學(xué)術(shù)中心，通常側(cè)重于特定技術(shù)和/或地方研究優(yōu)勢。這些地方中心是寶貴的國家資源，確保它們與包括微電子在內(nèi)的整個研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的其他要素良好結(jié)合，將加強(qiáng)國家創(chuàng)新基礎(chǔ)。 美國半導(dǎo)體行業(yè)在研發(fā)方面投入巨大，預(yù)計(jì) 2022 年將達(dá)到近 600 億美元。為了保持其世界領(lǐng)先的研發(fā)支出，美國公司必須有機(jī)會進(jìn)入外國市場，憑借卓越的技術(shù)參與競爭并取得勝利。貿(mào)易政策必須保護(hù)美國公司在全球市場不受歧視。與盟友和合作伙伴的合作和協(xié)調(diào)將有助于解決國家安全問題，并幫助美國公司在激烈的全球技術(shù)領(lǐng)先競爭中站穩(wěn)腳跟。 白宮和聯(lián)邦各部門及機(jī)構(gòu)認(rèn)識到，開放是研發(fā)領(lǐng)先的基礎(chǔ)，國際人才流動對全球企業(yè)的成功至關(guān)重要。然而，正如《第 33 號國家安全總統(tǒng)備忘錄實(shí)施指南》（NSPM-33）中所明確指出的，美國政府及其合作伙伴必須加強(qiáng)研發(fā)保護(hù)，防止外國政府的干預(yù)和利用，盡職盡責(zé)地保護(hù)知識資本和財(cái)產(chǎn)。保護(hù)措施可包括：改進(jìn)基于風(fēng)險(xiǎn)的研究合作和擬議外國投資評估流程；美國專家積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)組織；在研究安全方面與國際合作伙伴進(jìn)行更密切的協(xié)調(diào)；以及在整個微電子研發(fā)界開展有關(guān)該主題重要性的宣傳和教育活動。 全政府方法 認(rèn)識到微電子技術(shù)對我們的健康、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和國家安全的重要作用，美國政府正在采取整體行動，以保持和提升美國及其盟國在這一重要領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)地位。2022 年 8 月 25 日，拜登總統(tǒng)發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施 2022 年 CHIPS 法案的行政命令》，確定了實(shí)施的優(yōu)先事項(xiàng)，并成立了 CHIPS 實(shí)施指導(dǎo)委員會，以協(xié)調(diào)政策制定，確保在行政部門內(nèi)有效實(shí)施該法案。指導(dǎo)委員會由白宮科技政策辦公室（OSTP）、國家安全委員會（NSC）和國家經(jīng)濟(jì)委員會（NEC）的主任共同主持，成員包括國務(wù)院、財(cái)政部、國防部、商務(wù)部、勞工部和能源部的部長；管理和預(yù)算辦公室（OMB）主任；小企業(yè)管理局局長、國家情報(bào)局局長、總統(tǒng)國內(nèi)政策助理、經(jīng)濟(jì)顧問委員會主席、國家網(wǎng)絡(luò)總監(jiān)、國家科學(xué)基金會主任以及國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所所長。該委員會確保對整個政府正在進(jìn)行的工作和投資的了解，并協(xié)調(diào)內(nèi)閣層面的政策制定。 根據(jù)《2021 財(cái)年威廉-麥克-索恩伯里國防授權(quán)法案》第 9906(a)條，OSTP 在國家科學(xué)技術(shù)委員會下設(shè)立了微電子領(lǐng)導(dǎo)力小組委員會（SML）。小組委員會成員包括商務(wù)部、國防部、能源部、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部、國家科學(xué)基金會、國務(wù)院、國土安全部和國家情報(bào)局局長辦公室。代表白宮的部門包括：OSTP、OMB、NEC、NSC 和美國貿(mào)易代表辦公室。 同樣根據(jù)第 9906(a)條，小組委員會負(fù)責(zé)制定本《國家微電子研究戰(zhàn)略》；協(xié)調(diào)與微電子有關(guān)的研究、開發(fā)、制造和供應(yīng)鏈安全活動以及聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的預(yù)算；并確保這些活動與本戰(zhàn)略保持一致。作為負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)未來十年微電子工作的機(jī)構(gòu)，SML 正在制定結(jié)構(gòu)框架和活動，以最好地發(fā)揮這一作用，包括建立以教育和勞動力發(fā)展以及國際參與為重點(diǎn)的工作組。各參與機(jī)構(gòu)正在利用各自的權(quán)力推動研發(fā)工作，促進(jìn)支持美國產(chǎn)業(yè)的政策，保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，確保國內(nèi)獲得安全的微電子技術(shù)。各機(jī)構(gòu)還共同支持改善 STEM 教育和提高 STEM 領(lǐng)域參與度的活動，以及培訓(xùn)和擴(kuò)大各級微電子人才隊(duì)伍的活動。聯(lián)邦政府正在與盟友和合作伙伴接觸和合作，以加強(qiáng)全球微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)和安全供應(yīng)鏈。在白宮的協(xié)調(diào)下，這些努力不僅將促進(jìn)新的研究進(jìn)展，推動微電子創(chuàng)新，還將幫助這些進(jìn)展向制造業(yè)過渡，為全美國人民提供高薪工作。 正如以下各節(jié)所詳述的，白宮和聯(lián)邦各部門和機(jī)構(gòu)將與學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、非營利組織以及國際盟友和合作伙伴共同努力，為未來微電子技術(shù)的研究進(jìn)展提供動力；建立最佳實(shí)踐，確保高效、負(fù)責(zé)任地執(zhí)行研發(fā)工作；支持和連接微電子研究基礎(chǔ)設(shè)施；擴(kuò)大、培訓(xùn)和支持多樣化的勞動力隊(duì)伍；以及促進(jìn)研發(fā)工作向產(chǎn)業(yè)的快速過渡。 目標(biāo)1 促進(jìn)和加快未來微電子技術(shù)的研究進(jìn)展 聯(lián)邦政府支持的研發(fā)工作在為微電子技術(shù)的進(jìn)步奠定基礎(chǔ)，以及培養(yǎng)設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用開發(fā)所需的研究人員和熟練技術(shù)人員方面發(fā)揮了重要作用。微電子技術(shù)的日益多樣化和創(chuàng)新步伐的加快，以及全球制造和供應(yīng)鏈面臨的日益增長的風(fēng)險(xiǎn)，都要求聯(lián)邦政府重新重視研發(fā)投資，以改變這些發(fā)展軌跡，確保國家未來的健康、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)先地位和安全。要想取得成功，就必須制定戰(zhàn)略，讓研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的所有部門都參與進(jìn)來，并充分利用教育、勞動力、制造業(yè)、貿(mào)易以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的努力和政策。聯(lián)邦機(jī)構(gòu)必須與產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及合作伙伴和盟友合作，通過合作研究、利用先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施以及整個微電子研發(fā)企業(yè)的共同設(shè)計(jì)文化，加快創(chuàng)新和轉(zhuǎn)化的步伐。 在過去的六十年里，計(jì)算能力和能源效率取得了令人難以置信的進(jìn)步，這在一定程度上得益于持續(xù)的微型化（材料、設(shè)計(jì)、計(jì)量學(xué)和制造領(lǐng)域的同步進(jìn)步為其提供了支持）。然而，隨著最小器件特征尺寸接近原子尺度，晶體管的這種擴(kuò)展趨勢不可能無限期地持續(xù)下去。此外，一些新興應(yīng)用需要異質(zhì)器件和材料。因此，半導(dǎo)體行業(yè)已進(jìn)入一個快速而深刻的變革時期，僅靠硅基器件的不斷微型化已無法維持性能的提升。 例如： 數(shù)據(jù)的爆炸式增長和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）帶來的人工智能的出現(xiàn)，推動了 "內(nèi)存計(jì)算 "和其他新型內(nèi)存密集型和以內(nèi)存為中心的架構(gòu)的發(fā)展，這些架構(gòu)有望克服 "馮-諾依曼瓶頸"--在獨(dú)立的內(nèi)存和計(jì)算元件之間來回傳輸數(shù)據(jù)所造成的能效低下和高延遲。 隨著芯片內(nèi)和芯片間數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，以前僅用于光纖長距離鏈路的光子互聯(lián)技術(shù)正與電子器件集成在先進(jìn)的封裝中，以高效地傳輸數(shù)據(jù)。 材料和器件方面的進(jìn)步使得利用毫米波和太赫茲系統(tǒng)進(jìn)行超高頻自由空間通信成為可能。 先進(jìn)的光子技術(shù)有望提供專用的人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）硬件，以低功耗和超高速運(yùn)行。 一、自第一臺數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以來微電子器件規(guī)模的巨大進(jìn)步 本圖展示了集成電路或芯片上元件數(shù)量隨時間推移而發(fā)生的變化，以及促成不同進(jìn)展浪潮的一些技術(shù)創(chuàng)新。作為參考，第一臺使用真空管制造的可編程電子通用數(shù)字計(jì)算機(jī) ENIAC 是 1945 年的第一點(diǎn)。第一個晶體管于 1947 年發(fā)明，由鍺制成，長約 1 厘米。第一個硅晶體管在幾年后問世。第一塊硅集成電路于 1959 年底問世。20 世紀(jì) 60 年代初，隨著第一個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）集成電路的發(fā)明，元件的數(shù)量開始成倍增長。每當(dāng)進(jìn)展放緩時，制造科學(xué)、材料和器件設(shè)計(jì)方面的進(jìn)步都會為這一領(lǐng)域重新注入活力。在第一波浪潮中，晶體管（這些芯片的基本構(gòu)件）尺寸的縮小直接導(dǎo)致了芯片上元件數(shù)量的急劇增加和單個晶體管成本的大幅降低--摩爾定律就是在這種情況下產(chǎn)生的。最初的平面集成電路從小規(guī)模集成（SSI）到中大規(guī)模集成（MSI）到大規(guī)模集成（LSI）再到超大規(guī)模集成（VLSI）。在第二次浪潮中，新材料的引入，包括從鋁到銅互連的過渡，提高了速度、功率和可靠性，并使晶體管尺寸進(jìn)一步縮小。第三次浪潮始于使用鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）的平面晶體管向三維（3D）晶體管的過渡，從而實(shí)現(xiàn)了更高的性能提升和持續(xù)的微型化。由于縮小晶體管尺寸的技術(shù)（目前只有幾個原子寬）已達(dá)到物理極限，因此需要采取新的策略。我們正處于 "第四波微電子浪潮 "的起點(diǎn)，告別了器件縮放的時代，進(jìn)入了一個由異構(gòu)技術(shù)和三維器件集成創(chuàng)新驅(qū)動更高性能的時代。在繼續(xù)努力縮小晶體管尺寸的同時，必須開發(fā)新的工具、制造方法和電路架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)進(jìn)步。
電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）領(lǐng)域正在發(fā)生一場革命，包括人工智能/ML、云平臺和設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（DTCO）的應(yīng)用，這將使設(shè)計(jì)人員能夠更快、更可靠地創(chuàng)建更加復(fù)雜的集成電路，并針對幾乎所有可以想象到的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。這些電路將極大地提高速度和效率，并影響從數(shù)據(jù)中心到邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等各個信息技術(shù)領(lǐng)域的性能。 目前正在部署針對特定應(yīng)用優(yōu)化性能的異構(gòu)和特定領(lǐng)域計(jì)算架構(gòu)，以加快解決問題的速度。 隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）與處理和智能的集成，它們正變得越來越復(fù)雜和強(qiáng)大。 在將半導(dǎo)體系統(tǒng)與生物分子、生物、神經(jīng)形態(tài)和生物啟發(fā)系統(tǒng)集成方面正在取得進(jìn)展，這些系統(tǒng)有朝一日可能會在能效方面帶來前所未有的改進(jìn)，并在計(jì)算、人工智能、機(jī)器人、傳感和醫(yī)療保健等領(lǐng)域提供其他獨(dú)特功能，超越任何一個領(lǐng)域自身的潛力。 隨著不同應(yīng)用需求的差異，極端可靠性以及在低溫、高溫或低功耗條件下的運(yùn)行將改變功耗、性能、面積和成本等標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，從而推動新設(shè)備、架構(gòu)和算法的發(fā)展。 隨著電子產(chǎn)品向更多異構(gòu)架構(gòu)發(fā)展，性能指標(biāo)也變得更加復(fù)雜。異構(gòu)集成--將不同的材料、器件和電路集成在一起以創(chuàng)建高功能、高性能系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)--是實(shí)現(xiàn)持續(xù)進(jìn)步的關(guān)鍵。然而，隨著越來越多的不同組件被集成在一起，要使它們無縫地協(xié)同工作所面臨的物理、電子、光學(xué)和軟件挑戰(zhàn)也變得更加復(fù)雜。 系統(tǒng)異構(gòu)性和復(fù)雜性的急劇增加也要求研發(fā)人員關(guān)注設(shè)計(jì)流程，將安全性和可靠性放在首位，并在整個設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)過程中整合形式和經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證。 正如導(dǎo)言中所提到的，人們呼吁不僅要支持塑造和推動微電子學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)和工程學(xué)，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算架構(gòu)、物理學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)，而且要廣泛接受集成設(shè)計(jì)原則，在此原則下，這些不同方面的研究相互協(xié)同，相互指導(dǎo)，并考慮到可持續(xù)發(fā)展。為了確保最終用途的能力和要求能夠?yàn)檠芯刻峁﹨⒖�，并確保研究突破能夠迅速融入開發(fā)工作，堆棧的各個層面之間進(jìn)行開放式交流是必不可少的。只有這樣的綜合方法才能保證系統(tǒng)的關(guān)鍵屬性，如安全性、可靠性和耐輻射性從一開始就被設(shè)計(jì)進(jìn)去，并在整個開發(fā)周期中得到考慮。最后，隨著生產(chǎn)、運(yùn)行和最終回收微電子系統(tǒng)所需的資源預(yù)計(jì)會增加，估算整個生命周期總能耗和成本的綜合方法將需要整個供應(yīng)鏈的投入和專業(yè)知識，以確定開發(fā)更高效架構(gòu)和流程的機(jī)會。 二、集成設(shè)計(jì) 集成設(shè)計(jì)是指由應(yīng)用驅(qū)動的從堆棧頂部到底部的持續(xù)雙向信息流。將最終用戶的需求與研發(fā)聯(lián)系起來，對于快速、集中的技術(shù)開發(fā)以及將研發(fā)成果投放市場至關(guān)重要。右圖展示了堆棧各層次之間的雙向信息流：從材料到電路的物理模型；材料和工藝；架構(gòu)、器件和電路；異構(gòu)集成和封裝；算法和軟件；以及通信和網(wǎng)絡(luò)。
未來微電子領(lǐng)域的領(lǐng)先地位需要工業(yè)界克服器件物理和制造方面的重大挑戰(zhàn)。因此，需要進(jìn)行深入創(chuàng)新，以確定新型材料和器件，并將其從實(shí)驗(yàn)室過渡到實(shí)驗(yàn)室，從而實(shí)現(xiàn)功能和性能的持續(xù)進(jìn)步。要成功建立從實(shí)驗(yàn)室到制造廠的途徑，就必須重新關(guān)注基礎(chǔ)科學(xué)與制造技術(shù)之間的交叉。要滿足信息與計(jì)算技術(shù)（ICT）系統(tǒng)對存儲、帶寬和處理能力日益增長的需求，以及 ICT 以外應(yīng)用領(lǐng)域的預(yù)期增長，就需要從器件到系統(tǒng)、從設(shè)計(jì)到工藝技術(shù)的研究與開發(fā)。這一戰(zhàn)略的核心是需要獲得設(shè)計(jì)和制造設(shè)施，包括那些配備有非常規(guī)材料和/或工藝的設(shè)施，這些設(shè)施通常與硅（Si）- CMOS 技術(shù)相結(jié)合。需要充分利用堆棧各個層面的創(chuàng)新，以便在尖端硅（Si）-CMOS 的復(fù)雜可擴(kuò)展設(shè)計(jì)方面取得進(jìn)一步進(jìn)展。 此外，還需要在表征工具和技術(shù)方面取得進(jìn)展，以便對新材料和新設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)而全面的研究，并以前所未有的空間分辨率、靈敏度、帶寬和吞吐量進(jìn)行研究。電路和系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，包括那些在多個物理域中與信號一起工作并在多個物理域中相互作用的電路和系統(tǒng)，這就需要有互補(bǔ)的多模式計(jì)量工具以及新的建模和仿真能力來測量性能并提供必要的數(shù)據(jù)，以支持 EDA、DTCO 和系統(tǒng)技術(shù)共同優(yōu)化 (STCO)。隨著這些模型的復(fù)雜程度不斷提高，它們將越來越多地為制造工藝的改進(jìn)提供信息。 除了在硬件-軟件堆棧之間進(jìn)行協(xié)調(diào)外，還需要通過研究成果的協(xié)同流動在整個研發(fā)界進(jìn)行協(xié)調(diào)，以取得最佳成果。大學(xué)和小型企業(yè)的研究人員必須能夠使用設(shè)計(jì)工具、制造設(shè)施和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施來測試他們的想法。商業(yè)制造設(shè)施將從與新型技術(shù)方法的早期測試者的合作中受益。同樣，從美國大學(xué)畢業(yè)的高級研究人員在這些領(lǐng)域的技能培訓(xùn)也將使企業(yè)的研發(fā)工作受益匪淺。這種合作的一個重要方面必須是建立和維護(hù)有效的研究安全措施，以防止研發(fā)活動造成意外的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。 未來五年，美國政府的研發(fā)工作將重點(diǎn)關(guān)注以下目標(biāo)： 01 加速研發(fā)可提供新功能或功能增強(qiáng)的材料 材料研發(fā)是滿足所有部門和應(yīng)用領(lǐng)域新需求的核心。要實(shí)現(xiàn)能源效率、信息速度和帶寬、新型計(jì)算架構(gòu)和可持續(xù)發(fā)展等目標(biāo)，就必須采用新材料和改良材料。例如，碳化硅（SiC）、磷化銦（InP）、氮化鋁（AlN）或金剛石等新興基底材料正在開發(fā)中。許多新型寬帶隙和超寬帶隙材料在電力電子和射頻電子（6G 及更遠(yuǎn)）領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，而氮化硅（SiN）和鈮酸鋰（LiNbO3）薄膜材料雖已面世，但仍需加以改進(jìn)，以推動光子應(yīng)用和下一代無線通信的發(fā)展。新型多鐵性和憶阻性材料正在擴(kuò)大納米電子器件的功能范圍。 然而，盡管取得了許多令人興奮的突破，但將新材料引入復(fù)雜的微電子工藝流程通常需要數(shù)十年的努力和數(shù)十億美元的資金，才能完成從概念驗(yàn)證到生產(chǎn)制造的過程。為使新型材料和新興材料發(fā)揮其潛力，需要采用新方法來大幅縮短部署時間和降低成本。 半導(dǎo)體材料及相關(guān)研究生態(tài)系統(tǒng)中各實(shí)體（包括國家實(shí)驗(yàn)室、私營公司和財(cái)團(tuán)）之間的協(xié)調(diào)，將為器件、互連、電路和系統(tǒng)先進(jìn)材料的部署提供途徑。作為 "材料基因組計(jì)劃"（MGI：Materials Genome Initiative）的一部分而開發(fā)的 "材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施 "等框架可發(fā)揮重要作用，圍繞開發(fā)微電子新能力或功能增強(qiáng)的重大挑戰(zhàn)組織材料界。 支持新能力所需的先進(jìn)材料研發(fā)要素包括： 重點(diǎn)研究新興有機(jī)和無機(jī)材料，包括二維（2D）材料；顯示量子效應(yīng)/特性的材料；用于高能效電子產(chǎn)品和極端環(huán)境的寬帶隙和超寬帶隙材料；優(yōu)化高帶寬互連的材料；用于超高頻操作（光學(xué)、電氣和機(jī)電）的材料；實(shí)現(xiàn)非馮-諾依曼架構(gòu)的材料；以及生物-非生物混合系統(tǒng)。 探索可無縫集成到現(xiàn)有工藝流程中的材料，例如，可在生產(chǎn)線后端（BEOL）增加功能，以提高性能并實(shí)現(xiàn)更大程度的三維集成。 加大力度改進(jìn)現(xiàn)有的塊狀襯底材料，加快新材料的開發(fā)和應(yīng)用。 統(tǒng)一半導(dǎo)體材料數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，以促進(jìn)知識共享和加速創(chuàng)新。 采用新的建模、表征和計(jì)量方法，快速、精確地確定與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的所有參數(shù)。- 開展研發(fā)工作，加快開發(fā)可制造的合成工藝和適用于新興材料的生產(chǎn)工具。 確保純度、物理性質(zhì)和來源的新測量方法和標(biāo)準(zhǔn)，以加速材料研發(fā)。 研究如何在整個生命周期內(nèi)提高加工、制造和供應(yīng)鏈的可持續(xù)性和循環(huán)性（再利用、再循環(huán)），包括更環(huán)保的材料和提取工藝，以及更廣泛地使用地球上豐富的元素，以減少供應(yīng)鏈的脆弱性。 獲得可采用非常規(guī)材料和/或工藝的制造設(shè)施，可能與 Si-CMOS 技術(shù)進(jìn)行異質(zhì)組合。 建立新的重點(diǎn)設(shè)施，對新型和非常規(guī)材料的工藝進(jìn)行驗(yàn)證和放大。 02 提高電路設(shè)計(jì)、模擬和仿真工具的能力 適用于新材料、新設(shè)備、新電路和新架構(gòu)的電路設(shè)計(jì)、模擬和仿真工具對于持續(xù)創(chuàng)新和設(shè)備擴(kuò)展至關(guān)重要。 提高數(shù)字工具能力的戰(zhàn)略方法包括以下方面的努力： 創(chuàng)建、開發(fā)并廣泛提供可促進(jìn)設(shè)計(jì)、建模、仿真和探索新形式計(jì)算架構(gòu)和計(jì)算處理器（包括數(shù)字和模擬/混合信號）的工具；支持使用先進(jìn)封裝的設(shè)計(jì)；并納入包括尺寸、重量、功耗、成本、安全和保障在內(nèi)的目標(biāo)。 在 EDA 工具中進(jìn)一步集成人工智能和 ML 以及基于物理的方法，以支持創(chuàng)新電路和系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。 開發(fā)集成了仿真和優(yōu)化功能的高級綜合工具和 EDA 系統(tǒng)與流程，縮短學(xué)習(xí)曲線，降低集成電路設(shè)計(jì)人員的入門門檻。 改進(jìn)材料和器件驗(yàn)證方法，推進(jìn)材料、元件和電路特性的測量，以生成提高 EDA 工具保真度所需的可靠統(tǒng)計(jì)參數(shù)。 改進(jìn) DTCO 和 STCO 方法和平臺，實(shí)現(xiàn)全棧協(xié)同優(yōu)化。 推進(jìn)正式和端到端驗(yàn)證方法的開發(fā)，包括器件相關(guān)材料數(shù)據(jù)和輸入信息，以克服電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真中的瓶頸，從而管理日益復(fù)雜的異構(gòu)系統(tǒng)。 03 開發(fā)未來系統(tǒng)所需的各種強(qiáng)大處理架構(gòu)和相關(guān)硬件 機(jī)器學(xué)習(xí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí) (AR/VR)、圖像/信號處理等先進(jìn)計(jì)算資源的快速增長和利用，對性能和能耗提出了更高的要求，不斷挑戰(zhàn)最先進(jìn)的 Si-CMOS 設(shè)計(jì)的極限。非馮諾依曼計(jì)算架構(gòu)，如神經(jīng)形態(tài)、以內(nèi)存為中心、深度學(xué)習(xí)、異步計(jì)算、混合以及利用量子效應(yīng)的設(shè)計(jì)，將在廣泛的商業(yè)和國家安全應(yīng)用中發(fā)揮越來越大的作用。除了基于標(biāo)準(zhǔn)Si-CMOS的系統(tǒng)外，采用低溫CMOS、模擬/混合信號技術(shù)、光子學(xué)、自旋電子學(xué)和量子器件的新方法也在迅速涌現(xiàn)。要充分利用這些多樣化的處理架構(gòu)和器件類型，需要在整個堆棧中進(jìn)行創(chuàng)新。 主要的研發(fā)需求包括： 進(jìn)一步了解這些架構(gòu)實(shí)現(xiàn)最佳性能所需的算法、編程模型和編譯器。 以硬件、軟件和標(biāo)準(zhǔn)為重點(diǎn)，努力提高設(shè)備的可編程性和可編程抽象性。 優(yōu)化制造和設(shè)計(jì)能力，以生產(chǎn)這些新型處理架構(gòu)。 除新型集成電路設(shè)計(jì)外，新型架構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)非馮-諾依曼元件與傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)化集成。 人工智能和 ML 方法，以應(yīng)對與異構(gòu)集成邏輯內(nèi)存設(shè)備產(chǎn)生的預(yù)期高數(shù)據(jù)速率和大數(shù)據(jù)量相關(guān)的挑戰(zhàn)。 量子信息科學(xué)研究，包括量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子傳感，除了需要先進(jìn)的制造能力和奇特的材料外，還需要大量新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 量子支持技術(shù)，如低溫電子學(xué)和光子學(xué)，以便與量子系統(tǒng)對接。 大型傳感器網(wǎng)絡(luò)提取和提煉信息的高能效處理架構(gòu)，包括傳感器技術(shù)、模擬處理架構(gòu)，以及采用經(jīng)典和生物啟發(fā)方法的極端分布式邊緣計(jì)算。 極端環(huán)境中傳感、信號處理和計(jì)算應(yīng)用的設(shè)計(jì)流程和架構(gòu)。 超越高性能計(jì)算的電路創(chuàng)新，以滿足能源、醫(yī)療保健、交通和通信領(lǐng)域的需求。 04 為先進(jìn)封裝和異質(zhì)集成開發(fā)工藝和計(jì)量學(xué) 異質(zhì)集成包括幾種不同技術(shù)（如 Si CMOS、MEMS、III-V 混合信號和光子學(xué)）的集成，這些技術(shù)本身就是多個系統(tǒng)集成的結(jié)果。這方面的例子包括使用各種方法在單芯片、多芯片或基板上的芯片37 上進(jìn)行集成，如 2.5D 和 3D 堆疊、高密度再分布、光學(xué)封裝和測試、扇出、混合接合、高級中間膜、高密度焊接凸塊、銅互連和通孔。異構(gòu)集成的成功可帶來更高的產(chǎn)量、更低的成本、更強(qiáng)的功能、IP 的重復(fù)使用，從而加快設(shè)計(jì)迭代和定制，并提高能效。從高性能計(jì)算到醫(yī)療保健，再到定位、導(dǎo)航和定時，集成在各個應(yīng)用領(lǐng)域都至關(guān)重要。目前，異構(gòu)集成和實(shí)現(xiàn)異構(gòu)集成的先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展速度超過了傳統(tǒng)封裝技術(shù)。盡管海外組裝和測試設(shè)施在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，但這種增長為美國提供了在關(guān)鍵領(lǐng)域建立領(lǐng)先地位的難得機(jī)會。 要成功確保美國在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，并從異質(zhì)集成中獲益，就必須解決許多相互關(guān)聯(lián)的研究難題，包括材料、制造工藝、能源、成本、產(chǎn)量和有效建模。 主要研究挑戰(zhàn)包括： 用于基板、封裝/模塑和芯片到芯片互連的新材料，以擴(kuò)大可用的設(shè)計(jì)空間，為此，與材料供應(yīng)商的合作和伙伴關(guān)系至關(guān)重要。 在機(jī)電一體化、機(jī)器視覺和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域取得進(jìn)展，以支持開發(fā)具有成本效益的自動化敏捷系統(tǒng)，用于大批量和多品種封裝和組裝。 創(chuàng)新的互連技術(shù)，以提高能效和密度。 新的高速方法，可在組裝前檢測組件，并在組裝過程中監(jiān)控接口，以減少缺陷組件或組件間接口的缺陷。 增強(qiáng)工具計(jì)量和檢測能力，包括從紅外線到 X 射線波長的新型光源和高速檢測器。 跨越多種長度尺度（二維和三維）和物理特性的新計(jì)量學(xué)，以應(yīng)對新興異質(zhì)集成和先進(jìn)封裝工藝與技術(shù)帶來的獨(dú)特測量挑戰(zhàn)。 改進(jìn)完整系統(tǒng)的熱、機(jī)械和電磁行為的物理建模，并開發(fā)新的高分辨率方法來測量這些行為，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性能。 集成設(shè)計(jì)工具和方法，確保電路、架構(gòu)和封裝的協(xié)同設(shè)計(jì)，最大限度地提高系統(tǒng)性能和 IP 重復(fù)利用率。 05 優(yōu)先考慮硬件完整性和安全性，將其作為整個堆棧協(xié)同設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的一個要素 面對來自對手的威脅，從電路到軟件等組件都有可能被植入惡意改動，再加上需要為后量子計(jì)算時代的加密和數(shù)據(jù)安全做好準(zhǔn)備，因此完整性和網(wǎng)絡(luò)安全必須成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)組成部分。近年來，網(wǎng)絡(luò)安全威脅已從集中在軟件堆棧高層的攻擊發(fā)展到逐步降低計(jì)算層次，直至芯片級。除了提高安全性外，還需要在整個堆棧中取得進(jìn)展，以支持增強(qiáng)隱私保護(hù)--個人和組織控制誰能訪問和控制其數(shù)據(jù)，以及在多大程度上能將其數(shù)據(jù)與自己聯(lián)系起來的能力。40 設(shè)計(jì)過程必須允許硬件、軟件和安全/隱私限制之間的反復(fù)。為了滿足經(jīng)濟(jì)和國家安全需求，同時維護(hù)隱私，必須將安全性作為一種限制因素納入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)研發(fā)中，并將其與功耗、性能、面積和成本放在同等重要的位置。 提高硬件完整性和安全性的研究需求包括開發(fā)： 準(zhǔn)確的威脅模型，以支持對不同安全方法的成本效益權(quán)衡分析。 高層次的完整性和安全性概念模型（類似于計(jì)算機(jī)科學(xué)中的抽象層），以幫助協(xié)同設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各學(xué)科進(jìn)行更有效的交流與合作。 新的自動化和支持結(jié)構(gòu)，使應(yīng)用程序能夠在安全系統(tǒng)上構(gòu)建，并支持新應(yīng)用程序的普遍采用。 協(xié)同設(shè)計(jì)卓越中心，其中安全是每個硬件重點(diǎn)領(lǐng)域的主要設(shè)計(jì)制約因素。 保護(hù)數(shù)據(jù)和減少對硬件信任的新方法，如同態(tài)加密、加密存儲系統(tǒng)、安全計(jì)算、隔離加密和多方計(jì)算。 確保集成電路 IP 來源和完整性的方法。 用于評估和基準(zhǔn)測量性能的標(biāo)準(zhǔn)測試文章、方法和分析，以促進(jìn)不同組織之間的測量可重復(fù)性。 高通量測量和檢測系統(tǒng)，以驗(yàn)證電路硬件。 06 投資研發(fā)所需的制造工具和工藝，以支持創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為具有生產(chǎn)價(jià)值的制造工藝 隨著研發(fā)提供新材料和設(shè)備，研究也需要開發(fā)制造工具和工藝，以實(shí)現(xiàn)這些新技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)。雖然重要的制造技術(shù)將繼續(xù)在微米尺度上取得進(jìn)步，但許多尖端技術(shù)已經(jīng)并將繼續(xù)在納米尺度上取得進(jìn)步，甚至在某些特征上達(dá)到原子尺度。為了滿足對增強(qiáng)設(shè)備性能和能源效率的需求，需要相應(yīng)地開發(fā)具有前所未有精度的制造工藝、工具和計(jì)量。所謂的“超精密制造”(UPM)是歷史悠久的小規(guī)模制造的下一步。對超精密的需求也提供了一個機(jī)會，可以利用納米尺度上獨(dú)特的材料特性，如隧道或磁性和自旋相互作用，來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的新功能。新穎的制造方法只有在規(guī)模達(dá)到商業(yè)規(guī)模時才會有效。因此，先進(jìn)的制造業(yè)研發(fā)以擴(kuò)大工藝和工具以滿足制造業(yè)的需求是必不可少的。 相反，也有機(jī)會開發(fā)更靈活的制造方法，使成本效益高，高混合，小批量生產(chǎn)，以支持日益多樣化的商業(yè)和國防需求。此外，在更大的特征尺寸上推進(jìn)制造技術(shù)，以提高產(chǎn)量，減少工藝和設(shè)備的變化，并使成本具有競爭力，資源高效的國內(nèi)制造成為可能。 對新工具和新工藝的主要研發(fā)需求包括: 超精密表征，先進(jìn)的光刻和計(jì)量工具，以及改進(jìn)的質(zhì)量控制，包括精確的參考結(jié)構(gòu)在10納米以下的尺度。 新穎的模式方法，包括減法和加法，支持新興需求，如3D架構(gòu)，大面積基板，高混合，小批量制造電路和封裝。 改進(jìn)工藝，如區(qū)域選擇性原子層沉積和蝕刻，以支持減小特征尺寸和更復(fù)雜的器件幾何形狀。 高通量實(shí)驗(yàn)和建模方法，加上光學(xué)，電子和掃描探針顯微鏡檢查工具的新功能，以提高速度，吞吐量，產(chǎn)量，精度和準(zhǔn)確性。 混合計(jì)量方法，將來自多種測量工具的數(shù)據(jù)與新的ML方法相結(jié)合，以利用數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)流程優(yōu)化。 集成了基于AI/ML/物理的模型，能夠消化晶圓廠的實(shí)時過程數(shù)據(jù)，用于高級預(yù)測分析，以測量和提高產(chǎn)量，并實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體和微電子制造業(yè)的晶圓廠虛擬化。 進(jìn)一步發(fā)展和使用原位計(jì)量，以加速實(shí)時過程控制的集成，減少過程的可變性，這是昂貴的非原位計(jì)量的關(guān)鍵驅(qū)動因素。 這個領(lǐng)域的進(jìn)展需要在多模態(tài)測量、軟件集成和工具開發(fā)的集成方面取得進(jìn)展。 快速、高分辨率、非破壞性技術(shù)，用于表征缺陷和雜質(zhì)，并將其與性能和可靠性相關(guān)聯(lián)。 具有更高分辨率、靈敏度、準(zhǔn)確性和吞吐量的表面、埋藏特征、接口和設(shè)備的物理特性表征。 應(yīng)用第一性原理材料研究與高性能計(jì)算開發(fā)準(zhǔn)確的材料-過程相互作用模型。 數(shù)字孿生應(yīng)用的進(jìn)步，使制造流程的精確建模和快速迭代和融合成為可能。 提高能源和資源效率，并在生產(chǎn)過程中使用環(huán)�；瘜W(xué)物質(zhì)。 目標(biāo)2 支持，建立和橋梁微電子基礎(chǔ)設(shè)施，從研究到生產(chǎn) 正如該戰(zhàn)略所強(qiáng)調(diào)的那樣，微電子研發(fā)是極其基礎(chǔ)設(shè)施密集型的，從早期研究到制造，每個開發(fā)階段都需要獲得適當(dāng)?shù)脑O(shè)施和相關(guān)的專業(yè)知識。此外，每個階段的資源必須連接起來，以確保新的創(chuàng)新能夠沿著技術(shù)發(fā)展的道路迅速發(fā)展。 從歷史上看，美國沒有為微電子研發(fā)提供集中、開放的設(shè)施，這些設(shè)施配備了設(shè)計(jì)和制造工具、測試和與尖端技術(shù)制造環(huán)境相關(guān)的專業(yè)知識，限制了研究人員推進(jìn)創(chuàng)新的機(jī)會。認(rèn)識到生態(tài)系統(tǒng)中的這一差距，國會授權(quán)并為CHIPS法案中的幾個項(xiàng)目撥款，以幫助建立支持國內(nèi)研究成熟的設(shè)施，并使用制造相關(guān)設(shè)備獲得先進(jìn)的原型能力。 此外，微電子的持續(xù)多樣化，以最好地解決特定用例，導(dǎo)致各種研發(fā)利益相關(guān)者的一系列復(fù)雜需求。研究人員需要直接訪問美國的設(shè)施，這些設(shè)施配備了制造工具、測試能力，以及熟練的技術(shù)人員來維護(hù)和操作它們。這種基礎(chǔ)設(shè)施支持使研究人員能夠在領(lǐng)先(或接近領(lǐng)先)的制造環(huán)境中展示新設(shè)備、互連、電路、系統(tǒng)和制造工藝的潛力。擁有最先進(jìn)的設(shè)備、設(shè)計(jì)工具和熟練的技術(shù)人員的協(xié)調(diào)良好的設(shè)施群對于提高異構(gòu)集成的領(lǐng)導(dǎo)地位也至關(guān)重要。 半導(dǎo)體研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施存在于一個連續(xù)體中，支持從探索新材料到實(shí)施新系統(tǒng)架構(gòu)的活動�，F(xiàn)代半導(dǎo)體和微電子系統(tǒng)令人難以置信的復(fù)雜性，通過使堆棧中的每個級別明智地抽象并告知相鄰級別的關(guān)鍵特征，作為雙向信息流協(xié)同設(shè)計(jì)方法的一部分，可以最好地管理。材料特性被抽象為器件模型，器件行為被納入電路模型，電路被納入體系結(jié)構(gòu)，依此類推直至應(yīng)用。同樣地，應(yīng)用程序和軟件的特性決定了架構(gòu)，架構(gòu)指導(dǎo)電路設(shè)計(jì)等等。 隨著研發(fā)重點(diǎn)的提升，基礎(chǔ)設(shè)施必須保持一致，以確保每一級的科技發(fā)展都能持續(xù)發(fā)展，并為下一級的科技發(fā)展提供信息，最終為商業(yè)設(shè)計(jì)和制造提供信息。在堆棧的最底層，需要最大的靈活性來加速新材料的研究和開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)突破性的性能。當(dāng)這些材料被識別出來時，它們必須提供給研究團(tuán)體，以整合到設(shè)備中，以確定是否可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能優(yōu)勢。 再往上說，與可靠和穩(wěn)健的制造工藝相比，設(shè)備的靈活性就不那么重要了，因?yàn)橹圃旃に嚳梢詫?shí)現(xiàn)可重復(fù)和可靠的設(shè)備性能測量。在電路層面，訪問文檔化和支持的工藝設(shè)計(jì)套件(PDK)模塊和基礎(chǔ)電路IP，例如，標(biāo)準(zhǔn)單元庫，輔以強(qiáng)大的測試和表征能力，是必不可少的。在封裝級，單片和系統(tǒng)級封裝設(shè)計(jì)的適應(yīng)性集成和特性，包括先進(jìn)的芯片功能，需要支持中小型原型設(shè)計(jì)。創(chuàng)建這樣一個全方位的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)將需要支持和擴(kuò)大成本有效獲取創(chuàng)新所需的基礎(chǔ)設(shè)施。該基礎(chǔ)設(shè)施包括三個關(guān)鍵組件:硬件和軟件工具、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)共享基礎(chǔ)設(shè)施，以及充分利用工具和數(shù)據(jù)的專業(yè)知識。能夠負(fù)擔(dān)得起并及時獲得這些工具和數(shù)據(jù)，也是培訓(xùn)和維持研究和制造勞動力專業(yè)知識的必要先決條件。 支持研發(fā)連續(xù)體所需的基礎(chǔ)設(shè)施包括用于材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、制造工藝、計(jì)量和表征工具的早期開發(fā)設(shè)施，以及使用標(biāo)準(zhǔn)化流程訪問領(lǐng)先的原型設(shè)施。CHIPS法案的投資旨在彌合早期研發(fā)和原型之間的差距，使新材料，工藝和計(jì)量的實(shí)驗(yàn)成為可能。隨著用戶技術(shù)的成熟和能力的發(fā)展，需要跨部門和機(jī)構(gòu)的協(xié)作機(jī)制來促進(jìn)工作從一個設(shè)施到另一個設(shè)施的過渡。 值得注意的是，雖然在以下目標(biāo)下強(qiáng)調(diào)了支持微電子研究基礎(chǔ)設(shè)施(目標(biāo)2)的幾個項(xiàng)目，但它們在推進(jìn)研究以幫助確保技術(shù)領(lǐng)先地位(目標(biāo)1)、教育和培訓(xùn)未來勞動力(目標(biāo)3)以及幫助連接更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)(目標(biāo)4)方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 聯(lián)邦政府在今后五年的努力將實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)： 01 支持設(shè)備級研發(fā)制造和表征用戶設(shè)施的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò) 支持電子、光子和微機(jī)械器件的新概念，推進(jìn)“More-Moore”和“More-Than-Moore”解決方案，需要越來越復(fù)雜和昂貴的表征和制造工具和設(shè)施。半導(dǎo)體材料的合成和表征，以及器件的制造和測量，涉及使用不同工具集的多個步驟。在微電子領(lǐng)域工作的研究人員需要使用配備全套制造和表征工具的用戶設(shè)施，這些設(shè)施需要持續(xù)的資本投資才能保持當(dāng)前狀態(tài)。除了儀器之外，有效的用戶設(shè)施還需要專業(yè)人員來最大限度地操作專用工具，并培訓(xùn)新用戶，這有助于降低訪問障礙，并在教育和勞動力發(fā)展中發(fā)揮重要作用。 幸運(yùn)的是，微電子研發(fā)社區(qū)可以建立在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上，包括作為NNI一部分建立的用戶設(shè)施。位于全國各地的用戶設(shè)施和其他共享研究基礎(chǔ)設(shè)施為來自政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究人員提供了訪問先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備和專業(yè)知識的機(jī)會。在多個聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的支持下，許多這些基礎(chǔ)設(shè)施中心通過提供潔凈室、表征工具、材料科學(xué)和合成實(shí)驗(yàn)室以及建模和仿真工具，促進(jìn)了微電子相關(guān)的研發(fā)。除了提供研究活動之外，這些中心還作為一個強(qiáng)大的培訓(xùn)和勞動力發(fā)展引擎。 例如，NSF資助的國家納米技術(shù)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施(NNCI)是一個由全國16個站點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，涉及29所大學(xué)和其他合作組織，并提供使用制造和表征工具的用戶設(shè)施的訪問。除了向政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究人員提供71個不同設(shè)施的2200多種獨(dú)立工具外，NNCI網(wǎng)絡(luò)還支持專家人員協(xié)助研究人員，并提供一整套教育、培訓(xùn)和推廣工作。由于NSF的用戶設(shè)施的第四次迭代主要集中在納米電子學(xué)上，這些設(shè)施已經(jīng)為成千上萬的研究人員提供了服務(wù)，并幫助培訓(xùn)了幾代學(xué)生。 此外，獲得微電子研究所需的昂貴的專業(yè)設(shè)備為無法在現(xiàn)場購買和安置類似設(shè)備的機(jī)構(gòu)或小企業(yè)的學(xué)生、教師和研究人員提供了機(jī)會，擴(kuò)大了參與和擴(kuò)大了研究社區(qū)。除了NNCI和其他主要的大學(xué)中心外，美國政府還通過能源部的五個納米尺度科學(xué)研究中心(nsrc)和NIST納米科學(xué)與技術(shù)中心(CNST)納米實(shí)驗(yàn)室提供國家實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。這五個nsrc是美國能源部在納米尺度上跨學(xué)科研究的首要用戶中心，是包含新科學(xué)、新工具和新計(jì)算能力的國家計(jì)劃的基礎(chǔ)。這些實(shí)驗(yàn)室包含潔凈室、納米制造資源、獨(dú)一無二的簽名儀器以及除主要用戶設(shè)施外通常無法獲得的其他儀器。NIST NanoFab提供了廣泛的商業(yè)，最先進(jìn)的工具集，包括光刻，薄膜沉積和納米結(jié)構(gòu)表征的先進(jìn)能力，以及全職技術(shù)支持人員。 最后，其他共享的基礎(chǔ)設(shè)施，如表征實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算和建模資源、光和中子源，以及制造機(jī)構(gòu)，在開發(fā)未來的材料、工藝、設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)和勞動力方面發(fā)揮作用。 研發(fā)制造和表征設(shè)施的主要需求包括： 對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行差距分析，然后努力解決現(xiàn)有設(shè)施內(nèi)的能力差距，并在需要時建立新的能力，以全面解決堆棧中不同區(qū)域和級別的需求。 定期更新可搜索共享研究資源的公共注冊表，使研究人員能夠輕松識別最符合其需求的項(xiàng)目和中心。 支持先進(jìn)的制造技術(shù)，能夠?qū)⑿屡d的低尺寸納米材料和納米器件以及其他“超過摩爾”的解決方案納入設(shè)計(jì)，以及使用成熟和最先進(jìn)的技術(shù)制造的電路，用于中小型原型設(shè)計(jì)。 必要時與盟國和伙伴國的國際實(shí)體達(dá)成協(xié)議，為美國的研究人員提供使用尖端制造設(shè)備的機(jī)會，以彌合目前國內(nèi)的差距。 資金模型，使用影響指標(biāo)主要側(cè)重于滿足廣泛和多樣化用戶群的需求，使設(shè)施能夠獲得足夠的最先進(jìn)的工具，在其重點(diǎn)領(lǐng)域建立臨界質(zhì)量，支持專家設(shè)施技術(shù)人員指導(dǎo)和幫助用戶，并根據(jù)需要提供持續(xù)的資本重組，以保持最先進(jìn)和最先進(jìn)的實(shí)踐能力。 激勵培訓(xùn)和教育的成功指標(biāo)和資助機(jī)制，包括支持地理位置不利的研究人員前往研究中心。 減少設(shè)施準(zhǔn)入障礙，包括通過與研究界的聯(lián)系，負(fù)擔(dān)得起的運(yùn)營成本/費(fèi)用，以及簡單、公平的準(zhǔn)入模式，包括改進(jìn)遠(yuǎn)程操作技術(shù)的實(shí)施，進(jìn)一步擴(kuò)大每個設(shè)施的地理覆蓋范圍，促進(jìn)公平準(zhǔn)入。 FAIR(findable, accessible, interoperable, and reusable)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以最大限度地提高研究團(tuán)體對設(shè)施中產(chǎn)生的信息的訪問。 02 為學(xué)術(shù)和小型企業(yè)研究界提供更靈活的設(shè)計(jì)工具和晶圓級制造資源 目前，設(shè)計(jì)工具的成本，特別是pdk、裝配設(shè)計(jì)套件(ADKs)和EDA，加上代工制造運(yùn)行的成本，對于小企業(yè)和學(xué)術(shù)研究團(tuán)體，以及政府機(jī)構(gòu)、DOE國家實(shí)驗(yàn)室和其他ffrdc以及非營利實(shí)驗(yàn)室的努力來說，可能是令人望而卻步的。此外，對于在代工廠制造的晶圓，特別是在中間流程中制造的晶圓，在更靈活的研究設(shè)施中進(jìn)行進(jìn)一步加工，沒有完善的途徑。《芯片法案》的投資將通過對基礎(chǔ)設(shè)施的投資和新的公私合作伙伴關(guān)系的補(bǔ)充，幫助解決國內(nèi)設(shè)備級研發(fā)和先進(jìn)原型之間的差距。這些努力旨在為晶圓級研發(fā)提供高效、經(jīng)濟(jì)的共享資源網(wǎng)絡(luò)，并建立一個芯片研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。 改善獲得設(shè)計(jì)工具和制造資源的關(guān)鍵需求包括： 靈活且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的模型，包括成熟節(jié)點(diǎn)的潛在開源功能，為國內(nèi)研究人員擴(kuò)展高級pdk，標(biāo)準(zhǔn)單元庫和某些IP(即內(nèi)存控制器，內(nèi)核等)的可用性，同時保護(hù)商業(yè)IP和專有信息。 與EDA供應(yīng)商建立更廣泛的合作伙伴關(guān)系，使設(shè)計(jì)工具，包括高級合成工具，以顯著降低的成本提供給更多的大學(xué)和小企業(yè)研究人員，并在需要時加速特定領(lǐng)域EDA功能的開發(fā)。DARPA工具箱計(jì)劃(Toolbox Initiative47)和國防部快速保證微電子原型(RAMP)的努力是為研發(fā)社區(qū)提供設(shè)計(jì)工具和經(jīng)過驗(yàn)證的知識產(chǎn)權(quán)的例子。在可能的情況下，項(xiàng)目應(yīng)該促進(jìn)研發(fā)中使用的pdk的標(biāo)準(zhǔn)化，以增加設(shè)計(jì)和制造供應(yīng)商之間的互操作性。 適用于成熟技術(shù)和新興技術(shù)的無障礙設(shè)計(jì)工具和工具環(huán)境，包括安全的基于云的解決方案，可以確保捕獲和嚴(yán)格保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，確定知識產(chǎn)權(quán)的來源和權(quán)利，并尊重出口管制和其他法律和監(jiān)管邊界。 標(biāo)準(zhǔn)化許可協(xié)議和保密協(xié)議，最大限度地減少知識產(chǎn)權(quán)共享的障礙，縮短創(chuàng)新周期。 訪問建模和仿真所需的高性能計(jì)算資源，以支持在產(chǎn)生原型成本之前評估電路性能。 增加制造設(shè)施的多項(xiàng)目晶圓產(chǎn)能，并以公平的小規(guī)模制造能力為補(bǔ)充，以降低集成電路和先進(jìn)封裝/異構(gòu)集成的成本和設(shè)計(jì)測試周期時間，并擴(kuò)大獲取和加速創(chuàng)新。 具有標(biāo)準(zhǔn)接口的標(biāo)準(zhǔn)“即插即用”小芯片的庫和供應(yīng)，以及這些接口的開放源參考實(shí)現(xiàn)。 創(chuàng)建并使用先進(jìn)的封裝研究設(shè)施，以加速先進(jìn)封裝的創(chuàng)新、異構(gòu)集成和芯片生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。 03 便于關(guān)鍵功能材料的研究獲取 如果沒有超純的、幾乎不存在缺陷的材料和同位素，微電子工業(yè)就不可能發(fā)展。新的電子、磁性和光子器件的發(fā)展同樣依賴于適當(dāng)功能材料的供應(yīng)。這些材料包括III-V型半導(dǎo)體(以及由它們制成的量子點(diǎn)和量子阱材料)、薄膜鈮酸鋰、絕緣體上的碳化硅、金剛石和許多多鐵性材料和壓電材料。 然而，其中許多材料只能從海外供應(yīng)商那里獲得。其他材料可以在國內(nèi)獲得，但往往只能從一個大學(xué)實(shí)驗(yàn)室獲得，其向外部研究小組提供的能力有限，有時質(zhì)量不穩(wěn)定。加強(qiáng)國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的努力可能為支持材料供應(yīng)商和鼓勵開發(fā)新材料工藝提供機(jī)會，從而降低研究人員的采購成本。 確保強(qiáng)大和高質(zhì)量的國內(nèi)功能材料供應(yīng)以加快器件開發(fā)和集成研究步伐的策略包括： 與美國材料供應(yīng)商合作，確保國內(nèi)產(chǎn)能的維持和擴(kuò)大。努力包括確保繼續(xù)在國內(nèi)開發(fā)和獲取支持制造業(yè)所需的機(jī)構(gòu)知識和專門技術(shù)。 支持處于材料開發(fā)前沿的美國研究機(jī)構(gòu)，使其擁有所需的專職人員，以擴(kuò)大向國內(nèi)研究人員提供新材料的能力。需要工業(yè)參與的重點(diǎn)研究資助可以用于建立合作，以開發(fā)材料供應(yīng)并將研究專業(yè)知識轉(zhuǎn)移到商業(yè)部門。 投資傳統(tǒng)和創(chuàng)新方法，包括MGI方法，以縮短從有前途的材料的演示到襯底供應(yīng)的可用性的路徑，包括批量襯底合成和薄膜沉積/外延，以提供高純度和低缺陷密度的襯底材料在足夠的尺寸和規(guī)模。 04 擴(kuò)大對建模和仿真的高級網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的訪問 在物理，制造和計(jì)量學(xué)的限制下進(jìn)行創(chuàng)新，需要在投資于先進(jìn)的原型或昂貴的實(shí)驗(yàn)之前，在數(shù)字模擬中展示對電路性能和制造工藝的深刻理解。需要改進(jìn)的建模和仿真工具，充分利用硬件加速器的高級合成和電路和系統(tǒng)的仿真，特別是那些基于新材料、器件、互連和集成CMOS架構(gòu)的工具。同樣，需要基于豐富物理數(shù)據(jù)集的綜合物理模型來模擬復(fù)雜的、相互依賴的制造過程�？紤]到計(jì)算數(shù)據(jù)托管的挑戰(zhàn)，通用云資源可能會不足，因此需要為微電子研發(fā)需求量身定制的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支持。 支持訪問網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行建模和仿真的關(guān)鍵行動包括： 提供對領(lǐng)導(dǎo)級計(jì)算和其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的訪問，包括美國能源部國家實(shí)驗(yàn)室、其他ffrdc和nsf資助的設(shè)施。 促進(jìn)用戶，系統(tǒng)開發(fā)人員，計(jì)量和原型設(shè)備之間的密切協(xié)調(diào)，以確保高質(zhì)量數(shù)據(jù)集的可用性，從而能夠構(gòu)建準(zhǔn)確的材料，工藝，設(shè)備和系統(tǒng)模型。 與實(shí)體基礎(chǔ)設(shè)施及其產(chǎn)出建立密切聯(lián)系，以有效地支持整個研發(fā)社區(qū)并協(xié)助技術(shù)轉(zhuǎn)讓。 05 支持先進(jìn)的研究，開發(fā)和原型設(shè)計(jì)，以彌合實(shí)驗(yàn)室到工廠的差距 正如2.1節(jié)所詳述的，雖然早期研究基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)很強(qiáng)，但在美國生態(tài)系統(tǒng)中，獲得更先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施尤其具有挑戰(zhàn)性。CHIPS法案提供了一個獨(dú)特的機(jī)會來支持和提供訪問先進(jìn)的原型資源，這些資源將提供關(guān)鍵的國內(nèi)能力，以加速將研究創(chuàng)新插入使用領(lǐng)先的CMOS工藝的硅片上，以及其他關(guān)鍵材料和技術(shù)，如用于混合信號和電力電子的化合物半導(dǎo)體。這些努力需要確定資助模式，使用主要集中于滿足用戶需求的影響指標(biāo)，使設(shè)施能夠獲得足夠的最先進(jìn)的工具，支持技術(shù)人員來指導(dǎo)和幫助用戶，并根據(jù)需要提供持續(xù)的資本重組，以維持最先進(jìn)和狀態(tài)實(shí)踐能力。提供維護(hù)良好和緊密整合的資源，也將最大限度地提高學(xué)生、研究人員、工業(yè)和政府最終用戶之間非正式學(xué)習(xí)和合作的機(jī)會。下面討論的每個項(xiàng)目都將利用現(xiàn)有能力，擴(kuò)大能力并開發(fā)目前國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)中不具備的新能力。 《美國芯片法案》第9903(b)條要求國防部建立一個國家微電子研究與開發(fā)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)被稱為微電子共享網(wǎng)絡(luò)或簡稱為共享網(wǎng)絡(luò)。Commons是一個能夠開發(fā)微電子材料、工藝、設(shè)備和建筑設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注國防需求。Commons將滿足對工藝、材料、設(shè)備和體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)需求，并在它們從研究過渡到實(shí)驗(yàn)室的小批量原型，最后過渡到制造原型，可以展示所需的體積和特性，以確保降低制造風(fēng)險(xiǎn)。大規(guī)模的原型制作是高風(fēng)險(xiǎn)和昂貴的，中小型公司和大學(xué)很難將實(shí)驗(yàn)室與制造或“實(shí)驗(yàn)室到工廠”之間的過渡連接起來，從研究想法到實(shí)現(xiàn)這些想法到制造。公地將利用非傳統(tǒng)的國防創(chuàng)新者(例如，初創(chuàng)公司和大學(xué))，并降低阻礙他們將實(shí)驗(yàn)室原型發(fā)展為制造原型的能力的一些現(xiàn)有障礙。Commons是一個區(qū)域性“樞紐”網(wǎng)絡(luò)，擁有早期到中期的開發(fā)能力，并將“核心”與后期能力相關(guān)聯(lián)。核心將與中心密切合作，使其努力與商業(yè)流程保持一致，以促進(jìn)技術(shù)的過渡。進(jìn)一步的成熟將利用后續(xù)的程序和資源。微電子公共領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂趯篮托屡d商業(yè)市場至關(guān)重要的六個技術(shù)領(lǐng)域:電磁戰(zhàn)、安全邊緣計(jì)算、人工智能硬件、量子技術(shù)、5G/6G技術(shù)和商業(yè)跨越式技術(shù)。除了為研究基礎(chǔ)設(shè)施做出貢獻(xiàn)外，Commons還支持這些領(lǐng)域的研究和勞動力發(fā)展活動。 《美國芯片法案》第9906(c)條要求建立國家半導(dǎo)體技術(shù)中心(NSTC)。除了開展和支持競爭前的研究和勞動力發(fā)展活動外，NSTC還將建立并提供先進(jìn)的原型能力，以滿足美國研究界的廣泛需求。NSTC的重要功能將包括執(zhí)行材料特性、儀器計(jì)量和高級工藝節(jié)點(diǎn)測試的能力。這些功能將使組織不僅僅是已建立的集成設(shè)備制造商進(jìn)行這種類型的研究，并增加研發(fā)范圍，大公司可以迅速進(jìn)入制造業(yè)。通過與下面2.6節(jié)中描述的封裝計(jì)劃密切合作，NSTC將為前沿節(jié)點(diǎn)提供先進(jìn)的測試、組裝和封裝能力，并支持制造業(yè)自動化的改進(jìn)，為提高美國未來在全球制造能力和競爭力中的份額奠定基礎(chǔ)。NSTC被設(shè)想為一個擁有附屬技術(shù)中心的中央總部，將包括新建立的能力的組合，同時也利用現(xiàn)有實(shí)體的資源使用該模型，NSTC將創(chuàng)建并提供對物理資產(chǎn)的訪問，如端到端原型設(shè)施、數(shù)字資產(chǎn)和IP，包括設(shè)計(jì)工具、參考流程、工藝設(shè)計(jì)套件和數(shù)據(jù)集，并將匯總和管理對商業(yè)設(shè)施中多項(xiàng)目晶圓服務(wù)的訪問需求。 雖然Commons將在與NSTC支持的技術(shù)和設(shè)備開發(fā)的相同范圍內(nèi)做出一些努力，但Commons在其應(yīng)用重點(diǎn)和期望的產(chǎn)品化范圍中有一組特定的目標(biāo)，以解決國防特定的優(yōu)先事項(xiàng)。國家科學(xué)技術(shù)委員會與公共領(lǐng)域之間的密切協(xié)調(diào)與合作，以及目標(biāo)4中討論的美國政府其他相關(guān)努力之間的密切協(xié)調(diào)與合作，將確保這些努力是協(xié)同的，而不是重復(fù)的。 此外，DARPA正在下一代微系統(tǒng)制造(NGMM)計(jì)劃下建立一個互補(bǔ)的國內(nèi)研發(fā)中心，用于制造三維異構(gòu)集成(3DHI)微系統(tǒng)微電子創(chuàng)新的下一個主要浪潮預(yù)計(jì)將來自于通過先進(jìn)封裝集成異質(zhì)材料、器件和電路的能力，從而產(chǎn)生一個緊密耦合的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以擴(kuò)展到第三維度，其性能超過當(dāng)前單片方法所能提供的性能。 目前，從事3DHI研究的美國公司依賴于海上設(shè)施。這個開放的國內(nèi)3DHI研發(fā)中心將帶來更廣泛的創(chuàng)新浪潮，將促進(jìn)共享學(xué)習(xí)，并將確保初創(chuàng)企業(yè)、學(xué)術(shù)界和國防工業(yè)基地能夠從事低量產(chǎn)品的3DHI研發(fā)。該中心的3DHI是指將來自不同材料系統(tǒng)的單獨(dú)制造組件堆疊在一個封裝內(nèi)，以產(chǎn)生一個在功能和性能方面提供革命性改進(jìn)的微系統(tǒng)。具體來說，這些微系統(tǒng)將把不同的晶圓或芯片集成到垂直堆疊的架構(gòu)中。所涉及的技術(shù)包括但不限于化合物半導(dǎo)體、光子學(xué)和MEMS系統(tǒng)，并擴(kuò)展到功率、模擬和射頻領(lǐng)域，以及數(shù)字邏輯和存儲器。初始階段將專注于數(shù)字、射頻、光子、傳感器或功率器件的最先進(jìn)的封裝、組裝和測試。重點(diǎn)將放在開發(fā)基線工藝模塊，以及初始預(yù)商業(yè)3DHI試驗(yàn)線能力和相關(guān)的3D組裝設(shè)計(jì)套件。 下一階段將進(jìn)一步優(yōu)化3DHI工藝模塊，加大研發(fā)力度提高封裝自動化程度，并實(shí)施中心運(yùn)營接入模式。最終的結(jié)果將是一個開放的研發(fā)中心，供學(xué)術(shù)界、中小型企業(yè)、國防和商業(yè)公司以及政府機(jī)構(gòu)的研究人員使用，以全面解決3DHI原型的設(shè)計(jì)、封裝、組裝和測試問題。 彌合實(shí)驗(yàn)室到晶圓廠差距的關(guān)鍵行動包括： 對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行差距分析，然后努力解決現(xiàn)有設(shè)施內(nèi)的能力差距，并在需要時建立新的能力，以全面解決目標(biāo)1中確定的每個研發(fā)優(yōu)先領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。 必要時與盟國和伙伴國的國際實(shí)體簽訂協(xié)議，為美國的研究人員提供使用尖端制造設(shè)備的機(jī)會，以彌合目前國內(nèi)的差距，促進(jìn)合作。 開發(fā)“fab-to-lab”生態(tài)系統(tǒng)，使研究人員能夠?qū)⒃谧钕冗M(jìn)的制造設(shè)施中制造的基板和預(yù)先填充的測試結(jié)構(gòu)和/或設(shè)備帶入研究設(shè)施，并添加新材料或設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)高吞吐量，高質(zhì)量的創(chuàng)新技術(shù)測量。 減少設(shè)施使用的障礙，包括通過與研發(fā)界的聯(lián)系，負(fù)擔(dān)得起的獲取和運(yùn)營成本，以及簡單、公平的獲取模式;通過實(shí)施遠(yuǎn)程接入技術(shù)和多個項(xiàng)目晶圓計(jì)劃改善接入，這可以進(jìn)一步擴(kuò)大每個設(shè)施的地理覆蓋范圍，促進(jìn)接入的公平性。 06 支持高級組裝、封裝和測試 微電子元件的封裝、組裝和測試方面的創(chuàng)新是美國保持領(lǐng)導(dǎo)地位的關(guān)鍵。隨著半導(dǎo)體制造達(dá)到通過減小晶體管特征尺寸來實(shí)現(xiàn)性能和效率提高的極限，工業(yè)界已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用3D系統(tǒng)和異構(gòu)集成來實(shí)現(xiàn)更高性能的新方法。當(dāng)前一代的高性能設(shè)備集成了多種技術(shù)，不僅包括不同的硅基工藝，還包括化合物半導(dǎo)體、光子學(xué)和其他專業(yè)技術(shù)。這些方法對互連設(shè)備和子系統(tǒng)的能力提出了更高的要求——這是高級封裝的一個關(guān)鍵方面。3D和異構(gòu)集成的互連技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)也可以促進(jìn)微電子新供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的發(fā)展，其中國內(nèi)能力將增強(qiáng)美國的安全和競爭力。 先進(jìn)的測試、組裝和封裝能力也需要用于驗(yàn)證從研發(fā)過程中產(chǎn)生的先進(jìn)原型。《美國芯片法案》第9906(d)條要求努力建立先進(jìn)的封裝制造計(jì)劃，以加強(qiáng)國內(nèi)能力。為了實(shí)施本部分，國家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃(NAPMP)已經(jīng)在NIST內(nèi)建立，以支持制造的計(jì)量和光刻等能力，包括材料表征，儀器儀表，測試和標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目將與NSTC保持一致，密切合作，并可能利用NSTC的資源。 隨著前沿電子產(chǎn)品的趨勢向先進(jìn)的異構(gòu)集成方向發(fā)展，先進(jìn)封裝和原型設(shè)計(jì)之間的重疊預(yù)計(jì)將大幅增加。與微電子創(chuàng)新的其他方面一樣，組裝、封裝和測試能力的開發(fā)和部署需要在整個生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行協(xié)調(diào)，并在制造和研發(fā)社區(qū)之間進(jìn)行直接和密切的溝通。 加快發(fā)展國內(nèi)先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵行動包括： 建立并密切協(xié)調(diào)NGMM和NAPMP的研發(fā)和試點(diǎn)生產(chǎn)設(shè)施，以確保它們互補(bǔ)和相互支持。 開發(fā)機(jī)會，實(shí)現(xiàn)ADK、封裝相關(guān)設(shè)計(jì)工具和其他數(shù)字資源的安全共享，并充分利用整個生態(tài)系統(tǒng)的互補(bǔ)努力。 促進(jìn)對芯片的訪問，包括制造測試車輛，可用于封裝研發(fā)社區(qū)，以實(shí)現(xiàn)新的芯片集成方案的快速開發(fā)和測試。 制定計(jì)劃，提高自動化水平和先進(jìn)封裝測試和組裝設(shè)備的性能，使國內(nèi)封裝具有成本競爭力。 致力于開發(fā)新的基板材料和相關(guān)的制造技術(shù)，以支持密度和信號性能的改進(jìn)。 支持行業(yè)在適當(dāng)?shù)臅r候開發(fā)和引入芯片和先進(jìn)的封裝標(biāo)準(zhǔn)，以最大限度地提高創(chuàng)新和市場接受的潛力。NAPMP開發(fā)的制造測試車輛將用于探索和驗(yàn)證集成方案及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 支持組件、集成方案和測試方法的開發(fā)和驗(yàn)證，以確保復(fù)雜的先進(jìn)封裝系統(tǒng)的安全性。 目標(biāo)3 培養(yǎng)和維持微電子研發(fā)到制造生態(tài)系統(tǒng)的技術(shù)勞動力 美國在微電子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位需要強(qiáng)大的國內(nèi)勞動力來支持從研究到制造的整個生態(tài)系統(tǒng)。半導(dǎo)體行業(yè)委托進(jìn)行的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告顯示，截至2020年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為美國提供的直接和間接就業(yè)崗位總計(jì)185萬個。自2021年發(fā)布該分析以來，該行業(yè)在美國研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造活動中直接雇用的人數(shù)從27.7萬人增加到2023年的34.5萬人。這些工作的所有教育水平的平均工資都明顯高于其他行業(yè)，這與美國勞工統(tǒng)計(jì)局(Bureau of Labor Statistics)的數(shù)據(jù)一致。美國勞工統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，半導(dǎo)體和電子元件制造業(yè)工人的收入比私營部門員工的平均收入高出近50%。 在該行業(yè)中，高需求的STEM職業(yè)主要是工程和計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)，他們通常需要學(xué)士學(xué)位或更高的學(xué)位才能就業(yè)。對有學(xué)位的專業(yè)人才的競爭越來越激烈，尤其是在博士階段。在2010-2019年期間，行業(yè)對計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)以及數(shù)學(xué)博士的招聘大幅增加，公司對計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)家博士的招聘增加了103%，在此期間，公司對數(shù)學(xué)科學(xué)家博士的招聘增加了160%。在半導(dǎo)體和其他電子元件制造行業(yè)，外國出生的科學(xué)家和工程師占高技能技術(shù)工人的41%。這與數(shù)據(jù)一致，數(shù)據(jù)顯示，在所有科學(xué)和工程職業(yè)中，外國出生的人占30%，在工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)職業(yè)中，他們擁有一半以上的博士學(xué)位。在美國完成STEM研究生教育的外國學(xué)生獲得永久公民身份的選擇相對有限，因此許多人返回本國或其他對高技能移民有更簡化移民程序的國家。在過去的十年里，在美國接受教育的高技能工人中，越來越多的人回到了自己的祖國或其他國家。此外，在過去十年中，大學(xué)畢業(yè)后選擇進(jìn)入微電子行業(yè)的國內(nèi)學(xué)生人數(shù)有所下降。 為了滿足當(dāng)前和未來的半導(dǎo)體人才需求，需要制定戰(zhàn)略來發(fā)展、吸引和留住更多的國內(nèi)和國外人才，從熟練的技術(shù)人員到博士級的研究人員和教育工作者。這些戰(zhàn)略必須讓所有利益相關(guān)者都參與進(jìn)來，包括雇主、工會、教育機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)、行業(yè)組織，以及專注于為代表性不足和服務(wù)不足的人群提供培訓(xùn)的項(xiàng)目，并支持創(chuàng)造符合“好工作原則”的職位。 考慮到一系列公共和私營部門的報(bào)告和利益相關(guān)者的投入，揭示了與半導(dǎo)體勞動力需求相關(guān)的幾個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)和挑戰(zhàn)。行業(yè)對高技能人才的競爭非常激烈，包括國際競爭，再加上勞動力老齡化和與其他技術(shù)部門的競爭。盡管對于美國公司來說，要找到需要高級學(xué)位和美國公民身份的職位的候選人尤其具有挑戰(zhàn)性，但在所有教育和工作水平上追求機(jī)會的學(xué)生卻不夠多，他們具備這一勞動力所需的知識和技能。利益相關(guān)者還必須共同努力，消除阻礙某些群體獲得該行業(yè)高薪工作的歷史性和根深蒂固的系統(tǒng)性不平等——這既是增加國內(nèi)人才庫的要求，也是通過多元化和包容性的勞動力最大化創(chuàng)新的要求。 除了上述目標(biāo)2中討論的芯片基礎(chǔ)設(shè)施投資的勞動力組成部分外，《芯片與科學(xué)法案》第102(d)條還為微電子勞動力發(fā)展活動設(shè)立了NSF基金。根據(jù)這一規(guī)定，可以支持范圍廣泛的活動，包括開發(fā)面向行業(yè)的課程和教學(xué)模塊，以及努力將微電子內(nèi)容更多地納入各級教育的STEM課程。學(xué)習(xí)活動和體驗(yàn)也可以得到支持，包括提供物理、模擬和/或遠(yuǎn)程訪問具有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程和工具的培訓(xùn)設(shè)施的努力，以及為k - 12學(xué)生提供非正式的動手微電子學(xué)習(xí)機(jī)會。此外，該條款還為教師的研究和專業(yè)發(fā)展計(jì)劃的制定和實(shí)施提供了條件，并通過激勵雇用微電子關(guān)鍵領(lǐng)域的教師來擴(kuò)大微電子領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究能力。最終，該基金將為創(chuàng)新的教育途徑鋪平道路，將高中、職業(yè)和技術(shù)教育、軍事、高等教育和研究生課程與工業(yè)聯(lián)系起來，并通過創(chuàng)建和維護(hù)一個可公開訪問的數(shù)據(jù)庫和在線門戶網(wǎng)站，使材料得以傳播。 NSF在投資STEM教育方面有著悠久的歷史。NSF的項(xiàng)目廣泛投資于K-12學(xué)校、社區(qū)學(xué)院和大學(xué)的學(xué)習(xí)者，以及對現(xiàn)有工人的再培訓(xùn)，以及對那些尋求進(jìn)入新興領(lǐng)域勞動力的人的技能提升。為了在美國培養(yǎng)多樣化的微電子和半導(dǎo)體勞動力，NSF正在利用這一投資組合并建立一套量身定制的投資，包括與私營部門建立可擴(kuò)展的合作伙伴關(guān)系，以提高熟練的半導(dǎo)體制造勞動力。 為了補(bǔ)充支持教育、研究和勞動力培訓(xùn)計(jì)劃各個方面的廣泛聯(lián)邦計(jì)劃，許多團(tuán)體已經(jīng)或正在努力解決擴(kuò)大半導(dǎo)體勞動力的公認(rèn)需求。例如，一個非營利組織發(fā)起了納米技術(shù)和半導(dǎo)體學(xué)徒成長計(jì)劃(gain)，該計(jì)劃由勞工部資助，在國家科學(xué)基金會的支持下，啟動了國家人才中心，這是一個為學(xué)生匹配工作機(jī)會和發(fā)現(xiàn)他們技能不足的平臺。 半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會也在努力，包括開發(fā)在線課程，以滿足其成員公司的勞動力需求。解決更廣泛的STEM勞動力需求的努力和戰(zhàn)略已經(jīng)有了很好的記錄，也適用于半導(dǎo)體勞動力這一目標(biāo)的重點(diǎn)是聯(lián)邦政府可以在擴(kuò)大半導(dǎo)體勞動力方面發(fā)揮作用的努力。連接、擴(kuò)大和擴(kuò)大成功的項(xiàng)目對于滿足半導(dǎo)體行業(yè)未來的勞動力需求也至關(guān)重要，以確保美國在微電子領(lǐng)域的持續(xù)領(lǐng)導(dǎo)地位。下面討論的努力建立在這些STEM教育計(jì)劃的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)是為微電子生態(tài)系統(tǒng)量身定制的努力。 在今后五年中，需要努力實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)： 01 支持與微電子相關(guān)的科學(xué)和技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)者和教育者 為了滿足預(yù)計(jì)的半導(dǎo)體勞動力需求，需要做出重大努力來支持整個教育領(lǐng)域的教育工作者和學(xué)生。除了電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科以外，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷創(chuàng)新和多樣化，化學(xué)、化學(xué)工程、工業(yè)工程、環(huán)境工程和材料科學(xué)與工程等領(lǐng)域?qū)⒆兊迷絹碓街匾�。雖然K-12教育是州和地方實(shí)體的責(zé)任，但可以做很多工作來為教師提供必要的資源和經(jīng)驗(yàn)，使他們能夠向?qū)W生介紹微電子領(lǐng)域的職業(yè)機(jī)會。現(xiàn)有的項(xiàng)目，如美國國家科學(xué)基金會的教師研究經(jīng)驗(yàn)(RET)66和羅伯特·諾伊斯教師獎學(xué)金項(xiàng)目，致力于招聘、培訓(xùn)和留住STEM教師。對于K-12學(xué)生來說，提高對半導(dǎo)體行業(yè)就業(yè)機(jī)會的認(rèn)識，以及高質(zhì)量的教學(xué)材料和令人興奮的動手項(xiàng)目，可以幫助激發(fā)他們追求相關(guān)教育途徑的興趣。K-12教育工作者需要獲得高質(zhì)量的教學(xué)資源，這些資源與他們必須達(dá)到的國家標(biāo)準(zhǔn)相匹配。 對于一些熟練的技術(shù)職位，非學(xué)位課程，如證書、證書、文憑和其他可堆疊的證書比傳統(tǒng)的學(xué)位課程更合適。熟練的技術(shù)人員往往具有很強(qiáng)的地理聯(lián)系，因此在當(dāng)前和新興半導(dǎo)體中心的區(qū)域努力對于培養(yǎng)這些人才尤為重要。行業(yè)、勞工和地區(qū)培訓(xùn)項(xiàng)目之間的合作可以幫助發(fā)展知識和技能，并確定當(dāng)?shù)氐穆殬I(yè)道路。行業(yè)代表可以作為學(xué)生的寶貴導(dǎo)師，并在“培訓(xùn)培訓(xùn)師”項(xiàng)目中協(xié)助教育工作者。這些合作在促進(jìn)區(qū)域獲得與行業(yè)相關(guān)的制造工具和“無晶圓廠”(數(shù)字)資源以支持教育和培訓(xùn)工作方面也發(fā)揮了重要作用。雖然半導(dǎo)體技術(shù)人員有許多成功的模式和現(xiàn)有的課程(見下面的對話框)，但要產(chǎn)生更大的影響，需要努力擴(kuò)展、共享和不斷更新這些資源。 在本科和研究生階段，需要能夠適應(yīng)半導(dǎo)體發(fā)展和創(chuàng)新加速的響應(yīng)性教育和培訓(xùn)系統(tǒng)�？焖侔l(fā)展的步伐要求工程和科學(xué)項(xiàng)目保持與時俱進(jìn)，以避免在教育和工業(yè)需求之間造成差距。為了避免日益擴(kuò)大的差距，工業(yè)界、勞工和學(xué)術(shù)界必須共同努力，啟動和促進(jìn)專業(yè)的本科和研究生水平的課程和項(xiàng)目，這些課程和項(xiàng)目必須靈活，能夠與新興的行業(yè)需求保持一致。盡早認(rèn)識到跨學(xué)科的方法對于半導(dǎo)體研發(fā)中出現(xiàn)的挑戰(zhàn)是必要的，這將有助于培養(yǎng)面向未來的勞動力。 非學(xué)位半導(dǎo)體勞動力培訓(xùn)計(jì)劃 非學(xué)位課程，如賓夕法尼亞州立大學(xué)納米技術(shù)教育和利用中心的微電子和納米制造證書課程(MNCP)，為半導(dǎo)體勞動力提供了寶貴的培訓(xùn)。該項(xiàng)目是社區(qū)學(xué)院和擁有潔凈室的研究密集型機(jī)構(gòu)之間的合作項(xiàng)目，提供一個學(xué)期的課堂和體驗(yàn)式培訓(xùn)，為學(xué)生進(jìn)入微電子行業(yè)做好準(zhǔn)備。本學(xué)期結(jié)束后，學(xué)生將成功通過ASTM國際納米技術(shù)表征、納米技術(shù)健康與安全、納米技術(shù)制造及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的三個認(rèn)證考試。除了學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)外，該項(xiàng)目還有12個美國半導(dǎo)體和微電子行業(yè)合作伙伴。 有必要為社區(qū)學(xué)院和四年制本科學(xué)生開發(fā)新興主題的課程，并確保資源，使大量學(xué)生能夠有沉浸式的實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)。相關(guān)的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)對于微電子領(lǐng)域的高技能工作至關(guān)重要——課程是不夠的。然而，大多數(shù)美國教育機(jī)構(gòu)目前沒有能力和資源提供實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生為微電子勞動力做好充分準(zhǔn)備。如上述目標(biāo)2所述，利用CHIPS投資擴(kuò)大研究基礎(chǔ)設(shè)施的合作努力將有助于滿足這些需求。利用虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具以及數(shù)字孿生可以進(jìn)一步幫助教育機(jī)構(gòu)在沒有物理工具的情況下提供學(xué)習(xí)體驗(yàn)。基于云的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、建模和仿真解決方案也可以通過加強(qiáng)行業(yè)研發(fā)與大學(xué)和小企業(yè)研究人員之間的合作，幫助避免培訓(xùn)缺口。 學(xué)生直接與行業(yè)專業(yè)人士一起解決現(xiàn)實(shí)問題的活動可能是強(qiáng)大的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。在職培訓(xùn)模式，如在公共和私營部門的研究實(shí)驗(yàn)室、開發(fā)中心和制造工廠的實(shí)習(xí)和學(xué)徒計(jì)劃，將對擴(kuò)大這些機(jī)會至關(guān)重要。特別是，在最高度專業(yè)化的領(lǐng)域，在最先進(jìn)的設(shè)施中，與成熟的行業(yè)專業(yè)人士接觸和指導(dǎo)，可以幫助學(xué)生獲得最新的技能。結(jié)合學(xué)徒制、實(shí)習(xí)制、合作社制和其他在職培訓(xùn)機(jī)會的公私合營微電子培訓(xùn)項(xiàng)目需要在全國范圍內(nèi)擴(kuò)大，以適應(yīng)微電子技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新的步伐。重要的是，學(xué)習(xí)途徑的多樣性需要公平地支持所有美國人，發(fā)展應(yīng)特別關(guān)注目前服務(wù)不足的地理區(qū)域和人口。在可能的情況下，將學(xué)徒和實(shí)習(xí)培訓(xùn)轉(zhuǎn)化為大�；蜓芯可鷮W(xué)位的大學(xué)學(xué)分的機(jī)制，將使通往微電子職業(yè)的道路更容易導(dǎo)航。 支持學(xué)習(xí)者和教育工作者的主要行動包括： 根據(jù)K-12教師的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，在半導(dǎo)體教育相關(guān)領(lǐng)域開發(fā)高質(zhì)量的教學(xué)材料庫。 為課程、習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)室建立一個知識庫，教師可以貢獻(xiàn)并訪問這些知識庫，以進(jìn)一步開發(fā)他們的課程。 促進(jìn)廣泛參與這些存儲庫的開發(fā)，以確保它們跨越多個機(jī)構(gòu)項(xiàng)目，并與各種CHIPS工作聯(lián)系起來，以改善教育工作者、學(xué)生和工人的資源共享和利用。 促進(jìn)和擴(kuò)大以半導(dǎo)體為重點(diǎn)的教師培訓(xùn)和研究機(jī)會項(xiàng)目，包括訪問或臨時行業(yè)交流項(xiàng)目。 促進(jìn)教師和學(xué)生參觀主要研究設(shè)施和半導(dǎo)體制造基地的機(jī)會。 方便訪問物理和虛擬工具的教師和學(xué)生的研究經(jīng)驗(yàn)，以提供體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，將學(xué)生準(zhǔn)備他們的職業(yè)生涯后完成他們的學(xué)位或認(rèn)證。 利用公私和區(qū)域項(xiàng)目促進(jìn)師徒關(guān)系，以及實(shí)習(xí)和學(xué)徒等在職培訓(xùn)項(xiàng)目。 與專業(yè)技術(shù)協(xié)會和行業(yè)協(xié)會合作，開發(fā)以教師為中心的課程，以更好地將半導(dǎo)體相關(guān)課程 促進(jìn)教師在行業(yè)環(huán)境中的休假和訪問職位。 為行業(yè)研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)者提供大學(xué)訪問學(xué)者職位。 建立合作設(shè)計(jì)工作室，專注于跨學(xué)科，促進(jìn)學(xué)生跨部門接觸。 開發(fā)和部署工具、方法和最佳實(shí)踐，以促進(jìn)資源和機(jī)會的包容性和可及性使用。 02 促進(jìn)微電子領(lǐng)域有意義的公眾參與，提高對半導(dǎo)體行業(yè)職業(yè)機(jī)會的認(rèn)識 非正式教育和與公眾的接觸對于提高對半導(dǎo)體行業(yè)職業(yè)機(jī)會的更廣泛認(rèn)識和加強(qiáng)國內(nèi)微電子勞動力至關(guān)重要。由于熟練的半導(dǎo)體勞動力需求因地區(qū)而異，強(qiáng)調(diào)社區(qū)更多地了解該行業(yè)的非正式機(jī)會可以使他們成為不斷增長的生態(tài)系統(tǒng)中的積極合作伙伴。值得注意的是，在K-12階段，家長、老師、指導(dǎo)顧問、朋友和導(dǎo)師等都會影響學(xué)生的發(fā)展軌跡。培養(yǎng)對半導(dǎo)體、應(yīng)用和勞動力需求的共同基礎(chǔ)理解將有助于學(xué)生對半導(dǎo)體行業(yè)存在的機(jī)會做出明智的決定�？茖W(xué)中心和其他非正式STEM學(xué)習(xí)場所的半導(dǎo)體相關(guān)展示和內(nèi)容可以作為簡單的切入點(diǎn)，接觸到目前不在學(xué)校的人，培養(yǎng)好奇心、興趣并擴(kuò)大認(rèn)識。 全國非正式STEM教育網(wǎng)絡(luò)(NISE網(wǎng)絡(luò)) NISE Network70是一個由全國各地的科學(xué)教育專家組成的強(qiáng)大社區(qū)，主要由當(dāng)?shù)夭┪镳^和大學(xué)外展教育工作者組成，他們與當(dāng)?shù)貓D書館、社區(qū)中心和學(xué)校合作。NISE網(wǎng)絡(luò)起源于納米非正式科學(xué)教育網(wǎng)絡(luò)，由美國國家科學(xué)基金會于2005-2016年支持。最初的NISE網(wǎng)絡(luò)覆蓋了超過3000萬人，重點(diǎn)是培養(yǎng)對納米技術(shù)的認(rèn)識和理解。NISE Net繼續(xù)增加與微電子勞動力相關(guān)的許多科目的教育材料目錄。在美國所有州和地區(qū)都可以找到600多個NISE網(wǎng)絡(luò)合作伙伴，為美國各地提供這些課程。
地圖顯示NISE網(wǎng)絡(luò)參與機(jī)構(gòu)。圖片來源:國家非正式STEM教育網(wǎng)絡(luò)，2005-2016年合作伙伴報(bào)告。 提高對半導(dǎo)體行業(yè)機(jī)遇意識的策略包括： 利用開發(fā)博物館展覽和公開活動的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目與經(jīng)過審查的、可操作的信息有關(guān)，并擴(kuò)大對半導(dǎo)體及其應(yīng)用的理解。 建立或連接到現(xiàn)有的非正式科學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)，以便了解當(dāng)?shù)匦枨蠛完P(guān)切的區(qū)域?qū)＜铱梢詾閮?nèi)容開發(fā)做出貢獻(xiàn)。 開發(fā)和分發(fā)教學(xué)和演示套件，可以在微電子的年度活動或慶祝活動中使用。 充分利用多媒體和社會媒體工具，在全美國擴(kuò)大影響力和知名度。 利用競賽和挑戰(zhàn)來提高學(xué)生對半導(dǎo)體問題的認(rèn)識和激勵。 03 準(zhǔn)備一個包容性的當(dāng)前和未來的微電子勞動力 在全國范圍內(nèi)擴(kuò)大微電子和相關(guān)教育，包括針對小型和農(nóng)村學(xué)校、社區(qū)學(xué)院、傳統(tǒng)黑人學(xué)院和大學(xué)(HBCUs)、部落控制學(xué)院和大學(xué)(TCCUs)以及其他少數(shù)民族服務(wù)機(jī)構(gòu)(msi)的努力，將為目前在半導(dǎo)體行業(yè)中代表性不足的人才提供機(jī)會。半導(dǎo)體行業(yè)中越來越多的多元化代表將支持創(chuàng)新，并營造一個更具包容性和積極的專業(yè)環(huán)境，從而吸引更多的人才。過渡性項(xiàng)目可以幫助解決機(jī)會差距問題，確保所有美國人都能從中受益。隨著學(xué)生從高中轉(zhuǎn)到學(xué)位課程，從本科轉(zhuǎn)到研究生院，銜接課程可以加強(qiáng)成功所需的基礎(chǔ)技能和知識。努力提供綜合性服務(wù)，如兒童保育，可能有助于吸引雙職工研究人員，并產(chǎn)生倍增的影響。 解決當(dāng)前和未來的微電子勞動力挑戰(zhàn)將需要在教育工作者、培訓(xùn)師、政策制定者、工會、專業(yè)協(xié)會和行業(yè)中開發(fā)和使用技能需求清單。在微電子工業(yè)中，共同知識、技能和能力(KSAs)和技術(shù)能力的識別必須通過相關(guān)各方的合作來完成。將ksa映射到課程、技術(shù)和職業(yè)教育以及學(xué)習(xí)者的職業(yè)指導(dǎo)中，將提高學(xué)生加入半導(dǎo)體勞動力的準(zhǔn)備程度。這項(xiàng)工作需要定期更新，以跟上行業(yè)創(chuàng)新的步伐。 實(shí)習(xí)是許多學(xué)生第一次體驗(yàn)他們在課堂上學(xué)習(xí)的STEM知識的令人興奮和有前途的應(yīng)用。確保在高等教育的第一年到第二年的關(guān)鍵過渡階段提供這些機(jī)會，可以提供早期的職業(yè)機(jī)會，并加強(qiáng)學(xué)生與半導(dǎo)體行業(yè)的聯(lián)系。聯(lián)邦政府已經(jīng)在各機(jī)構(gòu)的微電子實(shí)習(xí)項(xiàng)目上投入了大量資金。例如，NIST為高中、四年制大學(xué)、社區(qū)學(xué)院、職業(yè)學(xué)校和其他各種教育項(xiàng)目的學(xué)生提供帶薪暑期實(shí)習(xí)機(jī)會。 NSF最近與半導(dǎo)體研究公司建立了合作伙伴關(guān)系，以開發(fā)與半導(dǎo)體進(jìn)步相關(guān)的NSF本科生研究經(jīng)驗(yàn)(REU)計(jì)劃的新站點(diǎn)。這種新的伙伴關(guān)系將確保有多個團(tuán)隊(duì)致力于微電子研究，幫助這些學(xué)生為研究生研究和/或該領(lǐng)域的職業(yè)生涯做好準(zhǔn)備。 美國國家科學(xué)基金會新興和新技術(shù)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)(ExLENT)項(xiàng)目旨在提供包容性的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以培養(yǎng)新興技術(shù)的勞動力，包括半導(dǎo)體和微電子此外，能源部支持?jǐn)?shù)千名學(xué)生在其17個國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)，使學(xué)生能夠在高中、技術(shù)學(xué)校、學(xué)院和大學(xué)以及其他教育項(xiàng)目中獲得體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。美國能源部還在其國家實(shí)驗(yàn)室和許多大學(xué)和學(xué)院支持研究生和博士后獎學(xué)金。 還需要建立機(jī)制，以便更容易地招募和留住外國學(xué)生和專業(yè)人員，以滿足美國微電子工業(yè)的勞動力需求。建立和留住擁有高等學(xué)歷的國內(nèi)勞動力還需要激勵措施，以與其他國家的招聘努力競爭，包括改善外國出生、在美國受過教育、擁有關(guān)鍵研發(fā)和制造業(yè)相關(guān)技能的學(xué)生的移民途徑經(jīng)過適當(dāng)審查的國際學(xué)生交流，進(jìn)一步擴(kuò)大使用制造設(shè)施的機(jī)會，并確保與國際盟友和伙伴的合作，也可以鼓勵有技能的外國學(xué)生支持美國的勞動力需求。擴(kuò)大其他國家，特別是在美國高等教育中代表性不足的國家的教育途徑的項(xiàng)目，將支持勞動力需求并加速所需的增長。這方面的例子包括讓其他國家的學(xué)生參與學(xué)術(shù)研究探索，從而促進(jìn)碩士和博士課程的招生。研究保護(hù)仍然是最重要的，但這些擔(dān)憂必須與國際人才在美國創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)揮并將繼續(xù)發(fā)揮的積極作用相平衡。 幫助培養(yǎng)微電子勞動力的策略包括： 有意參與并分享美國各地的教育項(xiàng)目和機(jī)會，確保地理多樣性，以及與HBCU、TCCUs、MSI、四年制大學(xué)和社區(qū)大學(xué)的聯(lián)系。 改善微電子教育程序的可訪問性，使殘疾學(xué)生和不同學(xué)習(xí)方式的學(xué)生能夠訪問。 鼓勵行業(yè)、學(xué)術(shù)界和其他相關(guān)利益相關(guān)者共同努力，確定、更新和映射半導(dǎo)體供應(yīng)鏈上的ksa和技術(shù)能力。 擴(kuò)大現(xiàn)有的帶薪實(shí)習(xí)和獎學(xué)金，為學(xué)生提供微電子培訓(xùn)。 開發(fā)一個開放的平臺，提供低成本或免費(fèi)的在線課程和可堆疊的證書，為未來的勞動力發(fā)展提供職業(yè)跨越機(jī)會，以重新/提高技能。 提供遠(yuǎn)程，虛擬和/或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)，以模擬制造環(huán)境。 建立招聘和留住經(jīng)過適當(dāng)審查的外國學(xué)生和研究人員的機(jī)制。 04 建立和推動微電子研究和創(chuàng)新能力 為了提高美國的競爭力，它必須優(yōu)先考慮支持創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的投資和戰(zhàn)略計(jì)劃。有機(jī)會提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，并最大限度地提高效率，以支持半導(dǎo)體設(shè)施。有必要鼓勵在教育后期的學(xué)生從事研究工作。這對于生活在服務(wù)水平不足的社區(qū)的第一代大學(xué)生來說尤其重要，他們可能沒有榜樣、導(dǎo)師或資源來在這么小的時候決定自己的職業(yè)道路。NSF（國家科學(xué)基金會）支持的研究生非學(xué)術(shù)研究實(shí)習(xí)（INTERN）計(jì)劃為研究生提供了在學(xué)術(shù)環(huán)境之外工作的經(jīng)濟(jì)支持，以便他們能夠發(fā)展行業(yè)所需的專業(yè)技能。此外，各個階段的學(xué)生經(jīng)常會改變他們的興趣或職業(yè)計(jì)劃，因此需要敏捷而靈活的系統(tǒng)來將學(xué)生和現(xiàn)有員工重新定向到研發(fā)等新職業(yè)中。 除了滿足當(dāng)前和未來勞動力需求所需的人員外，學(xué)習(xí)過程還需要獲得最先進(jìn)的設(shè)施，設(shè)備和工具。如上文在目標(biāo)2中所述，需要增加資源共享、同地辦公、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和其他手段，以便為特定學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的學(xué)生提供跨多個機(jī)構(gòu)或設(shè)施的重要學(xué)習(xí)資源。隨著基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展以支持研發(fā)，學(xué)生也需要獲得這些資源�？梢酝ㄟ^遠(yuǎn)程訪問技術(shù)、消除學(xué)生使用前沿工具的地理限制的旅行資助以及使學(xué)生在追求創(chuàng)新工作時易于跨越學(xué)術(shù)體系的機(jī)制來最大限度地減少訪問障礙。 （1）在學(xué)生學(xué)術(shù)生涯的早期吸引和留住他們 為了擴(kuò)大微電子研究生態(tài)系統(tǒng)，項(xiàng)目需要在學(xué)生學(xué)術(shù)生涯的早期吸引和留住學(xué)生，并鼓勵他們攻讀高級學(xué)位課程。國防部支持的可擴(kuò)展非對稱微電子參與（SCALE）計(jì)劃將國防部治理與國家公私學(xué)術(shù)合作伙伴關(guān)系的投入相結(jié)合，以吸引，發(fā)展和保留一支清晰的微電子團(tuán)隊(duì)。SCALE是一個沉浸式的教育計(jì)劃，將政府和國防工業(yè)基地實(shí)習(xí)與一致的研究和指導(dǎo)相結(jié)合，以加深對美國公民本科生和研究生的理解和關(guān)系建設(shè)。 為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，SCALE制定了一套國家課程標(biāo)準(zhǔn);為從K-12到博士的學(xué)生量身定制的有凝聚力的消息傳遞和招聘方法;一個行業(yè)支持的安全微電子生態(tài)系統(tǒng)中心，讓學(xué)生參與將研究過渡到特定任務(wù);和系統(tǒng)的計(jì)劃評估，以確保提高培訓(xùn)和留住學(xué)生的有效性，以滿足勞動力需求。
幫助發(fā)展和維持研發(fā)隊(duì)伍的戰(zhàn)略包括： 利用學(xué)院和大學(xué)的創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，包括商學(xué)院的重點(diǎn)項(xiàng)目，擴(kuò)大人們對為提升美國領(lǐng)導(dǎo)力創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)條件的興趣。 增加獎學(xué)金，供學(xué)生攻讀以研究、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)為重點(diǎn)的STEM相關(guān)學(xué)科的高級學(xué)位。 如目標(biāo)2所述，為學(xué)生提供旅行資助等機(jī)制，使他們能夠更方便地使用研究基礎(chǔ)設(shè)施，從而在整個研究發(fā)展過程中進(jìn)行培訓(xùn)和工作。 提供獎學(xué)金；本科生、研究生和博士后獎學(xué)金；和其他基于工作的應(yīng)用研究經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)機(jī)會。 探索促進(jìn)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和工業(yè)界之間更多交流項(xiàng)目或?qū)嵙?xí)的機(jī)會。 目標(biāo)4 創(chuàng)建一個充滿活力的微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，以加速R&D向美國產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型 芯片法案促成的歷史性投資不僅為填補(bǔ)R&D基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)有缺口提供了機(jī)會，還為振興生態(tài)系統(tǒng)和創(chuàng)造良性微電子創(chuàng)新循環(huán)提供了機(jī)會。當(dāng)前學(xué)科、機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界和行業(yè)的分工，加上跨越設(shè)施和談判復(fù)雜協(xié)議以訪問工具和數(shù)字資源的挑戰(zhàn)，給技術(shù)開發(fā)連續(xù)體中的新創(chuàng)新成熟帶來了嚴(yán)重障礙。下面討論的策略旨在減少或消除這些障礙，以促進(jìn)跨堆棧的合作，促進(jìn)研究基礎(chǔ)設(shè)施的訪問，促進(jìn)學(xué)術(shù)界-工業(yè)界-政府的合作，并在各種努力之間建立橋梁，以創(chuàng)建一個路徑、反饋回路和移交網(wǎng)絡(luò)，從而使新創(chuàng)新加速向市場過渡。 一個相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜研究生態(tài)系統(tǒng) 正如本報(bào)告所述，微電子R&D生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜且基礎(chǔ)設(shè)施密集。用戶設(shè)施網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了對制造和表征新材料和設(shè)備所需的專業(yè)工具的訪問。這些用戶設(shè)施被描述為“民主化科學(xué)”，使缺乏資源的研究機(jī)構(gòu)的研究人員能夠構(gòu)建完整的工具集，為微電子研究做出貢獻(xiàn)，并擴(kuò)大新進(jìn)展的創(chuàng)新基礎(chǔ)。美國國家科學(xué)基金會資助的國家納米技術(shù)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施是用戶網(wǎng)絡(luò)之一，提供對微電子研究至關(guān)重要的數(shù)千種專業(yè)工具。 在這張網(wǎng)絡(luò)圖（下圖）中，NNCI的站點(diǎn)用黑色表示，灰點(diǎn)代表使用NNCI設(shè)施的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。如圖所示，許多大學(xué)使用每個設(shè)施，許多大學(xué)利用多個站點(diǎn)，反映了生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性以及這些用戶設(shè)施對研究企業(yè)的深遠(yuǎn)影響，有助于連接不同的創(chuàng)新者和項(xiàng)目。 一個充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)包括技術(shù)開發(fā)的所有方面，從早期研究概念到融入系統(tǒng)或產(chǎn)品。生態(tài)系統(tǒng)中的實(shí)體包括學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、供應(yīng)鏈中的大小公司、非營利財(cái)團(tuán)和協(xié)會、國家實(shí)驗(yàn)室和其他FFRDCs、初創(chuàng)企業(yè)、投資公司以及聯(lián)邦、州、地區(qū)和地方政府的部門和機(jī)構(gòu)。除了研究和技術(shù)開發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)必須包括所需的教育和培訓(xùn)工作，以確保流程的每個階段都有合適的勞動力。參與者包括學(xué)生和教育工作者、研究人員、開發(fā)人員、科學(xué)家和工程師、企業(yè)家、工會官員、商業(yè)領(lǐng)袖和政策制定者。 R&D向商業(yè)實(shí)踐過渡需要很長時間，這帶來了額外的挑戰(zhàn)。新技術(shù)從研究成果發(fā)表到創(chuàng)新成果批量商業(yè)化生產(chǎn)通常需要10到15年的時間。依賴復(fù)雜科學(xué)突破的技術(shù)可能需要更長的時間。例如，極紫外光刻工具花了40多年才被納入大規(guī)模制造。如下所述，聯(lián)邦政府的支持和利益相關(guān)者之間的加強(qiáng)協(xié)調(diào)有助于應(yīng)對這一挑戰(zhàn)并加快研究、開發(fā)、演示和部署周期。 公共和私營部門的利益相關(guān)者一致認(rèn)為，保持半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位需要美國以比競爭對手更快的速度進(jìn)行創(chuàng)新。加快R&D轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)的速度對于為公眾帶來廣泛利益、支持美國經(jīng)濟(jì)和維護(hù)國家安全至關(guān)重要。以目標(biāo)1確定的領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)的充滿活力的創(chuàng)新文化是一個重要基礎(chǔ)，必須輔之以資源和政策，以加快這些創(chuàng)新的轉(zhuǎn)化。 持續(xù)的領(lǐng)導(dǎo)地位需要創(chuàng)造和支持一個良性循環(huán)，在這個循環(huán)中，R&D推動創(chuàng)新的、面向市場的技術(shù)開發(fā)，包括漸進(jìn)式和變革性的進(jìn)步，反過來，這些技術(shù)又推動新的見解和研發(fā)資金。R&D的卓越與R&D在產(chǎn)品和服務(wù)領(lǐng)域的快速轉(zhuǎn)型相結(jié)合，將成為美國及其盟友的一個重要和獨(dú)特的競爭優(yōu)勢。 需要建立機(jī)制來加強(qiáng)各機(jī)構(gòu)之間以及學(xué)術(shù)界、政府和R&D工業(yè)界之間的溝通和協(xié)作。這種溝通和合作對于R&D表演者與政府和行業(yè)最終用戶之間的聯(lián)系以及增強(qiáng)研究人員對系統(tǒng)級設(shè)計(jì)和性能限制的了解至關(guān)重要。加強(qiáng)溝通和合作可以為研究方向提供信息，以確保進(jìn)步得以實(shí)施，并增加創(chuàng)新概念轉(zhuǎn)化為制造的可能性。此外，建立溝通途徑和合作將為新的研究進(jìn)展提供機(jī)會，以推動能夠超越現(xiàn)有技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新。 為了發(fā)展充滿活力的微電子生態(tài)系統(tǒng)，加速R&D向商業(yè)化的過渡，美國政府將在未來五年內(nèi)努力實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： 01 支持、建設(shè)和連接中心、公私伙伴關(guān)系和聯(lián)盟，以深化微電子生態(tài)系統(tǒng)中各利益相關(guān)方之間的合作 聯(lián)邦機(jī)構(gòu)經(jīng)常在共同感興趣的研究領(lǐng)域合作，并直接與整個微電子行業(yè)的公司合作，工業(yè)界通常直接參與特定項(xiàng)目的個人學(xué)術(shù)研究小組。然而，要確保微電子在未來的領(lǐng)先地位，需要深化合作以應(yīng)對當(dāng)前和未來的重大挑戰(zhàn)。在適當(dāng)?shù)那闆r下，大型研究中心和公私合作伙伴關(guān)系可以將多方聚集在一起。事實(shí)證明，建立和持續(xù)支持這些工作是一種有效的方法，有助于通過戰(zhàn)略組合團(tuán)隊(duì)針對特定技術(shù)挑戰(zhàn)開展協(xié)作。 例如，一些聯(lián)邦機(jī)構(gòu)與半導(dǎo)體研究公司（SRC）合作，將基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究與長期行業(yè)技術(shù)和勞動力需求更緊密地結(jié)合起來。DARPA-SRC聯(lián)合大學(xué)微電子計(jì)劃（JUMP 2.0）及其前身集中體現(xiàn)了這種方法的成功。雖然工業(yè)界經(jīng)常與特定的學(xué)術(shù)研究人員達(dá)成雙邊協(xié)議，但聯(lián)邦政府資助的項(xiàng)目（如JUMP）有助于更廣泛的跨行業(yè)信息交流和建立共識。從更廣泛的社區(qū)角度來看，這些合作結(jié)構(gòu)可以更快地確定需要資助的最高優(yōu)先級研究。這些結(jié)構(gòu)還提供了行業(yè)合作伙伴對學(xué)術(shù)研究人員的快速反饋，政府參與者有助于確保廣泛的影響和公共部門投資回報(bào)。本節(jié)討論的深化合作的重點(diǎn)工作將有助于： 早期識別一組更全面的潛在障礙，以實(shí)現(xiàn)成熟和擴(kuò)大新技術(shù)的規(guī)模，供更廣泛的行業(yè)和科學(xué)專家進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)公共和私人資助計(jì)劃來支持這項(xiàng)工作。 更廣泛地認(rèn)識到生態(tài)系統(tǒng)不同部分的共同和獨(dú)特需求，包括教育項(xiàng)目、學(xué)術(shù)研究人員、政府資助的獨(dú)立研究實(shí)驗(yàn)室和小企業(yè)的需求，以及開發(fā)新產(chǎn)品、產(chǎn)品費(fèi)用結(jié)構(gòu)和服務(wù)來滿足這些需求。 為新技術(shù)的開發(fā)和成熟建立新方法，創(chuàng)造性地利用許多不同合作組織的獨(dú)特能力，包括政府資助的用戶設(shè)施和高度專業(yè)化企業(yè)的世界領(lǐng)先的儀器和其他資源。 通過開發(fā)階段集中公共和私人資源推進(jìn)具有潛在變革性的技術(shù)，在這些階段，成本大幅增加，而最終技術(shù)成功和商業(yè)可行性的基本風(fēng)險(xiǎn)仍然很高，從而使更多創(chuàng)新能夠比當(dāng)前做法更快地進(jìn)入市場。 除了上面討論的用戶設(shè)施之外，NSF還有幾個支持大型多機(jī)構(gòu)研究中心的項(xiàng)目，其中包括行業(yè)和其他成員。這些中心將學(xué)術(shù)研究人員聚集在一起，就共同的挑戰(zhàn)進(jìn)行合作并利用各種能力。這些計(jì)劃還為與大小公司和其他實(shí)體達(dá)成會員協(xié)議提供了一個框架，以解決知識產(chǎn)權(quán)等關(guān)鍵問題。目前有幾個與R&D微電子公司相關(guān)的國家科學(xué)基金會中心，包括國家科學(xué)基金會工程研究中心、移動計(jì)算和能源技術(shù)納米制造系統(tǒng)（NASCENT），專注于創(chuàng)造革命性的制造、設(shè)備、材料和建模，包括代表研究機(jī)構(gòu)、材料供應(yīng)商、設(shè)備制造商、集成設(shè)備制造商和前沿鑄造廠的大小公司。 其他例子包括國家科學(xué)基金會產(chǎn)業(yè)-大學(xué)合作研究中心（IUCRC）項(xiàng)目資助的幾個中心（其中國家科學(xué)基金會提供運(yùn)營資金，工業(yè)界提供大部分研究資金），例如中心硬件和嵌入式系統(tǒng)安全與信任中心(CHEST)和通信系統(tǒng)高頻電子與電路中心(CHECCS)。 能源部17個國家實(shí)驗(yàn)室的微電子和半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新得益于卓越的物理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)；化學(xué)和化學(xué)工程；材料科學(xué)；等離子科學(xué)；同位素生產(chǎn)；納米制造；電氣、機(jī)械和系統(tǒng)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)。補(bǔ)充這一專業(yè)知識的是材料研究、器件設(shè)計(jì)和制造、表征以及建模和模擬方面的廣泛能力。能源部的國家實(shí)驗(yàn)室具備開發(fā)先進(jìn)微電子技術(shù)所需的特定能力，包括通過能源部五個納米科學(xué)研究中心和其他用戶設(shè)施提供的新型制造方法開發(fā)和評估新材料和快速原型。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的微系統(tǒng)工程、科學(xué)和應(yīng)用（MESA）綜合體等設(shè)施還具備額外的R&D和生產(chǎn)能力。與這些實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο噍o相成的是模擬、建模和數(shù)據(jù)科學(xué)能力，從原子方法到量子和神經(jīng)形態(tài)技術(shù)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)以及超萬億次高性能計(jì)算（HPC）。高性能計(jì)算能夠支持材料研究、電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及性能預(yù)測。通過能源部的用戶設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，包括大學(xué)、工業(yè)和其他政府機(jī)構(gòu)在內(nèi)的廣大科學(xué)界可以獲得許多這些實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力。 區(qū)域創(chuàng)新中心可以匯集多個合作伙伴，并通過整個供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室到市場路徑上的技術(shù)轉(zhuǎn)讓�；诨锇殛P(guān)系的區(qū)域中心有可能通過將大企業(yè)的管理能力與小企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室的專長結(jié)合起來，減少開發(fā)和過渡的時間和成本。事實(shí)證明，在增強(qiáng)現(xiàn)有集群時，區(qū)域中心比試圖在沒有現(xiàn)有資本和人才基礎(chǔ)的情況下創(chuàng)建此類生態(tài)系統(tǒng)更有效。NSF區(qū)域創(chuàng)新引擎和DOC經(jīng)濟(jì)發(fā)展管理局區(qū)域技術(shù)和創(chuàng)新中心（技術(shù)中心）計(jì)劃是支持這些努力的聯(lián)邦計(jì)劃的示例。此外，DOC芯片激勵計(jì)劃鼓勵支持地區(qū)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)。 國防部微電子公共領(lǐng)域旨在利用和加強(qiáng)選定中心周圍的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，提供實(shí)驗(yàn)室到工廠的能力。Commons hub生態(tài)系統(tǒng)不一定受到州界的限制，它旨在成為一個區(qū)域能力網(wǎng)絡(luò)，利用Commons的資金和學(xué)術(shù)、非營利或行業(yè)機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有能力進(jìn)行潛在的增強(qiáng)，既可以作為創(chuàng)新的來源，也可以作為贊助活動的舉辦地。 美國制造業(yè)研究所代表了另一種有效的模式，可以促進(jìn)多個制造業(yè)行業(yè)的行業(yè)需求和學(xué)術(shù)能力之間的交流。目前，五個研究所支持微電子制造基地的要素，包括增材制造和3D打印的相鄰部門、先進(jìn)機(jī)器人制造和數(shù)字制造工具。與這些和其他依賴微電子創(chuàng)新的部門（如工業(yè)自動化和機(jī)器人、通信、高性能和下一代計(jì)算、健康科學(xué)和人工智能）的更多接觸將有助于為新的合作領(lǐng)域提供信息。根據(jù)芯片法案，國會授權(quán)并撥款建立了三個新的美國制造研究所，專注于半導(dǎo)體制造。增加對新模式和現(xiàn)有模式的支持可以擴(kuò)展到新技術(shù)和新興技術(shù)，并使新的行業(yè)合作伙伴參與進(jìn)來，以加快新技術(shù)向制造業(yè)的過渡。 國家半導(dǎo)體技術(shù)中心預(yù)計(jì)將成為美國微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的焦點(diǎn)。如《美國芯片法案》第9906（c）節(jié)所述，NSTC將是一個公私聯(lián)盟，包括美國國防部、美國國防部、美國能源部和美國國家科學(xué)基金會以及私營部門實(shí)體。雖然NSTC的許多細(xì)節(jié)仍在制定中，但它將尋求吸納整個微電子價(jià)值鏈的成員——包括大小公司、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、能源部國家實(shí)驗(yàn)室和其他FFRDCs以及非營利組織——并將建立機(jī)制以促進(jìn)信息交流，吸引成員和外部投資者的私營部門投資，并協(xié)調(diào)私營部門和公共部門的投資。要發(fā)揮這些作用，NSTC既要作為中立協(xié)調(diào)者受到信任，又要被視為對公共和私人投資者的需求做出了回應(yīng)，這需要世界領(lǐng)先的技術(shù)專長和能夠適當(dāng)平衡公共和私人部門利益的治理結(jié)構(gòu)。 除了通過目標(biāo)2下討論的技術(shù)中心網(wǎng)絡(luò)提供獲取實(shí)物資產(chǎn)的途徑外，NSTC還可能參與此處強(qiáng)調(diào)的若干戰(zhàn)略，以幫助連接社區(qū)。除了關(guān)鍵工具之外，微電子R&D設(shè)施群還必須擁有足夠數(shù)量的技術(shù)專家和科研人員來操作和改進(jìn)儀器，并創(chuàng)建一個卓越中心來解決其他實(shí)體權(quán)限之外的關(guān)鍵問題。例如，學(xué)術(shù)研究人員可能會發(fā)現(xiàn)一種新材料，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和原型制作來證明這一概念。 然而，為了在設(shè)計(jì)和使用中采用新材料，必須在各種加工參數(shù)下精確了解缺陷結(jié)構(gòu)，以充分預(yù)測其行為和性能。這種有針對性的研究超出了學(xué)術(shù)努力的范圍，但不太可能在工業(yè)實(shí)驗(yàn)室中得到解決，因?yàn)檫@種材料尚未得到充分證明。同樣的概念也適用于整個堆棧；必要的研究介于早期研究和后期實(shí)施之間，在當(dāng)前的美國生態(tài)系統(tǒng)中形成了一個缺口。 本報(bào)告中確定的努力旨在填補(bǔ)這一空白，通過利用整個生態(tài)系統(tǒng)中的公共和私人投資及專業(yè)知識，提供獲得所需基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)專業(yè)知識的途徑，以幫助在技術(shù)發(fā)展道路上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型。例如，NSTC將從學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、能源部國家實(shí)驗(yàn)室和其他FFRDCs以及世界各地的其他機(jī)構(gòu)補(bǔ)充專門的專業(yè)科學(xué)人員，以創(chuàng)建一個充滿活力的創(chuàng)新引擎，加快未來創(chuàng)新在制造業(yè)中的應(yīng)用。 雖然這些方法中的每一種都促進(jìn)了每項(xiàng)具體工作中的知識和人才流動，但必須促進(jìn)整個微電子技術(shù)開發(fā)連續(xù)體的交流，以支持和加強(qiáng)整個生態(tài)系統(tǒng)。在某些情況下，可能需要具有成員資格的財(cái)團(tuán)之間的直接聯(lián)系或其他合同協(xié)議，而在其他情況下，不太正式的安排可能就足夠了或更可取。需要確定和支持成熟和過渡研究突破的途徑，跨越基礎(chǔ)設(shè)施資源和科學(xué)專業(yè)知識的星座。技術(shù)開發(fā)路徑不是一個簡單的線性過程，因此反饋循環(huán)和分支將是必要的。同樣重要的是要注意到，單個研究人員或研究團(tuán)隊(duì)很少在其整個開發(fā)過程中進(jìn)行新的創(chuàng)新，因此也需要促進(jìn)實(shí)體之間的交接。 促進(jìn)眾多中心和聯(lián)盟之間信息共享和協(xié)作的關(guān)鍵行動包括： 通過SML結(jié)構(gòu)、咨詢委員會和其他適當(dāng)?shù)臋C(jī)制，深化監(jiān)督、支持和指導(dǎo)相關(guān)中心和聯(lián)盟的眾多機(jī)構(gòu)的政府官員之間的合作。 從每個機(jī)構(gòu)中指定一名代表作為向?qū)В瑤椭嫦嚓P(guān)者在研究人員進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的各個階段中瀏覽復(fù)雜的設(shè)施和資助機(jī)會網(wǎng)絡(luò)。這些指南將通過SML緊密合作，并與中心/聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)層合作。 開發(fā)并發(fā)布每個中心/聯(lián)盟內(nèi)可用的能力和特定工具的詳細(xì)信息。 每年召集中心主任和機(jī)構(gòu)贊助人建立社區(qū)，提高對整個生態(tài)系統(tǒng)能力和活動的認(rèn)識。 支持共享活動和網(wǎng)絡(luò)研討會，以提高研究人員對其他中心工作的認(rèn)識。 促進(jìn)跨中心的研究交流和訪問職位。 在評審委員會和表演者活動中包括支持R&D微電子公司的美國主要政府機(jī)構(gòu)的代表，以利用聯(lián)邦資金。 在適當(dāng)?shù)那闆r下，制定財(cái)團(tuán)之間的準(zhǔn)入?yún)f(xié)議。 在專利和其他知識產(chǎn)權(quán)以及標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)等問題上利用培訓(xùn)成果來提高研究人員對商業(yè)化關(guān)鍵步驟的認(rèn)識。 進(jìn)行年度SML能力審查，并定期征求利益相關(guān)方的意見。 02 參與并利用芯片產(chǎn)業(yè)咨詢委員會 加強(qiáng)和重振美國在微電子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位需要廣泛的行業(yè)和學(xué)術(shù)利益相關(guān)者的密切參與、建議和監(jiān)督。根據(jù)2021年美國芯片法案第9906（b）節(jié)的要求，商務(wù)部長成立了一個工業(yè)咨詢委員會（IAC），以評估美國國內(nèi)微電子行業(yè)的科技需求并為美國政府提供指導(dǎo)；分析微電子研究國家戰(zhàn)略在多大程度上有助于保持美國在微電子制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位；評估根據(jù)《2021年美國芯片法案》授權(quán)的研發(fā)計(jì)劃和活動；并為新的公私合營企業(yè)尋找機(jī)會，推進(jìn)微電子研究、開發(fā)和國內(nèi)制造的伙伴關(guān)系。該聯(lián)邦咨詢委員會向商務(wù)部長提供定期報(bào)告，在積極識別新興R&D、制造技術(shù)和勞動力需求以應(yīng)對商業(yè)市場或地緣政治的未來戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變方面也很有價(jià)值。 臨時行政委員會已開始工作，設(shè)立了組織和公私伙伴關(guān)系工作組、R&D勞動力工作組和研發(fā)工作組。關(guān)于每個工作組的任務(wù)和建議的更多信息可在臨時行政委員會網(wǎng)站上查閱。 在第一次會議上，委員會聽取了關(guān)于微電子研究國家戰(zhàn)略草案的簡要介紹，以及根據(jù)《聯(lián)邦公報(bào)》上公布的信息請求收到的公眾反應(yīng)。討論和臨時行政委員會隨后發(fā)布的建議為本文件的修訂提供了信息。 參與和利用CHIPS IAC的關(guān)鍵行動包括： SML審查委員會的建議，為機(jī)構(gòu)間討論和機(jī)構(gòu)行動提供信息。 機(jī)構(gòu)代表應(yīng)要求酌情向臨時行政理事會通報(bào)最新情況。 03 激勵和協(xié)調(diào)微電子界應(yīng)對R&D路線圖和重大挑戰(zhàn)中的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn) 隨著技術(shù)向越來越小的節(jié)點(diǎn)發(fā)展，在半導(dǎo)體行業(yè)中有效使用路線圖以使研究工作和相應(yīng)投資與關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)保持一致的歷史由來已久。如果行業(yè)技術(shù)路線圖得到廣泛信任并經(jīng)常更新，那么它們在通過關(guān)注創(chuàng)新者和讓投資者對商業(yè)可行性的時間表充滿信心來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新方面可能具有難以置信的價(jià)值。 此外，這樣的路線圖確定了預(yù)期進(jìn)步的邊界，這將激勵創(chuàng)新的R&D超越這些預(yù)期。如目標(biāo)1所述，微電子的多樣化將需要多種路線圖來支持不同應(yīng)用的各種性能指標(biāo)。聯(lián)邦政府將繼續(xù)鼓勵并在適當(dāng)?shù)那闆r下資助由社區(qū)利益相關(guān)者制定的技術(shù)路線圖的制定，并參考對相關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的最新理解。 激勵和組織研發(fā)社區(qū)的另一種機(jī)制是明確重大挑戰(zhàn)，以幫助確定優(yōu)先研發(fā)方向。這些活動必須廣泛地代表學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、研究實(shí)驗(yàn)室和行業(yè)的利益相關(guān)者，并讓他們參與進(jìn)來。他們還必須關(guān)注需要廣泛專業(yè)知識的主題，以實(shí)現(xiàn)非漸進(jìn)式進(jìn)展并推動整個行業(yè)的發(fā)展。 促進(jìn)制定路線圖和重點(diǎn)研究工作重大挑戰(zhàn)的關(guān)鍵戰(zhàn)略包括： 召開研討會和會議，將社區(qū)聚集在一起以確定和解決關(guān)鍵問題。 支持行業(yè)協(xié)會和其他組織領(lǐng)導(dǎo)路線圖制定工作。 04 促進(jìn)學(xué)術(shù)界、政府和工業(yè)界的交流，以擴(kuò)大對需求和機(jī)遇的理解 除了學(xué)生實(shí)習(xí)之外，教師有機(jī)會在工業(yè)R&D或制造業(yè)環(huán)境或聯(lián)邦研究機(jī)構(gòu)度過一段時間，也可以提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和見解。同樣，在學(xué)術(shù)中心安插行業(yè)研究人員可以促進(jìn)信息交流，并為大學(xué)研究界提供背景。 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)展越來越依賴于越來越精確的工程材料和工藝，儀器、診斷和實(shí)驗(yàn)合成能力需要快速成熟的新想法，即使是大型私營企業(yè)也將越來越遙不可及。因此，在政府資助的用戶設(shè)施和其他研究機(jī)構(gòu)中，特別是在美國能源部國家實(shí)驗(yàn)室和其他ffrdc中，世界領(lǐng)先的儀器、綜合能力和計(jì)算資源所發(fā)揮的作用預(yù)計(jì)將對創(chuàng)新管道變得越來越重要。要發(fā)揮這一作用，需要： 在政府資助機(jī)構(gòu)和私營部門組織之間開發(fā)高效的合作方法，實(shí)現(xiàn)公平、靈活的短期和長期安排，最大限度地減少合同談判所消耗的時間。 當(dāng)機(jī)構(gòu)收集要求并對政府資助的資源和活動進(jìn)行技術(shù)和方案規(guī)劃時，包括擴(kuò)大潛在利益相關(guān)者的范圍，包括了解私人資金如何用于擴(kuò)大公共資助的項(xiàng)目，同時確保這些項(xiàng)目滿足任務(wù)需求。 擴(kuò)大宣傳政府資助能力的活動，除了旨在發(fā)展公私合作伙伴關(guān)系的計(jì)劃外，還支持教育和勞動力發(fā)展計(jì)劃利用這些能力。 05 通過有針對性的計(jì)劃和投資支持創(chuàng)業(yè)、初創(chuàng)和早期企業(yè) 硅谷的歷史證明了初創(chuàng)企業(yè)在推動微電子行業(yè)創(chuàng)新方面發(fā)揮的巨大作用。然而，設(shè)計(jì)和制造前沿電路的高資本成本以及制造業(yè)的整合等趨勢，在初創(chuàng)企業(yè)的需求與大型跨國公司的創(chuàng)新方式之間造成了特別大的不匹配。鑒于這些挑戰(zhàn)，需要有針對性的聯(lián)邦投資來促進(jìn)初創(chuàng)公司的創(chuàng)造和成功，努力將新技術(shù)推向市場。 聯(lián)邦資助的項(xiàng)目可以為企業(yè)家提供商業(yè)發(fā)展培訓(xùn)和R&D基礎(chǔ)設(shè)施的使用權(quán)，還可以幫助啟動私營部門的伙伴關(guān)系和資本投資。已經(jīng)制定了多個聯(lián)邦計(jì)劃來支持創(chuàng)業(yè)精神，這些計(jì)劃可以推廣和/或復(fù)制，從而為該行業(yè)提供特定的機(jī)會，包括以下示例： 國家科學(xué)基金會的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（I-Corps）項(xiàng)目為學(xué)者提供培訓(xùn)，通過提高他們對商業(yè)規(guī)劃和創(chuàng)業(yè)技能的理解來促進(jìn)初創(chuàng)企業(yè)的形成。能源部的能源I-Corps為能源部國家實(shí)驗(yàn)室的企業(yè)家做了同樣的事情。 NSF融合加速器計(jì)劃為研究人員和創(chuàng)新者提供知識和機(jī)會，通過支持跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)（由不同專業(yè)、學(xué)科、部門和實(shí)踐社區(qū)組成）共同促進(jìn)創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)，加速解決方案在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用。 能源部先進(jìn)材料和制造技術(shù)辦公室已在四個能源部國家實(shí)驗(yàn)室建立了嵌入式企業(yè)家計(jì)劃，以幫助創(chuàng)新型初創(chuàng)企業(yè)開發(fā)新的制造技術(shù)，并通過利用實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)知識和科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施更快地將其推向市場。 NIST技術(shù)成熟加速器項(xiàng)目為NIST的研究人員提供了一個平臺，向風(fēng)險(xiǎn)資本家和商業(yè)專家推介尖端技術(shù)，獲勝者將獲得資金以加速他們的項(xiàng)目推向市場。 美國國家航空航天局發(fā)起了一項(xiàng)企業(yè)家挑戰(zhàn)賽，以確定創(chuàng)新想法和新參與者，從而開發(fā)出有可能推進(jìn)該機(jī)構(gòu)科學(xué)任務(wù)目標(biāo)的新儀器和新技術(shù)。 DARPA創(chuàng)立了嵌入式創(chuàng)業(yè)倡議，以加速贊助研究的商業(yè)化。該計(jì)劃為市場戰(zhàn)略的制定提供資金，并與情報(bào)界的In-Q-Tel（IQT）風(fēng)險(xiǎn)部門合作提供指導(dǎo)和投資者聯(lián)系。101 DARPA還利用能源部實(shí)驗(yàn)室嵌入式創(chuàng)業(yè)計(jì)劃中的回旋加速器道路站點(diǎn)，專門為微電子初創(chuàng)企業(yè)提供獎學(xué)金。 該機(jī)構(gòu)的小企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）和小企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓（STTR）計(jì)劃提供了另一個支持小企業(yè)的機(jī)會，通過非稀釋性資本投資和廣泛的支持服務(wù)來促進(jìn)受支持公司的成功。有機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)SBIR/STTR招標(biāo)以支持共同感興趣的特定技術(shù)的例子�？鐧C(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)SBIR/STTR主題可以表明對美國創(chuàng)新和新興技術(shù)的承諾和興趣，尤其是對半導(dǎo)體行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)和小企業(yè)而言。 例如，農(nóng)業(yè)部國家糧食和農(nóng)業(yè)研究所的SBIR/STTR項(xiàng)目資助了一個將微電子技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的項(xiàng)目，包括一套微型傳感器，為種植者提供植物水分脅迫的直接物理測量，以用于灌溉計(jì)劃。聯(lián)合機(jī)構(gòu)主題可用于建立一個廣泛的實(shí)踐社區(qū)，有意納入創(chuàng)新型小企業(yè)并擴(kuò)大與大學(xué)加速器的聯(lián)系，包括HBCUs和其他MSI。 美國空軍的商業(yè)“投資”集團(tuán)AFVentures就是利用SBIR/STTR計(jì)劃的一個例子，該計(jì)劃通過提供額外資金來匹配投資組合中公司的私人投資來加速技術(shù)過渡。該計(jì)劃將獲得某種形式風(fēng)險(xiǎn)資本獎勵的公司比例從10%提高到29%，在2015年之前的所有國防部獎項(xiàng)中，AFVentures組合目前只包括電子公司的一小部分獎勵。 有幾個聯(lián)邦政府項(xiàng)目使用風(fēng)險(xiǎn)基金進(jìn)行股權(quán)融資，以直接支持早期公司并與私營部門風(fēng)險(xiǎn)社區(qū)合作。例如，IQT支持情報(bào)界的技術(shù)，HHS生物醫(yī)學(xué)高級研究和發(fā)展局（BARDA）最近啟動了BARDA Ventures，以支持公共衛(wèi)生的醫(yī)療對策。通過包含技術(shù)轉(zhuǎn)讓目標(biāo)的公私伙伴關(guān)系將風(fēng)險(xiǎn)資本基金與研究基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，已在其他國家的微電子部門證明了回報(bào)。風(fēng)險(xiǎn)基金可以提供一條更直接的途徑來支持合作機(jī)構(gòu)創(chuàng)造的創(chuàng)新成果的商業(yè)化�！睹绹酒ò浮窏l款要求在NSTC設(shè)立投資基金。該基金的細(xì)節(jié)正在制定中。 貸款和貸款擔(dān)保是另一種可以幫助初創(chuàng)公司的機(jī)制。小企業(yè)管理局通過與貸款機(jī)構(gòu)合作向小企業(yè)提供貸款來降低風(fēng)險(xiǎn)，并使獲得資本更加容易。美國能源部貸款項(xiàng)目辦公室管理三個不同的貸款項(xiàng)目，為一流項(xiàng)目提供從私人貸款機(jī)構(gòu)無法獲得的債務(wù)資本，并提供靈活的定制融資。 除了直接支持和促進(jìn)合作外，初創(chuàng)企業(yè)和早期企業(yè)必須有機(jī)會為制定國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做出貢獻(xiàn)。通過參與由專業(yè)協(xié)會或行業(yè)協(xié)會組織的國際標(biāo)準(zhǔn)制定活動，美國可以塑造全球技術(shù)發(fā)展，并支持進(jìn)入未來的國際市場。制定標(biāo)準(zhǔn)的活動可能需要幾年的審議和原型制作，然后才能達(dá)成共識。正如《關(guān)鍵和新興技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略》所鼓勵的那樣，支持參與制定標(biāo)準(zhǔn)活動的新機(jī)制將使那些追求尚未建立商業(yè)市場的新興技術(shù)的小企業(yè)能夠進(jìn)行急需的參與。 根據(jù)這一戰(zhàn)略，2023年9月，NIST CHIPS研發(fā)辦公室和許多其他美國政府項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)制定組織（SDO）和行業(yè)協(xié)會合作組織了CHIPS研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)峰會。該活動匯集了CHIPS for America領(lǐng)導(dǎo)者，SDO和半導(dǎo)體領(lǐng)域的行業(yè)聯(lián)盟，以優(yōu)先考慮半導(dǎo)體和微電子標(biāo)準(zhǔn)活動;促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)社區(qū)內(nèi)的合作，協(xié)調(diào)和創(chuàng)新;并幫助識別標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新的機(jī)會，并實(shí)現(xiàn)多樣化的標(biāo)準(zhǔn)能力。 推進(jìn)研發(fā)以支持制造和供應(yīng)鏈安全 芯片法案的核心是建立一個強(qiáng)大的國內(nèi)半導(dǎo)體制造業(yè)和彈性和安全的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。此外，現(xiàn)有的計(jì)劃，如國防部的可信和可靠微電子（T&AM）計(jì)劃，通過獲得先進(jìn)的微電子技術(shù)來推動國防系統(tǒng)的現(xiàn)代化，這些技術(shù)利用了最先進(jìn)的（SOTA）商業(yè)驅(qū)動能力。T&AM計(jì)劃識別并努力減輕整個微電子供應(yīng)鏈中的持續(xù)威脅。T&AM計(jì)劃由以下技術(shù)執(zhí)行領(lǐng)域組成:先進(jìn)封裝和測試、SOTA微電子、抗輻射微電子和SOTA射頻/光電微電子；以及教育和勞動力發(fā)展和微電子保障。 本報(bào)告介紹了支持制造業(yè)和將新技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)的研發(fā)機(jī)會。除了通過國際合作使供應(yīng)鏈多樣化之外，研發(fā)工作還有助于為關(guān)鍵礦物、材料或其他關(guān)鍵供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)提供替代品。對半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的持續(xù)分析和監(jiān)控將為這些研發(fā)工作提供信息。 國際合作以及貿(mào)易和外交的作用 半導(dǎo)體供應(yīng)鏈本質(zhì)上是全球性的，微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)也是如此，研究設(shè)施和人才遍布世界各地。本戰(zhàn)略中提出的目標(biāo)和目的是在這一更廣泛的背景下制定的，需要在這一背景下加以解決。至關(guān)重要的是利用盟友和合作伙伴支持的資源和努力，促進(jìn)人才流動和研究合作的機(jī)會，確保安全的供應(yīng)鏈，并促進(jìn)保護(hù)研究、技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)的法律和監(jiān)管框架。 半導(dǎo)體研發(fā)資金的最大來源來自美國的私營公司。美國半導(dǎo)體行業(yè)一直將其年收入的大約20%投資于R&D，這一比例在其他任何國家的半導(dǎo)體行業(yè)中都是最高的。在2021年，這相當(dāng)于在一年內(nèi)為R&D分配了500多億美元。同年，全球半導(dǎo)體銷售額中約80%來自美洲以外。因此，美國公司依賴于保持在外國市場的銷售渠道，以繼續(xù)推動使其成為全球領(lǐng)導(dǎo)者的創(chuàng)新。旨在打擊其他政府不公平貿(mào)易行為、補(bǔ)充支持美國制造業(yè)的國內(nèi)政策并努力為技術(shù)出口創(chuàng)造公平競爭環(huán)境的貿(mào)易政策對于保持美國在微電子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。 美國政府機(jī)構(gòu)，包括商務(wù)部和美國貿(mào)易代表辦公室，正在努力確保所有政府致力于通過基于市場的原則促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)的健康發(fā)展，并確保公司及其產(chǎn)品的競爭力是創(chuàng)新、工業(yè)成功和國際貿(mào)易的主要驅(qū)動力。DOC還與合作伙伴和盟友合作，加強(qiáng)美國和志同道合的經(jīng)濟(jì)體中公司的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，以建立彈性并納入國家安全優(yōu)先事項(xiàng)，從而加強(qiáng)全球供應(yīng)鏈。 技術(shù)外交是擴(kuò)大與盟國和伙伴之間的合作的重要工具。利用有針對性的對話、特別工作組、諒解備忘錄、科技協(xié)議和其他有關(guān)微電子的重點(diǎn)工作，有助于加強(qiáng)雙邊和多邊合作。此外，一些機(jī)構(gòu)正在努力支持國際研發(fā)合作，這些合作可用于推進(jìn)特定的研究目標(biāo)，提供獲得研究基礎(chǔ)設(shè)施的途徑，并促進(jìn)技術(shù)交流。加強(qiáng)美國和國際研究人員、工業(yè)界和終端用戶利益相關(guān)者之間的溝通與合作，以支持新技術(shù)的開發(fā)和成熟，有助于加強(qiáng)整個微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。 根據(jù)“芯片法案”的要求，美國國務(wù)院設(shè)立了國際技術(shù)安全與創(chuàng)新（ITSI）基金，以促進(jìn)安全可靠的電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和采用，并確保半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的安全和多樣化。加強(qiáng)世界的長期經(jīng)濟(jì)安全取決于支持創(chuàng)新的能力，創(chuàng)新將推動下一代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。為了確保先進(jìn)半導(dǎo)體發(fā)展所需的更多樣化、更具彈性和更安全的全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，ITSI基金將支持確保關(guān)鍵礦產(chǎn)投入的努力，加強(qiáng)在研究安全和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等問題上的國際政策協(xié)調(diào)，擴(kuò)大全球各行業(yè)的生產(chǎn)能力并使其多樣化，以及保護(hù)國家安全。 ITSI基金活動實(shí)例 生態(tài)系統(tǒng)評論：2023年，美國國務(wù)院確定了五個根據(jù)美國微電子戰(zhàn)略擴(kuò)大產(chǎn)能的目標(biāo)國家——哥斯達(dá)黎加、巴拿馬、越南、菲律賓和印度尼西亞。ITSI正與經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（經(jīng)合組織）合作，在這些國家開展獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)審查，為封裝、測試和封裝分部門的能力建設(shè)提供路線圖。審查考察了勞動力發(fā)展需求、基礎(chǔ)設(shè)施、行業(yè)特定法律、現(xiàn)有技術(shù)中心和行業(yè)優(yōu)勢等經(jīng)濟(jì)因素，以及激勵私營部門投資ATP產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)和政策激勵措施。ITSI在這些國家的能力建設(shè)計(jì)劃將側(cè)重于吸引私人投資的勞動力發(fā)展、縮小監(jiān)管差距以及加強(qiáng)半導(dǎo)體設(shè)施的物理和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。 APEP研討會：ITSI支持多邊伙伴關(guān)系以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)，如美國經(jīng)濟(jì)繁榮伙伴關(guān)系（APEP）半導(dǎo)體勞動力研討會：為21世紀(jì)熟練勞動力建設(shè)技術(shù)能力。研討會將創(chuàng)建和擴(kuò)大教育計(jì)劃，通過在整個拉丁美洲的行業(yè)和技術(shù)機(jī)構(gòu)之間建立聯(lián)系來幫助滿足半導(dǎo)體勞動力需求。 國際研究人員對美國在先進(jìn)半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。隨著聯(lián)邦機(jī)構(gòu)開發(fā)加強(qiáng)合作的項(xiàng)目和場所，將考慮促進(jìn)本科、研究生和專業(yè)水平的國際研究人員與美國國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的接觸。需要為在美國工作或訪問進(jìn)行技術(shù)交流的國際研究人員加強(qiáng)適當(dāng)、有效的法律程序。這些努力需要改善接受持有各種美國非移民簽證的研究人員的流程，包括但不限于F-1s、H-1b和J-1s或基于就業(yè)的移民簽證類別，包括學(xué)生、研究人員和專家。 國際合作的另一個機(jī)會是在教育和勞動力發(fā)展領(lǐng)域。半導(dǎo)體公司在全球各地都有工廠，有幾種模式成功的培訓(xùn)項(xiàng)目。發(fā)展特定工作類別的技能和技術(shù)能力有助于解決熟練勞動力短缺問題。教育機(jī)構(gòu)之間建立伙伴關(guān)系并共享課程和培訓(xùn)資源有助于滿足對訓(xùn)練有素的勞動力的需求，并促進(jìn)員工流動。 世界各地的初創(chuàng)企業(yè)和小企業(yè)也在半導(dǎo)體和相關(guān)技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新。Quad的技術(shù)、商業(yè)和投資論壇等現(xiàn)有機(jī)制和新機(jī)制可以用來與世界各地的初創(chuàng)企業(yè)和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)建立聯(lián)系。聯(lián)邦機(jī)構(gòu)可以繼續(xù)促進(jìn)雙邊和多邊對話，為美國產(chǎn)業(yè)和投資者提供機(jī)會，突出有前途的技術(shù)和企業(yè)家，以擴(kuò)大美國創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。 未來方向 芯片法案投資提供了一個獨(dú)特的機(jī)會，不僅可以激勵國內(nèi)半導(dǎo)體制造業(yè)，還可以加強(qiáng)微電子R&D生態(tài)系統(tǒng)，提升美國未來的競爭地位。隨著這些歷史性計(jì)劃的實(shí)施，半導(dǎo)體行業(yè)正在迅速發(fā)展，一切照舊不足以取得成功。各機(jī)構(gòu)必須與學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及國際盟友和合作伙伴比以往任何時候都更加緊密地合作，以確保芯片投資建立一個充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)，推動未來的創(chuàng)新。美國政府R&D微電子公司的項(xiàng)目組合涵蓋了從早期基礎(chǔ)研究到制造過程的全部范圍，盡管每個項(xiàng)目都有特定的作用，但廣泛的項(xiàng)目需要仔細(xì)聯(lián)系起來，以促進(jìn)新研究進(jìn)展轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用的途徑。 《美國芯片法案》要求微電子領(lǐng)導(dǎo)小組委員會“協(xié)調(diào)與微電子相關(guān)的研究、開發(fā)、制造和供應(yīng)鏈安全活動以及聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的預(yù)算，并確保這些活動符合”本文件中提出的戰(zhàn)略。為了更好地了解整個政府支持R&D微電子公司的努力，SML將對聯(lián)邦投資進(jìn)行組合審查，并在該戰(zhàn)略發(fā)布后180天內(nèi)根據(jù)該戰(zhàn)略中確定的優(yōu)先事項(xiàng)對這些投資進(jìn)行交叉評估，此后每年進(jìn)行一次評估。這一審查將使各機(jī)構(gòu)更好地了解彼此的方案和優(yōu)先事項(xiàng)，并為年度預(yù)算編制提供信息。鑒于該行業(yè)的動態(tài)性和正在發(fā)生的一系列深刻的技術(shù)變革，該戰(zhàn)略保持敏捷并對不斷變化的環(huán)境做出響應(yīng)至關(guān)重要。雖然這份戰(zhàn)略文件是一個起點(diǎn)，但年度審查將為各機(jī)構(gòu)提供一個機(jī)會，不斷調(diào)整和集中努力保持進(jìn)展。隨著新項(xiàng)目的建立，SML將在未來幾個月和幾年中作為機(jī)構(gòu)間協(xié)調(diào)的論壇發(fā)揮關(guān)鍵作用，并將確保各個部門和機(jī)構(gòu)的投資具有協(xié)同效應(yīng)并得到充分利用，避免重復(fù)和缺口。 這一戰(zhàn)略的成功，以及CHIPS更廣泛的行動，在很大程度上取決于解決巨大的勞動力需求。SML教育和勞動力機(jī)構(gòu)間工作組將協(xié)調(diào)整個教育領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)間工作，并與可能成立的新實(shí)體（如專門的卓越中心）密切合作。國際外交和貿(mào)易在恢復(fù)美國半導(dǎo)體制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位和確保供應(yīng)鏈安全的持續(xù)努力中發(fā)揮著重要作用。正如本文通篇所述，與盟友和合作伙伴的接觸對于推進(jìn)該戰(zhàn)略的目標(biāo)至關(guān)重要，而SML國際工作組是一個隨著關(guān)鍵芯片條款的實(shí)施，機(jī)構(gòu)間合作的論壇尤為重要。與世界各地的領(lǐng)先專家合作將有助于推進(jìn)微電子研究的前沿，支持互惠互利的知識伙伴關(guān)系，建立聯(lián)系專業(yè)知識和利用投資的網(wǎng)絡(luò)，并促進(jìn)獲得支持新創(chuàng)新的獨(dú)特研究基礎(chǔ)設(shè)施。 作為微電子革命的發(fā)源地，美國在半導(dǎo)體技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位，這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在支撐著我們經(jīng)濟(jì)和安全的方方面面。然而，國際競爭非常激烈，無法保證繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。對芯片法案的歷史性投資既提供了振興國內(nèi)微電子R&D生態(tài)系統(tǒng)的令人興奮的機(jī)會，也帶來了確保這些投資保障國家長期國家和經(jīng)濟(jì)安全的艱巨責(zé)任。當(dāng)美國人把他們不同的專業(yè)知識、創(chuàng)業(yè)精神和動力集中到一個共同的目標(biāo)上時，美國就處于最強(qiáng)大的狀態(tài)。該戰(zhàn)略提供了一個框架來創(chuàng)建這一重點(diǎn)，不僅指導(dǎo)美國政府的工作，而且召集整個微電子R&D社區(qū)——創(chuàng)新者、教育工作者、盟友和合作伙伴以及政策制定者——來開發(fā)實(shí)現(xiàn)美國巨大抱負(fù)所需的技術(shù)。 |
