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美国发布国家半导体技术中心(NSTC)的愿景和战略

访问次数: 503 次    作者: 远望智库开源情报中心 忆竹 编译    发布时间: 2023-09-18

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4月25日,美国国家标准技术研究院(NIST)发布《半导体技术中心的愿景和战略》报告,以推进美国的半导体研发。文件概述了该机构将如何提高美国开发微芯片和相关技术的能力,从而提升美国的技术领先地位。成立该中心是落实《美国芯片与科学法案》的一个重要方面。具体而言,国会拨款建立发展该中心,以支持和扩大美国的半导体研究、设计、工程和制造。 

该报告详细介绍了该中心的计划任务、项目和其他特点。例如,该中心将开发和赞助研究项目,并与学术界和工业界合作伙伴合作,在全国建立附属技术中心作为研究和新网络。

1.创建NSTC背景

美国商务部今年第一季度发布关于创建110亿美元的国家半导体技术中心(NSTC)的首批提案的指导方针,旨在恢复美国在芯片行业的领导地位。这一努力被比作创造了世界上第一批核武器的合作努力。为了将创新从实验室带到工厂,NSTC是美国芯片法案的一部分,它将是一个公私合营的财团,加入政府和行业,以及学术界,企业家,劳动力代表和投资者。

美商务部长吉娜·雷蒙多(Gina Raimondo)在新闻发布会上说:“NSTC 将是一个雄心勃勃的公私联盟,政府、行业、客户、供应商、教育机构、企业家和投资者将齐聚一堂,共同创新、联系和解决问题。最重要的是,NSTC将确保美国在下一代半导体技术方面处于领先地位,这些技术可以在促进我们的经济和国家安全的领域取得重大新进展。虽然芯片法案的制造激励措施将把半导体制造业带回美国,但由 NSTC 领导的强大的研发生态系统将把它留在这里。” 

该中心的计划旨在帮助整个半导体生态系统满足技术部门的需求,包括提供对新兴材料和工艺技术的访问;数字资产和设计工具;小芯片(Chiplet)库存;创业孵化器。此外,NSTC将为参与者提供参与行业大挑战的机会;路线图和标准活动;劳动力培训和技术交流计划。 

2.目标和愿景

NSTC有三个目标:(1)扩大美国在半导体技术领域的领导地位;(2)减少从设计到商业化的时间和成本;(3)建立和维持半导体劳动力发展体系。 

负责标准和技术的商务部副部长兼 NIST 院长劳丽·洛卡西奥(Laurie E. Locascio) 说:“国家半导体技术中心旨在推动创新并加快新技术向市场的转移,该中心将为美国半导体行业带来持久的技术领先优势,并帮助培养能够制造世界上最先进设备的熟练劳动力。”

该中心不仅将建立研究、行政和运营的联系,还将建立技术中心以扩展和改进美国的研究设施或建造新的、先进的设施。它将与创新者和企业家、新老企业、芯片制造商、材料和设备供应商、教育工作者和受训人员合作,共同应对行业挑战,并提供实践经验、培训和信息共享。

亚利桑那州立大学校长迈克尔·克罗(Michael Crow)在一份声明中说:“国家半导体技术中心的愿景和战略是一个千载难逢的机会,可以重新夺回国家在半导体行业的战略主导地位。这不仅仅是科学。这是关于美国的商业和军事优势。它代表了一个独特的合作机会,使美国恢复到更高水平的数字安全。

根据公告,利益相关者的反馈强调需要解决大量问题。因此,NIST指出,该中心“在整个生态系统中被视为中立、可信和科学驱动的”非常重要。

美国国家科学基金会(NSF)主任潘家纳森(Sethuraman Panchanathan)说:“过去几年的事件表明,美国迫切需要推进半导体设计和制造研究、创新和劳动力发展,《芯片与科学法案》为NSF及其合作伙伴提供了关键的支持,使美国的技术创新保持在最前沿。NSTC是千载难逢的机会,可以建立变革性的公私合作伙伴关系,为未来半导体、系统和应用的发明奠定基础,影响我们经济的几乎每个部门。” 

商务部长雷蒙多和国防部长劳埃德·奥斯汀将根据法律要求,通过创建公私联盟的方式建立该中心。NIST 表示,联邦财团通常由非营利组织管理,因此新的非营利组织可能会运营 NSTC 财团。此外,商务部将在联邦公报上发布通知,提名加入委员会以选择董事会。该委员会将组建一个非营利组织,商务部预计该组织将运营 NSTC。

“这是一个曼哈顿计划的时刻,”普渡大学半导体材料工程教授Carol Handwerker说。普渡大学副教授Peter Bermel认为,实施的优先事项包括建立国内制造能力,以减少对外国生产的依赖。他正在美国国防部资助的一个项目中开发芯片辐射加固技术。“绝大多数芯片制造都在国外进行,封装、先进封装和异质集成的比例甚至更高,”Bermel说。

有几个行业组织,包括美国半导体创新联盟(ASIC)和Mitre,已经公布了关于创建NSTC和国家先进封装制造计划(NAPMP)的建议。

Mitre Engenuity半导体联盟的首席技术专家拉杰·海哲明表示,专业公司需要合作来提供今天不可能实现的解决方案。“该行业现在越来越多地受到系统需求的驱动,而不是说,‘这是一个很棒的下一代芯片,去用它做一些系统吧。’现在情况反过来了。这意味着你所寻找的所有这些解决方案不可能来自一家公司。”

Mitre Engenuity及其半导体联盟已经加入了美国芯片公司和美国顶级大学的行列,这些公司占据了国内行业R&D的一半以上。

3.国内外协调

为了避免重复早期的努力,NSTC将需要与海外团体合作,如比利时的国际微电子中心(IMEC),据称,该中心已率先开发了关键技术。

IMEC首席执行官卢克·范·霍芬(Luc Van den hove)表示:“近40年来,IMEC一直是半导体行业创新的驱动力,美国芯片法案试图支持的所有公司都已经成为合作伙伴,因此我们很高兴以任何方式帮助和支持他们(NSTC)。”

“IMEC是一个很好的示例”海哲明说。“他们有一个中心机构,已经研究这个课题有一段时间了。但是现在在美国,我们有机会从本质上重新审视整个问题。在奥尔巴尼纳米技术公司或麻省理工学院林肯实验室我们已经有设施了。我们如何共同建立一个这样的设施网络,以便我们能够做更大的事情?”

奥尔巴尼纳米技术公司是美国运营的唯一一家公共资助的300mm芯片工厂,其合作伙伴包括IBM、格芯、三星、应用材料(AM)、东京电子、ASML和泛林研究。

海哲明说:“我们必须建立一个有弹性的研发型研究所网络,与我们的盟国一起工作,这是绝对重要的。新加坡和法国的Leti学院都有很大的潜力。他们在基于SOI的电力电子技术方面做了一些非常出色的工作。”根据海哲明的说法,新加坡微电子研究所拥有“非常好的封装能力”。

“与中国的战略竞争是一场复杂技术领域的长期博弈。Mitre首席技术官劳里·詹多梅尼科(Laurie Giandomenico)表示:“保护半导体芯片制造,确保美国和我们的民主盟友引领未来的芯片,是抵御供应链妥协和拒绝的重要方式。“我们的角色是帮助平衡行业目标和国家安全利益,这意味着芯片投资必须建立一个可持续的国家资源。”

4.芯片封装的产能缺口

全球大部分芯片封装产能都在美国以外的中国大陆和台湾。这是美国生态系统中最大的缺口之一。海哲明说,通过更大程度的自动化,封装行业的回流是可能的。到目前为止,封装行业的高劳动强度为工资更低的亚洲提供了强大的竞争优势。

“许多先进的封装现在看起来越来越像芯片制造,”海哲明说。“这正是台积电和英特尔等公司的优势所在。当我们在制作这些封装时引入自动化和新型方法时,自然会吸引人们在这个国家这样做。”

开发了三维封装技术的台积电和英特尔公司正在美国建设新的芯片工厂,以响应芯片法案的一揽子刺激措施。

5. 劳动力短缺

随着美国准备在未来几年建立多达13个新的芯片制造工厂,NSTC必须帮助解决半导体工程师和技术人员的短缺问题。

未来五年内,美国将需要约50,000名新的半导体工程师,是当地大学毕业生人数的两倍多。ASIC集团在其建议中说,为了帮助填补这一缺口,美国可能需要放宽签证限制,以吸引海外的半导体人才。

“尽管美国政府、学术界和工业界即将做出的努力旨在建立一个强大的国内人才管道,但在短期内,美国工业界继续期待H1-B类签证的外国公民补充人才库。”

即便如此,据海哲明称,从长远来看,NTSC仍需要在本地培养更多的半导体人才。“我们有机会仔细研究如何进行再培训,我们如何重新利用人力资源,”他说。“例如,军队拥有训练有素的合格人员。只要稍加训练,他们在晶圆厂会非常有用。我们如何鼓励更多的人,特别是少数民族和妇女,他们不一定有机会。”

他补充说,从长远来看,美国将需要加强STEM(科学、技术、工程和数学)教育,以解决人力资源短缺问题。

6. 知识产权管理

对一系列公司和组织的知识产权(IP)的管理将是NSTC的一个问题。

根据ASIC组织发表的一篇论文,消除中小企业和初创企业的进入壁垒,如高昂的知识产权成本,对于这些组织对半导体行业的贡献至关重要:“NSTC的结构应使这些实体能够轻松利用知识产权开发新技术和相关知识产权,使他们能够轻松获得该技术的许可,并从投资者和战略合作伙伴那里筹集后续资本。”

7. NSTC似曾相识?

NSTC项目让人想起Sematech(半导体制造技术战略联盟),这是美国政府和14家美国芯片制造商在20世纪80年代建立的合作伙伴联盟,旨在夺回输给日本的竞争力。Sematech公司资助了纽约奥尔巴尼纳米技术公司的创建。

“Sematech是作为一个由芯片制造商驱动和管理的实体成立的,但发生的一件非常重要的事情是,行业开始转变,”海哲明说,他在2008年至2013年期间担任Sematech负责材料和新兴技术的副总裁。“有更多的无晶圆厂公司加入进来,当我们开始审视NSTC和我们需要做的事情时,我们必须重新思考整个等式,我们必须确保整个生态系统都在运转。”


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