美國發(fā)布國家半導體技術(shù)中心愿景和戰略

2023年4月25日，美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）發(fā)布《美國國家半導體技術(shù)中心愿景和戰略》報告。報告闡述了美國國家半導體技術(shù)中心（NSTC）將如何加快美國開(kāi)發(fā)未來(lái)芯片和技術(shù)的能力，以保障美國的全球創(chuàng )新領(lǐng)先地位。

愿景和戰略報告描述了該中心的使命目標、關(guān)鍵計劃、治理結構以及其他特點(diǎn)。報告稱(chēng)，美國國家半導體技術(shù)中心（NSTC）旨在支持和擴展美國在半導體研究、設計、工程和先進(jìn)制造方面的領(lǐng)導地位。NSTC將與學(xué)術(shù)和行業(yè)伙伴合作，在全國各地創(chuàng )建附屬技術(shù)中心，促進(jìn)一個(gè)在規模、廣度和側重點(diǎn)方面都前所未有的研究和創(chuàng )新網(wǎng)絡(luò )。NSTC將為良好的工作機會(huì )打下基礎，使美國國內的半導體勞動(dòng)力得到發(fā)展。

（一）使命

《為美國半導體制造創(chuàng )造有益激勵（CHIPS）法案》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“法案”）規定：商務(wù)部長(cháng)應與國防部長(cháng)合作，建立一個(gè)國家半導體技術(shù)中心，進(jìn)行先進(jìn)半導體技術(shù)的研究和原型制造、培養美國半導體勞動(dòng)力，以加強國內供應鏈的經(jīng)濟競爭力和安全性。該中心應作為公私聯(lián)合體運營(yíng)，由私營(yíng)部門(mén)、能源部和國家科學(xué)基金會(huì )參與。

因此，美國國家半導體技術(shù)中心（NSTC）將作為整個(gè)半導體生態(tài)系統研究和工程的聚集中心，推進(jìn)和實(shí)現顛覆性創(chuàng )新，以確保美國在未來(lái)產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)導地位。

（二）目標

為履行其法定使命，商務(wù)部為NSTC確定了三個(gè)總體目標，并希望分階段建設NSTC，首先建立組織，隨后確定早期項目的優(yōu)先級，并引導重點(diǎn)計劃的開(kāi)發(fā)和實(shí)施。

目標1：擴大美國在未來(lái)應用和產(chǎn)業(yè)基礎技術(shù)方面的領(lǐng)導地位，并加強美國半導體制造生態(tài)系統。

（1）在競爭前階段進(jìn)行世界一流的研究，產(chǎn)生可供所有參與者使用的設計和工藝技術(shù)以及知識產(chǎn)權（IP）。

（2）支持跨生態(tài)系統的世界級研究，包括學(xué)術(shù)機構、政府機構和政府資助的研究機構。

（3）創(chuàng )造重大挑戰，支持有針對性的行業(yè)路線(xiàn)圖，并制定標準以促進(jìn)廣泛的技術(shù)開(kāi)發(fā)生態(tài)系統協(xié)作。

目標2：顯著(zhù)減少成員組織為創(chuàng )新想法進(jìn)行原型制造的時(shí)間和成本。

（1）建立并提供對物理資產(chǎn)的訪(fǎng)問(wèn)，例如端到端原型制造和其他設施和設備。

（2）提供對數字資產(chǎn)和IP的訪(fǎng)問(wèn)，包括設計工具、參考流程、工藝設計套件和數據集。

（3）提供與內部技術(shù)人員的接觸機會(huì )，以協(xié)助克服技術(shù)和工藝挑戰。

（4）創(chuàng )建一個(gè)投資基金，旨在吸引大量私人資本進(jìn)入以半導體為重點(diǎn)的新興公司。

（5）匯總并管理對商業(yè)晶圓廠(chǎng)的多項目晶圓服務(wù)的需求。

（6）通過(guò)有針對性的訪(fǎng)問(wèn)計劃，讓傳統上不屬于半導體行業(yè)的社區參與進(jìn)來(lái)。

目標3：建立并維持半導體勞動(dòng)力發(fā)展生態(tài)系統。

（1）作為跨行業(yè)、學(xué)術(shù)機構、政府機構和政府資助的研究機構的協(xié)調點(diǎn)和資源，提供半導體相關(guān)的勞動(dòng)力數據、培訓和發(fā)展計劃。

（2）鼓勵和促進(jìn)采用多樣性、公平性、包容性和可訪(fǎng)問(wèn)性（DEIA）最佳實(shí)踐和商務(wù)部良好工作原則作為所有勞動(dòng)力投資的基礎。

（3）開(kāi)發(fā)和資助勞動(dòng)力計劃，以支持NSTC成員在半導體行業(yè)建立和維持職業(yè)道路。

NSTC將專(zhuān)注于技術(shù)、資產(chǎn)、勞動(dòng)力三個(gè)關(guān)鍵計劃領(lǐng)域。

（一）技術(shù)領(lǐng)先計劃

第一個(gè)關(guān)鍵計劃領(lǐng)域將側重于半導體和先進(jìn)電子技術(shù)的領(lǐng)先地位。為此，NSTC將設置以下機制或計劃。

1. 重大挑戰：重大挑戰提供了一種機制，可以協(xié)調半導體社區的研發(fā)工作以解決更大的問(wèn)題，服務(wù)于建立新的實(shí)踐社區，并幫助指導進(jìn)一步的項目投資。同時(shí)，吸引傳統半導體社區以外的參與者，帶來(lái)新的見(jiàn)解和專(zhuān)業(yè)知識。

2. 技術(shù)顧問(wèn)：為了確定技術(shù)重點(diǎn)和重大挑戰的具體領(lǐng)域，NSTC將依賴(lài)世界級專(zhuān)家的技術(shù)建議，這些專(zhuān)家來(lái)自工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、能源部國家實(shí)驗室和其他聯(lián)邦資助的研究和發(fā)展中心，以及政府機構。

3. 內部和資助的研究：NSTC將開(kāi)展和資助與其他機構的研究和合作，主要關(guān)注那些將在未來(lái)大約5到15年內使行業(yè)受益的發(fā)展，技術(shù)重點(diǎn)由顧問(wèn)指導并與重大挑戰保持一致。

4. 投資基金：法案呼吁與私營(yíng)部門(mén)一起設立投資基金，以支持初創(chuàng )企業(yè)以及新企業(yè)、學(xué)術(shù)界和老牌公司之間的合作，旨在促進(jìn)國內半導體生態(tài)系統的創(chuàng )新商業(yè)化。

5. 技術(shù)交流：通過(guò)獎學(xué)金、實(shí)習和技術(shù)交流計劃，訪(fǎng)問(wèn)研究人員可以加入在職研究人員的行列，建立一個(gè)相互聯(lián)系的協(xié)作社區。鼓勵大學(xué)建立或使用現有的政府服務(wù)休假計劃和其他機制，使學(xué)生、博士后學(xué)者、教師、研究人員、科學(xué)家、工程師參加NSTC的活動(dòng)。

6. 路線(xiàn)圖：路線(xiàn)圖可以成為跨行業(yè)溝通需求和時(shí)間線(xiàn)、為研究和商業(yè)活動(dòng)建立明確的目標和可交付成果的有效工具。

7. 標準和協(xié)議：NSTC與美國和國際標準機構合作，利用NIST內部的標準開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)知識，統一供應商和開(kāi)發(fā)商在新興技術(shù)方面的工作，包括小芯粒、先進(jìn)封裝和異構集成。NSTC還將促進(jìn)工藝和裝配設計套件標準的開(kāi)發(fā)，并確保這些標準的適用性。

8. 安全：NSTC將牽頭確保國內微電子生態(tài)系統的安全。NSTC可以促進(jìn)安全功能標準的實(shí)施，這些標準有助于獲硅驗證安全性IP的開(kāi)發(fā)和訪(fǎng)問(wèn)。

（二）資產(chǎn)管理計劃

NSTC將管理各種物理和數字資產(chǎn)，使廣泛的社區受益。為此，NSTC將設置以下機制或計劃。

1. 技術(shù)中心：NSTC將由總部設施和NSTC附屬技術(shù)中心的綜合網(wǎng)絡(luò )組成，這些技術(shù)中心的位置分布在美國各地。NSTC技術(shù)中心網(wǎng)絡(luò )能夠提供端到端制造能力，以實(shí)現小批量原型制造和試生產(chǎn)、新材料和器件的實(shí)驗和測試以及其他研究相關(guān)活動(dòng)。NSTC應努力創(chuàng )建一個(gè)開(kāi)放和協(xié)作的研究環(huán)境，同時(shí)平衡保護技術(shù)中心的專(zhuān)有信息的需要。

商務(wù)部希望政府實(shí)體或計劃也可以作為NSTC的附屬技術(shù)中心，如以半導體制造為重點(diǎn)的美國制造研究所。由于建造新的制造設施的基礎設施成本很高，商務(wù)部正在探索建立技術(shù)中心的幾種選擇。其中包括建設新設施、收購現有設施，或在NSTC與現有設施之間進(jìn)行合作，并利用潛在的擴展和升級資金來(lái)滿(mǎn)足所需的規格。

2. 數字資產(chǎn)：NSTC將尋求新的方法提高設計生態(tài)系統的靈活性，包括技術(shù)方法和合規管理。NSTC將通過(guò)建立基于云的設計支持門(mén)戶(hù)（Design Enablement Gateway）作為半導體無(wú)晶圓廠(chǎng)研發(fā)的中心，確保IP可以安全共享；通過(guò)優(yōu)先資助EDA和電路設計方面的研究，NSTC將加快新設計的流片時(shí)間，以減少代工廠(chǎng)啟動(dòng)新工藝所需的時(shí)間，并提高快速驗證移植設計的能力。

數據集方面：NSTC將在收集、匯總和共享數據集方面發(fā)揮作用，以實(shí)現基準測試和運營(yíng)改進(jìn)、工具開(kāi)發(fā)、數字孿生創(chuàng )建以及AI模型訓練等。這些數據集根據明確的指導方針提供給NSTC成員，這可以大大縮短從電路設計概念到獲得硅驗證安全性IP的時(shí)間并降低成本。

專(zhuān)利方面：NSTC將制定規則和程序來(lái)保護其成員的知識產(chǎn)權，包括對知識產(chǎn)權披露、許可和使用的明確程序。作為激勵措施，NSTC將努力以合理的成本向成員提供因NSTC資助而產(chǎn)生的知識產(chǎn)權，并促進(jìn)成員之間適當的知識產(chǎn)權共享。

（三）勞動(dòng)力計劃

勞動(dòng)力發(fā)展是CHIPS激勵計劃的優(yōu)先發(fā)展事項。NSTC作為一個(gè)協(xié)調機構和卓越研究中心，將幫助擴大技術(shù)勞動(dòng)力，并充分利用美國政府資助的半導體相關(guān)的勞動(dòng)力計劃。

為了實(shí)現這些目標，NSTC應該：

1. 與工業(yè)界、教育機構、政府機構和政府資助的研究機構合作，確定和推廣始終滿(mǎn)足行業(yè)需求的黃金標準教育模式、體驗式學(xué)習和培訓計劃。

2. 創(chuàng )建一個(gè)信息交換所，針對教育、經(jīng)驗學(xué)習和勞動(dòng)力培訓計劃中的研究、最佳實(shí)踐和機會(huì )，進(jìn)行廣泛的收集和傳播。

3. 推進(jìn)半導體和微電子設計領(lǐng)域的職業(yè)拓展機會(huì )，包括來(lái)自弱勢群體的個(gè)人。

4. 作為一個(gè)協(xié)作空間來(lái)解決產(chǎn)業(yè)勞動(dòng)力的挑戰，包括通過(guò)召集、調整資源或在產(chǎn)業(yè)需求出現時(shí)以其他方式提供支持等。

美國商務(wù)部將與國防部合作，根據法案要求，通過(guò)公私聯(lián)盟的方式建立NSTC。在整個(gè)半導體生態(tài)系統中，NSTC將被視為中立、可信和科學(xué)驅動(dòng)的，其公信力將至關(guān)重要。因此，美國商務(wù)部將創(chuàng )建一個(gè)新的、有目的的、獨立的、非營(yíng)利的實(shí)體管理機構，該機構具有必要的中立性、專(zhuān)業(yè)知識和領(lǐng)導力以有效支撐NSTC的運營(yíng)。

（一）運營(yíng)模式

NSTC的管理結構應謹慎平衡各個(gè)公司的專(zhuān)有利益和群體利益。

1. NSTC將確定適當的項目組合及其執行方式，包括NSTC資助執行或聯(lián)合資助執行。NSTC將采用多種方法來(lái)實(shí)現目標，包括：為合作項目提供資金、為成員和社區提供收費服務(wù)、召集會(huì )議活動(dòng)以促進(jìn)聯(lián)合項目開(kāi)發(fā)和路線(xiàn)圖制定。

2. NSTC將根據利益相關(guān)者的意見(jiàn)建立一個(gè)技術(shù)中心網(wǎng)絡(luò )。該網(wǎng)絡(luò )應確保不同機構的有效集成和工作流程，并確保所有成員的可訪(fǎng)問(wèn)性。

3. NSTC應確定如何最好地聘請行業(yè)和教育機構的顧問(wèn)，根據需要為技術(shù)項目、勞動(dòng)力發(fā)展或其他活動(dòng)提供意見(jiàn)。

（二）財務(wù)模式

美國商務(wù)部正在制定一種財務(wù)模式以指導NSTC的戰略發(fā)展?！缎酒ò浮穼芸钗迥?。美國商務(wù)部意在以這些資金作為催化劑，建立一個(gè)聯(lián)盟，為未來(lái)的研究項目提供資金以應對長(cháng)期戰略挑戰，并創(chuàng )建一個(gè)可以持續數十年的發(fā)展計劃。財務(wù)模式將探索NSTC的潛在收入來(lái)源，并列舉未來(lái)十年可能發(fā)生的成本，以確保滿(mǎn)足國家需求的財務(wù)模式。NSTC的可能收入來(lái)源，除了美國商務(wù)部的資助外，還包括會(huì )員費、項目服務(wù)費、投資基金的回報、知識產(chǎn)權許可費、版稅、州政府和地方政府的資助、其他聯(lián)邦機構以及慈善事業(yè)的資助。