美國發(fā)布國家半導體技術中心愿景和戰(zhàn)略

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

愿景和戰(zhàn)略報告描述了該中心的使命目標、關鍵計劃、治理結構以及其他特點。報告稱，美國國家半導體技術中心（NSTC）旨在支持和擴展美國在半導體研究、設計、工程和先進制造方面的領導地位。NSTC將與學術和行業(yè)伙伴合作，在全國各地創(chuàng)建附屬技術中心，促進一個在規(guī)模、廣度和側重點方面都前所未有的研究和創(chuàng)新網(wǎng)絡。NSTC將為良好的工作機會打下基礎，使美國國內(nèi)的半導體勞動力得到發(fā)展。

（一）使命

《為美國半導體制造創(chuàng)造有益激勵（CHIPS）法案》（以下簡稱“法案”）規(guī)定：商務部長應與國防部長合作，建立一個國家半導體技術中心，進行先進半導體技術的研究和原型制造、培養(yǎng)美國半導體勞動力，以加強國內(nèi)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，由私營部門、能源部和國家科學基金會參與。

因此，美國國家半導體技術中心（NSTC）將作為整個半導體生態(tài)系統(tǒng)研究和工程的聚集中心，推進和實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，以確保美國在未來產(chǎn)業(yè)中的領導地位。

（二）目標

為履行其法定使命，商務部為NSTC確定了三個總體目標，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，并引導重點計劃的開發(fā)和實施。

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

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

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

（3）創(chuàng)造重大挑戰(zhàn)，支持有針對性的行業(yè)路線圖，并制定標準以促進廣泛的技術開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作。

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

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

（2）提供對數(shù)字資產(chǎn)和IP的訪問，包括設計工具、參考流程、工藝設計套件和數(shù)據(jù)集。

（3）提供與內(nèi)部技術人員的接觸機會，以協(xié)助克服技術和工藝挑戰(zhàn)。

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

（5）匯總并管理對商業(yè)晶圓廠的多項目晶圓服務的需求。

（6）通過有針對性的訪問計劃，讓傳統(tǒng)上不屬于半導體行業(yè)的社區(qū)參與進來。

目標3：建立并維持半導體勞動力發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)。

（1）作為跨行業(yè)、學術機構、政府機構和政府資助的研究機構的協(xié)調(diào)點和資源，提供半導體相關的勞動力數(shù)據(jù)、培訓和發(fā)展計劃。

（2）鼓勵和促進采用多樣性、公平性、包容性和可訪問性（DEIA）最佳實踐和商務部良好工作原則作為所有勞動力投資的基礎。

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

NSTC將專注于技術、資產(chǎn)、勞動力三個關鍵計劃領域。

（一）技術領先計劃

第一個關鍵計劃領域將側重于半導體和先進電子技術的領先地位。為此，NSTC將設置以下機制或計劃。

1. 重大挑戰(zhàn)：重大挑戰(zhàn)提供了一種機制，可以協(xié)調(diào)半導體社區(qū)的研發(fā)工作以解決更大的問題，服務于建立新的實踐社區(qū)，并幫助指導進一步的項目投資。同時，吸引傳統(tǒng)半導體社區(qū)以外的參與者，帶來新的見解和專業(yè)知識。

2. 技術顧問：為了確定技術重點和重大挑戰(zhàn)的具體領域，NSTC將依賴世界級專家的技術建議，這些專家來自工業(yè)界、學術界、能源部國家實驗室和其他聯(lián)邦資助的研究和發(fā)展中心，以及政府機構。

3. 內(nèi)部和資助的研究：NSTC將開展和資助與其他機構的研究和合作，主要關注那些將在未來大約5到15年內(nèi)使行業(yè)受益的發(fā)展，技術重點由顧問指導并與重大挑戰(zhàn)保持一致。

4. 投資基金：法案呼吁與私營部門一起設立投資基金，以支持初創(chuàng)企業(yè)以及新企業(yè)、學術界和老牌公司之間的合作，旨在促進國內(nèi)半導體生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新商業(yè)化。

5. 技術交流：通過獎學金、實習和技術交流計劃，訪問研究人員可以加入在職研究人員的行列，建立一個相互聯(lián)系的協(xié)作社區(qū)。鼓勵大學建立或使用現(xiàn)有的政府服務休假計劃和其他機制，使學生、博士后學者、教師、研究人員、科學家、工程師參加NSTC的活動。

6. 路線圖：路線圖可以成為跨行業(yè)溝通需求和時間線、為研究和商業(yè)活動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(nèi)部的標準開發(fā)專業(yè)知識，統(tǒng)一供應商和開發(fā)商在新興技術方面的工作，包括小芯粒、先進封裝和異構集成。NSTC還將促進工藝和裝配設計套件標準的開發(fā)，并確保這些標準的適用性。

8. 安全：NSTC將牽頭確保國內(nèi)微電子生態(tài)系統(tǒng)的安全。NSTC可以促進安全功能標準的實施，這些標準有助于獲硅驗證安全性IP的開發(fā)和訪問。

（二）資產(chǎn)管理計劃

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

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

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

2. 數(shù)字資產(chǎn)：NSTC將尋求新的方法提高設計生態(tài)系統(tǒng)的靈活性，包括技術方法和合規(guī)管理。NSTC將通過建立基于云的設計支持門戶（Design Enablement Gateway）作為半導體無晶圓廠研發(fā)的中心，確保IP可以安全共享；通過優(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間，以減少代工廠啟動新工藝所需的時間，并提高快速驗證移植設計的能力。

數(shù)據(jù)集方面：NSTC將在收集、匯總和共享數(shù)據(jù)集方面發(fā)揮作用，以實現(xiàn)基準測試和運營改進、工具開發(fā)、數(shù)字孿生創(chuàng)建以及AI模型訓練等。這些數(shù)據(jù)集根據(jù)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的時間并降低成本。

專利方面：NSTC將制定規(guī)則和程序來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，并促進成員之間適當?shù)闹R產(chǎn)權共享。

（三）勞動力計劃

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

為了實現(xiàn)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，確定和推廣始終滿足行業(yè)需求的黃金標準教育模式、體驗式學習和培訓計劃。

2. 創(chuàng)建一個信息交換所，針對教育、經(jīng)驗學習和勞動力培訓計劃中的研究、最佳實踐和機會，進行廣泛的收集和傳播。

3. 推進半導體和微電子設計領域的職業(yè)拓展機會，包括來自弱勢群體的個人。

4. 作為一個協(xié)作空間來解決產(chǎn)業(yè)勞動力的挑戰(zhàn)，包括通過召集、調(diào)整資源或在產(chǎn)業(yè)需求出現(xiàn)時以其他方式提供支持等。

美國商務部將與國防部合作，根據(jù)法案要求，通過公私聯(lián)盟的方式建立NSTC。在整個半導體生態(tài)系統(tǒng)中，NSTC將被視為中立、可信和科學驅動的，其公信力將至關重要。因此，美國商務部將創(chuàng)建一個新的、有目的的、獨立的、非營利的實體管理機構，該機構具有必要的中立性、專業(yè)知識和領導力以有效支撐NSTC的運營。

（一）運營模式

NSTC的管理結構應謹慎平衡各個公司的專有利益和群體利益。

1. NSTC將確定適當?shù)捻椖拷M合及其執(zhí)行方式，包括NSTC資助執(zhí)行或聯(lián)合資助執(zhí)行。NSTC將采用多種方法來實現(xiàn)目標，包括：為合作項目提供資金、為成員和社區(qū)提供收費服務、召集會議活動以促進聯(lián)合項目開發(fā)和路線圖制定。

2. NSTC將根據(jù)利益相關者的意見建立一個技術中心網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡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問性。

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

（二）財務模式

美國商務部正在制定一種財務模式以指導NSTC的戰(zhàn)略發(fā)展。《芯片法案》將撥款五年。美國商務部意在以這些資金作為催化劑，建立一個聯(lián)盟，為未來的研究項目提供資金以應對長期戰(zhàn)略挑戰(zhàn)，并創(chuàng)建一個可以持續(xù)數(shù)十年的發(fā)展計劃。財務模式將探索NSTC的潛在收入來源，并列舉未來十年可能發(fā)生的成本，以確保滿足國家需求的財務模式。NSTC的可能收入來源，除了美國商務部的資助外，還包括會員費、項目服務費、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。