美國(guó)微電子研究戰(zhàn)略，詳細(xì)版！

發(fā)布時(shí)間：2024-4-2 16:56 發(fā)布者：eechina

來(lái)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(guó)的微電子研發(fā) (R&D) 創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。正如兩黨《美國(guó)芯片法案》所呼吁的那樣，國(guó)家微電子研究戰(zhàn)略概述了未來(lái)五年的主要目標(biāo)和行動(dòng)。這些行動(dòng)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(guó)內(nèi)制造業(yè)、創(chuàng)造高薪美國(guó)就業(yè)機(jī)會(huì)、加強(qiáng)供應(yīng)鏈并幫助確保未來(lái)在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位，以促進(jìn)美國(guó)及其盟國(guó)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(jiǎn)介

幾十年前，美國(guó)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(duì)美國(guó)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(lái)的巨額投資為重振這一關(guān)鍵領(lǐng)域的國(guó)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(guó)在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)地位。

本《國(guó)家微電子研究戰(zhàn)略》提出了未來(lái)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(dòng)。該戰(zhàn)略為聯(lián)邦部門(mén)和機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、非營(yíng)利組織以及國(guó)際盟友和合作伙伴提供了一個(gè)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(lái)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(dòng)和資源相協(xié)調(diào)。在未來(lái)五年中，白宮和聯(lián)邦各部門(mén)及機(jī)構(gòu)將共同努力，推進(jìn)四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的目標(biāo)：

1 促進(jìn)和加快未來(lái)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(gè)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(guó)產(chǎn)業(yè)的過(guò)渡

第一個(gè)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(lái)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(zhuān)用工具和設(shè)備。

第二個(gè)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(jí)制造和表征，到原型設(shè)計(jì)、大規(guī)模制造以及高級(jí)裝配、封裝和測(cè)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(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將為全國(guó)提供更多的高薪工作機(jī)會(huì)。

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(gè)目標(biāo)是著眼于整個(gè)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(dòng)，以加快新進(jìn)展向商業(yè)應(yīng)用的過(guò)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(dòng)，還將各種網(wǎng)絡(luò)和活動(dòng)連接起來(lái)，以建立微電子創(chuàng)新的良性循環(huán)。

這四個(gè)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(guó)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(dòng)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(lái)一個(gè)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(guò)渡，并為全美人民提供高薪工作。一個(gè)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(lái)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(lái)在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)先地位，從而促進(jìn)美國(guó)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(huì)。現(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(lè)、醫(yī)療保健、能源和交通。因此，微電子技術(shù)對(duì)美國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全至關(guān)重要。幾十年來(lái)，聯(lián)邦政府和私營(yíng)部門(mén)在硬件和軟件方面的研發(fā)投資推動(dòng)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(shí)，不斷提高微電子性能和功能的激烈競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)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(gè)原子。特征尺寸的縮小使數(shù)字信息存儲(chǔ)和處理能力大幅提高，同時(shí)，對(duì)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(duì)研發(fā)的大量投資，還得益于對(duì)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(kāi)發(fā)。這種規(guī)模制造的復(fù)雜性和成本--建立一個(gè)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(jìng)爭(zhēng)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(guó)制造業(yè)，促進(jìn)基礎(chǔ)廣泛的增長(zhǎng)》。該報(bào)告指出，盡管總部設(shè)在美國(guó)的半導(dǎo)體公司占全球收入的近一半，但美國(guó)國(guó)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(guó)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(gè)極其復(fù)雜的全球性過(guò)程，涉及數(shù)月內(nèi)完成的數(shù)百個(gè)步驟，其中許多組件在多次穿越世界的過(guò)程中使用了國(guó)際專(zhuān)業(yè)技術(shù)和設(shè)施。報(bào)告認(rèn)為，公共和私營(yíng)部門(mén)需要采取行動(dòng)，提高關(guān)鍵產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)制造能力，招募和培訓(xùn)國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力，投資研發(fā)，并與美國(guó)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(guó)家微電子研究戰(zhàn)略——目標(biāo)和目的

目標(biāo) 1. 推動(dòng)和加速未來(lái)微電子技術(shù)的研究進(jìn)展

1.1: 加速研究和開(kāi)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(kāi)發(fā)未來(lái)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(kāi)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(gè)堆棧協(xié)同設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的一個(gè)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(jí)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(huì)利用靈活的設(shè)計(jì)工具和晶圓級(jí)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(huì)。

2.5: 支持先進(jìn)的研究、開(kāi)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(cè)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(duì)微電子技術(shù)的切實(shí)參與，提高對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)職業(yè)機(jī)會(huì)的認(rèn)識(shí)。

3.3: 培養(yǎng)一支具有包容性的當(dāng)前和未來(lái)的微電子人才隊(duì)伍。

3.4: 建設(shè)和推動(dòng)微電子研究與創(chuàng)新能力。

目標(biāo) 4. 創(chuàng)建一個(gè)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(guó)產(chǎn)業(yè)的過(guò)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(huì)。

4.3: 根據(jù)研發(fā)路線圖和重大挑戰(zhàn)，激勵(lì)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(duì)需求和機(jī)遇的了解。

4.5: 通過(guò)有針對(duì)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(duì)美國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)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(chē)、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(guó)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(duì)其關(guān)鍵性能的要求也越來(lái)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(guò)驗(yàn)證的輻射加固技術(shù)，超級(jí)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(huì)優(yōu)先考慮低功耗。這些針對(duì)特定應(yīng)用的要求正在推動(dòng)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(dòng)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(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要性，2022 年，半導(dǎo)體行業(yè)在美國(guó)出口銷(xiāo)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(guó)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(wú)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(duì)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(shuō)明計(jì)算技術(shù)在尺寸和規(guī)模上的重大變化，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)并制作了 "芯片上的 ENIAC"，以慶祝第一臺(tái)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(gè)真空管，高約 8 英尺，深約 3 英尺，長(zhǎng)約 100 英尺，重達(dá) 30 多噸。如左圖所示，ENIAC 是通過(guò)電纜和開(kāi)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(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Frontier 超級(jí)計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算速度已超過(guò) 1,500,000,000,000,000（1,000,000,000,000,000 FLOPS）。

正是由于該行業(yè)對(duì)國(guó)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(guó)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(píng)估報(bào)告中，美國(guó)國(guó)防部（DOD）指出了微電子供應(yīng)鏈面臨的威脅，以及多個(gè)關(guān)鍵國(guó)防部門(mén)的相關(guān)研發(fā)和制造問(wèn)題。2020-2023 年，國(guó)會(huì)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(guó)內(nèi)和全球供應(yīng)鏈、為國(guó)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(duì)這些挑戰(zhàn)的可能立法。國(guó)家安全委員會(huì)關(guān)于人工智能（AI）的最終報(bào)告指出，要保持國(guó)家在人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，就必須在國(guó)內(nèi)建立半導(dǎo)體工廠。

04 晶體管到底有多小？

下面的圖片顯示了晶體管與螞蟻相比的大小。螞蟻圖片周?chē)膱A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(xiě)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(shuō)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(duì)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(guó)內(nèi)制造和降低供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)期目標(biāo)至關(guān)重要。此外，聯(lián)邦信息征詢書(shū)（RFIs）的意見(jiàn)、利益相關(guān)者的建議以及來(lái)自公共和私營(yíng)部門(mén)的多份其他報(bào)告都清楚地表明，強(qiáng)大、創(chuàng)新的國(guó)內(nèi)研發(fā)工作對(duì)美國(guó)未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)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(shì)和機(jī)遇：

設(shè)備及其應(yīng)用的多樣性不斷增長(zhǎng)，超越了傳統(tǒng)的處理器和存儲(chǔ)器，這就要求在多種規(guī)模和類(lèi)型的信息系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)的生成、通信、存儲(chǔ)和處理方面進(jìn)行創(chuàng)新。

微電子技術(shù)對(duì)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(zhǎng)。

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(huì)。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(lái)在制造、計(jì)量、測(cè)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(kāi)始就捕捉到關(guān)鍵的系統(tǒng)屬性，并在整個(gè)開(kāi)發(fā)周期中加以考慮，包括性能、可靠性、能效和安全性。

美國(guó)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(duì)國(guó)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(dòng)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(guó)內(nèi)創(chuàng)新更快地從研發(fā)過(guò)渡到制造。從器件規(guī)模到晶圓規(guī)模，無(wú)論是接近或處于前沿工藝節(jié)點(diǎn)，還是對(duì)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(dòng)力培訓(xùn)。

獲得準(zhǔn)備充分的人才是整個(gè)價(jià)值鏈面臨的重大挑戰(zhàn)，需要短期和長(zhǎng)期的解決方案。要使美國(guó)成為吸引高需求領(lǐng)域優(yōu)秀外國(guó)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(guó)內(nèi)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）人才庫(kù)，為微電子研發(fā)和半導(dǎo)體行業(yè)提供支持。

要確保整個(gè)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(guó)家都無(wú)法單獨(dú)匯集技術(shù)、供應(yīng)鏈和專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)支持尖端研發(fā)和制造。科技外交將是吸引盟友和合作伙伴的重要工具。

提高微電子的能效對(duì)于可持續(xù)發(fā)展越來(lái)越重要。微電子使用的快速增長(zhǎng)和能效提高的同步放緩正在帶來(lái)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(gè)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(gè)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(shí)產(chǎn)權(quán)對(duì)于確保美國(guó)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(guó)本土開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)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(chǎng)上獲得戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。必須實(shí)施并有效執(zhí)行保障措施（如網(wǎng)絡(luò)安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)執(zhí)法等），以確保關(guān)鍵創(chuàng)新不會(huì)在無(wú)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(jí)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(lái)源：NIST）。

這些趨勢(shì)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(guò)合作研究、利用先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施以及整個(gè)微電子研發(fā)企業(yè)的共同設(shè)計(jì)文化來(lái)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(gè)充滿活力、相互聯(lián)系的微電子生態(tài)系統(tǒng)，以確保美國(guó)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(shí)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(huì)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(kāi)發(fā)創(chuàng)新并將其過(guò)渡到前沿制造的能力。獲得尖端能力的機(jī)會(huì)有限也限制了為勞動(dòng)力發(fā)展提供體驗(yàn)式培訓(xùn)的機(jī)會(huì)。CHIPS 法案的投資旨在解決這些問(wèn)題。

除了當(dāng)前 CMOS 技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)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(guó)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(yíng)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(zhǎng)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(guó)從研發(fā)投資中獲益，并確保關(guān)鍵知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 可用于國(guó)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(guó)家研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的一部分，有 20 多個(gè)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)為研發(fā)提供資金，活動(dòng)的性質(zhì)由各機(jī)構(gòu)的任務(wù)決定2商務(wù)部 (DOC)、美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) (NSF)、國(guó)土安全部 (DHS)、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部 (HHS)、國(guó)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(guó)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(guò)贈(zèng)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(dòng)范圍廣泛，這就要求對(duì)所開(kāi)發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)加以保護(hù)，防止無(wú)意、強(qiáng)迫或脅迫的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。各機(jī)構(gòu)還通過(guò)各種機(jī)制支持各級(jí)教育的勞動(dòng)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(jiǎng)學(xué)金；課程開(kāi)發(fā)；以及協(xié)調(diào)努力，擴(kuò)大對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的參與。雖然每個(gè)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(lái)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(gè)重要組成部分是對(duì)技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中基礎(chǔ)設(shè)施的支持。對(duì)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(guó)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(gè)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(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃"（NNI：National Nanotechnology Initiative ）相連的幾個(gè)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(zhuān)業(yè)知識(shí)的機(jī)會(huì)。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(wú)法購(gòu)買(mǎi)這些設(shè)備的。這有助于實(shí)現(xiàn)需要專(zhuān)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(kāi)發(fā)能力，創(chuàng)新在當(dāng)前的美國(guó)生態(tài)系統(tǒng)中往往會(huì)受到阻礙。需要對(duì)國(guó)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?jī)x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(guó)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(guó) 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(guó) CHIPS 法案》第 9903 節(jié)授權(quán)國(guó)防部建立國(guó)家微電子研發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)微電子創(chuàng)新從實(shí)驗(yàn)室到工廠的過(guò)渡。第9906節(jié)指示國(guó)防部建立一個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心，以開(kāi)展先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的研究和原型開(kāi)發(fā)；在NIST建立一個(gè)微電子研究計(jì)劃，以開(kāi)展半導(dǎo)體計(jì)量研究和開(kāi)發(fā)；建立一個(gè)國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃，以加強(qiáng)半導(dǎo)體先進(jìn)測(cè)試、組裝和封裝能力；以及最多三個(gè)專(zhuān)注于半導(dǎo)體制造的美國(guó)制造研究所。

在更廣泛的美國(guó)研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中，全國(guó)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?jī)?yōu)勢(shì)。這些地方中心是寶貴的國(guó)家資源，確保它們與包括微電子在內(nèi)的整個(gè)研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的其他要素良好結(jié)合，將加強(qiáng)國(guó)家創(chuàng)新基礎(chǔ)。

美國(guó)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(guó)公司必須有機(jī)會(huì)進(jìn)入外國(guó)市場(chǎng)，憑借卓越的技術(shù)參與競(jìng)爭(zhēng)并取得勝利。貿(mào)易政策必須保護(hù)美國(guó)公司在全球市場(chǎng)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(guó)家安全問(wèn)題，并幫助美國(guó)公司在激烈的全球技術(shù)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟。

白宮和聯(lián)邦各部門(mén)及機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)到，開(kāi)放是研發(fā)領(lǐng)先的基礎(chǔ)，國(guó)際人才流動(dòng)對(duì)全球企業(yè)的成功至關(guān)重要。然而，正如《第 33 號(hào)國(guó)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(guó)政府及其合作伙伴必須加強(qiáng)研發(fā)保護(hù)，防止外國(guó)政府的干預(yù)和利用，盡職盡責(zé)地保護(hù)知識(shí)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(guó)投資評(píng)估流程；美國(guó)專(zhuān)家積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織；在研究安全方面與國(guó)際合作伙伴進(jìn)行更密切的協(xié)調(diào)；以及在整個(gè)微電子研發(fā)界開(kāi)展有關(guān)該主題重要性的宣傳和教育活動(dòng)。

全政府方法

認(rèn)識(shí)到微電子技術(shù)對(duì)我們的健康、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全的重要作用，美國(guó)政府正在采取整體行動(dòng)，以保持和提升美國(guó)及其盟國(guó)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(huì)，以協(xié)調(diào)政策制定，確保在行政部門(mén)內(nèi)有效實(shí)施該法案。指導(dǎo)委員會(huì)由白宮科技政策辦公室（OSTP）、國(guó)家安全委員會(huì)（NSC）和國(guó)家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（NEC）的主任共同主持，成員包括國(guó)務(wù)院、財(cái)政部、國(guó)防部、商務(wù)部、勞工部和能源部的部長(zhǎng)；管理和預(yù)算辦公室（OMB）主任；小企業(yè)管理局局長(zhǎng)、國(guó)家情報(bào)局局長(zhǎng)、總統(tǒng)國(guó)內(nèi)政策助理、經(jīng)濟(jì)顧問(wèn)委員會(huì)主席、國(guó)家網(wǎng)絡(luò)總監(jiān)、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)主任以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所所長(zhǎng)。該委員會(huì)確保對(duì)整個(gè)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(guó)防授權(quán)法案》第 9906(a)條，OSTP 在國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)下設(shè)立了微電子領(lǐng)導(dǎo)力小組委員會(huì)（SML）。小組委員會(huì)成員包括商務(wù)部、國(guó)防部、能源部、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、國(guó)務(wù)院、國(guó)土安全部和國(guó)家情報(bào)局局長(zhǎng)辦公室。代表白宮的部門(mén)包括：OSTP、OMB、NEC、NSC 和美國(guó)貿(mào)易代表辦公室。

同樣根據(jù)第 9906(a)條，小組委員會(huì)負(fù)責(zé)制定本《國(guó)家微電子研究戰(zhàn)略》；協(xié)調(diào)與微電子有關(guān)的研究、開(kāi)發(fā)、制造和供應(yīng)鏈安全活動(dòng)以及聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的預(yù)算；并確保這些活動(dòng)與本戰(zhàn)略保持一致。作為負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)未來(lái)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(dòng)，以最好地發(fā)揮這一作用，包括建立以教育和勞動(dòng)力發(fā)展以及國(guó)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(dòng)研發(fā)工作，促進(jìn)支持美國(guó)產(chǎn)業(yè)的政策，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，確保國(guó)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(dòng)，以及培訓(xùn)和擴(kuò)大各級(jí)微電子人才隊(duì)伍的活動(dòng)。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(dòng)微電子創(chuàng)新，還將幫助這些進(jìn)展向制造業(yè)過(guò)渡，為全美國(guó)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(mén)和機(jī)構(gòu)將與學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、非營(yíng)利組織以及國(guó)際盟友和合作伙伴共同努力，為未來(lái)微電子技術(shù)的研究進(jìn)展提供動(dòng)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(dòng)力隊(duì)伍；以及促進(jìn)研發(fā)工作向產(chǎn)業(yè)的快速過(guò)渡。

目標(biāo)1 促進(jìn)和加快未來(lái)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(kāi)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(zhǎng)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(guó)家未來(lái)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(mén)都參與進(jìn)來(lái)，并充分利用教育、勞動(dòng)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(guò)合作研究、利用先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施以及整個(gè)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(guò)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(shì)不可能無(wú)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(gè)快速而深刻的變革時(shí)期，僅靠硅基器件的不斷微型化已無(wú)法維持性能的提升。

例如：

數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）帶來(lái)的人工智能的出現(xiàn)，推動(dòng)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(lái)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(zhǎng)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(zhuān)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(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)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(shí)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(tái)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(gè)晶體管于 1947 年發(fā)明，由鍺制成，長(zhǎng)約 1 厘米。第一個(gè)硅晶體管在幾年后問(wèn)世。第一塊硅集成電路于 1959 年底問(wèn)世。20 世紀(jì) 60 年代初，隨著第一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）集成電路的發(fā)明，元件的數(shù)量開(kāi)始成倍增長(zhǎng)。每當(dāng)進(jìn)展放緩時(shí)，制造科學(xué)、材料和器件設(shè)計(jì)方面的進(jìn)步都會(huì)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(gè)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(guò)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(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）的平面晶體管向三維（3D）晶體管的過(guò)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(gè)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(shí)代，進(jìn)入了一個(gè)由異構(gòu)技術(shù)和三維器件集成創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)更高性能的時(shí)代。在繼續(xù)努力縮小晶體管尺寸的同時(shí)，必須開(kāi)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(dòng)化（EDA）領(lǐng)域正在發(fā)生一場(chǎng)革命，包括人工智能/ML、云平臺(tái)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(duì)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(gè)信息技術(shù)領(lǐng)域的性能。

目前正在部署針對(duì)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(wèn)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(lái)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(huì)在能效方面帶來(lái)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(gè)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(dòng)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(lái)越多的不同組件被集成在一起，要使它們無(wú)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(gè)設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)過(guò)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(dòng)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迹⒋_保研究突破能夠迅速融入開(kāi)發(fā)工作，堆棧的各個(gè)層面之間進(jìn)行開(kāi)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(kāi)始就被設(shè)計(jì)進(jìn)去，并在整個(gè)開(kāi)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(huì)增加，估算整個(gè)生命周期總能耗和成本的綜合方法將需要整個(gè)供應(yīng)鏈的投入和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以確定開(kāi)發(fā)更高效架構(gòu)和流程的機(jī)會(huì)。

二、集成設(shè)計(jì)

集成設(shè)計(jì)是指由應(yīng)用驅(qū)動(dòng)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(lái)，對(duì)于快速、集中的技術(shù)開(kāi)發(fā)以及將研發(fā)成果投放市場(chǎng)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(lái)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(guò)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(duì)存儲(chǔ)、帶寬和處理能力日益增長(zhǎng)的需求，以及 ICT 以外應(yīng)用領(lǐng)域的預(yù)期增長(zhǎng)，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(kāi)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(gè)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(duì)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(gè)物理域中與信號(hào)一起工作并在多個(gè)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(lái)測(cè)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(lái)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(guò)研究成果的協(xié)同流動(dòng)在整個(gè)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(lái)測(cè)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(cè)試者的合作中受益。同樣，從美國(guó)大學(xué)畢業(yè)的高級(jí)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(gè)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(dòng)造成意外的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

未來(lái)五年，美國(guó)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(mén)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(kāi)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(dòng)光子應(yīng)用和下一代無(wú)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(guò)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(lái)大幅縮短部署時(shí)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室、私營(yíng)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(wú)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(kāi)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(shí)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(kāi)展研發(fā)工作，加快開(kāi)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(lái)源的新測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)，以加速材料研發(fā)。

研究如何在整個(gè)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(duì)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(duì)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(kāi)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(hào)）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(kāi)發(fā)。

開(kāi)發(fā)集成了仿真和優(yōu)化功能的高級(jí)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(mén)門(mén)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(cè)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(tái)，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(kāi)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(kāi)發(fā)未來(lái)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(hào)處理等先進(jìn)計(jì)算資源的快速增長(zhǎng)和利用，對(duì)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(guó)家安全應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)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(hào)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(lèi)型，需要在整個(gè)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(duì)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(duì)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(hào)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(kāi)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(hào)和光子學(xué)）的集成，這些技術(shù)本身就是多個(gè)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(cè)試、扇出、混合接合、高級(jí)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(lái)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(shí)，集成在各個(gè)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(guò)了傳統(tǒng)封裝技術(shù)。盡管海外組裝和測(cè)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(zhǎng)為美國(guó)提供了在關(guān)鍵領(lǐng)域建立領(lǐng)先地位的難得機(jī)會(huì)。

要成功確保美國(guó)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(jué)和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域取得進(jìn)展，以支持開(kāi)發(fā)具有成本效益的自動(dòng)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(cè)組件，并在組裝過(guò)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(cè)能力，包括從紅外線到 X 射線波長(zhǎng)的新型光源和高速檢測(cè)器。

跨越多種長(zhǎng)度尺度（二維和三維）和物理特性的新計(jì)量學(xué)，以應(yīng)對(duì)新興異質(zhì)集成和先進(jìn)封裝工藝與技術(shù)帶來(lái)的獨(dú)特測(cè)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(kāi)發(fā)新的高分辨率方法來(lái)測(cè)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(gè)堆棧協(xié)同設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的一個(gè)要素

面對(duì)來(lái)自對(duì)手的威脅，從電路到軟件等組件都有可能被植入惡意改動(dòng)，再加上需要為后量子計(jì)算時(shí)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(lái)，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(jí)。除了提高安全性外，還需要在整個(gè)堆棧中取得進(jìn)展，以支持增強(qiáng)隱私保護(hù)--個(gè)人和組織控制誰(shuí)能訪問(wèn)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(lái)的能力。40 設(shè)計(jì)過(guò)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(guó)家安全需求，同時(shí)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(kāi)發(fā)：

準(zhǔn)確的威脅模型，以支持對(duì)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(lèi)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(dòng)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(gè)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(duì)硬件信任的新方法，如同態(tài)加密、加密存儲(chǔ)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(lái)源和完整性的方法。

用于評(píng)估和基準(zhǔn)測(cè)量性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試文章、方法和分析，以促進(jìn)不同組織之間的測(cè)量可重復(fù)性。

高通量測(cè)量和檢測(cè)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(kāi)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(duì)增強(qiáng)設(shè)備性能和能源效率的需求，需要相應(yīng)地開(kāi)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(duì)超精密的需求也提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，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(lái)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(shí)才會(huì)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(huì)開(kāi)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)力，資源高效的國(guó)內(nèi)制造成為可能。

對(duì)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(lái)自多種測(cè)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(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)，用于高級(jí)預(yù)測(cè)分析，以測(cè)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(shí)過(guò)程控制的集成，減少過(guò)程的可變性，這是昂貴的非原位計(jì)量的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。

這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)展需要在多模態(tài)測(cè)量、軟件集成和工具開(kāi)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(kāi)發(fā)準(zhǔn)確的材料-過(guò)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(guò)程中使用環(huán)保化學(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(gè)開(kāi)發(fā)階段都需要獲得適當(dāng)?shù)脑O(shè)施和相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。此外，每個(gè)階段的資源必須連接起來(lái)，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(guó)沒(méi)有為微電子研發(fā)提供集中、開(kāi)放的設(shè)施，這些設(shè)施配備了設(shè)計(jì)和制造工具、測(cè)試和與尖端技術(shù)制造環(huán)境相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，限制了研究人員推進(jìn)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)中的這一差距，國(guó)會(huì)授權(quán)并為CHIPS法案中的幾個(gè)項(xiàng)目撥款，以幫助建立支持國(guó)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(wèn)美國(guó)的設(shè)施，這些設(shè)施配備了制造工具、測(cè)試能力，以及熟練的技術(shù)人員來(lái)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(duì)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(gè)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(dòng)。現(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(guò)使堆棧中的每個(gè)級(jí)別明智地抽象并告知相鄰級(jí)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(lèi)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(jí)的科技發(fā)展都能持續(xù)發(fā)展，并為下一級(jí)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(lái)加速新材料的研究和開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)突破性的性能。當(dāng)這些材料被識(shí)別出來(lái)時(shí)，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(shì)。

再往上說(shuō)，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(cè)量。在電路層面，訪問(wèn)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(kù)，輔以強(qiáng)大的測(cè)試和表征能力，是必不可少的。在封裝級(jí)，單片和系統(tǒng)級(jí)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(gè)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(gè)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(zhuān)業(yè)知識(shí)。能夠負(fù)擔(dān)得起并及時(shí)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(dòng)力專(zhuān)業(yè)知識(shí)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(kāi)發(fā)設(shè)施，以及使用標(biāo)準(zhǔn)化流程訪問(wèn)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(mén)和機(jī)構(gòu)的協(xié)作機(jī)制來(lái)促進(jìn)工作從一個(gè)設(shè)施到另一個(gè)設(shè)施的過(guò)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(gè)項(xiàng)目，但它們?cè)谕七M(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(lái)勞動(dòng)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(jí)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(lái)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(cè)量，涉及使用不同工具集的多個(gè)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(zhuān)業(yè)人員來(lái)最大限度地操作專(zhuān)用工具，并培訓(xùn)新用戶，這有助于降低訪問(wèn)障礙，并在教育和勞動(dòng)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(guó)各地的用戶設(shè)施和其他共享研究基礎(chǔ)設(shè)施為來(lái)自政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究人員提供了訪問(wèn)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的機(jī)會(huì)。在多個(gè)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(guò)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(dòng)之外，這些中心還作為一個(gè)強(qiáng)大的培訓(xùn)和勞動(dòng)力發(fā)展引擎。

例如，NSF資助的國(guó)家納米技術(shù)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施(NNCI)是一個(gè)由全國(guó)16個(gè)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(wèn)。除了向政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究人員提供71個(gè)不同設(shè)施的2200多種獨(dú)立工具外，NNCI網(wǎng)絡(luò)還支持專(zhuān)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(wàn)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(zhuān)業(yè)設(shè)備為無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)和安置類(lèi)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(huì)，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(guó)政府還通過(guò)能源部的五個(gè)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。這五個(gè)nsrc是美國(guó)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(guó)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(wú)二的簽名儀器以及除主要用戶設(shè)施外通常無(wú)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(kāi)發(fā)未來(lái)的材料、工藝、設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)和勞動(dòng)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(duì)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(shí)建立新的能力，以全面解決堆棧中不同區(qū)域和級(jí)別的需求。

定期更新可搜索共享研究資源的公共注冊(cè)表，使研究人員能夠輕松識(shí)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(guò)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(shí)與盟國(guó)和伙伴國(guó)的國(guó)際實(shí)體達(dá)成協(xié)議，為美國(guó)的研究人員提供使用尖端制造設(shè)備的機(jī)會(huì)，以彌合目前國(guó)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(zhuān)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(lì)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(guò)與研究界的聯(lián)系，負(fù)擔(dān)得起的運(yùn)營(yíng)成本/費(fèi)用，以及簡(jiǎn)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(gè)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(duì)設(shè)施中產(chǎn)生的信息的訪問(wèn)。

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(jí)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(duì)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室和其他ffrdc以及非營(yíng)利實(shí)驗(yàn)室的努力來(lái)說(shuō)，可能是令人望而卻步的。此外，對(duì)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(méi)有完善的途徑。《芯片法案》的投資將通過(guò)對(duì)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(guó)內(nèi)設(shè)備級(jí)研發(fā)和先進(jìn)原型之間的差距。這些努力旨在為晶圓級(jí)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(gè)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(kāi)源功能，為國(guó)內(nèi)研究人員擴(kuò)展高級(jí)pdk，標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)和某些IP(即內(nèi)存控制器，內(nèi)核等)的可用性，同時(shí)保護(hù)商業(yè)IP和專(zhuān)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(jí)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(shí)加速特定領(lǐng)域EDA功能的開(kāi)發(fā)。DARPA工具箱計(jì)劃(Toolbox Initiative47)和國(guó)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(guò)驗(yàn)證的知識(shí)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(wú)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(shí)產(chǎn)權(quán)，確定知識(shí)產(chǎn)權(quán)的來(lái)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(shí)產(chǎn)權(quán)共享的障礙，縮短創(chuàng)新周期。

訪問(wèn)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(píng)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(cè)試周期時(shí)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(kù)和供應(yīng)，以及這些接口的開(kāi)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(méi)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(guó)內(nèi)獲得，但往往只能從一個(gè)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(shí)質(zhì)量不穩(wěn)定。加強(qiáng)國(guó)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(lì)開(kāi)發(fā)新材料工藝提供機(jī)會(huì)，從而降低研究人員的采購(gòu)成本。

確保強(qiáng)大和高質(zhì)量的國(guó)內(nèi)功能材料供應(yīng)以加快器件開(kāi)發(fā)和集成研究步伐的策略包括：

與美國(guó)材料供應(yīng)商合作，確保國(guó)內(nèi)產(chǎn)能的維持和擴(kuò)大。努力包括確保繼續(xù)在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和獲取支持制造業(yè)所需的機(jī)構(gòu)知識(shí)和專(zhuān)門(mén)技術(shù)。

支持處于材料開(kāi)發(fā)前沿的美國(guó)研究機(jī)構(gòu)，使其擁有所需的專(zhuān)職人員，以擴(kuò)大向國(guó)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(kāi)發(fā)材料供應(yīng)并將研究專(zhuān)業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)移到商業(yè)部門(mén)。

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(duì)建模和仿真的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的訪問(wèn)

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(duì)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(jí)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(lái)模擬復(fù)雜的、相互依賴的制造過(guò)程。考慮到計(jì)算數(shù)據(jù)托管的挑戰(zhàn)，通用云資源可能會(huì)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(wèn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行建模和仿真的關(guān)鍵行動(dòng)包括：

提供對(duì)領(lǐng)導(dǎo)級(jí)計(jì)算和其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的訪問(wèn)，包括美國(guó)能源部國(guó)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(kāi)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(gè)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(kāi)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(guó)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(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來(lái)支持和提供訪問(wèn)先進(jìn)的原型資源，這些資源將提供關(guān)鍵的國(guó)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(hào)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(lái)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(huì)。下面討論的每個(gè)項(xiàng)目都將利用現(xiàn)有能力，擴(kuò)大能力并開(kāi)發(fā)目前國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)中不具備的新能力。

《美國(guó)芯片法案》第9903(b)條要求國(guó)防部建立一個(gè)國(guó)家微電子研究與開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)為微電子共享網(wǎng)絡(luò)或簡(jiǎn)稱(chēng)為共享網(wǎng)絡(luò)。Commons是一個(gè)能夠開(kāi)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(guó)防需求。Commons將滿足對(duì)工藝、材料、設(shè)備和體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)需求，并在它們從研究過(guò)渡到實(shí)驗(yàn)室的小批量原型，最后過(guò)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(guò)渡連接起來(lái)，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(guó)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(gè)區(qū)域性“樞紐”網(wǎng)絡(luò)，擁有早期到中期的開(kāi)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(guò)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?duì)國(guó)防和新興商業(yè)市場(chǎng)至關(guān)重要的六個(gè)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(dòng)力發(fā)展活動(dòng)。

《美國(guó)芯片法案》第9906(c)條要求建立國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心(NSTC)。除了開(kāi)展和支持競(jìng)爭(zhēng)前的研究和勞動(dòng)力發(fā)展活動(dòng)外，NSTC還將建立并提供先進(jìn)的原型能力，以滿足美國(guó)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(jí)工藝節(jié)點(diǎn)測(cè)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(lèi)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(guò)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(cè)試、組裝和封裝能力，并支持制造業(yè)自動(dòng)化的改進(jìn)，為提高美國(guó)未來(lái)在全球制造能力和競(jìng)爭(zhēng)力中的份額奠定基礎(chǔ)。NSTC被設(shè)想為一個(gè)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(shí)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(duì)物理資產(chǎn)的訪問(wèn)，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(duì)商業(yè)設(shè)施中多項(xiàng)目晶圓服務(wù)的訪問(wèn)需求。

雖然Commons將在與NSTC支持的技術(shù)和設(shè)備開(kāi)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(guó)防特定的優(yōu)先事項(xiàng)。國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)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(guó)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(gè)互補(bǔ)的國(guó)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(gè)主要浪潮預(yù)計(jì)將來(lái)自于通過(guò)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(gè)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(guò)當(dāng)前單片方法所能提供的性能。

目前，從事3DHI研究的美國(guó)公司依賴于海上設(shè)施。這個(gè)開(kāi)放的國(guó)內(nèi)3DHI研發(fā)中心將帶來(lái)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(guó)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(lái)自不同材料系統(tǒng)的單獨(dú)制造組件堆疊在一個(gè)封裝內(nèi)，以產(chǎn)生一個(gè)在功能和性能方面提供革命性改進(jìn)的微系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，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(chǔ)器。初始階段將專(zhuān)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(cè)試。重點(diǎn)將放在開(kāi)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(dòng)化程度，并實(shí)施中心運(yùn)營(yíng)接入模式。最終的結(jié)果將是一個(gè)開(kāi)放的研發(fā)中心，供學(xué)術(shù)界、中小型企業(yè)、國(guó)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(cè)試問(wèn)題。

彌合實(shí)驗(yàn)室到晶圓廠差距的關(guān)鍵行動(dòng)包括：

對(duì)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(shí)建立新的能力，以全面解決目標(biāo)1中確定的每個(gè)研發(fā)優(yōu)先領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

必要時(shí)與盟國(guó)和伙伴國(guó)的國(guó)際實(shí)體簽訂協(xié)議，為美國(guó)的研究人員提供使用尖端制造設(shè)備的機(jī)會(huì)，以彌合目前國(guó)內(nèi)的差距，促進(jìn)合作。

開(kāi)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(cè)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(cè)量。

減少設(shè)施使用的障礙，包括通過(guò)與研發(fā)界的聯(lián)系，負(fù)擔(dān)得起的獲取和運(yùn)營(yíng)成本，以及簡(jiǎn)單、公平的獲取模式;通過(guò)實(shí)施遠(yuǎn)程接入技術(shù)和多個(gè)項(xiàng)目晶圓計(jì)劃改善接入，這可以進(jìn)一步擴(kuò)大每個(gè)設(shè)施的地理覆蓋范圍，促進(jìn)接入的公平性。

06 支持高級(jí)組裝、封裝和測(cè)試

微電子元件的封裝、組裝和測(cè)試方面的創(chuàng)新是美國(guó)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(guò)減小晶體管特征尺寸來(lái)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(lái)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(zhuān)業(yè)技術(shù)。這些方法對(duì)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(jí)封裝的一個(gè)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(guó)內(nèi)能力將增強(qiáng)美國(guó)的安全和競(jìng)爭(zhēng)力。

先進(jìn)的測(cè)試、組裝和封裝能力也需要用于驗(yàn)證從研發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的先進(jìn)原型。《美國(guó)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(guó)內(nèi)能力。為了實(shí)施本部分，國(guó)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(cè)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(shì)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(cè)試能力的開(kāi)發(fā)和部署需要在整個(gè)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(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵行動(dòng)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(kāi)發(fā)機(jī)會(huì)，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(gè)生態(tài)系統(tǒng)的互補(bǔ)努力。

促進(jìn)對(duì)芯片的訪問(wèn)，包括制造測(cè)試車(chē)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(kāi)發(fā)和測(cè)試。

制定計(jì)劃，提高自動(dòng)化水平和先進(jìn)封裝測(cè)試和組裝設(shè)備的性能，使國(guó)內(nèi)封裝具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。

致力于開(kāi)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(hào)性能的改進(jìn)。

支持行業(yè)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候開(kāi)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(chǎng)接受的潛力。NAPMP開(kāi)發(fā)的制造測(cè)試車(chē)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(cè)試方法的開(kāi)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(dòng)力

美國(guó)在微電子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位需要強(qiáng)大的國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力來(lái)支持從研究到制造的整個(gè)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(guó)提供的直接和間接就業(yè)崗位總計(jì)185萬(wàn)個(gè)。自2021年發(fā)布該分析以來(lái)，該行業(yè)在美國(guó)研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)中直接雇用的人數(shù)從27.7萬(wàn)人增加到2023年的34.5萬(wàn)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(guó)勞工統(tǒng)計(jì)局(Bureau of Labor Statistics)的數(shù)據(jù)一致。美國(guó)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(yíng)部門(mén)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(kāi)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(duì)有學(xué)位的專(zhuān)業(yè)人才的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，尤其是在博士階段。在2010-2019年期間，行業(yè)對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)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(guó)完成STEM研究生教育的外國(guó)學(xué)生獲得永久公民身份的選擇相對(duì)有限，因此許多人返回本國(guó)或其他對(duì)高技能移民有更簡(jiǎn)化移民程序的國(guó)家。在過(guò)去的十年里，在美國(guó)接受教育的高技能工人中，越來(lái)越多的人回到了自己的祖國(guó)或其他國(guó)家。此外，在過(guò)去十年中，大學(xué)畢業(yè)后選擇進(jìn)入微電子行業(yè)的國(guó)內(nèi)學(xué)生人數(shù)有所下降。

為了滿足當(dāng)前和未來(lái)的半導(dǎo)體人才需求，需要制定戰(zhàn)略來(lái)發(fā)展、吸引和留住更多的國(guó)內(nèi)和國(guó)外人才，從熟練的技術(shù)人員到博士級(jí)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(lái)，包括雇主、工會(huì)、教育機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)、行業(yè)組織，以及專(zhuān)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(yíng)部門(mén)的報(bào)告和利益相關(guān)者的投入，揭示了與半導(dǎo)體勞動(dòng)力需求相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)和挑戰(zhàn)。行業(yè)對(duì)高技能人才的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，包括國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，再加上勞動(dòng)力老齡化和與其他技術(shù)部門(mén)的競(jìng)爭(zhēng)。盡管對(duì)于美國(guó)公司來(lái)說(shuō)，要找到需要高級(jí)學(xué)位和美國(guó)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(huì)的學(xué)生卻不夠多，他們具備這一勞動(dòng)力所需的知識(shí)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(guó)內(nèi)人才庫(kù)的要求，也是通過(guò)多元化和包容性的勞動(dòng)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(dòng)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(dòng)力發(fā)展活動(dòng)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(dòng)，包括開(kāi)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(jí)教育的STEM課程。學(xué)習(xí)活動(dòng)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(wèn)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(dòng)手微電子學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。此外，該條款還為教師的研究和專(zhuān)業(yè)發(fā)展計(jì)劃的制定和實(shí)施提供了條件，并通過(guò)激勵(lì)雇用微電子關(guān)鍵領(lǐng)域的教師來(lái)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(lái)，并通過(guò)創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)可公開(kāi)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)和在線門(mén)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(duì)現(xiàn)有工人的再培訓(xùn)，以及對(duì)那些尋求進(jìn)入新興領(lǐng)域勞動(dòng)力的人的技能提升。為了在美國(guó)培養(yǎng)多樣化的微電子和半導(dǎo)體勞動(dòng)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(yíng)部門(mén)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(dòng)力。

為了補(bǔ)充支持教育、研究和勞動(dòng)力培訓(xùn)計(jì)劃各個(gè)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(dòng)力的公認(rèn)需求。例如，一個(gè)非營(yíng)利組織發(fā)起了納米技術(shù)和半導(dǎo)體學(xué)徒成長(zhǎng)計(jì)劃(gain)，該計(jì)劃由勞工部資助，在國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持下，啟動(dòng)了國(guó)家人才中心，這是一個(gè)為學(xué)生匹配工作機(jī)會(huì)和發(fā)現(xiàn)他們技能不足的平臺(tái)。

半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)也在努力，包括開(kāi)發(fā)在線課程，以滿足其成員公司的勞動(dòng)力需求。解決更廣泛的STEM勞動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)于滿足半導(dǎo)體行業(yè)未來(lái)的勞動(dòng)力需求也至關(guān)重要，以確保美國(guó)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(dòng)力需求，需要做出重大努力來(lái)支持整個(gè)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?lái)越重要。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(lái)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(huì)。現(xiàn)有的項(xiàng)目，如美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的教師研究經(jīng)驗(yàn)(RET)66和羅伯特·諾伊斯教師獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目，致力于招聘、培訓(xùn)和留住STEM教師。對(duì)于K-12學(xué)生來(lái)說(shuō)，提高對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)就業(yè)機(jī)會(huì)的認(rèn)識(shí)，以及高質(zhì)量的教學(xué)材料和令人興奮的動(dòng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相匹配。

對(duì)于一些熟練的技術(shù)職位，非學(xué)位課程，如證書(shū)、證書(shū)、文憑和其他可堆疊的證書(shū)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(duì)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(shí)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(wú)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(jiàn)下面的對(duì)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)。快速發(fā)展的步伐要求工程和科學(xué)項(xiàng)目保持與時(shí)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(dòng)和促進(jìn)專(zhuān)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(shí)到跨學(xué)科的方法對(duì)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(lái)的勞動(dòng)力。

非學(xué)位半導(dǎo)體勞動(dòng)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(shū)課程(MNCP)，為半導(dǎo)體勞動(dòng)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(gè)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(guò)ASTM國(guó)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(gè)認(rèn)證考試。除了學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)外，該項(xiàng)目還有12個(gè)美國(guó)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(kāi)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(duì)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(guó)教育機(jī)構(gòu)目前沒(méi)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(dòng)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(méi)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(guò)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(zhuān)業(yè)人士一起解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的活動(dòng)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(yíng)部門(mén)的研究實(shí)驗(yàn)室、開(kāi)發(fā)中心和制造工廠的實(shí)習(xí)和學(xué)徒計(jì)劃，將對(duì)擴(kuò)大這些機(jī)會(huì)至關(guān)重要。特別是，在最高度專(zhuān)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(zhuān)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(huì)的公私合營(yíng)微電子培訓(xùn)項(xiàng)目需要在全國(guó)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(guó)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)化為大專(zhuān)或研究生學(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(dòng)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(kāi)發(fā)高質(zhì)量的教學(xué)材料庫(kù)。

為課程、習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)室建立一個(gè)知識(shí)庫(kù)，教師可以貢獻(xiàn)并訪問(wèn)這些知識(shí)庫(kù)，以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)他們的課程。

促進(jìn)廣泛參與這些存儲(chǔ)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，以確保它們跨越多個(gè)機(jī)構(gòu)項(xiàng)目，并與各種CHIPS工作聯(lián)系起來(lái)，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(huì)項(xiàng)目，包括訪問(wèn)或臨時(shí)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(huì)。

方便訪問(wèn)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(zhuān)業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)和行業(yè)協(xié)會(huì)合作，開(kāi)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(wèn)職位。

為行業(yè)研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)者提供大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者職位。

建立合作設(shè)計(jì)工作室，專(zhuān)注于跨學(xué)科，促進(jìn)學(xué)生跨部門(mén)接觸。

開(kāi)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(huì)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(duì)半導(dǎo)體行業(yè)職業(yè)機(jī)會(huì)的認(rèn)識(shí)

非正式教育和與公眾的接觸對(duì)于提高對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)職業(yè)機(jī)會(huì)的更廣泛認(rèn)識(shí)和加強(qiáng)國(guó)內(nèi)微電子勞動(dòng)力至關(guān)重要。由于熟練的半導(dǎo)體勞動(dòng)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(huì)可以使他們成為不斷增長(zhǎng)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(zhǎng)、老師、指導(dǎo)顧問(wèn)、朋友和導(dǎo)師等都會(huì)影響學(xué)生的發(fā)展軌跡。培養(yǎng)對(duì)半導(dǎo)體、應(yīng)用和勞動(dòng)力需求的共同基礎(chǔ)理解將有助于學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)存在的機(jī)會(huì)做出明智的決定。科學(xué)中心和其他非正式STEM學(xué)習(xí)場(chǎng)所的半導(dǎo)體相關(guān)展示和內(nèi)容可以作為簡(jiǎn)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(shí)。

全國(guó)非正式STEM教育網(wǎng)絡(luò)(NISE網(wǎng)絡(luò))

NISE Network70是一個(gè)由全國(guó)各地的科學(xué)教育專(zhuān)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(shū)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(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)于2005-2016年支持。最初的NISE網(wǎng)絡(luò)覆蓋了超過(guò)3000萬(wàn)人，重點(diǎn)是培養(yǎng)對(duì)納米技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解。NISE Net繼續(xù)增加與微電子勞動(dòng)力相關(guān)的許多科目的教育材料目錄。在美國(guó)所有州和地區(qū)都可以找到600多個(gè)NISE網(wǎng)絡(luò)合作伙伴，為美國(guó)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(lái)源:國(guó)家非正式STEM教育網(wǎng)絡(luò)，2005-2016年合作伙伴報(bào)告。

提高對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)機(jī)遇意識(shí)的策略包括：

利用開(kāi)發(fā)博物館展覽和公開(kāi)活動(dòng)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目與經(jīng)過(guò)審查的、可操作的信息有關(guān)，并擴(kuò)大對(duì)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(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。

開(kāi)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(dòng)或慶祝活動(dòng)中使用。

充分利用多媒體和社會(huì)媒體工具，在全美國(guó)擴(kuò)大影響力和知名度。

利用競(jìng)賽和挑戰(zhàn)來(lái)提高學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和激勵(lì)。

03 準(zhǔn)備一個(gè)包容性的當(dāng)前和未來(lái)的微電子勞動(dòng)力

在全國(guó)范圍內(nèi)擴(kuò)大微電子和相關(guān)教育，包括針對(duì)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(huì)。半導(dǎo)體行業(yè)中越來(lái)越多的多元化代表將支持創(chuàng)新，并營(yíng)造一個(gè)更具包容性和積極的專(zhuān)業(yè)環(huán)境，從而吸引更多的人才。過(guò)渡性項(xiàng)目可以幫助解決機(jī)會(huì)差距問(wèn)題，確保所有美國(guó)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(shí)。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(lái)的微電子勞動(dòng)力挑戰(zhàn)將需要在教育工作者、培訓(xùn)師、政策制定者、工會(huì)、專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)和行業(yè)中開(kāi)發(fā)和使用技能需求清單。在微電子工業(yè)中，共同知識(shí)、技能和能力(KSAs)和技術(shù)能力的識(shí)別必須通過(guò)相關(guān)各方的合作來(lái)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(dòng)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?cè)谡n堂上學(xué)習(xí)的STEM知識(shí)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(guò)渡階段提供這些機(jī)會(huì)，可以提供早期的職業(yè)機(jī)會(huì)，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(huì)。

NSF最近與半導(dǎo)體研究公司建立了合作伙伴關(guān)系，以開(kāi)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(gè)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(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)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(dòng)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(gè)國(guó)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(guó)能源部還在其國(guó)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(jiǎng)學(xué)金。

還需要建立機(jī)制，以便更容易地招募和留住外國(guó)學(xué)生和專(zhuān)業(yè)人員，以滿足美國(guó)微電子工業(yè)的勞動(dòng)力需求。建立和留住擁有高等學(xué)歷的國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力還需要激勵(lì)措施，以與其他國(guó)家的招聘努力競(jìng)爭(zhēng)，包括改善外國(guó)出生、在美國(guó)受過(guò)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(guò)適當(dāng)審查的國(guó)際學(xué)生交流，進(jìn)一步擴(kuò)大使用制造設(shè)施的機(jī)會(huì)，并確保與國(guó)際盟友和伙伴的合作，也可以鼓勵(lì)有技能的外國(guó)學(xué)生支持美國(guó)的勞動(dòng)力需求。擴(kuò)大其他國(guó)家，特別是在美國(guó)高等教育中代表性不足的國(guó)家的教育途徑的項(xiàng)目，將支持勞動(dòng)力需求并加速所需的增長(zhǎng)。這方面的例子包括讓其他國(guó)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(guó)際人才在美國(guó)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(dòng)力的策略包括：

有意參與并分享美國(guó)各地的教育項(xiàng)目和機(jī)會(huì)，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(wèn)性，使殘疾學(xué)生和不同學(xué)習(xí)方式的學(xué)生能夠訪問(wèn)。

鼓勵(lì)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(jiǎng)學(xué)金，為學(xué)生提供微電子培訓(xùn)。

開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)，提供低成本或免費(fèi)的在線課程和可堆疊的證書(shū)，為未來(lái)的勞動(dòng)力發(fā)展提供職業(yè)跨越機(jī)會(huì)，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(guò)適當(dāng)審查的外國(guó)學(xué)生和研究人員的機(jī)制。

04 建立和推動(dòng)微電子研究和創(chuàng)新能力

為了提高美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)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(huì)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(lì)在教育后期的學(xué)生從事研究工作。這對(duì)于生活在服務(wù)水平不足的社區(qū)的第一代大學(xué)生來(lái)說(shuō)尤其重要，他們可能沒(méi)有榜樣、導(dǎo)師或資源來(lái)在這么小的時(shí)候決定自己的職業(yè)道路。NSF（國(guó)家科學(xué)基金會(huì)）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(zhuān)業(yè)技能。此外，各個(gè)階段的學(xué)生經(jīng)常會(huì)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(lái)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(lái)勞動(dòng)力需求所需的人員外，學(xué)習(xí)過(guò)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(gè)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。可以通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)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(shí)易于跨越學(xué)術(shù)體系的機(jī)制來(lái)最大限度地減少訪問(wèn)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(lì)他們攻讀高級(jí)學(xué)位課程。國(guó)防部支持的可擴(kuò)展非對(duì)稱(chēng)微電子參與（SCALE）計(jì)劃將國(guó)防部治理與國(guó)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(gè)沉浸式的教育計(jì)劃，將政府和國(guó)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(duì)美國(guó)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(guó)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(gè)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(guò)渡到特定任務(wù);和系統(tǒng)的計(jì)劃評(píng)估，以確保提高培訓(xùn)和留住學(xué)生的有效性，以滿足勞動(dòng)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(duì)為提升美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)力創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)條件的興趣。

增加獎(jiǎng)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(jí)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(gè)研究發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行培訓(xùn)和工作。

提供獎(jiǎng)學(xué)金；本科生、研究生和博士后獎(jiǎng)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(huì)。

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(huì)。

目標(biāo)4 創(chuàng)建一個(gè)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(guó)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(huì)，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(huì)。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(wèn)工具和數(shù)字資源的挑戰(zhàn)，給技術(shù)開(kāi)發(fā)連續(xù)體中的新創(chuàng)新成熟帶來(lái)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(wèn)，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(gè)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(chǎng)過(guò)渡。

一個(gè)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(duì)制造和表征新材料和設(shè)備所需的專(zhuān)業(yè)工具的訪問(wèn)。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(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的國(guó)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(duì)微電子研究至關(guān)重要的數(shù)千種專(zhuān)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(gè)設(shè)施，許多大學(xué)利用多個(gè)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(duì)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(gè)充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)包括技術(shù)開(kāi)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(yíng)利財(cái)團(tuán)和協(xié)會(huì)、國(guó)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(mén)和機(jī)構(gòu)。除了研究和技術(shù)開(kāi)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(gè)階段都有合適的勞動(dòng)力。參與者包括學(xué)生和教育工作者、研究人員、開(kāi)發(fā)人員、科學(xué)家和工程師、企業(yè)家、工會(huì)官員、商業(yè)領(lǐng)袖和政策制定者。

R&D向商業(yè)實(shí)踐過(guò)渡需要很長(zhǎng)時(shí)間，這帶來(lái)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(shí)間。依賴復(fù)雜科學(xué)突破的技術(shù)可能需要更長(zhǎng)的時(shí)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(duì)這一挑戰(zhàn)并加快研究、開(kāi)發(fā)、演示和部署周期。

公共和私營(yíng)部門(mén)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(guó)以比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(duì)于為公眾帶來(lái)廣泛利益、支持美國(guó)經(jīng)濟(jì)和維護(hù)國(guó)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(gè)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?jiǎng)?chuàng)造和支持一個(gè)良性循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)中，R&D推動(dòng)創(chuàng)新的、面向市場(chǎng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)，包括漸進(jìn)式和變革性的進(jìn)步，反過(guò)來(lái)，這些技術(shù)又推動(dòng)新的見(jiàn)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(guó)及其盟友的一個(gè)重要和獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

需要建立機(jī)制來(lái)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(duì)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(duì)系統(tǒng)級(jí)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(huì)，以推動(dòng)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(guò)渡，美國(guó)政府將在未來(lái)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(gè)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(gè)人學(xué)術(shù)研究小組。然而，要確保微電子在未來(lái)的領(lǐng)先地位，需要深化合作以應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來(lái)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(guò)戰(zhàn)略組合團(tuán)隊(duì)針對(duì)特定技術(shù)挑戰(zhàn)開(kāi)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(zhǎng)期行業(yè)技術(shù)和勞動(dòng)力需求更緊密地結(jié)合起來(lái)。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(shí)。從更廣泛的社區(qū)角度來(lái)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(jí)研究。這些結(jié)構(gòu)還提供了行業(yè)合作伙伴對(duì)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(mén)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(shí)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(zhuān)家進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)公共和私人資助計(jì)劃來(lái)支持這項(xiàng)工作。

更廣泛地認(rèn)識(shí)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(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、產(chǎn)品費(fèi)用結(jié)構(gòu)和服務(wù)來(lái)滿足這些需求。

為新技術(shù)的開(kāi)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(zhuān)業(yè)化企業(yè)的世界領(lǐng)先的儀器和其他資源。

通過(guò)開(kāi)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(chǎng)。

除了上面討論的用戶設(shè)施之外，NSF還有幾個(gè)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(huì)員協(xié)議提供了一個(gè)框架，以解決知識(shí)產(chǎn)權(quán)等關(guān)鍵問(wèn)題。目前有幾個(gè)與R&D微電子公司相關(guān)的國(guó)家科學(xué)基金會(huì)中心，包括國(guó)家科學(xué)基金會(huì)工程研究中心、移動(dòng)計(jì)算和能源技術(shù)納米制造系統(tǒng)（NASCENT），專(zhuān)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(guó)家科學(xué)基金會(huì)產(chǎn)業(yè)-大學(xué)合作研究中心（IUCRC）項(xiàng)目資助的幾個(gè)中心（其中國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供運(yùn)營(yíng)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(gè)國(guó)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)知識(shí)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室具備開(kāi)發(fā)先進(jìn)微電子技術(shù)所需的特定能力，包括通過(guò)能源部五個(gè)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(kāi)發(fā)和評(píng)估新材料和快速原型。桑迪亞國(guó)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(wàn)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(cè)。通過(guò)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(gè)合作伙伴，并通過(guò)整個(gè)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)路徑上的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。基于伙伴關(guān)系的區(qū)域中心有可能通過(guò)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(zhuān)長(zhǎng)結(jié)合起來(lái)，減少開(kāi)發(fā)和過(guò)渡的時(shí)間和成本。事實(shí)證明，在增強(qiáng)現(xiàn)有集群時(shí)，區(qū)域中心比試圖在沒(méi)有現(xiàn)有資本和人才基礎(chǔ)的情況下創(chuàng)建此類(lèi)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(lì)計(jì)劃鼓勵(lì)支持地區(qū)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)。

國(guó)防部微電子公共領(lǐng)域旨在利用和加強(qiáng)選定中心周?chē)膮^(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(gè)區(qū)域能力網(wǎng)絡(luò)，利用Commons的資金和學(xué)術(shù)、非營(yíng)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(lái)源，也可以作為贊助活動(dòng)的舉辦地。

美國(guó)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(gè)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(gè)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(mén)、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(mén)（如工業(yè)自動(dòng)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(guó)會(huì)授權(quán)并撥款建立了三個(gè)新的美國(guó)制造研究所，專(zhuān)注于半導(dǎo)體制造。增加對(duì)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(lái)，以加快新技術(shù)向制造業(yè)的過(guò)渡。

國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心預(yù)計(jì)將成為美國(guó)微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的焦點(diǎn)。如《美國(guó)芯片法案》第9906（c）節(jié)所述，NSTC將是一個(gè)公私聯(lián)盟，包括美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)能源部和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)以及私營(yíng)部門(mén)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(gè)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室和其他FFRDCs以及非營(yíng)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(yíng)部門(mén)投資，并協(xié)調(diào)私營(yíng)部門(mén)和公共部門(mén)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(duì)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(zhuān)長(zhǎng)和能夠適當(dāng)平衡公共和私人部門(mén)利益的治理結(jié)構(gòu)。

除了通過(guò)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(zhuān)家和科研人員來(lái)操作和改進(jìn)儀器，并創(chuàng)建一個(gè)卓越中心來(lái)解決其他實(shí)體權(quán)限之外的關(guān)鍵問(wèn)題。例如，學(xué)術(shù)研究人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一種新材料，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和原型制作來(lái)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(cè)其行為和性能。這種有針對(duì)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(gè)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(guó)生態(tài)系統(tǒng)中形成了一個(gè)缺口。

本報(bào)告中確定的努力旨在填補(bǔ)這一空白，通過(guò)利用整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的公共和私人投資及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提供獲得所需基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)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(guó)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(zhuān)門(mén)的專(zhuān)業(yè)科學(xué)人員，以創(chuàng)建一個(gè)充滿活力的創(chuàng)新引擎，加快未來(lái)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(shí)和人才流動(dòng)，但必須促進(jìn)整個(gè)微電子技術(shù)開(kāi)發(fā)連續(xù)體的交流，以支持和加強(qiáng)整個(gè)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(guò)渡研究突破的途徑，跨越基礎(chǔ)設(shè)施資源和科學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的星座。技術(shù)開(kāi)發(fā)路徑不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性過(guò)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(gè)研究人員或研究團(tuán)隊(duì)很少在其整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)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(dòng)包括：

通過(guò)SML結(jié)構(gòu)、咨詢委員會(huì)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(gè)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(kāi)發(fā)的各個(gè)階段中瀏覽復(fù)雜的設(shè)施和資助機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)。這些指南將通過(guò)SML緊密合作，并與中心/聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)層合作。

開(kāi)發(fā)并發(fā)布每個(gè)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(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)能力和活動(dòng)的認(rèn)識(shí)。

支持共享活動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，以提高研究人員對(duì)其他中心工作的認(rèn)識(shí)。

促進(jìn)跨中心的研究交流和訪問(wèn)職位。

在評(píng)審委員會(huì)和表演者活動(dòng)中包括支持R&D微電子公司的美國(guó)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(zhuān)利和其他知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)等問(wèn)題上利用培訓(xùn)成果來(lái)提高研究人員對(duì)商業(yè)化關(guān)鍵步驟的認(rèn)識(shí)。

進(jìn)行年度SML能力審查，并定期征求利益相關(guān)方的意見(jiàn)。

02 參與并利用芯片產(chǎn)業(yè)咨詢委員會(huì)

加強(qiáng)和重振美國(guó)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(guó)芯片法案第9906（b）節(jié)的要求，商務(wù)部長(zhǎng)成立了一個(gè)工業(yè)咨詢委員會(huì)（IAC），以評(píng)估美國(guó)國(guó)內(nèi)微電子行業(yè)的科技需求并為美國(guó)政府提供指導(dǎo)；分析微電子研究國(guó)家戰(zhàn)略在多大程度上有助于保持美國(guó)在微電子制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位；評(píng)估根據(jù)《2021年美國(guó)芯片法案》授權(quán)的研發(fā)計(jì)劃和活動(dòng)；并為新的公私合營(yíng)企業(yè)尋找機(jī)會(huì)，推進(jìn)微電子研究、開(kāi)發(fā)和國(guó)內(nèi)制造的伙伴關(guān)系。該聯(lián)邦咨詢委員會(huì)向商務(wù)部長(zhǎng)提供定期報(bào)告，在積極識(shí)別新興R&D、制造技術(shù)和勞動(dòng)力需求以應(yīng)對(duì)商業(yè)市場(chǎng)或地緣政治的未來(lái)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變方面也很有價(jià)值。

臨時(shí)行政委員會(huì)已開(kāi)始工作，設(shè)立了組織和公私伙伴關(guān)系工作組、R&D勞動(dòng)力工作組和研發(fā)工作組。關(guān)于每個(gè)工作組的任務(wù)和建議的更多信息可在臨時(shí)行政委員會(huì)網(wǎng)站上查閱。

在第一次會(huì)議上，委員會(huì)聽(tīng)取了關(guān)于微電子研究國(guó)家戰(zhàn)略草案的簡(jiǎn)要介紹，以及根據(jù)《聯(lián)邦公報(bào)》上公布的信息請(qǐng)求收到的公眾反應(yīng)。討論和臨時(shí)行政委員會(huì)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(dòng)包括：

SML審查委員會(huì)的建議，為機(jī)構(gòu)間討論和機(jī)構(gòu)行動(dòng)提供信息。

機(jī)構(gòu)代表應(yīng)要求酌情向臨時(shí)行政理事會(huì)通報(bào)最新情況。

03 激勵(lì)和協(xié)調(diào)微電子界應(yīng)對(duì)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(lái)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(lái)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?cè)谕ㄟ^(guò)關(guān)注創(chuàng)新者和讓投資者對(duì)商業(yè)可行性的時(shí)間表充滿信心來(lái)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(lì)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(lái)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(lì)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(duì)相關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的最新理解。

激勵(lì)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(dòng)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(lái)。他們還必須關(guān)注需要廣泛專(zhuān)業(yè)知識(shí)的主題，以實(shí)現(xiàn)非漸進(jìn)式進(jìn)展并推動(dòng)整個(gè)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(kāi)研討會(huì)和會(huì)議，將社區(qū)聚集在一起以確定和解決關(guān)鍵問(wèn)題。

支持行業(yè)協(xié)會(huì)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(duì)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(huì)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(guò)一段時(shí)間，也可以提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)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(lái)越依賴于越來(lái)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(yíng)企業(yè)也將越來(lái)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(guó)能源部國(guó)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(duì)創(chuàng)新管道變得越來(lái)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(yíng)部門(mén)組織之間開(kāi)發(fā)高效的合作方法，實(shí)現(xiàn)公平、靈活的短期和長(zhǎng)期安排，最大限度地減少合同談判所消耗的時(shí)間。

當(dāng)機(jī)構(gòu)收集要求并對(duì)政府資助的資源和活動(dòng)進(jìn)行技術(shù)和方案規(guī)劃時(shí)，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(shí)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(dòng)，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(dòng)力發(fā)展計(jì)劃利用這些能力。

05 通過(guò)有針對(duì)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(dòng)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(shì)，在初創(chuàng)企業(yè)的需求與大型跨國(guó)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(duì)性的聯(lián)邦投資來(lái)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(chǎng)。

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(dòng)私營(yíng)部門(mén)的伙伴關(guān)系和資本投資。已經(jīng)制定了多個(gè)聯(lián)邦計(jì)劃來(lái)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(huì)，包括以下示例：

國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（I-Corps）項(xiàng)目為學(xué)者提供培訓(xùn)，通過(guò)提高他們對(duì)商業(yè)規(guī)劃和創(chuàng)業(yè)技能的理解來(lái)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(guó)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(shí)和機(jī)會(huì)，通過(guò)支持跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)（由不同專(zhuān)業(yè)、學(xué)科、部門(mén)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(gè)能源部國(guó)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(kāi)發(fā)新的制造技術(shù)，并通過(guò)利用實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施更快地將其推向市場(chǎng)。

NIST技術(shù)成熟加速器項(xiàng)目為NIST的研究人員提供了一個(gè)平臺(tái)，向風(fēng)險(xiǎn)資本家和商業(yè)專(zhuān)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(chǎng)。

美國(guó)國(guó)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(kāi)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(chǎng)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(mén)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(zhuān)門(mén)為微電子初創(chuàng)企業(yè)提供獎(jiǎng)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?zhuān)⊿TTR）計(jì)劃提供了另一個(gè)支持小企業(yè)的機(jī)會(huì)，通過(guò)非稀釋性資本投資和廣泛的支持服務(wù)來(lái)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。跨機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)SBIR/STTR主題可以表明對(duì)美國(guó)創(chuàng)新和新興技術(shù)的承諾和興趣，尤其是對(duì)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(guó)家糧食和農(nóng)業(yè)研究所的SBIR/STTR項(xiàng)目資助了一個(gè)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(cè)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(gè)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(guó)空軍的商業(yè)“投資”集團(tuán)AFVentures就是利用SBIR/STTR計(jì)劃的一個(gè)例子，該計(jì)劃通過(guò)提供額外資金來(lái)匹配投資組合中公司的私人投資來(lái)加速技術(shù)過(guò)渡。該計(jì)劃將獲得某種形式風(fēng)險(xiǎn)資本獎(jiǎng)勵(lì)的公司比例從10%提高到29%，在2015年之前的所有國(guó)防部獎(jiǎng)項(xiàng)中，AFVentures組合目前只包括電子公司的一小部分獎(jiǎng)勵(lì)。

有幾個(gè)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(yíng)部門(mén)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(jí)研究和發(fā)展局（BARDA）最近啟動(dòng)了BARDA Ventures，以支持公共衛(wèi)生的醫(yī)療對(duì)策。通過(guò)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(guó)家的微電子部門(mén)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(lái)支持合作機(jī)構(gòu)創(chuàng)造的創(chuàng)新成果的商業(yè)化。《美國(guó)芯片法案》條款要求在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(guò)與貸款機(jī)構(gòu)合作向小企業(yè)提供貸款來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，并使獲得資本更加容易。美國(guó)能源部貸款項(xiàng)目辦公室管理三個(gè)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(wú)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(huì)為制定國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做出貢獻(xiàn)。通過(guò)參與由專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)或行業(yè)協(xié)會(huì)組織的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定活動(dòng)，美國(guó)可以塑造全球技術(shù)發(fā)展，并支持進(jìn)入未來(lái)的國(guó)際市場(chǎng)。制定標(biāo)準(zhǔn)的活動(dòng)可能需要幾年的審議和原型制作，然后才能達(dá)成共識(shí)。正如《關(guān)鍵和新興技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略》所鼓勵(lì)的那樣，支持參與制定標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)的新機(jī)制將使那些追求尚未建立商業(yè)市場(chǎng)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(guó)政府項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)制定組織（SDO）和行業(yè)協(xié)會(huì)合作組織了CHIPS研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)峰會(huì)。該活動(dòng)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(dòng);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(shí)別標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，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(gè)強(qiáng)大的國(guó)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(guó)防部的可信和可靠微電子（T&AM）計(jì)劃，通過(guò)獲得先進(jìn)的微電子技術(shù)來(lái)推動(dòng)國(guó)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(dòng)能力。T&AM計(jì)劃識(shí)別并努力減輕整個(gè)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(cè)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(dòng)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(huì)。除了通過(guò)國(guó)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(duì)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(guó)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(dòng)和研究合作的機(jī)會(huì)，確保安全的供應(yīng)鏈，并促進(jìn)保護(hù)研究、技術(shù)和知識(shí)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(lái)源來(lái)自美國(guó)的私營(yíng)公司。美國(guó)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(guó)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(xiāo)售額中約80%來(lái)自美洲以外。因此，美國(guó)公司依賴于保持在外國(guó)市場(chǎng)的銷(xiāo)售渠道，以繼續(xù)推動(dòng)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(guó)制造業(yè)的國(guó)內(nèi)政策并努力為技術(shù)出口創(chuàng)造公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的貿(mào)易政策對(duì)于保持美國(guó)在微電子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。

美國(guó)政府機(jī)構(gòu)，包括商務(wù)部和美國(guó)貿(mào)易代表辦公室，正在努力確保所有政府致力于通過(guò)基于市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)力是創(chuàng)新、工業(yè)成功和國(guó)際貿(mào)易的主要驅(qū)動(dòng)力。DOC還與合作伙伴和盟友合作，加強(qiáng)美國(guó)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(guó)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(guó)和伙伴之間的合作的重要工具。利用有針對(duì)性的對(duì)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(guó)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(guó)和國(guó)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(kāi)發(fā)和成熟，有助于加強(qiáng)整個(gè)微電子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

根據(jù)“芯片法案”的要求，美國(guó)國(guó)務(wù)院設(shè)立了國(guó)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(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)安全取決于支持創(chuàng)新的能力，創(chuàng)新將推動(dòng)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(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等問(wèn)題上的國(guó)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(guó)家安全。

ITSI基金活動(dòng)實(shí)例

生態(tài)系統(tǒng)評(píng)論：2023年，美國(guó)國(guó)務(wù)院確定了五個(gè)根據(jù)美國(guó)微電子戰(zhàn)略擴(kuò)大產(chǎn)能的目標(biāo)國(guó)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(guó)家開(kāi)展獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)審查，為封裝、測(cè)試和封裝分部門(mén)的能力建設(shè)提供路線圖。審查考察了勞動(dòng)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(shì)等經(jīng)濟(jì)因素，以及激勵(lì)私營(yíng)部門(mén)投資ATP產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)和政策激勵(lì)措施。ITSI在這些國(guó)家的能力建設(shè)計(jì)劃將側(cè)重于吸引私人投資的勞動(dòng)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(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

APEP研討會(huì)：ITSI支持多邊伙伴關(guān)系以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)，如美國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮伙伴關(guān)系（APEP）半導(dǎo)體勞動(dòng)力研討會(huì)：為21世紀(jì)熟練勞動(dòng)力建設(shè)技術(shù)能力。研討會(huì)將創(chuàng)建和擴(kuò)大教育計(jì)劃，通過(guò)在整個(gè)拉丁美洲的行業(yè)和技術(shù)機(jī)構(gòu)之間建立聯(lián)系來(lái)幫助滿足半導(dǎo)體勞動(dòng)力需求。

國(guó)際研究人員對(duì)美國(guó)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(kāi)發(fā)加強(qiáng)合作的項(xiàng)目和場(chǎng)所，將考慮促進(jìn)本科、研究生和專(zhuān)業(yè)水平的國(guó)際研究人員與美國(guó)國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的接觸。需要為在美國(guó)工作或訪問(wèn)進(jìn)行技術(shù)交流的國(guó)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(guó)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(lèi)別，包括學(xué)生、研究人員和專(zhuān)家。

國(guó)際合作的另一個(gè)機(jī)會(huì)是在教育和勞動(dòng)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(lèi)別的技能和技術(shù)能力有助于解決熟練勞動(dòng)力短缺問(wèn)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(duì)訓(xùn)練有素的勞動(dòng)力的需求，并促進(jìn)員工流動(dòng)。

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(lái)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(duì)話，為美國(guó)產(chǎn)業(yè)和投資者提供機(jī)會(huì)，突出有前途的技術(shù)和企業(yè)家，以擴(kuò)大美國(guó)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

未來(lái)方向

芯片法案投資提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，不僅可以激勵(lì)國(guó)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(guó)未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)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(guó)際盟友和合作伙伴比以往任何時(shí)候都更加緊密地合作，以確保芯片投資建立一個(gè)充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)，推動(dòng)未來(lái)的創(chuàng)新。美國(guó)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(guò)程的全部范圍，盡管每個(gè)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(lái)，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(guó)芯片法案》要求微電子領(lǐng)導(dǎo)小組委員會(huì)“協(xié)調(diào)與微電子相關(guān)的研究、開(kāi)發(fā)、制造和供應(yīng)鏈安全活動(dòng)以及聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的預(yù)算，并確保這些活動(dòng)符合”本文件中提出的戰(zhàn)略。為了更好地了解整個(gè)政府支持R&D微電子公司的努力，SML將對(duì)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(duì)這些投資進(jìn)行交叉評(píng)估，此后每年進(jìn)行一次評(píng)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(dòng)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(duì)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(gè)起點(diǎn)，但年度審查將為各機(jī)構(gòu)提供一個(gè)機(jī)會(huì)，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(lái)幾個(gè)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(gè)部門(mén)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(dòng)，在很大程度上取決于解決巨大的勞動(dòng)力需求。SML教育和勞動(dòng)力機(jī)構(gòu)間工作組將協(xié)調(diào)整個(gè)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(zhuān)門(mén)的卓越中心）密切合作。國(guó)際外交和貿(mào)易在恢復(fù)美國(guó)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(duì)于推進(jìn)該戰(zhàn)略的目標(biāo)至關(guān)重要，而SML國(guó)際工作組是一個(gè)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(zhuān)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(shí)伙伴關(guān)系，建立聯(lián)系專(zhuān)業(yè)知識(shí)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(guó)在半導(dǎo)體技術(shù)的開(kāi)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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，無(wú)法保證繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。對(duì)芯片法案的歷史性投資既提供了振興國(guó)內(nèi)微電子R&D生態(tài)系統(tǒng)的令人興奮的機(jī)會(huì)，也帶來(lái)了確保這些投資保障國(guó)家長(zhǎng)期國(guó)家和經(jīng)濟(jì)安全的艱巨責(zé)任。當(dāng)美國(guó)人把他們不同的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、創(chuàng)業(yè)精神和動(dòng)力集中到一個(gè)共同的目標(biāo)上時(shí)，美國(guó)就處于最強(qiáng)大的狀態(tài)。該戰(zhàn)略提供了一個(gè)框架來(lái)創(chuàng)建這一重點(diǎn)，不僅指導(dǎo)美國(guó)政府的工作，而且召集整個(gè)微電子R&D社區(qū)——?jiǎng)?chuàng)新者、教育工作者、盟友和合作伙伴以及政策制定者——來(lái)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)美國(guó)巨大抱負(fù)所需的技術(shù)。

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