美國發布國家半導體技術中心愿景和戰略
2023年4月25日,美國國家標準與技術研究院(NIST)發布《美國國家半導體技術中心愿景和戰略》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未來芯片和技術的能力,以保障美國的全球創新領先地位。

愿景和戰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將與學術和行業伙伴合作,在全國各地創建附屬技術中心,促進一個在規模、廣度和側重點方面都前所未有的研究和創新網絡。NSTC將為良好的工作機會打下基礎,使美國國內的半導體勞動力得到發展。

(一)使命
《為美國半導體制造創造有益激勵(CHIPS)法案》(以下簡稱“法案”)規定: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、培養美國半導體勞動力,以加強國內供應鏈的經濟競爭力和安全性。該中心應作為公私聯合體運營,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系統研究和工程的聚集中心,推進和實現顛覆性創新,以確保美國在未來產業中的領導地位。
(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先級,并引導重點計劃的開發和實施。
目標1:擴大美國在未來應用和產業基礎技術方面的領導地位,并加強美國半導體制造生態系統。
(1)在競爭前階段進行世界一流的研究,產生可供所有參與者使用的設計和工藝技術以及知識產權(IP)。
(2)支持跨生態系統的世界級研究,包括學術機構、政府機構和政府資助的研究機構。
(3)創造重大挑戰,支持有針對性的行業路線圖,并制定標準以促進廣泛的技術開發生態系統協作。
目標2:顯著減少成員組織為創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)提供對數字資產和IP的訪問,包括設計工具、參考流程、工藝設計套件和數據集。
(3)提供與內部技術人員的接觸機會,以協助克服技術和工藝挑戰。
(4)創建一個投資基金,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,讓傳統上不屬于半導體行業的社區參與進來。
目標3:建立并維持半導體勞動力發展生態系統。
(1)作為跨行業、學術機構、政府機構和政府資助的研究機構的協調點和資源,提供半導體相關的勞動力數據、培訓和發展計劃。
(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)開發和資助勞動力計劃,以支持NSTC成員在半導體行業建立和維持職業道路。

NSTC將專注于技術、資產、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:重大挑戰提供了一種機制,可以協調半導體社區的研發工作以解決更大的問題,服務于建立新的實踐社區,并幫助指導進一步的項目投資。同時,吸引傳統半導體社區以外的參與者,帶來新的見解和專業知識。
2. 技術顧問:為了確定技術重點和重大挑戰的具體領域,NSTC將依賴世界級專家的技術建議,這些專家來自工業界、學術界、能源部國家實驗室和其他聯邦資助的研究和發展中心,以及政府機構。
3. 內部和資助的研究: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年內使行業受益的發展,技術重點由顧問指導并與重大挑戰保持一致。
4. 投資基金:法案呼吁與私營部門一起設立投資基金,以支持初創企業以及新企業、學術界和老牌公司之間的合作,旨在促進國內半導體生態系統的創新商業化。
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,建立一個相互聯系的協作社區。鼓勵大學建立或使用現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溝通需求和時間線、為研究和商業活動建立明確的目標和可交付成果的有效工具。
7. 標準和協議:NSTC與美國和國際標準機構合作,利用NIST內部的標準開發專業知識,統一供應商和開發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,并確保這些標準的適用性。
8. 安全:NSTC將牽頭確保國內微電子生態系統的安全。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的開發和訪問。
(二)資產管理計劃
NSTC將管理各種物理和數字資產,使廣泛的社區受益。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技術中心網絡能夠提供端到端制造能力,以實現小批量原型制造和試生產、新材料和器件的實驗和測試以及其他研究相關活動。NSTC應努力創建一個開放和協作的研究環境,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、收購現有設施,或在NSTC與現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格。
2. 數字資產:NSTC將尋求新的方法提高設計生態系統的靈活性,包括技術方法和合規管理。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的中心,確保IP可以安全共享;通過優先資助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。
數據集方面:NSTC將在收集、匯總和共享數據集方面發揮作用,以實現基準測試和運營改進、工具開發、數字孿生創建以及AI模型訓練等。這些數據集根據明確的指導方針提供給NSTC成員,這可以大大縮短從電路設計概念到獲得硅驗證安全性IP的時間并降低成本。
專利方面:NSTC將制定規則和程序來保護其成員的知識產權,包括對知識產權披露、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資助而產生的知識產權,并促進成員之間適當的知識產權共享。
(三)勞動力計劃
勞動力發展是CHIPS激勵計劃的優先發展事項。NSTC作為一個協調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。
為了實現這些目標,NSTC應該:
1. 與工業界、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需求的黃金標準教育模式、體驗式學習和培訓計劃。
2. 創建一個信息交換所,針對教育、經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拓展機會,包括來自弱勢群體的個人。
4. 作為一個協作空間來解決產業勞動力的挑戰,包括通過召集、調整資源或在產業需求出現時以其他方式提供支持等。

美國商務部將與國防部合作,根據法案要求,通過公私聯盟的方式建立NSTC。在整個半導體生態系統中,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將確定適當的項目組合及其執行方式,包括NSTC資助執行或聯合資助執行。NSTC將采用多種方法來實現目標,包括:為合作項目提供資金、為成員和社區提供收費服務、召集會議活動以促進聯合項目開發和路線圖制定。
2. NSTC將根據利益相關者的意見建立一個技術中心網絡。該網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和教育機構的顧問,根據需要為技術項目、勞動力發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的戰略發展。《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,建立一個聯盟,為未來的研究項目提供資金以應對長期戰略挑戰,并創建一個可以持續數十年的發展計劃。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、知識產權許可費、版稅、州政府和地方政府的資助、其他聯邦機構以及慈善事業的資助。
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