奧巴馬政府在宣布工作組成立時提到了美國半導體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)正面臨的挑戰(zhàn)：摩爾定律放緩和中國競爭力的增強。然而，在中國可能成為美國芯片企業(yè)真正威脅的同時，半導體技術(shù)當前隱約可見的極限才是更大的共同敵人。美國應力爭成為3-5nm工藝技術(shù)道路的先鋒。

 

　　建立國家級聯(lián)合實驗室

 

　　美國國際商業(yè)策略（IBS）的執(zhí)行長官Handel Jones表示，美國應該建立“一個類似比利時微電子研究中心（IMEC）的國家級實驗室來保持美國的領(lǐng)導地位，但規(guī)模上要大得多，任務也許是研發(fā)2納米節(jié)點”。該實驗室的初始資金投入應該是“100～200億美元，年資金預算為20～40億美元，我們必須要想得宏大一些”。資金應該放在證明新技術(shù)能夠投入生產(chǎn)的能力上。

 

　　建立國家級代工廠

 

　　一個國家級的制造廠還可扮演所謂的可信代工廠，來滿足軍用裝備專用集成電路（ASIC）的小批量生產(chǎn)。IBM的制造廠在過去扮演了這種角色，但現(xiàn)在該制造廠已經(jīng)是為阿聯(lián)酋所有的格羅方德公司的一部分。Handel Jones還表示，“我認為我們擁有先進器件的高量產(chǎn)能力非常重要”。

 

　　市場咨詢企業(yè)VLSI Research主席Risto Puhakka說，諾格公司的執(zhí)行董事Wes Bush出現(xiàn)在奧巴馬半導體工作組中將增加對可信代工廠需求的認可。據(jù)傳諾格已在考慮為政府項目建造這樣一個制造廠。政府對定制芯片的需求“量可能不是特別大，技術(shù)也不需要特別先進”，建設(shè)可信代工廠有可能是該工作組所提建議中一個很小但具戰(zhàn)略性部分。

 

　　開展大規(guī)模產(chǎn)學研合作

 

　　市場研究公司IC Insights的資深分析師Rob Lineback表示，在國家級實驗室中，“如果可以做一些類似此前‘半導體制造技術(shù)聯(lián)盟’（Sematech）所做的工作將非常有效果。Sematech成立于20世紀80年代，當時日本被認為是美國芯片產(chǎn)業(yè)的主要威脅”。今天的中國以其所具有“錢袋子”和市場規(guī)模是一個更令人畏懼的競爭對手，但“我認為更大挑戰(zhàn)是為美國半導體企業(yè)找到共同點，但這并不容易”。

 

　　保證資金投入

 

　　半導體行業(yè)協(xié)會（SIA）政府事務副主席David Isaacs表示，很難量化出美國政府現(xiàn)階段在半導體研究領(lǐng)域投入了多少錢，其曾嘗試過但最終無法提出一個明確的數(shù)字。項目遍布一系列機構(gòu)，包括國防部、能源部、國家科學基金會等，而且并不是明確地聚焦在芯片、計算機或軟件領(lǐng)域。美國在基礎(chǔ)芯片研究領(lǐng)域的花費可能是數(shù)千萬美元。但這并不是數(shù)億或者數(shù)十億美元，對于超級大國而言，這數(shù)額并不大，與競爭對手國家投入的不可同日而語。

 

　　IBS的Jones表示，事實上，比利時IMEC的年預算大約是4.5億美元，法國的CEA-Leti大約是3.5億美元。中國有多達30余個常規(guī)小型研發(fā)中心在研究石墨烯，而石墨烯只是眾多硅替代物中的一種，“中國正在先進技術(shù)領(lǐng)域進行巨額但碎片化的投資”。

 

　　與此同時，產(chǎn)業(yè)巨頭正在削減研發(fā)投資。全球前20大芯片制造商在2012年大約將收入的17.4%投入到研發(fā)領(lǐng)域，盡管產(chǎn)品類別在增加，但在2015年該數(shù)字僅有16.4%。重點放在短期能盈利的項目上，以及并購重組，研發(fā)投資的熱情不如以前。

 

　　在研發(fā)投入下降的同時，芯片制造商需要對一系列新材料、結(jié)構(gòu)和工藝進行評估，來保證芯片持續(xù)地更小、更快和更便宜。VLSI研究的Puhakka說：“合適的答案可能是投資多個候選者直至看到勝出者，這是英特爾的做法”，而要做到這些，預算可能是數(shù)十億美元。

 

　　應該研發(fā)的技術(shù)

 

　　IC Insights的Lineback列出了國家級實驗室可探索的詳細清單：“我認為研究的目標應該是后CMOS技術(shù)和新的非易失性存儲器技術(shù)，以及圖像傳感器、數(shù)字電源、先進封裝等領(lǐng)域。服務器的加速器和高性能計算機也是國家的關(guān)注點。當然，我們還有物聯(lián)網(wǎng)和5G蜂窩網(wǎng)絡需要研發(fā)，這對于美國保持領(lǐng)先地位很重要。此外，自動駕駛、自主飛行無人機、機器學習機器人也是候選者”。但上述領(lǐng)域的實現(xiàn)都依賴于更好的芯片。

 

　　在5和3納米工藝，工程師將需要研制出可使用新材料的新晶體管結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)只是幾個分子，帶來巨大的可靠性問題。目前在實驗室階段有一系列替代性技術(shù)，從使用石墨烯等二維材料到使用自旋和等離子體等新特性，但每一個在有巨大前景的同時也存在巨大缺點。因此，發(fā)展3納米及以下特征尺寸器件將是發(fā)展計劃中最具戰(zhàn)略性的目標。

 

　　其他措施

 

　　除了技術(shù)問題，半導體工作組可能會再次重復SIA一貫以來的觀點——更低的企業(yè)稅收、優(yōu)秀的STEM畢業(yè)生更容易移民和更低的貿(mào)易壁壘。SIA的執(zhí)行主席John Neuffer表示，美國芯片的82%都銷往美國以外的地區(qū)。“我們需要器件無縫運輸?shù)胶Ｍ猓ＭP(guān)稅為零”。

 

　　John還表示，工作組提出的建議應該吸引新一代工程師，應該為高科技制造基礎(chǔ)性新學科奠定基礎(chǔ)，應該刺激后續(xù)技術(shù)市場，甚至為整個新技術(shù)領(lǐng)域播下種子。新建議應該對全球經(jīng)濟產(chǎn)生正面影響，實施該建議的國家應該想辦法找到方法來激勵其他國家參與該工作，甚至是其最大競爭對手。

 

　　John表示，“半導體工作組的工作計劃時間非常重要，因為它為下一屆管理層提供了一個非常有用的橋梁，幫助保持半導體產(chǎn)業(yè)的問題在新國家領(lǐng)導團隊到來時處在前方和中心位置。”這個工作非常重要，因為“半導體產(chǎn)業(yè)太低調(diào)，對于美國技術(shù)的價值一直被低估，亟需產(chǎn)業(yè)界提高對半導體產(chǎn)業(yè)在就業(yè)和貿(mào)易方面的認識”。

 

　　根據(jù)IBS的數(shù)據(jù)，到2025年，半導體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將5500億美元，美國用量占全球1/3。在這種情況下，100～200億美元的投入來研發(fā)下一代高科技所需引擎，并不是一個困難的事情。此外，美國的蘋果和谷歌等巨頭將建立自己的芯片設(shè)計團隊，因為其掌握從手表和手機到云計算服務器等各種系統(tǒng)的戰(zhàn)略核心。【來源：大國重器 大國重器——聚焦世界軍用電子元器件】