奧巴馬政府在宣布工作組成立時(shí)提到了美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)正面臨的挑戰(zhàn)：摩爾定律放緩和中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)。然而，在中國(guó)可能成為美國(guó)芯片企業(yè)真正威脅的同時(shí)，半導(dǎo)體技術(shù)當(dāng)前隱約可見(jiàn)的極限才是更大的共同敵人。美國(guó)應(yīng)力爭(zhēng)成為3-5nm工藝技術(shù)道路的先鋒。

 

　　建立國(guó)家級(jí)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室

 

　　美國(guó)國(guó)際商業(yè)策略（IBS）的執(zhí)行長(zhǎng)官Handel Jones表示，美國(guó)應(yīng)該建立“一個(gè)類(lèi)似比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）的國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室來(lái)保持美國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)地位，但規(guī)模上要大得多，任務(wù)也許是研發(fā)2納米節(jié)點(diǎn)”。該實(shí)驗(yàn)室的初始資金投入應(yīng)該是“100～200億美元，年資金預(yù)算為20～40億美元，我們必須要想得宏大一些”。資金應(yīng)該放在證明新技術(shù)能夠投入生產(chǎn)的能力上。

 

　　建立國(guó)家級(jí)代工廠(chǎng)

 

　　一個(gè)國(guó)家級(jí)的制造廠(chǎng)還可扮演所謂的可信代工廠(chǎng)，來(lái)滿(mǎn)足軍用裝備專(zhuān)用集成電路（ASIC）的小批量生產(chǎn)。IBM的制造廠(chǎng)在過(guò)去扮演了這種角色，但現(xiàn)在該制造廠(chǎng)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(rèn)為我們擁有先進(jìn)器件的高量產(chǎn)能力非常重要”。

 

　　市場(chǎng)咨詢(xún)企業(yè)VLSI Research主席Risto Puhakka說(shuō)，諾格公司的執(zhí)行董事Wes Bush出現(xiàn)在奧巴馬半導(dǎo)體工作組中將增加對(duì)可信代工廠(chǎng)需求的認(rèn)可。據(jù)傳諾格已在考慮為政府項(xiàng)目建造這樣一個(gè)制造廠(chǎng)。政府對(duì)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(jìn)”，建設(shè)可信代工廠(chǎng)有可能是該工作組所提建議中一個(gè)很小但具戰(zhàn)略性部分。

 

　　開(kāi)展大規(guī)模產(chǎn)學(xué)研合作

 

　　市場(chǎng)研究公司IC Insights的資深分析師Rob Lineback表示，在國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室中，“如果可以做一些類(lèi)似此前‘半導(dǎo)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(jì)80年代，當(dāng)時(shí)日本被認(rèn)為是美國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的主要威脅”。今天的中國(guó)以其所具有“錢(qián)袋子”和市場(chǎng)規(guī)模是一個(gè)更令人畏懼的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但“我認(rèn)為更大挑戰(zhàn)是為美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)找到共同點(diǎn)，但這并不容易”。

 

　　保證資金投入

 

　　半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）政府事務(wù)副主席David Isaacs表示，很難量化出美國(guó)政府現(xiàn)階段在半導(dǎo)體研究領(lǐng)域投入了多少錢(qián)，其曾嘗試過(guò)但最終無(wú)法提出一個(gè)明確的數(shù)字。項(xiàng)目遍布一系列機(jī)構(gòu)，包括國(guó)防部、能源部、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)等，而且并不是明確地聚焦在芯片、計(jì)算機(jī)或軟件領(lǐng)域。美國(guó)在基礎(chǔ)芯片研究領(lǐng)域的花費(fèi)可能是數(shù)千萬(wàn)美元。但這并不是數(shù)億或者數(shù)十億美元，對(duì)于超級(jí)大國(guó)而言，這數(shù)額并不大，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手國(guó)家投入的不可同日而語(yǔ)。

 

　　IBS的Jones表示，事實(shí)上，比利時(shí)IMEC的年預(yù)算大約是4.5億美元，法國(guó)的CEA-Leti大約是3.5億美元。中國(guó)有多達(dá)30余個(gè)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(guó)正在先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行巨額但碎片化的投資”。

 

　　與此同時(shí)，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(lèi)別在增加，但在2015年該數(shù)字僅有16.4%。重點(diǎn)放在短期能盈利的項(xiàng)目上，以及并購(gòu)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(shí)，芯片制造商需要對(duì)一系列新材料、結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行評(píng)估，來(lái)保證芯片持續(xù)地更小、更快和更便宜。VLSI研究的Puhakka說(shuō)：“合適的答案可能是投資多個(gè)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(yù)算可能是數(shù)十億美元。

 

　　應(yīng)該研發(fā)的技術(shù)

 

　　IC Insights的Lineback列出了國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室可探索的詳細(xì)清單：“我認(rèn)為研究的目標(biāo)應(yīng)該是后CMOS技術(shù)和新的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，以及圖像傳感器、數(shù)字電源、先進(jìn)封裝等領(lǐng)域。服務(wù)器的加速器和高性能計(jì)算機(jī)也是國(guó)家的關(guān)注點(diǎn)。當(dāng)然，我們還有物聯(lián)網(wǎng)和5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)需要研發(fā)，這對(duì)于美國(guó)保持領(lǐng)先地位很重要。此外，自動(dòng)駕駛、自主飛行無(wú)人機(jī)、機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器人也是候選者”。但上述領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)都依賴(lài)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(gè)分子，帶來(lái)巨大的可靠性問(wèn)題。目前在實(shí)驗(yàn)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(gè)在有巨大前景的同時(shí)也存在巨大缺點(diǎn)。因此，發(fā)展3納米及以下特征尺寸器件將是發(fā)展計(jì)劃中最具戰(zhàn)略性的目標(biāo)。

 

　　其他措施

 

　　除了技術(shù)問(wèn)題，半導(dǎo)體工作組可能會(huì)再次重復(fù)SIA一貫以來(lái)的觀點(diǎn)——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(guó)芯片的82%都銷(xiāo)往美國(guó)以外的地區(qū)。“我們需要器件無(wú)縫運(yùn)輸?shù)胶Ｍ猓ＭP(guān)稅為零”。

 

　　John還表示，工作組提出的建議應(yīng)該吸引新一代工程師，應(yīng)該為高科技制造基礎(chǔ)性新學(xué)科奠定基礎(chǔ)，應(yīng)該刺激后續(xù)技術(shù)市場(chǎng)，甚至為整個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域播下種子。新建議應(yīng)該對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生正面影響，實(shí)施該建議的國(guó)家應(yīng)該想辦法找到方法來(lái)激勵(lì)其他國(guó)家參與該工作，甚至是其最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

 

　　John表示，“半導(dǎo)體工作組的工作計(jì)劃時(shí)間非常重要，因?yàn)樗鼮橄乱粚霉芾韺犹峁┝艘粋€(gè)非常有用的橋梁，幫助保持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題在新國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)到來(lái)時(shí)處在前方和中心位置。”這個(gè)工作非常重要，因?yàn)?ldquo;半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)太低調(diào)，對(duì)于美國(guó)技術(shù)的價(jià)值一直被低估，亟需產(chǎn)業(yè)界提高對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在就業(yè)和貿(mào)易方面的認(rèn)識(shí)”。

 

　　根據(jù)IBS的數(shù)據(jù)，到2025年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將5500億美元，美國(guó)用量占全球1/3。在這種情況下，100～200億美元的投入來(lái)研發(fā)下一代高科技所需引擎，并不是一個(gè)困難的事情。此外，美國(guó)的蘋(píng)果和谷歌等巨頭將建立自己的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，因?yàn)槠湔莆諒氖直砗褪謾C(jī)到云計(jì)算服務(wù)器等各種系統(tǒng)的戰(zhàn)略核心。【來(lái)源：大國(guó)重器 大國(guó)重器——聚焦世界軍用電子元器件】