MIT發佈白皮書：美國欲重返世界半導體霸主！

新智元報道

編輯：時光 David

【新智元導讀】全球缺芯大背景下，MIT主持發佈題爲《重獲美國在微電子領域的領導地位》白皮書，意在鞏固美國在半導體領域的全球霸主地位。報告認爲，必須重視基礎研究和人才培養，而實現這個目標的關鍵，是大學。

近年來，全球芯片的持續性短缺已引發了一連串的產能瓶頸問題。

各種消費品的價格都隨着「缺芯」而上升，從CPU到顯卡，從智能冰箱到SUV，這凸顯出半導體在日常生活中所扮演的重要作用。

其實，早在新冠大流行之前，美國就已經面臨着日益嚴重的芯片危機。面對激烈的國際競爭，美國在微電子領域的長期領導地位被侵蝕。

圖中爲CMOS THz-ID芯片

爲了應對這一危機，MIT組織大量專家撰寫白皮書，題爲《重獲美國在微電子領域的領導地位》，意圖重新鞏固其全球的半導體超級大國的霸主地位。

MIT研究人員認爲，半導體發展戰略必須與大學緊密聯繫，因爲大學在開拓新技術和培養高技能勞動力方面具有獨特的優勢地位。

「在重振微電子全球領先地位的全國性行動中，我們很清楚的一點是，大學應該發揮主要作用。」MIT電子工程與計算機科學系(EECS)唐納教授、白皮書的主要作者Jesús del Alamo認爲。

當這些國家項目建立起來，能夠充分利用美國大學所能帶來的巨大資源和人才。

報告的其他合作者還包括MIT林肯實驗室、電子學研究實驗室、微系統技術實驗室、材料研究實驗室等半導體產業相關部門的多位專家學者。

最大的問題：領導地位岌岌可危

誕生於上世紀50年代的硅谷，就是源於美國半導體行業的起步和發展，也讓美國成爲全球半導體研究和製造的主導力量。但這一主導地位幾十年來一直在下滑。

根據美國半導體工業協會(semiconductor Industry Association)的數據，美國目前僅生產全世界12%的半導體芯片，佔比遠遠低於1990年的37%。

導致這一數字連年下滑的原因之一，是中國、韓國和中國臺灣地區等國家和地區在過去幾年進行的大規模基礎設施投資。

報告作者表示，這些投資促進了美國國內微芯片公司的發展，甚至吸引一些美國公司在海外開設製造工廠。

這張掃描電子顯微圖所示爲NbN超導納米線迴路存儲單元，它包括一個熱納米線低溫管和一個納米線低溫管。

事實上，建造一家芯片製造廠就像在下賭注，一家芯片製造廠的成本高達100億美元。

然而，政府的激勵措施，包括稅收優惠、土地優惠以及直接補貼等，都在影響着企業的建廠選址。

半導體行業協會(Semiconductor Industry Association) 2020年的一份報告稱，在美國建芯片廠，要比在亞洲建廠，成本高30%。

爲了縮小這一差距，美國已經通過了《芯片法案》(CHIPS Act)，爲國內半導體的研究、設計和製造提供520億美元的國家聯邦投資。

另外，國會還在考慮另一項立法，即FABS法案，將半導體產業投資納入稅收抵扣和減免範圍。

還需要數千名工程師！

白皮書作者指出，上述經濟問題只是其中之一，確立美國半導體領導地位，還將面臨其它問題。

一直以來，大學是培養人才的重要基地，向半導體制造業輸送勞動力也毫不例外。

然而，越來越多的學生卻放棄「硬技術」，轉向計算機科學等領域。

「如果我們提供更多勞動力，就要需要吸引更多學生。」白皮書作者認爲。

人才供給不足，教育面臨着一場艱難的戰鬥！

「我們沒有爲半導體行業培養足夠多的工程師。」研究人員感慨到。

令人興奮的動手實驗，精心設計的實習，業界導師的支持，以及各種獎勵機制等等，半導體專業將用各種措施吸引學生。

大學是關鍵

一直以來，大學在基礎研究方面發揮了重要作用，國家依靠大學實驗室產生無數創新。但大學基礎設施老化，需要一場更新換代。

白皮書作者認爲，美國需要對大學基礎設施進行投資，包括實驗設備和運營實驗設備的人員，以及運用實驗進行相關研究活動。

白皮書作者德爾·阿拉莫認爲，實驗設備的升級對於大學研究與工業發展至關重要，尖端的實驗設備纔可以承載重要的研究項目，從而推動半導體行業向前發展。

2018年開設的納米工廠就是一個例子，它不僅僅把晶體管做得更小，它還需要新材料、新工藝、新設計和新集成系統。

「十年後，我們將依賴的技術與今天完全不同，學術創新必然會打亂目前的技術路線，也會超越目前的系統性能。」德爾·阿拉莫說。

創業活動也對國家技術創新扮演着重要角色，大學一直都是創業活動的孵化器。

保持產學研互動，將最好的研究應用於產業提升，並啓動新的技術創新。

大學不僅需要自己的研究，還需要與其它實驗室建立合作關係，以幫助研究人員將學術創新轉化爲科技初創公司，從而成爲未來的世界級企業。

德爾·阿拉莫說，他此前與林肯實驗室(Lincoln Laboratory)合作，使微芯片創新成爲可能。

林肯實驗室是麻省理工學院(MIT)管理的一個聯邦政府資助的研究機構，位於馬薩諸塞州列剋星敦。

「麻省理工學院是世界級的創新引擎，與林肯實驗室的複雜微電子技術原型相結合，這是獨特而強大的。」林肯實驗室高級技術部門主管Bob Atkins說。

目前，該組合支持顛覆性微電子技術的發現和成熟，並允許將想法轉化爲現實。它已經產生了一個具有影響力的悠久歷史，從專業的成像儀到微電子光刻技術，在世界範圍內都有應用。

MIT一位研究員如此評價到：「非常感謝我的同事發佈白皮書，我完全同意書中觀點，這也激發了我的興趣去閱讀，並思考作爲一名大學教師和研究人員，我該如何作出貢獻。」

報告小結

總結一下，這份報告主要提出了幾點建議，涵蓋人才培養、研究推進、創新創業和學術建設與交流。

人才培養

• 創建一個全國性的大學-行業-政府計劃。開發廣泛傳播的教育內容，吸引來自不同背景的高中生和大學一年級學生的拓展計劃。

• 投資並支持維護大學的教育設施計劃。以項目爲基礎，以設計爲導向，旨在培養本科生動手能力的多學科教育計劃。

•爲本科生、碩士生、博士生和博士後，創建全國性的獎學金和實習計劃。

研究推進

• 建立研究計劃，促進廣泛的研究。從基礎研究到工業應用，以國家安全爲導向，從單一研究者到多學科、多機構研究。

研究計劃必須支付全部研究成本，包括工資、材料、製造費用等，並且知識產權 (IP) 條款必須同樣支持所有商業化用途。

創新創業

• 技術開發計劃。旨在促進技術在適當的大學環境中成熟，並隨後轉化爲外部代工廠，和企業研發實驗室。

• 建立研究轉化計劃。支持微電子創業公司的產生和培育，建立轉化研究計劃，促進學生和博士後探索初創公司。

學術建設

• 對大學研究設施進行大規模持續投資，重點是爲少數人配備靈活的、生產級的，但以研究爲導向的實驗設備。

• 投資一項新教師資助的全國計劃，爲初級教師提供靈活的職業啓動補助金，並讓行業研究人員參與大學活動。

參考資料：

https://scitechdaily.com/mit-lays-out-strategy-to-help-the-u-s-regain-its-place-as-a-semiconductor-superpower/

https://usmicroelectronics.mit.edu/wp-content/uploads/2021/09/microelectronics_white_paper_v13.4.pdf