大咖说|美国需在芯片发展上下大力气，半导体产业联盟及行业研究公司提出建议

2016年10月31日，美国奥巴马总统顾问委员会成立半导体工作组（详情移步于此），工作组可能在明年年初给出建议。而美国半导体产业联盟（SIA）连同几位行业研究公司，在此提出了对于保持美国半导体产业发展的想法。 奥巴马政府在宣布工作组成立时提到了美国半导体产业现正面临的挑战：摩尔定律放缓和中国竞争力的增强。然而，在中国可能成为美国芯片企业真正威胁的同时，半导体技术当前隐约可见的极限才是更大的共同敌人。美国应力争成为3-5nm工艺技术道路的先锋。 建立国家级联合实验室美国国际商业策略（IBS）的执行长官Handel Jones表示，美国应该建立“一个类似比利时微电子研究中心（IMEC）的国家级实验室来保持美国的领导地位，但规模上要大得多，任务也许是研发2纳米节点”。该实验室的初始资金投入应该是“100～200亿美元，年资金预算为20～40亿美元，我们必须要想得宏大一些”。资金应该放在证明新技术能够投入生产的能力上。建立国家级代工厂一个国家级的制造厂还可扮演所谓的可信代工厂，来满足军用装备专用集成电路（ASIC）的小批量生产。IBM的制造厂在过去扮演了这种角色，但现在该制造厂已经是为阿联酋所有的格罗方德公司的一部分。Handel Jones还表示，“我认为我们拥有先进器件的高量产能力非常重要”。市场咨询企业VLSI Research主席Risto Puhakka说，诺格公司的执行董事Wes Bush出现在奥巴马半导体工作组中将增加对可信代工厂需求的认可。据传诺格已在考虑为政府项目建造这样一个制造厂。政府对定制芯片的需求“量可能不是特别大，技术也不需要特别先进”，建设可信代工厂有可能是该工作组所提建议中一个很小但具战略性部分。 开展大规模产学研合作市场研究公司IC Insights的资深分析师Rob Lineback表示，在国家级实验室中，“如果可以做一些类似此前‘半导体制造技术联盟’（Sematech）所做的工作将非常有效果。Sematech成立于20世纪80年代，当时日本被认为是美国芯片产业的主要威胁”。今天的中国以其所具有“钱袋子”和市场规模是一个更令人畏惧的竞争对手，但“我认为更大挑战是为美国半导体企业找到共同点，但这并不容易”。 保证资金投入半导体行业协会（SIA）政府事务副主席David Isaacs表示，很难量化出美国政府现阶段在半导体研究领域投入了多少钱，其曾尝试过但最终无法提出一个明确的数字。项目遍布一系列机构，包括国防部、能源部、国家科学基金会等，而且并不是明确地聚焦在芯片、计算机或软件领域。美国在基础芯片研究领域的花费可能是数千万美元。但这并不是数亿或者数十亿美元，对于超级大国而言，这数额并不大，与竞争对手国家投入的不可同日而语。IBS的Jones表示，事实上，比利时IMEC的年预算大约是4.5亿美元，法国的CEA-Leti大约是3.5亿美元。中国有多达30余个常规小型研发中心在研究石墨烯，而石墨烯只是众多硅替代物中的一种，“中国正在先进技术领域进行巨额但碎片化的投资”。与此同时，产业巨头正在削减研发投资。全球前20大芯片制造商在2012年大约将收入的17.4%投入到研发领域，尽管产品类别在增加，但在2015年该数字仅有16.4%。重点放在短期能盈利的项目上，以及并购重组，研发投资的热情不如以前。在研发投入下降的同时，芯片制造商需要对一系列新材料、结构和工艺进行评估，来保证芯片持续地更小、更快和更便宜。VLSI研究的Puhakka说：“合适的答案可能是投资多个候选者直至看到胜出者，这是英特尔的做法”，而要做到这些，预算可能是数十亿美元。 应该研发的技术IC Insights的Lineback列出了国家级实验室可探索的详细清单：“我认为研究的目标应该是后CMOS技术和新的非易失性存储器技术，以及图像传感器、数字电源、先进封装等领域。服务器的加速器和高性能计算机也是国家的关注点。当然，我们还有物联网和5G蜂窝网络需要研发，这对于美国保持领先地位很重要。此外，自动驾驶、自主飞行无人机、机器学习机器人也是候选者”。但上述领域的实现都依赖于更好的芯片。在5和3纳米工艺，工程师将需要研制出可使用新材料的新晶体管结构，这些结构只是几个分子，带来巨大的可靠性问题。目前在实验室阶段有一系列替代性技术，从使用石墨烯等二维材料到使用自旋和等离子体等新特性，但每一个在有巨大前景的同时也存在巨大缺点。因此，发展3纳米及以下特征尺寸器件将是发展计划中最具战略性的目标。 其他措施除了技术问题，半导体工作组可能会再次重复SIA一贯以来的观点——更低的企业税收、优秀的STEM毕业生更容易移民和更低的贸易壁垒。SIA的执行主席John Neuffer表示，美国芯片的82%都销往美国以外的地区。“我们需要器件无缝运输到海外，希望关税为零”。John还表示，工作组提出的建议应该吸引新一代工程师，应该为高科技制造基础性新学科奠定基础，应该刺激后续技术市场，甚至为整个新技术领域播下种子。新建议应该对全球经济产生正面影响，实施该建议的国家应该想办法找到方法来激励其他国家参与该工作，甚至是其最大竞争对手。 工作组工作的重要性John表示，“半导体工作组的工作计划时间非常重要，因为它为下一届管理层提供了一个非常有用的桥梁，帮助保持半导体产业的问题在新国家领导团队到来时处在前方和中心位置。”这个工作非常重要，因为“半导体产业太低调，对于美国技术的价值一直被低估，亟需产业界提高对半导体产业在就业和贸易方面的认识”。 根据IBS的数据，到2025年，半导体产业市场规模将5500亿美元，美国用量占全球1/3。在这种情况下，100～200亿美元的投入来研发下一代高科技所需引擎，并不是一个困难的事情。此外，美国的苹果和谷歌等巨头将建立自己的芯片设计团队，因为其掌握从手表和手机到云计算服务器等各种系统的战略核心。