一、規(guī)模化路徑研究

NSTC和NAPMP應(yīng)該幫助彌合早期研發(fā)和規(guī)模化生產(chǎn)之間的缺口，促進(jìn)早期技術(shù)的轉(zhuǎn)化和規(guī)模化，評估并投資美國產(chǎn)業(yè)界所需的早期技術(shù)。NSTC和NAPMP應(yīng)建立和加強(qiáng)新興領(lǐng)域的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)能力，面向5-15年后投產(chǎn)的技術(shù)開展研發(fā)和商業(yè)化，研發(fā)資金投入將包括核心半導(dǎo)體技術(shù)和封裝技術(shù)兩方面。

核心半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)長期的、潛在的革命性的突破，包括材料、工藝、工具等方面的創(chuàng)新。這些創(chuàng)新領(lǐng)域包括：（1）用于邏輯、存儲和模擬的先進(jìn)架構(gòu)，如：3D堆疊器件、單片式集成、以存儲為中心的計算；（2）超越CMOS的先進(jìn)材料，如：二維材料、先進(jìn)功能材料、光子或神經(jīng)形態(tài)等新計算范式材料、高壓高功率材料、先進(jìn)射頻材料；（3）通用工藝，如：先進(jìn)光刻技術(shù)、先進(jìn)光源和極紫外改進(jìn)、金屬化工藝改進(jìn)；（4）設(shè)計創(chuàng)新，如：面向更多應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨鳌⒒旌闲盘栐O(shè)計、智能和傳感能力集成、安全設(shè)計；（4）工具改進(jìn)，如：將人工智能集成到設(shè)計工具中并實現(xiàn)更高的設(shè)計抽象性、用于模擬和射頻電路的高級工具、增強(qiáng)全棧優(yōu)化和硬件軟件協(xié)同設(shè)計的工具；（5）環(huán)境可持續(xù)性，如：全球升溫潛能值（GWP）較低的工藝氣體、光刻和其他化學(xué)品的環(huán)境改善和極低濃度檢測及處理技術(shù)、自然資源（能源、水等）友好型制造工藝。

先進(jìn)封裝技術(shù)應(yīng)有助于解決半導(dǎo)體行業(yè)中短期挑戰(zhàn)。相比于基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料和工藝進(jìn)步，先進(jìn)封裝的規(guī)模化可以更快、更便宜，在NSTC和NAPMP成立的5-10年內(nèi)（或更短時間內(nèi)）產(chǎn)生商業(yè)影響。這些創(chuàng)新領(lǐng)域包括：（1）先進(jìn)測試和驗證能力，如：測試設(shè)計和數(shù)據(jù)分析以減少設(shè)計誤差、測試自動化和AI/ML集成工具、模擬/射頻/混合信號的測試；（2）異構(gòu)集成，如：制定行業(yè)集成標(biāo)準(zhǔn)、Chiplet IP開發(fā)與獲取、新型計算范式（光子、量子等）的集成方法；（3）先進(jìn)封裝和高密度互連（<100 μm I/O pitch），如：面板和晶圓級高帶寬、低延遲高密度2.5D和3D堆疊和組裝方法；混合鍵合、硅穿孔和先進(jìn)中介層（interposer）工藝；提高器件壽命的先進(jìn)熱壓縮鍵合；熱管理以及減少串?dāng)_、噪聲、寄生等；靈活且受約束的面積縮小封裝；（4）工具改進(jìn)，如：封裝級協(xié)同設(shè)計工具；卓越的電、熱、機(jī)械建模和設(shè)計工具；組裝和對準(zhǔn)自動化。

二、研究基礎(chǔ)設(shè)施&開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施

NSTC和NAPMP應(yīng)在擴(kuò)大、升級和提供研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮積極作用，促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施或先進(jìn)仿真和建模軟件的使用。NSTC和NAPMP的設(shè)施投入應(yīng)與研發(fā)優(yōu)先事項保持一致，既不能平均分配，也不能集中在單一技術(shù)或地點，而應(yīng)根據(jù)技術(shù)需求，在分布式利益和規(guī)模利益間權(quán)衡，以擴(kuò)展和升級少數(shù)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的獨特能力及基礎(chǔ)設(shè)施。具體而言，NSTC和NAPMP應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和《美國芯片法案》提供的資金，并協(xié)調(diào)現(xiàn)有資源加快創(chuàng)新。這對于加速和擴(kuò)大商業(yè)化的試點工作和原型設(shè)計尤為重要。NSTC和NAPMP應(yīng)該通過提供原型制作和規(guī)模擴(kuò)大，為有前途的技術(shù)建立轉(zhuǎn)化路徑。

總體而言，NSTC和NAPMP應(yīng)升級先進(jìn)仿真或建模軟件、樣品驗證等研究設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)以及原型設(shè)計和先導(dǎo)中心、掩模設(shè)施等開發(fā)設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)，并促進(jìn)研究人員和初創(chuàng)企業(yè)對設(shè)施、工具和服務(wù)的訪問。

三、全棧式協(xié)同創(chuàng)新

NSTC和NAPMP應(yīng)通過召集公司解決復(fù)雜的技術(shù)問題來支持全棧式創(chuàng)新，并加速技術(shù)、工具和方法的開發(fā)。正如摩爾定律所描述的那樣，隨著開發(fā)和設(shè)計成本的上升，改進(jìn)計算機(jī)技術(shù)的工程方法正在發(fā)生變化。半導(dǎo)體發(fā)展的下一個階段需要整個計算堆棧的“全棧式”創(chuàng)新，從材料和設(shè)計到系統(tǒng)架構(gòu)和軟件進(jìn)行全方面覆蓋。例如，對云計算數(shù)據(jù)中心需求的快速增長，突顯了對能夠提供低功耗高性能計算的半導(dǎo)體的需求。滿足此需求的下一代系統(tǒng)創(chuàng)新需要將先進(jìn)材料、新的計算架構(gòu)、封裝、軟件等方面的專業(yè)知識結(jié)合起來。“全棧式”創(chuàng)新很難，當(dāng)前半導(dǎo)體公司往往高度專業(yè)化，沒有一家公司擁有下一代計算技術(shù)“全棧式”創(chuàng)新所需的所有技能和資源。美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)目前缺乏協(xié)調(diào)不同組織、不同部門進(jìn)行全棧式創(chuàng)新的機(jī)制。

NSTC和NAPMP必須在整個行業(yè)內(nèi)廣泛合作，維持一個廣泛且具有代表性的行業(yè)伙伴網(wǎng)絡(luò)，建立多樣化的研發(fā)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施組合，以促進(jìn)協(xié)同開發(fā)、協(xié)同優(yōu)化和異構(gòu)集成等領(lǐng)域創(chuàng)新。

四、勞動力培養(yǎng)

NSTC和NAPMP應(yīng)該推動一系列計劃，擴(kuò)大美國半導(dǎo)體研發(fā)創(chuàng)新和勞動力規(guī)模及技能，以加強(qiáng)美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)競爭力。半導(dǎo)體行業(yè)是研發(fā)密集型產(chǎn)業(yè)，依靠高技能勞動力進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新。半導(dǎo)體設(shè)計、制造和價值鏈相關(guān)活動的高技能研發(fā)人員的供應(yīng)不足可能會限制創(chuàng)新的步伐。與此同時，其他國家或地區(qū)正在積極吸引本國公民回國，并提供廣泛的政策支持，以加強(qiáng)本國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。為擴(kuò)大美國半導(dǎo)體研發(fā)勞動力，NSTC和NAPMP可實施的關(guān)鍵措施有：投資美國STEM教育（夏令營、獎學(xué)金等）、吸引STEM工作者進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)（學(xué)徒、實習(xí)、職業(yè)規(guī)劃等）、授予靈活的工作簽證、投資工人的再培訓(xùn)和技能提升、加速新員工的培育工作。

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