美国半导体未来关键领域创新 作者：暂无 来源：《上海信息化》 2017年第7期 文／陈骞 一直以来，半导体产业都是美国实现技术领先和发展的基础。为了能够保持其在全球半导体产业中的引领地位，美国联邦政府和各龙头企业都在关键领域加大了研发和投入力度，推动技术创新和产业环境升级。 美国半导体行业协会( SIA)和半导体研究公司(SRC)日前联合发布《半导体研究机遇：产业愿景与指南》( Semiconductor Research Opportunities: An IndustryVision and Guide)报告，呼吁产业界、学术界和政府必须加强相互之间的联系合作，加大对超越传统硅基半导体的重视程度和投入力度，进一步探索推动半导体技术创新的新兴领域，以此确保美国的经济实力和技术能力在全球范围内保持领先地位。 龙头企业谋划关键领域创新 当前，延续摩尔定律正直面两大基本挑战：一是由于物理性质限制，缩小晶体管尺寸越来越难。二是先进制程工艺的推进步伐越来越慢，半导体创新步伐开始放缓。 因此，全球领先的半导体公司如英特尔、德州仪器、高通、IBM、美光、ARM、台积电、联发科、Synopsys、MediaTek、GlobalFoundrie等共同发出声音，认为半导体系统必须最大限度地提高性能，减少能源消耗并提供安全保证，若要使半导体继续实现性能改进，必须制定面向未来的半导体技术路线。 《半导体研究机遇：产业愿景与指南》提出半导体多项关键研究领域及其潜在研究方向。关键研究领域包括：先进器件、材料和封装；互联技术和架构；智能内存与存储；半导体电源管理；传感器和通信系统；分布式计算和网络；认知计算；仿生计算和存储；先进架构与算法；安全与隐私；设计工具、方法和测试；下一代制造范式；与环境友好和安全相关的材料和工艺；新型度量与表征。 先进器件、材料和封装潜在研究方向包括低功耗、低电压、超CMOS逻辑和存储设备；基于自旋的逻辑和存储设备；超CMOS设备、储存元件、非冯·诺依曼计算材料；可实现高密度、细粒度、单片3D系统的设备。 互联技术和架构潜在研究方向涵盖数据中心级互连和网络创新，自优化和弹性网络，可重构互连结构以及高速安全的数据链路。 智能内存与存储潜在研究方向涉及计算内存系统；系统内存和存储的新架构和编程范例。 半导体电源管理的潜在研究方向以开关电容转换器为重点之一，涉及无源元件集成、电容器集成、电感器集成、多芯片模块技术和功率器件技术。 传感器和通信系统研究方向主要是自适应、多功能、多模式、自校准传感器，可实现高调制格式和用于物联网的集成通信组件，分布式传感器系统，超低功耗、高数据速率、长距离传感器通信等。 分布式计算和网络潜在研究方向涵盖网络与通信和系统管理，前者包括改善功率效率和通信延迟的架构、协议、算法和系统，涉及数据中心级互连和网络创新，自优化和弹性网络，可重构互连结构以及高速安全的数据链路；后者包括隐私和身份验证协议管理，用于大规模分布式系统的自动预测、诊断、重新配置、优化和修复的系统工具开发。 认知计算潜在研究方向由三个方面构成。一是感知和学习，包括多模式感知技术、深度学习算法、神经形态和类脑计算及其应用、面向神经网络应用的可重配置网络、计算机视觉等；二是与学习算法相匹配的计算机硬件，包括低能耗、低成本的神经网络和其他类脑计算技术、机器学习硬件；三是决策制定，包括加速决策制定的架构、加密数据计算。 仿生计算和存储潜在研究方向主要是基于DNA的海量信息存储，节能、小尺寸、细胞启发的信息系统，细胞半导体界面和混合半导体生物系统，混合电子生物系统的设计自动化，电子纳米制备和材料的生物学。 先进架构与算法潜在研究方向涉及非传统计算的协同设计的硬件和算法，新兴技术和架构的编程范例和语言，软硬件协同设计，协同设计的硬件和算法等。 安全与隐私潜在研究方向是威胁建模、对付已知和未知威胁的安全感知执行模式、安全感知硬件，以及软件开发设计与协同设计工具。 设计工具、方法和测试潜在研究方向包括神经形态计算，新型设计、仿真和规划技术以及实现新的微系统功能的技术方法，新型设备的综合建模、设计和仿真方法等。 下一代制造范式潜在研究方向是纳米级精密图案和蚀刻方法的创新，用于膜沉积的材料和技术、表面重建和界面控制，柔性电子制造工艺流程等。 与环境友好和安全相关的材料和工艺潜在研究方向主要包括新材料和工艺的环境、健康、安全( EHS)评估，废物和污水排放和控制等。 新型度量与表征潜在研究方向涉及亚纳米膜厚度测量、组成和结构的纳米级表征等方面。 联邦政府助推产业环境升级 半导体产业是美国构建国家创新体系和实现技术全球领先的基础。美国总统科技咨询委员会在《确保美国半导体的长期领导地位》中强调，数十年来，联邦政府对基础研究的投资为美国始终处于全球技术领先地位发挥关键作用。虽然美国长期以来一直是半导体研发领域的领导者，但中国等竞争对手正在这一领域进行大量投资，已对美国领导地位形成实质性挑战。为了应对这一挑战，并实现半导体尖端科技的持续创新，当务之急是增加对半导体相关领域基础研究的投资，改善美国本土半导体企业发展环境。 先进技术对于持续推动半导体产业发展和创新至关重要，基础与前沿技术研发不应只针对半导体行业，而是形成更广泛的创新型研究。为保持在半导体和其他资本密集行业的领导地位，需要不断更新现有技术，政府应重点支持具有竞争力的先进技术研发，并予以持续性的资金资助。 随着无晶圆模式的持续升温，推动半导体设计制造所需的人才正在发生变化。政府将一如既往地加强半导体本土人才的培养，继续加大对科学、技术、工程和数学( STEM)教育的投资力度，促进移民政策改革，吸引和留住来自世界各地的半导体科学家和优秀研发人员。 鉴于半导体资本密集的特点，为美国本土的半导体研究、创新和制造提供强有力的激励机制同样非常重要。全面的税制改革首当其冲，政府将在保证公平性的前提下，推进企业税收改革，主要采取以税法巩固制造业的地位、加强研发税收抵免、出台具有国际竞争力的企业税收体系等方式加以推动。 我国政府高度重视半导体产业的发展，已经成立了国家集成电路产业投资基金，地方政府也相继出台集成电路产业发展政策和投资基金。总体来看，在政策支持以及市场需求带动下，我国集成电路政策环境和投融资环境基本形成，产业继续保持平稳快速的发展态势。和美国相比，我国半导体产业仍面临技术水平差距大、核心技术缺失，产品供给存在结构性短板，芯片需求量居高不下但依赖进口比重大，以及人才总量不足、高端人才缺乏等突出问题。鉴于美国提出的半导体产业新一轮发展战略与路线，我国应重点对照美国着重发展的关键领域，优化半导体发展路线，加大基础领域和自主创新投入，从根本上掌握自主半导体核心技术和优秀人才团队，以期早日实现半导体产业的系统性赶超。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/35bf7de0edf9aef8941ea76e58fafab068dc443f.html