MIT發(fā)布白皮書：美國欲重返世界半導體霸主！
??新智元報道??
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編輯：時光 David
【新智元導讀】全球缺芯大背景下，MIT主持發(fā)布題為《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。報告認為，必須重視基礎研究和人才培養(yǎng)，而實現(xiàn)這個目標的關鍵，是大學。
近年來，全球芯片的持續(xù)性短缺已引發(fā)了一連串的產(chǎn)能瓶頸問題。
各種消費品的價格都隨著「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種所扮演的重要作用。
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其實，早在新冠大流行之前，美國就已經(jīng)面臨著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。
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圖中為CMOS THz-ID芯片
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為了應對這一危機，MIT組織大量專家撰寫白皮書，題為《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。
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MIT研究人員認為，半導體發(fā)展戰(zhàn)略必須與大學緊密聯(lián)系，因為大學在開拓新技術和培養(yǎng)高技能勞動力方面具有獨特的優(yōu)勢地位。
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「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(fā)揮主要作用?！筂IT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認為。
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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。
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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(tǒng)技術實驗室、材料研究實驗室等半導體產(chǎn)業(yè)相關部門的多位專家學者。
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誕生于上世紀50年代的硅谷，就是源于美國半導體行業(yè)的起步和發(fā)展，也讓美國成為全球半導體研究和制造的主導力量。但這一主導地位幾十年來一直在下滑。
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根據(jù)美國半導體工業(yè)協(xié)會(semiconductor Industry Association)的數(shù)據(jù)，美國目前僅生產(chǎn)全世界12%的半導體芯片，占比遠遠低于1990年的37%。
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導致這一數(shù)字連年下滑的原因之一，是中國、韓國和中國臺灣地區(qū)等國家和地區(qū)在過去幾年進行的大規(guī)模基礎設施投資。
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報告作者表示，這些投資促進了美國國內(nèi)微芯片公司的發(fā)展，甚至吸引一些美國公司在海外開設制造工廠。
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這張掃描電子顯微圖所示為NbN超導納米線回路存儲單元，它包括一個熱納米線低溫管和一個納米線低溫管。
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事實上，建造一家芯片制造廠就像在下賭注，一家芯片制造廠的成本高達100億美元。
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然而，政府的激勵措施，包括稅收優(yōu)惠、土地優(yōu)惠以及直接補貼等，都在影響著企業(yè)的建廠選址。
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半導體行業(yè)協(xié)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%。
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為了縮小這一差距，美國已經(jīng)通過了《芯片法案》(CHIPS Act)，為國內(nèi)半導體的研究、設計和制造提供520億美元的國家聯(lián)邦投資。
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另外，國會還在考慮另一項立法，即FABS法案，將半導體產(chǎn)業(yè)投資納入稅收抵扣和減免范圍。
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白皮書作者指出，上述經(jīng)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。
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一直以來，大學是培養(yǎng)人才的重要基地，向半導體制造業(yè)輸送勞動力也毫不例外。
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然而，越來越多的學生卻放棄「硬技術」，轉(zhuǎn)向計算機科學等領域。
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「如果我們提供更多勞動力，就要需要吸引更多學生?！拱灼髡哒J為。
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人才供給不足，教育面臨著一場艱難的戰(zhàn)斗！
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「我們沒有為半導體行業(yè)培養(yǎng)足夠多的工程師?！寡芯咳藛T感慨到。
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令人興奮的動手實驗，精心設計的實習，業(yè)界導師的支持，以及各種獎勵機制等等，半導體專業(yè)將用各種措施吸引學生。
一直以來，大學在基礎研究方面發(fā)揮了重要作用，國家依靠大學實驗室產(chǎn)生無數(shù)創(chuàng)新。但大學基礎設施老化，需要一場更新?lián)Q代。
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白皮書作者認為，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。
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白皮書作者德爾·阿拉莫認為，實驗設備的升級對于大學研究與工業(yè)發(fā)展至關重要，尖端的實驗設備才可以承載重要的研究項目，從而推動半導體行業(yè)向前發(fā)展。
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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(tǒng)。
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「十年后，我們將依賴的技術與今天完全不同，學術創(chuàng)新必然會打亂目前的技術路線，也會超越目前的系統(tǒng)性能?！沟聽枴ぐ⒗f。
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創(chuàng)業(yè)活動也對國家技術創(chuàng)新扮演著重要角色，大學一直都是創(chuàng)業(yè)活動的孵化器。
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保持產(chǎn)學研互動，將最好的研究應用于產(chǎn)業(yè)提升，并啟動新的技術創(chuàng)新。
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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系，以幫助研究人員將學術創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為科技初創(chuàng)公司，從而成為未來的世界級企業(yè)。
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德爾·阿拉莫說，他此前與林肯實驗室(Lincoln Laboratory)合作，使微芯片創(chuàng)新成為可能。
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林肯實驗室是麻省理工學院(MIT)管理的一個聯(lián)邦政府資助的研究機構(gòu)，位于馬薩諸塞州列克星敦。
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「麻省理工學院是世界級的創(chuàng)新引擎，與林肯實驗室的復雜微電子技術原型相結(jié)合，這是獨特而強大的?！沽挚蠈嶒炇腋呒壖夹g部門主管Bob Atkins說。
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目前，該組合支持顛覆性微電子技術的發(fā)現(xiàn)和成熟，并允許將想法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。它已經(jīng)產(chǎn)生了一個具有影響力的悠久歷史，從專業(yè)的成像儀到微電子光刻技術，在世界范圍內(nèi)都有應用。
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MIT一位研究員如此評價到：「非常感謝我的同事發(fā)布白皮書，我完全同意書中觀點，這也激發(fā)了我的興趣去閱讀，并思考作為一名大學教師和研究人員，我該如何作出貢獻?！?/span>
總結(jié)一下，這份報告主要提出了幾點建議，涵蓋人才培養(yǎng)、研究推進、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學術建設與交流。
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人才培養(yǎng)
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? 創(chuàng)建一個全國性的大學-行業(yè)-政府計劃。開發(fā)廣泛傳播的教育內(nèi)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。
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? 投資并支持維護大學的教育設施計劃。以項目為基礎，以設計為導向，旨在培養(yǎng)本科生動手能力的多學科教育計劃。
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?為本科生、碩士生、博士生和博士后，創(chuàng)建全國性的獎學金和實習計劃。
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研究推進
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? 建立研究計劃，促進廣泛的研究。從基礎研究到工業(yè)應用，以國家安全為導向，從單一研究者到多學科、多機構(gòu)研究。
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研究計劃必須支付全部研究成本，包括工資、材料、制造費用等，并且知識產(chǎn)權 (IP) 條款必須同樣支持所有商業(yè)化用途。
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創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)
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? 技術開發(fā)計劃。旨在促進技術在適當?shù)拇髮W環(huán)境中成熟，并隨后轉(zhuǎn)化為外部代工廠，和企業(yè)研發(fā)實驗室。
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? 建立研究轉(zhuǎn)化計劃。支持微電子創(chuàng)業(yè)公司的產(chǎn)生和培育，建立轉(zhuǎn)化研究計劃，促進學生和博士后探索初創(chuàng)公司。
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學術建設
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? 對大學研究設施進行大規(guī)模持續(xù)投資，重點是為少數(shù)人配備靈活的、生產(chǎn)級的，但以研究為導向的實驗設備。
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? 投資一項新教師資助的全國計劃，為初級教師提供靈活的職業(yè)啟動補助金，并讓行業(yè)研究人員參與大學活動。
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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
