芯片如何領(lǐng)先？美國計劃這樣做！   

從為數(shù)據(jù)中心供電到控制“毅力”號火星探測器，現(xiàn)在世界對半導(dǎo)體的需求比幾年前更高。與過去一樣，滿足這些需求并使美國經(jīng)濟在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位將需要新的創(chuàng)新，這可以通過投資半導(dǎo)體研發(fā)(R&D)實現(xiàn)。要使一項創(chuàng)新具有商業(yè)價值，在大規(guī)模生產(chǎn)之前必須經(jīng)過五個研發(fā)階段。每個連續(xù)的階段都越來越具有挑戰(zhàn)性：1-2項創(chuàng)新要達到量產(chǎn)，需要大量的初始投資組合。

研發(fā)是支撐美國技術(shù)領(lǐng)先地位的創(chuàng)新良性循環(huán)的關(guān)鍵部分。創(chuàng)新產(chǎn)生了先進的技術(shù)和產(chǎn)品，當它們被用于商業(yè)生產(chǎn)時，就會為未來的研發(fā)提供大量投資所需的資金。為了開發(fā)這些創(chuàng)新，美國半導(dǎo)體行業(yè)僅在2021年就在研發(fā)上投資了500億美元。隨著2022年《芯片與科學(xué)法案》的通過，聯(lián)邦政府準備對半導(dǎo)體研發(fā)進行有史以來最大的單筆投資。半導(dǎo)體研發(fā)的國家戰(zhàn)略應(yīng)該針對美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵缺口進行投資，以重振創(chuàng)新渠道，使研發(fā)與商業(yè)優(yōu)先事項相一致，并加強美國的技術(shù)競爭力。

雖然美國擁有創(chuàng)新所需的世界級國家實驗室、大學(xué)和公司，但其半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)在引導(dǎo)投資、資源、促進合作和將創(chuàng)新帶到市場(即實驗室到工廠的差距)方面面臨挑戰(zhàn)。如果不加以解決，這些挑戰(zhàn)將限制生態(tài)系統(tǒng)的有效性。與此同時，其他地區(qū)正在采取措施緩解這些挑戰(zhàn)，并通過歐盟的《芯片法案》和韓國的“K-Semiconductor Belt”計劃等舉措，提高自身研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的有效性。2022年芯片和科學(xué)法案的資金將通過建立兩個新的實體，國家半導(dǎo)體技術(shù)中心(NSTC)和國家先進封裝制造計劃(NAPMP)，擴大現(xiàn)有美國半導(dǎo)體研發(fā)機構(gòu)的范圍和影響。

NSTC和NAPMP為美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)提供了一個關(guān)鍵的框架、重點和資金，確保技術(shù)創(chuàng)新，為保持美國半導(dǎo)體行業(yè)的長期領(lǐng)先地位鋪平道路。NSTC和NAPMP補充了旨在提高國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)能的《芯片法》的強大條款。

NSTC和NAPMP應(yīng)該緊密合作，并充分吸收業(yè)界的聲音，以最有效地提高美國的技術(shù)競爭力，鼓勵商業(yè)收購。根據(jù)我們與業(yè)界領(lǐng)袖的廣泛磋商，NSTC和NAPMP應(yīng)在半導(dǎo)體行業(yè)廣泛開展合作，并通過在五個關(guān)鍵領(lǐng)域的投資來增強美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的能力。

NSTC和NAPMP的五個主要投資領(lǐng)域

1、過渡與尺度尋徑研究

NSTC和NAPMP應(yīng)起到彌合早期研發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)之間差距的作用。兩者都應(yīng)加強研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)進行研發(fā)和商業(yè)化技術(shù)的能力，這些技術(shù)距離生產(chǎn)還有5至15年的時間，這些技術(shù)的區(qū)域領(lǐng)導(dǎo)地位尚未確定。NSTC和NAPMP可以成為工業(yè)和其他機構(gòu)協(xié)調(diào)研發(fā)工作的中心，允許工業(yè)參與其感興趣的項目，并使各機構(gòu)能夠?qū)⒆约旱馁Y金集中用于各自的任務(wù)。

2&3、研究基礎(chǔ)設(shè)施和開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施

NSTC和NAPMP應(yīng)該在擴大、升級和提供機構(gòu)與研發(fā)重點相一致的技術(shù)開發(fā)能力方面發(fā)揮積極作用。這兩項計劃既不能平均分配資金，也不能將投資集中在單一技術(shù)或地點。相反，兩者都必須根據(jù)技術(shù)需求，在高度分布式網(wǎng)絡(luò)的好處和規(guī)模的好處之間取得平衡。具體來說，關(guān)鍵是NSTC和NAPMP應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施來利用CHIPS的資金，并通過利用現(xiàn)有資源實現(xiàn)更快的學(xué)習(xí)。這對于加速和擴大商業(yè)化努力的試點和原型設(shè)計尤為重要。NSTC和NAPMP將為研究工作提供的主要支持是通過原型和擴大規(guī)模建立有前途的技術(shù)過渡路徑。

4、協(xié)同發(fā)展

NSTC和NAPMP應(yīng)該通過召集公司解決復(fù)雜的技術(shù)問題來支持全堆棧創(chuàng)新，這些技術(shù)問題可以從跨全計算堆棧的協(xié)作中受益，并加速技術(shù)、工具和方法的開發(fā)。例如，創(chuàng)建下一代數(shù)據(jù)中心需要集合先進材料、新的計算架構(gòu)、封裝、軟件等方面的專業(yè)知識。特別是，NAPMP可以召集技術(shù)專家為電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)和聯(lián)合電子設(shè)備工程理事會(JEDEC)等組織提供輸入，例如在開發(fā)異構(gòu)集成、芯片和安全技術(shù)的其他組件的集成標準時。

5、勞動力

NSTC和NAPMP應(yīng)促進一系列項目，擴大美國半導(dǎo)體研發(fā)渠道和勞動力的規(guī)模和技能，以捍衛(wèi)和加強美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)及其所支撐的經(jīng)濟競爭力。如果沒有這些努力，高技能研發(fā)人員包括半導(dǎo)體設(shè)計、制造和價值鏈其他活動的人員的供應(yīng)不足可能會限制創(chuàng)新的步伐。

半導(dǎo)體研發(fā)是將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)化為技術(shù)進步和能力，從而創(chuàng)造出更多、更先進的半導(dǎo)體的過程

半導(dǎo)體，或芯片，在現(xiàn)代世界的運作中無處不在，而且越來越重要。從驅(qū)動數(shù)據(jù)中心分析歷史上前所未有的大量數(shù)據(jù)，到在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中控制火星漫游者“毅力”號，當今世界對半導(dǎo)體的要求比幾年前更高。要滿足這些需求，并使美國經(jīng)濟中依賴半導(dǎo)體的公司能夠創(chuàng)新，就需要對半導(dǎo)體研發(fā)(R&D)進行持續(xù)的投資。

自半導(dǎo)體行業(yè)誕生以來，研發(fā)一直是其成功的關(guān)鍵因素。之前的SIA報告主要關(guān)注半導(dǎo)體設(shè)計或半導(dǎo)體制造期間的活動，而本報告將討論半導(dǎo)體研發(fā)的作用及其在技術(shù)競爭力中的重要性。

一般來說，一項創(chuàng)新必須經(jīng)過研發(fā)的五個階段才能具有商業(yè)價值。這些階段在許多重要方面有所不同，包括投資組合中潛在創(chuàng)新的數(shù)量、生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作的水平、投資需求和技術(shù)挑戰(zhàn)。(見表1)

當一個潛在的創(chuàng)新從新的想法轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)規(guī)模的采用時，生態(tài)系統(tǒng)中跨組織的協(xié)作水平就會發(fā)生變化。擴展知識基礎(chǔ)的基礎(chǔ)研究被認為是“pre-competitive。”基礎(chǔ)研究通常涉及公司、政府和研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的其他組織之間的合作，很少考慮與供應(yīng)鏈或競爭相關(guān)的因素。隨著潛在的創(chuàng)新越來越接近于批量生產(chǎn)，供應(yīng)鏈和競爭相關(guān)的考慮也越來越多，更多的研發(fā)發(fā)生在組織內(nèi)部而不是組織之間。

并非所有潛在的創(chuàng)新都能量產(chǎn)。許多潛在創(chuàng)新的投資組合需要少數(shù)創(chuàng)新成功達到量產(chǎn)。整個投資成本和技術(shù)挑戰(zhàn)貫穿于各個階段，即使剩下的可行的潛在創(chuàng)新的數(shù)量在下降。考慮到投資需求、技術(shù)挑戰(zhàn)和生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的限制，許多潛在的創(chuàng)新往往無法通過原型和試驗的“死亡谷”。即使他們?nèi)〉昧诉M展，與規(guī)模相關(guān)的成本和人才限制也可能令人生畏——財務(wù)風(fēng)險可能會大上幾個數(shù)量級。(見表2)

半導(dǎo)體研發(fā)非常重要，是支撐美國技術(shù)領(lǐng)先地位的創(chuàng)新良性循環(huán)的一部分

創(chuàng)新能否成功地通過研發(fā)階段是至關(guān)重要的。當創(chuàng)新被用于批量生產(chǎn)時，就會產(chǎn)生卓越的技術(shù)和產(chǎn)品。先進的技術(shù)和產(chǎn)品反過來提高了美國的市場份額和利潤率，并為未來的研發(fā)提供了大量投資所需的資金。(見表3)

創(chuàng)新的良性循環(huán)代表著機遇，它不會自動發(fā)生。它依賴于貫穿這五個階段的潛在創(chuàng)新的持續(xù)渠道。從歷史上看，美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)在整個過程中都支持創(chuàng)新。

例如，美國軍方在20世紀80年代需要性能超過硅極限的半導(dǎo)體材料。美國海軍研究辦公室(ONR)和國防高級研究計劃局(DARPA)確定并促進了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的合作，通過創(chuàng)新階段推進復(fù)合半導(dǎo)體材料，并使其適應(yīng)工業(yè)用途。由此產(chǎn)生的材料，如氮化鎵，目前被用于民用和軍事應(yīng)用，是美國工業(yè)的強項領(lǐng)域。許多公司現(xiàn)在投資于復(fù)合半導(dǎo)體材料，用于從電動汽車到移動網(wǎng)絡(luò)到國防的一系列應(yīng)用。

研發(fā)是一個關(guān)鍵的競爭戰(zhàn)場。對于美國技術(shù)的長期領(lǐng)先地位來說，最重要的半導(dǎo)體創(chuàng)新能夠在美國的研發(fā)渠道中實現(xiàn)商業(yè)化至關(guān)重要。如果缺乏對創(chuàng)新商業(yè)化的支持，可能會加速其他競爭國家和地區(qū)(包括對手)的努力。

創(chuàng)新的良性循環(huán)提供了一個寶貴的機會，但它的實現(xiàn)是不確定的。幸運的是，未來幾年有機會加強美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，并通過下一代半導(dǎo)體技術(shù)延伸創(chuàng)新的良性循環(huán)和美國的技術(shù)領(lǐng)先地位。除了390億美元的半導(dǎo)體制造獎勵撥款外，2022年《芯片和科學(xué)法案》還為半導(dǎo)體研發(fā)和技術(shù)從實驗室向市場過渡提供130億美元的資金。這130億美元是本報告的重點。隨著《芯片與科學(xué)法案》的頒布，國會和政府認識到半導(dǎo)體研發(fā)對美國的重要性。

隨著改進計算技術(shù)的策略的改變，下一代的進步將需要沿著現(xiàn)有和新的維度進行創(chuàng)新。對現(xiàn)有領(lǐng)域的投資需求(如晶體管縮放)正在上升。與此同時，先進封裝和異構(gòu)集成等領(lǐng)域的機會正在出現(xiàn)。要制造出未來幾年美國經(jīng)濟所需的芯片，就需要多學(xué)科的創(chuàng)新。

極端紫外線(EUV)光刻技術(shù)作為一個創(chuàng)新的例子，開始于美國的研發(fā)，但在海外實現(xiàn)了商業(yè)化。光刻是半導(dǎo)體制造中的一種工藝，它利用光在硅晶圓等材料上產(chǎn)生極小的圖案。EUV光刻是這一工藝的一個高度先進的版本，用于許多最先進的芯片，如在領(lǐng)先的智能手機中發(fā)現(xiàn)的那些芯片。美國的公共投資在支持EUV光刻技術(shù)方面發(fā)揮了早期和持續(xù)的作用，而韓國和日本也進行了類似的投資。

在20世紀80年代后期，新的應(yīng)用推動了晶體管持續(xù)擴展的需求。雖然EUV的潛力是眾所周知的，但由于技術(shù)和其他挑戰(zhàn)，許多業(yè)內(nèi)人士認為EUV是不可行的。然而，DARPA資助了先進光刻計劃，該計劃對EUV反射測量進行了早期研究。SEMATECH是一家從事研發(fā)以推進芯片制造的非營利財團，該公司與工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的合作超過15年，以獲取和建設(shè)僅工業(yè)界認為風(fēng)險太大的基礎(chǔ)設(shè)施和專業(yè)知識。包括阿斯麥、英特爾、三星和臺積電在內(nèi)的多家公司投資了100 - 170億美元，將EUV技術(shù)成熟為商業(yè)上可行的技術(shù)。今天，阿斯麥是唯一一家有能力以商業(yè)上可行的方式實現(xiàn)EUV光刻技術(shù)的公司。截至2022年7月，只有臺積電、三星和英特爾在使用EUV開發(fā)半導(dǎo)體工藝技術(shù)。

為了滿足這些需求，美國半導(dǎo)體行業(yè)正在不斷增加投資，僅2021年就在研發(fā)上投資500億美元。盡管如此，今天的美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)在提供所需的創(chuàng)新方面面臨挑戰(zhàn)。在美國，重要的研發(fā)推動者和基礎(chǔ)設(shè)施缺乏或有限，跨計算堆棧的協(xié)作開發(fā)機制也很有限。

半導(dǎo)體推動了所有現(xiàn)代技術(shù)的革命性進步。芯片還將支持未來“必贏”技術(shù)的進步，包括人工智能(AI)、量子計算和先進無線網(wǎng)絡(luò)，使美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)先地位對我們的未來至關(guān)重要。一項半導(dǎo)體研發(fā)的國家戰(zhàn)略，重點是重振創(chuàng)新渠道，并使其與商業(yè)優(yōu)先事項保持一致，將解決美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵差距，并在未來幾十年加強美國的技術(shù)競爭力和領(lǐng)導(dǎo)地位。

在美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中，政府、學(xué)術(shù)界和私營企業(yè)都在資助和實施推動商業(yè)創(chuàng)新的研發(fā)方面發(fā)揮著重要作用。

半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)目前由廣泛的機構(gòu)組成，包括政府機構(gòu)、學(xué)術(shù)機構(gòu)、私營企業(yè)和合作伙伴。(見表4)

每一個都在促進創(chuàng)新的各個階段發(fā)揮著獨特而重要的作用。這些機構(gòu)包括研發(fā)的資助者和執(zhí)行者。資助研發(fā)的機構(gòu)也可以進行研發(fā)，而進行研發(fā)的機構(gòu)可以從一系列資助者那里獲得資金。

政府

政府機構(gòu)(如國防部、能源部、國家科學(xué)基金會、國家標準與技術(shù)研究所)是生態(tài)系統(tǒng)研發(fā)的重要資助者。這些政府機構(gòu)為那些過于遙遠、過于不確定或過于困難的研究提供必要的支持，使單個公司難以將其轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢。

政府相關(guān)實體(例如，空軍研究實驗室、國家標準與技術(shù)研究所材料測量實驗室)也進行研究。此外，政府在形成研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施(如資助大學(xué)納米實驗室)、促進因素(如投資基礎(chǔ)研究)和政策(如制定設(shè)施許可規(guī)則)方面也發(fā)揮著重要作用。綜合起來，這些因素促進了私營行業(yè)投資和研發(fā)，以實現(xiàn)潛在的半導(dǎo)體創(chuàng)新。

學(xué)術(shù)界

學(xué)術(shù)界是研發(fā)的關(guān)鍵執(zhí)行者:學(xué)術(shù)界進行基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和原型開發(fā)。它還在培訓(xùn)半導(dǎo)體勞動力方面發(fā)揮著重要作用。學(xué)術(shù)界在擴大知識基礎(chǔ)和傳播研究成果方面發(fā)揮著重要作用，這些成果可被工業(yè)上的成熟公司和初創(chuàng)公司使用。

私企

私營企業(yè)既是研發(fā)的資助者，也是研發(fā)的執(zhí)行者。現(xiàn)在有很多公司為半導(dǎo)體和相關(guān)服務(wù)提供資金、原型、規(guī)模和商業(yè)化。進行半導(dǎo)體研發(fā)的公司主要有以下幾種：

集成設(shè)備制造商(IDMs)是從事設(shè)計和制造的垂直集成公司。這些公司結(jié)合資源和專業(yè)知識來彌合基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)之間的差距，但在美國只有少數(shù)這樣的公司(如英特爾、美光、三星和德州儀器)。

無晶圓廠設(shè)計公司(如高通、AMD、NVIDIA和蘋果)專注于半導(dǎo)體設(shè)計，這是半導(dǎo)體價值鏈中增值最高的部分。這些公司約占私營部門研發(fā)的55%，并與其他公司合作進行半導(dǎo)體制造。

代工廠滿足IDM和無晶圓廠設(shè)計公司的制造需求。代工廠通常只專注于制造別人設(shè)計的芯片(例如，TSMC，三星代工廠，英特爾代工廠服務(wù)和GlobalFoundries)。代工廠投資于與制造技術(shù)相關(guān)的研發(fā)，在先進制造中占有很大份額。

半導(dǎo)體設(shè)備和材料公司(如，應(yīng)用材料，ASML, EMD電子，Lam Research，東京電子)開發(fā)生產(chǎn)芯片所需的先進工藝和檢測系統(tǒng)。設(shè)備和材料公司投資于新的工藝技術(shù)、材料和制造方法的研發(fā)，使半導(dǎo)體技術(shù)路線圖成為可能，并對半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)投資做出了重大貢獻，與一些美國芯片制造商持平。

合作伙伴和其他行業(yè)聯(lián)盟

此外，公私伙伴關(guān)系(PPPs)包括由公共資助的私營部門利益攸關(guān)方運營的一系列組織。公私伙伴關(guān)系的例子包括聯(lián)邦資助的研發(fā)中心(FFRDCs)和SEMATECH。公私伙伴關(guān)系可以是研發(fā)的資助者或執(zhí)行者。PPPs的例子包括:

聯(lián)邦資助研究與發(fā)展中心(FFRDCs)，包括國家實驗室，是由學(xué)術(shù)機構(gòu)或私人公司運營的公私合作伙伴關(guān)系，由聯(lián)邦政府資助并為聯(lián)邦政府進行研究。

半導(dǎo)體公司及其供應(yīng)商為各種目的而建立的行業(yè)聯(lián)盟。例如，半導(dǎo)體研究公司(SRC)是一個由半導(dǎo)體公司和政府機構(gòu)組成的財團，為一百多所大學(xué)的高科技研究提供資金。它的項目涵蓋了從人工智能到汽車的一系列應(yīng)用。

非學(xué)術(shù)研究組織與美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)合作開展基礎(chǔ)研究。(見附錄:非學(xué)術(shù)研究組織)

美國的研發(fā)機構(gòu)

上面討論的組織是美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的主要參與者。雖然硅谷或北德克薩斯州等地確實存在集群，但美國半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的重要利益相關(guān)者分布在全國各地。(見表5)專注于研發(fā)或試點的晶圓廠至少可以在29個州找到，在生產(chǎn)晶圓廠和有半導(dǎo)體項目的大學(xué)擁有額外的研發(fā)專長。

美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)面臨若干挑戰(zhàn)，包括與試點和原型相關(guān)的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)阻礙了生態(tài)系統(tǒng)的有效性。

一個運行良好的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)通過為研發(fā)工作提供方向、資源和協(xié)作來支持創(chuàng)新。美國保留了強大的國家實驗室、大學(xué)和公司的組合，但其研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)目前在提供所需創(chuàng)新方面依然面臨挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括：

方向

許多不同的政府機構(gòu)和部門為半導(dǎo)體研發(fā)提供公共投資。這些機構(gòu)和部門肩負著重要的使命，經(jīng)常采取一系列措施進行合作，但它們的最終需求和目標往往與私營企業(yè)不同。因此，可能會產(chǎn)生一些差距，導(dǎo)致充足的研發(fā)投資無法達到技術(shù)領(lǐng)域——例如，依賴于材料、架構(gòu)、封裝和軟件方面的協(xié)作創(chuàng)新的超低功耗計算領(lǐng)域——這些領(lǐng)域能夠保證美國持續(xù)擁有技術(shù)競爭力和大規(guī)模生產(chǎn)的能力。

資源配置

美國缺乏或限制研發(fā)所需的重要基礎(chǔ)設(shè)施。例如，大學(xué)研究人員和創(chuàng)業(yè)公司在很大程度上無法實現(xiàn)亞60nm制造，這使得美國的半導(dǎo)體硬件創(chuàng)業(yè)公司更難在美國實現(xiàn)和發(fā)展他們的想法。相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏或不足阻礙了整體生態(tài)系統(tǒng)提供的進步。

協(xié)作

創(chuàng)新的重要機會存在于需要跨計算堆棧不同層協(xié)作的協(xié)同優(yōu)化等領(lǐng)域。在計算堆棧的任何給定層推進研發(fā)通常需要個人和組織具有高度的專業(yè)能力，而美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)缺乏跨公司整合能力以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

其他地區(qū)正在采取措施緩解這些挑戰(zhàn)，提高其研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的效率

世界各地正在采取措施加強其半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，它們?yōu)榫徑鈬鴥?nèi)研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的這些挑戰(zhàn)而使用的方法包括：

方向：

臺灣科技部通過評估整體半導(dǎo)體研發(fā)及其對行業(yè)需求的覆蓋范圍來支持產(chǎn)業(yè)。

資源：

日本政府將在先進芯片制造、成熟芯片生產(chǎn)和研發(fā)方面投資68億美元。

協(xié)作：

韓國將建設(shè)“K-Semiconductor Belt”，以實現(xiàn)整個計算堆棧中的區(qū)域連接，從而簡化協(xié)作并支持整個計算堆棧的創(chuàng)新。

雖然美國在半導(dǎo)體研發(fā)公共投資方面的絕對投資量一直超高于其他地區(qū)，但其他地區(qū)為研發(fā)提供了更慷慨的支持。其他地區(qū)也在擴大對半導(dǎo)體的投資。就在2021以來，日本、新加坡、韓國、歐盟（以及西班牙等個別歐盟成員國）都宣布了支持其國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的立法。中國大陸也在投資1000多億美元支持國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。換句話說，美國以外其他地區(qū)正在采取措施加強自己的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，縮小與美國的差距。美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的電子復(fù)興計劃（ERI）等近期項目表明，公眾越來越認識到公共資助半導(dǎo)體研發(fā)的重要性。通過現(xiàn)有和新實體在這一領(lǐng)域持續(xù)的美國公共投資可以緩解美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)，加快創(chuàng)新步伐，并擴大美國的技術(shù)競爭力。

負責現(xiàn)有半導(dǎo)體研發(fā)公共投資的實體將繼續(xù)在美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作

公共部門和私營企業(yè)實體計劃在2022年為美國的半導(dǎo)體研發(fā)投資600億美元。私營企業(yè)提供了約500億美元（約89%），公共投資提供了約60億美元（大約11%）。《芯片與科學(xué)法案》為《芯片法案》2023財年的半導(dǎo)體相關(guān)研發(fā)項目提供了55億美元的資金，在支出之前一直可用。（見圖6）

許多現(xiàn)有的公共研發(fā)資金組織在美國半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要而獨特的作用。（見圖7）

作為對這些實體的補充，《芯片法案》建立了重要的新組織，并為應(yīng)對美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)提供了機會

認識到美國半導(dǎo)體制造和研發(fā)的重要性，國會于2021頒布了《為美國生產(chǎn)半導(dǎo)體創(chuàng)造有益激勵法案》（《芯片法案》），并作為2022年《芯片和科學(xué)法案》的一部分提供資金。《芯片法案》是數(shù)十年來支持美國半導(dǎo)體制造業(yè)的最重要的聯(lián)邦法案，旨在確保美國在本土制造更多芯片的能力和在美國推進芯片制造技術(shù)的能力。

《芯片和科學(xué)法案》在五年內(nèi)撥款520億美元，用于支持半導(dǎo)體制造、研發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)型，并將資金提前幾年撥付。在這些資金中，390億美元（占總數(shù)的75%）用于公共財政援助，用于美國設(shè)施和設(shè)備的建設(shè)、現(xiàn)代化或擴建。其余130億美元用于研發(fā)和技術(shù)從實驗室向市場的過渡。（見圖8）與現(xiàn)有努力相比，《芯片法案》構(gòu)成了半導(dǎo)體研發(fā)公共投資的一大擴張。

芯片法案確立了與研發(fā)相關(guān)的兩大創(chuàng)新計劃：

國家半導(dǎo)體技術(shù)中心（NSTC）。這是一種公私合作伙伴關(guān)系，通過促進先進的研發(fā)和原型設(shè)計，加強美國的技術(shù)競爭力和供應(yīng)鏈安全，提升美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

國家先進封裝制造計劃（NAPMP）。NAPMP是NIST的一部分，旨在加強美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中的半導(dǎo)體先進測試、組裝和封裝能力。

《芯片法案》確立了某些高層目標，美國商務(wù)部在如何構(gòu)建NSTC和NAPMP方面保留了很大的自由裁量權(quán)。為響應(yīng)其信息請求，國防部收到了200多個利益相關(guān)者關(guān)于激勵措施、基礎(chǔ)設(shè)施和研發(fā)需求的詳細反饋，以支持強大的國內(nèi)半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。

通過與SIA成員的廣泛討論和投入，本報告提供了一個綜合的、高水平的行業(yè)視角，闡述了如何最有效地部署芯片研發(fā)資金，以支持美國的技術(shù)競爭力。

美國制造研究所：美國制造研究所最初成立于2014年，旨在提升美國制造業(yè)的全球競爭力并促進創(chuàng)新。自成立以來，在美國各地建立了16個研究所，以振興美國制造業(yè)，每個研究所都在一個特定的行業(yè)部門內(nèi)。

研究機構(gòu)是美國創(chuàng)新的關(guān)鍵資源，支持創(chuàng)新管道的初始階段。它們用于明確有前途的高影響技術(shù)，然后管理在學(xué)術(shù)和工業(yè)研究實驗室執(zhí)行的相應(yīng)研發(fā)項目，以進一步推進這些技術(shù)。成功完成這些項目后，所創(chuàng)造的技術(shù)可以轉(zhuǎn)移到工業(yè)或其他方面的開發(fā)設(shè)施，用于測試、試驗和擴展到制造業(yè)。

2022年《芯片和科學(xué)法案》授權(quán)設(shè)立最多3個美國制造研究所，以支持半導(dǎo)體制造相關(guān)工作，包括提高自動化、先進封裝和測試以及勞動力技能培訓(xùn)。這些研究所的資金包括在《芯片法案》和科學(xué)法案的總體研發(fā)資金中。

通過該美國制造業(yè)研究所開發(fā)的具體項目將成為該行業(yè)創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵渠道，并將轉(zhuǎn)移到NSTC或NAPMP進行測試、試點和擴展。該研究所和其他機構(gòu)在技術(shù)創(chuàng)新過程中的作用在圖表4中得到了闡明

NSTC和NAPMP應(yīng)通過在幾個領(lǐng)域的投資來提升美國的經(jīng)濟競爭力

認識到私營產(chǎn)業(yè)在美國經(jīng)濟和技術(shù)競爭力中的中心地位，國會授權(quán)NSTC作為公私合作伙伴，并通過美國商務(wù)部建立了NSTC。國家科學(xué)技術(shù)委員會領(lǐng)導(dǎo)層應(yīng)尋求包括學(xué)術(shù)界和政府，特別是工業(yè)界的聲音，以最有效地提高美國的技術(shù)和經(jīng)濟競爭力。

根據(jù)我們與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的討論，NSTC和NAPMP應(yīng)通過在五個關(guān)鍵領(lǐng)域的投資來增強美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的能力。（見圖9）

過渡和縮放路徑查找研究

目前，美國半導(dǎo)體公司與多家現(xiàn)有的知名組織合作，如微電子中心（IMEC）和美國半導(dǎo)體研究聯(lián)盟（SRC），以滿足許多研發(fā)需求。為了最有效地支持美國的技術(shù)和經(jīng)濟競爭力，NSTC和NAPMP應(yīng)該擴大而不是復(fù)制這些組織。換言之，盡管NSTC和NAPMP基礎(chǔ)設(shè)施可以支持早期研究，但它們的主要重點應(yīng)該是成熟和擴展那些準備好超越早期研究的技術(shù)。NSTC和NAPMP應(yīng)將政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究中心聚集在一起，評估哪些對美國公司具有商業(yè)利益的技術(shù)可能需要但沒有獲得技術(shù)過渡和擴展的資金。

與《2030年半導(dǎo)體十年計劃》中討論的五個高級別挑戰(zhàn)相一致，NSTC和NAPMP應(yīng)加強美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的能力，以實施和商業(yè)化從生產(chǎn)開始5到15年的研發(fā)技術(shù)。這種未來技術(shù)發(fā)展的重點很重要：鑒于半導(dǎo)體研發(fā)的時間延長，今天重大技術(shù)進步所需的投資是多年前做出的。NSTC和NAPMP應(yīng)在新興領(lǐng)域（如CMOS以外的材料、先進封裝、異質(zhì)集成和掩蔽基礎(chǔ)設(shè)施）建立和加強研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的能力，而不是復(fù)制目前在海外或國內(nèi)設(shè)施中發(fā)現(xiàn)的能力，在這些領(lǐng)域，地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)地位尚未確定。

盡管研發(fā)資金應(yīng)包括對核心半導(dǎo)體技術(shù)和封裝技術(shù)的重視，但在這兩個領(lǐng)域的產(chǎn)品實現(xiàn)突破的時間線可能存在差異。從廣義上講，核心半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)應(yīng)強調(diào)長期的、潛在的革命性努力，創(chuàng)新將源于材料、工藝流程和工具的改進。這些創(chuàng)新將來自以下領(lǐng)域：

用于邏輯、存儲器、模擬3D堆疊設(shè)備的高級架構(gòu)

以內(nèi)存為中心的計算

單片集成功能

用于超CMOS計算和新型范例的先進材料

二維材料

先進功能材料

替代范例，如光子或神經(jīng)形態(tài)高壓和功率材料

高功率材料

先進的射頻材料

一般流程開發(fā)

先進的光刻技術(shù)

先進光源的開發(fā)和EUV改進

金屬化的改進

設(shè)計創(chuàng)新

跨更廣泛應(yīng)用的卓越領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨?/p>

混合信號設(shè)計，集成智能和傳感能力

安全設(shè)計

工具改進

將人工智能集成到設(shè)計工具中，實現(xiàn)更高的設(shè)計抽象

模擬和RF電路的優(yōu)秀工具

具有增強的全棧優(yōu)化和啟用硬件軟件協(xié)同設(shè)計能力的工具

環(huán)境可持續(xù)性

GWP較低的工藝氣體

光刻和其他化學(xué)品，以改善的環(huán)境狀況滿足同時功能需求，以及極低濃度的檢測和處理技術(shù)

在保護自然資源（能源、水等）的同時滿足苛刻運營要求的制造工藝

另一方面，封裝工作應(yīng)包括有助于解決中短期行業(yè)挑戰(zhàn)的技術(shù)。與基本的半導(dǎo)體材料和工藝進步相比，新封裝方法的規(guī)模化可以更快、更便宜地實現(xiàn)。在NSTC和NAPMP成立后的5至10年內(nèi)，或者在一些罕見的情況下，更早地預(yù)期包裝突破會影響商業(yè)部門，這并非不合理。這些創(chuàng)新將來自以下領(lǐng)域：

先進的測試和驗證功能

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工具的集成

模擬、RF和混合信號測試

異構(gòu)集成

制定集成行業(yè)標準

Chiplet IP開發(fā)和訪問

新型計算范式（光子、量子等）的集成方法

先進的封裝和高密度互連（<100μm IO間距）

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、硅通孔和高級插入層開發(fā)

先進的熱壓鍵合技術(shù)可提高器件壽命

熱管理和串擾、噪聲和寄生降低

靈活、受限的外形尺寸封裝

工具改進

封裝級協(xié)同設(shè)計工具

優(yōu)良的電氣、熱力、機械建模和設(shè)計工具

裝配和對準自動化

通過投資于不同投資領(lǐng)域和時間線的路徑研究，NSTC和NAPMP可以在20年內(nèi)持續(xù)改進核心技術(shù)。盡管以上討論的技術(shù)領(lǐng)域被歸類為核心半導(dǎo)體或封裝技術(shù)，但這些領(lǐng)域的研究人員和外部專家之間需要進行重大協(xié)調(diào)和相互交流。

原型和試點基礎(chǔ)設(shè)施

NSTC和NAPMP必須不僅僅是資助或協(xié)調(diào)現(xiàn)有的研究工作。這兩者應(yīng)在促進使用原型設(shè)施或高級模擬和建模軟件方面發(fā)揮積極作用。他們還必須擴大從實驗室到制造廠的技術(shù)過渡的能力，如原型和試點，并確保研究人員和初創(chuàng)企業(yè)能夠獲得這些能力。通過促進獲得這些能力，NSTC和NAPMP將擴大潛在創(chuàng)新的范圍，使其能夠從基礎(chǔ)研究到擴展并達到商業(yè)用途。

半導(dǎo)體研發(fā)能力在技術(shù)和地理上廣泛分布于整個美國生態(tài)系統(tǒng)。為了管理好公共投資，NSTC既不能平均分配資金，也不能將投資集中在單一技術(shù)或地點。在NSTC/NAPMP指導(dǎo)委員會的指導(dǎo)下，NSTC應(yīng)擴展和升級現(xiàn)有機構(gòu)的能力和基礎(chǔ)設(shè)施。

由于與成本和時間有關(guān)的原因，擴大和提升機構(gòu)的能力非常重要。改善現(xiàn)有設(shè)施比建設(shè)全新設(shè)施更便宜、更快。新的半導(dǎo)體研發(fā)設(shè)施可能需要數(shù)年的時間來建造——如果NSTC試圖建造新設(shè)施，這些設(shè)施可能會在建造完成時落后或過時。

擴張和升級具有極大的經(jīng)濟效益。NSTC在評估要加強哪些機構(gòu)的研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施時，必須平衡高度分布式網(wǎng)絡(luò)的效益與規(guī)模效益。鑒于每個研發(fā)相關(guān)設(shè)施的總成本通常很高，我們的分析表明，NSTC應(yīng)擴大規(guī)模，優(yōu)先升級大學(xué)和研究中心的更少、更容易獲得的最先進設(shè)施，以最大限度地提高有限公共投資的影響。然而，設(shè)施升級必須著眼于相對于成本最大化影響。舉個例子，將幾所大學(xué)的晶圓能力從200毫米升級到300毫米，很容易耗盡NSTC的所有資金，但同時只能提供很少真正新穎的能力。

在某些情況下，NSTC/NAPMP指導(dǎo)委員會可能會發(fā)現(xiàn)，在財務(wù)上更謹慎的做法是利用現(xiàn)有的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)能力，而不是升級低產(chǎn)量的研究能力。舉例來說，這可能是嘗試基礎(chǔ)設(shè)施利用行業(yè)標準工藝流程來利用300mm晶圓生產(chǎn)能力的情況。NSTC提供的重心可能會為協(xié)商外部能力的使用提供新的可能性。例如，協(xié)調(diào)商業(yè)晶圓廠的多項目晶圓運行，或獲得競爭前技術(shù)的商業(yè)設(shè)計工具。

封裝研發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)包括2.5D和3D堆疊和高密度再分配、光學(xué)封裝和測試、混合鍵合設(shè)備、高級內(nèi)插層（硅、玻璃和高密度有機）工具以及熱壓鍵合設(shè)備。用于高密度焊料凸點、銅沉積和通孔制造的設(shè)備也將至關(guān)重要。此外，需要重點關(guān)注先進的襯底工藝和流程。封裝、組裝和測試（PAT）的一個主要挑戰(zhàn)是國內(nèi)制造的經(jīng)濟性。雖然傳統(tǒng)的PAT是勞動密集型的，但在美國，先進的封裝將更加技術(shù)化和自動化密集，其經(jīng)濟效益必須反映這一點才能具有競爭力。此外，還需要新的測試能力。與NSTC一樣，協(xié)商設(shè)計工具的使用將是NAPMP的重要任務(wù)。

目前，NSTC和NAPMP可以為半導(dǎo)體服務(wù)組織采用許多成功的模式作為指導(dǎo)。一個例子是IMEC，它提供了許多對技術(shù)開發(fā)管道至關(guān)重要的研發(fā)和原型開發(fā)能力。其他例子包括美國制造研究所（Manufacturing USA institutes），通過與研究機構(gòu)合作，建立新的原型基礎(chǔ)設(shè)施，創(chuàng)建區(qū)域創(chuàng)新中心；桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratory’s Microsystems and Engineering Sciences Applications，簡稱MESA），提供小批量商業(yè)鑄造服務(wù)和額外的設(shè)計、制造、封裝，并向政府和學(xué)術(shù)研究人員提供測試。NSTC和NAPMP基礎(chǔ)設(shè)施可以從這些現(xiàn)有工作中汲取靈感，但必須超越這些現(xiàn)有組織可以提供的低容量服務(wù)。正是這種能力允許創(chuàng)新材料、設(shè)計和廣泛的技術(shù)在研究和原型設(shè)計層面擴大到更高的產(chǎn)量，才賦予了NSTC和NAPMP與眾不同的價值。

協(xié)同開發(fā)

正如摩爾定律所描述的，隨著開發(fā)和設(shè)計成本的上升，改進計算技術(shù)的工程方法正在發(fā)生變化。（見圖10）需要從材料和設(shè)計、到系統(tǒng)架構(gòu)和軟件的整個計算堆棧的創(chuàng)新，以開啟半導(dǎo)體發(fā)展的下一階段。全堆棧創(chuàng)新很難實現(xiàn)：現(xiàn)代半導(dǎo)體公司通常在堆棧的不同層高度專業(yè)化，而美國的研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)目前缺乏協(xié)調(diào)這種合作的機制。

NSTC和NAPMP應(yīng)通過召集公司解決復(fù)雜的技術(shù)問題來支持全棧創(chuàng)新，這些問題需要跨整個計算棧進行協(xié)作，并加快技術(shù)、工具和方法的開發(fā)。例如，云計算數(shù)據(jù)中心需求的快速增長加劇了對半導(dǎo)體的需求，這種半導(dǎo)體能夠在低功耗的情況下提供高計算能力。創(chuàng)建滿足這一需求的下一代系統(tǒng)需要匯集先進材料、新計算架構(gòu)、封裝、軟件等方面的專業(yè)知識。NAPMP可以召集技術(shù)專家和利益相關(guān)者（包括政府機構(gòu)的專家），在為異構(gòu)集成、chiplets和其他安全技術(shù)組件制定集成標準時，向IEEE和JEDEC等團體提供意見。雙方應(yīng)負責擴大和升級美國研發(fā)和原型生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和能力，以滿足這些生態(tài)系統(tǒng)的需求。

鑒于創(chuàng)新在協(xié)同開發(fā)、協(xié)同優(yōu)化和異構(gòu)集成等領(lǐng)域的重要性，NSTC和NAPMP必須在整個行業(yè)廣泛合作。然后，這兩家機構(gòu)可以利用其在整個行業(yè)中廣泛而具有代表性的網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建多元化的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)組合，促進更有效的合作開發(fā)，并保持廣泛的行業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。（見圖11）

勞動力

半導(dǎo)體行業(yè)是研發(fā)密集型行業(yè)，依靠高技能工人進行研發(fā)，從而實現(xiàn)所需的創(chuàng)新。雖然美國擁有許多世界上最好的研究人員，但熟練人才的短缺威脅著創(chuàng)新的步伐。與此同時，其他地區(qū)急于吸引本國國民回國，并提供廣泛的政策支持，以加強國內(nèi)研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。（見圖12）在這些相互競爭的努力中，NSTC和NAPMP必須加強美國半導(dǎo)體研發(fā)管道和勞動力的規(guī)模和技能，以保護美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)及其支撐的經(jīng)濟競爭力。

NSTC和NAPMP可以促進一系列項目，以擴大美國半導(dǎo)體研發(fā)隊伍。根據(jù)我們的研究，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者認為NSTC和NAPMP的關(guān)鍵步驟包括：

投資美國STEM教育：

支持本科生和研究生級別的課程開發(fā)和標準化，以擴大具備先決STEM技能的員工隊伍。為K-12級別的學(xué)生提供機會，讓他們參與到半導(dǎo)體行業(yè)中，了解半導(dǎo)體技術(shù)并對其著迷。NSTC和NAPMP中心可以與美國大學(xué)合作或幫助建立工程夏令營，以接觸半導(dǎo)體研發(fā)。與合作機構(gòu)和公司合作，提供獎學(xué)金和研究獎學(xué)金，有助于增加在該領(lǐng)域攻讀4年以上學(xué)位的學(xué)生人數(shù)。

吸引STEM員工加入該行業(yè)：

通過學(xué)徒、實習(xí)和導(dǎo)師計劃，教育和培訓(xùn)學(xué)生并使其獲得半導(dǎo)體行業(yè)的職業(yè)機會。與社區(qū)和技術(shù)學(xué)院合作，制定計劃，將更多的技術(shù)人員和貿(mào)易人員帶到該領(lǐng)域，并提高對半導(dǎo)體職業(yè)道路的認識。與具有現(xiàn)有基礎(chǔ)STEM技能的員工（如資深就業(yè)組織）的再培訓(xùn)和交叉培訓(xùn)計劃合作。

促進靈活的工作授權(quán)：

促進靈活的工作授權(quán)，例如可選的實踐培訓(xùn)，使外籍人士能夠在美國工作，或者如果他們畢業(yè)于美國大學(xué)，具備對行業(yè)至關(guān)重要的技能，則能夠獲得與其主要學(xué)習(xí)領(lǐng)域直接相關(guān)的臨時工作。

此外，NSTC和NAPMP必須加強員工的技能。根據(jù)我們的研究，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者認為NSTC和NAPMP的關(guān)鍵步驟應(yīng)包括：

投資于勞動力再培訓(xùn)和提高技能

隨著行業(yè)探索創(chuàng)新的新維度，這些項目可以確保美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的員工具備推動未來進步的良好條件。

加快新員工的準備

鑒于半導(dǎo)體研發(fā)所需的專業(yè)技能、新員工在有效從事重要研發(fā)之前需要時間，NSTC和NAPMP可以建立預(yù)計劃，使工人能夠更快地為研發(fā)做出貢獻。

目前，高技能研發(fā)人員的流動可能會限制創(chuàng)新的步伐。通過擴大這些勞動力的供應(yīng)并提升他們的技能，NSTC和NAPMP可以加強整個美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。

美國可以采用一系列最佳做法來確保公共投資的成功

《芯片法案》是美國對半導(dǎo)體研發(fā)公共投資的重大擴展。美國可以采取多項行動，確保該投資補充現(xiàn)有公共投資，并重振美國創(chuàng)新的良性循環(huán)，以加強研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。

培育規(guī)模：美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)將更好地服務(wù)于更少、更容易獲得和一流的集群，包括物理基礎(chǔ)設(shè)施和勞動力專業(yè)知識，而不是許多不太適合行業(yè)研發(fā)需求的集群。考慮到維護一個可能過時的大型設(shè)施的成本，培育規(guī)模可以使一定數(shù)量的公共投資以更具影響力的方式使用。

關(guān)注影響：研發(fā)的公共投資應(yīng)與可識別的目標保持一致，包括關(guān)注有影響力的新技術(shù)和潛在的商業(yè)可行性。投資應(yīng)該有助于創(chuàng)新理念的商業(yè)化，并靈活解決為有前途的技術(shù)固定創(chuàng)新管道的障礙。

合作：美國半導(dǎo)體研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)包含許多現(xiàn)有有效的組織和項目，在可能的情況下，公共投資應(yīng)該增加和協(xié)調(diào)這些組織和項目，而不是復(fù)制。

展望未來：從技術(shù)和財務(wù)角度來看，公共投資應(yīng)支持美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，以滿足未來5至15年的需求。未來3-5年技術(shù)進步所需的基礎(chǔ)設(shè)施和使能因素已基本建成。鑒于該行業(yè)的研究需求可能從多年到幾十年不等，金融投資必須是長期可預(yù)測的。

結(jié)論

通過合并此處討論的投資，2030年美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的特點應(yīng)該是新半導(dǎo)體產(chǎn)品、工具和工藝的更大管道，從事半導(dǎo)體研發(fā)的更大、更熟練的勞動力，以及從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化的加速時間進程。自成立以來，美國研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)了創(chuàng)新的良性循環(huán)，這有助于美國的技術(shù)領(lǐng)先地位。該生態(tài)系統(tǒng)依然強大，擁有世界級的國家實驗室和大學(xué)，以及僅在2021就在半導(dǎo)體研發(fā)方面投入了前所未有的500億美元的公司。2022年《芯片和科學(xué)法案》的資金以及隨后在NSTC和NAPMP中建立的行業(yè)主導(dǎo)實體將為振興創(chuàng)新管道提供一次千載難逢的機會，并將在接下來的幾十年中擴大美國的技術(shù)競爭力。

附錄：非學(xué)術(shù)研究機構(gòu)

私營企業(yè)還與美國和其他地區(qū)的非學(xué)術(shù)研究組織合作進行基礎(chǔ)研究。這包括微電子中心（IMEC）和美國半導(dǎo)體研究聯(lián)盟（SRC）和CEA Leti等組織。雖然美國公司和研究人員并不局限于與美國研究機構(gòu)合作，但歐洲和亞洲的非學(xué)術(shù)研究機構(gòu)通常比美國同行規(guī)模更大、資源更好。（見圖13）

附錄：其他地區(qū)對于半導(dǎo)體的支持

雖然美國在半導(dǎo)體研發(fā)公共投資方面的絕對投資繼續(xù)超過其他地區(qū)，但其他地區(qū)為研發(fā)提供了更慷慨的支持。

在美國，由公共投資資助的半導(dǎo)體專用研發(fā)占總份額的23.3%。相比之下，中國大陸、歐盟、臺灣、日本和韓國的這一比例為35.7%。（見圖14）

附錄：半導(dǎo)體初創(chuàng)企業(yè)的風(fēng)險資本融資

在供應(yīng)鏈瓶頸和芯片高需求的背景下，中國和美國的半導(dǎo)體初創(chuàng)公司近年來籌集了大量風(fēng)險資本資金。部分由于對人工智能和機器學(xué)習(xí)芯片的強勁預(yù)期需求，全球風(fēng)險投資在2021前三個月創(chuàng)下交易價值26.4億美元的季度記錄。其中70%的資金由中國半導(dǎo)體初創(chuàng)公司籌集，美國籌集了15%。美國對半導(dǎo)體初創(chuàng)企業(yè)的風(fēng)險投資達到了20年來的最高水平。（見圖15）

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