【儀表網(wǎng) 市場行情】2023年6月5日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST發(fā)布《半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中的計量差距：建立芯片研發(fā)計量計劃的第一步》報告，指出半導(dǎo)體行業(yè)面臨的計量挑戰(zhàn)，以及芯片研發(fā)計量計劃的創(chuàng)建、發(fā)展和戰(zhàn)略重點。報告指出了影響半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中計量差距的10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決美國微電子工業(yè)中最高優(yōu)先級的計量差距。報告指出計量是所有芯片研發(fā)計劃的基礎(chǔ)，將與其他芯片研發(fā)項目緊密相連。
一、計劃概述
2022年8月，美國發(fā)布《芯片與科學(xué)法案》，法案通過微電子研究和下一代測量科學(xué)方法、標(biāo)準(zhǔn)和制造方法的開發(fā)，強調(diào)計量在美國確立半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位方面的關(guān)鍵作用。該法案要求NIST建立計量計劃，通過推進測量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)、材料表征、儀器儀表、測試和制造能力，加強美國微電子面向未來的變革性應(yīng)用和發(fā)展。2022年9月，NIST發(fā)布《美國半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略機遇》報告，對美國半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計量挑戰(zhàn)以及應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的策略等進行了分析。報告強調(diào)，美國半導(dǎo)體行業(yè)正處于關(guān)鍵發(fā)展階段，而計量是最主要的挑戰(zhàn)，也是最亟待解決的關(guān)鍵問題。美國要繼續(xù)占據(jù)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位，就要在半導(dǎo)體的測量服務(wù)、先進計量研發(fā)試驗臺、先進制造計量新技術(shù)來源以及標(biāo)準(zhǔn)等方面發(fā)力并迎接挑戰(zhàn)。2023年4月25日，NIST發(fā)布《美國國家半導(dǎo)體技術(shù)中心愿景和戰(zhàn)略》報告，報告闡述了美國國家半導(dǎo)體技術(shù)中心(NSTC)將如何加快美國開發(fā)未來芯片和技術(shù)的能力，以保障美國的全球創(chuàng)新領(lǐng)先地位。2023年6月5日，NIST正式發(fā)布《半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中的計量差距：建立芯片研發(fā)計量計劃的第一步》報告，指出芯片研發(fā)計量計劃，并將其進一步細(xì)化為10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口，旨在通過先進的測量、標(biāo)準(zhǔn)化、建模和仿真來加強美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
二、美國半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計量挑戰(zhàn)
2022年9月的《美國半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略機遇》報告中，確定了從計量學(xué)角度需要重點關(guān)注的7大挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)美國領(lǐng)導(dǎo)的全球半導(dǎo)體行業(yè)的未來國家愿景。到2022年11月，芯片研發(fā)計量計劃將其投資組合進一步細(xì)化為10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口。七大挑戰(zhàn)及對應(yīng)優(yōu)先重點領(lǐng)域如下：
| 重大挑戰(zhàn) | 行業(yè)/產(chǎn)業(yè)缺口 | 戰(zhàn)略重點 | 優(yōu)先重點領(lǐng)域 |
| 1.材料純度、性能和來源的計量 | 通過開發(fā)新的測量和標(biāo)準(zhǔn)，滿足不同供應(yīng)鏈對半導(dǎo)體材料純度、物理性能和來源的日益嚴(yán)格的要求 | 開發(fā)專注于缺陷和污染物識別的測量技術(shù)、性能數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，以支持整個供應(yīng)鏈統(tǒng)一的材料質(zhì)量和可追溯性 | 先進材料和設(shè)備計量 |
| 2.面向未來微電子制造的先進計量技術(shù) | 確保關(guān)鍵計量技術(shù)的進步與前沿和未來的微電子和半導(dǎo)體制造并駕齊驅(qū)，同時保持美國的競爭優(yōu)勢 | 推進物理和計算計量工具，以適應(yīng)先進的復(fù)雜、集成技術(shù)和系統(tǒng)的下一代制造 | 先進材料和設(shè)備計量 納米結(jié)構(gòu)材料表征計量學(xué) |
| 3.在先進封裝中實現(xiàn)集成組件的計量 | 提供跨越多個長度刻度的計量和物理特性，以加速未來一代微電子產(chǎn)品的先進封裝 | 發(fā)展精密元器件與新材料的復(fù)雜集成計量，支撐強大的國內(nèi)先進微電子封裝產(chǎn)業(yè) | 適用于3D結(jié)構(gòu)和設(shè)備的高級計量技術(shù) 先進封裝的材料表征計量 |
| 4.半導(dǎo)體材料、設(shè)計和元件的建模與仿真 | 改進對未來半導(dǎo)體材料、工藝、器件、電路和微電子系統(tǒng)設(shè)計進行有效建模和模擬所需的工具 | 使用多物理模型和下一代概念（如人工智能和數(shù)字孿生）創(chuàng)建先進的設(shè)計模擬器，使美國微電子設(shè)計師能夠勝任 | 高級模型的驗證和確認(rèn) |
| 5.半導(dǎo)體制造過程的建模與仿真 | 無縫建模和模擬整個半導(dǎo)體制造過程，從材料輸入到芯片制造、系統(tǒng)組裝和最終產(chǎn)品 | 開發(fā)先進的計算模型、方法、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、自動化和工具，使國內(nèi)半導(dǎo)體制造商能夠提高產(chǎn)量，加快上市時間，增強競爭力 | 面向下一代制造流程的高級建模 |
| 6.微電子新材料、工藝和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化 | 規(guī)范支持和加快微電子和先進信息通信技術(shù)發(fā)展和制造的方法 | 為下一代材料、工藝和設(shè)備創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)、驗證工具和協(xié)議，為美國工業(yè)加速創(chuàng)新和提高成本競爭力鋪平道路 | 高級測量服務(wù) 設(shè)備和軟件的互操作性標(biāo)準(zhǔn) 自動化、虛擬化和安全性標(biāo)準(zhǔn) |
| 7.計量增強微電子元件和產(chǎn)品的安全性和來源 | 創(chuàng)造必要的計量進步，以增強供應(yīng)鏈中微電子組件和產(chǎn)品的安全性和來源，并增加信任和保證。 | 尋求一種全面的硬件安全保護方法，包括標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、正式測試流程和先進的計算技術(shù)，同時為供應(yīng)鏈和最終產(chǎn)品中的微電子組件提供保證和來源。 | 供應(yīng)鏈信任和高級計量的保障 |
三、優(yōu)先發(fā)展重點領(lǐng)域，確保美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力
NIST通過利益相關(guān)者參與和內(nèi)部規(guī)劃收集的數(shù)據(jù)證實，行業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府組織需要在半導(dǎo)體設(shè)計和制造價值鏈的所有階段采用更先進的計量方法，包括實驗室的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)、大規(guī)模原型設(shè)計、工廠制造以及組裝、封裝和性能驗證等，列出了10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決美國微電子工業(yè)的最高優(yōu)先級計量差距。10個優(yōu)先重點領(lǐng)域分為兩大類，分別為：
1.自動化、虛擬化和安全性：
(1)供應(yīng)鏈信任和高級計量的保障
(2)高級模型的驗證和確認(rèn)
(3)面向下一代制造流程的高級建模
(4)自動化、虛擬化和安全性標(biāo)準(zhǔn)
(5)設(shè)備和軟件的互操作性標(biāo)準(zhǔn)
2.下一代微電子計量：
(1)先進材料和設(shè)備計量
(2)納米結(jié)構(gòu)材料表征計量學(xué)
(3)高級測量服務(wù)
(4)適用于3D結(jié)構(gòu)和設(shè)備的高級計量技術(shù)
(5)先進封裝的材料表征計量
四、對我國的啟示和建議
半導(dǎo)體對美國的國家安全、經(jīng)濟增長、以及公共健康安全至關(guān)重要。半導(dǎo)體的革命性進步繼續(xù)推動通信、信息技術(shù)、醫(yī)療保健、軍事系統(tǒng)、交通、能源和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的創(chuàng)新。隨著設(shè)備變得更復(fù)雜、更小和多層，并提供前所未有的性能，半導(dǎo)體創(chuàng)造轉(zhuǎn)型變革的潛力正在成倍增加。
而發(fā)展半導(dǎo)體的真正挑戰(zhàn)是計量，計量在半導(dǎo)體制造步驟中扮演著重要角色，計量進步是加速半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。從實驗室的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)到概念驗證、大規(guī)模原型制作、工廠制造、組裝和包裝，以及最終部署前的性能驗證，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的所有階段都需要計量。計量和標(biāo)準(zhǔn)在美國芯片研發(fā)創(chuàng)新中的地位舉足輕重，作為美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院，NIST是研發(fā)創(chuàng)新的引領(lǐng)者，NIST在開發(fā)半導(dǎo)體制造的計量工具、標(biāo)準(zhǔn)和方法方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過《芯片法案》，美國政府批準(zhǔn)了支持美國半導(dǎo)體制造、研發(fā)和供應(yīng)鏈安全的激勵措施和計劃。國會已明確授權(quán)并撥款加速NIST下一代微電子的計量研發(fā)，以實現(xiàn)立法目標(biāo)。
該報告是NIST建立和擴大計量研發(fā)計劃的重要路線圖，以支持美國半導(dǎo)體行業(yè)下一代微電子的重點戰(zhàn)略。通過推進測量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，促進美國的創(chuàng)新和工業(yè)競爭力?？梢钥闯觯绹Ｍㄟ^解決計量挑戰(zhàn)，推動美國半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，將美國定位為下一代微電子所必需的計量領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。
近年來，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國家科技計劃和政策支持下取得了快速發(fā)展。面對國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新競爭格局，我國應(yīng)積極應(yīng)對，制定半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略和協(xié)同措施，做好近、中、遠(yuǎn)期重點任務(wù)的統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。重視計量在半導(dǎo)體中的地位和作用，加大科技投入，建立我國半導(dǎo)體領(lǐng)域國家計量戰(zhàn)略科技力量，充分發(fā)揮國家級計量科研機構(gòu)的引領(lǐng)作用，集中優(yōu)勢力量加快計量研發(fā)和創(chuàng)新速度，實現(xiàn)我國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的科技自立自強。
所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)。