2023年6月5日，美國國家標準與技術(shù)研究院NIST發(fā)布《半導體生態(tài)系統中的計量差距：建立芯片研發(fā)計量計劃的第一步》報告，指出半導體行業(yè)面臨的計量挑戰，以及芯片研發(fā)計量計劃的創(chuàng )建、發(fā)展和戰略重點(diǎn)。報告指出了影響半導體生態(tài)系統中計量差距的10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)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，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(guò)微電子研究和下一代測量科學(xué)方法、標準和制造方法的開(kāi)發(fā)，強調計量在美國確立半導體行業(yè)領(lǐng)導地位方面的關(guān)鍵作用。該法案要求NIST建立計量計劃，通過(guò)推進(jìn)測量科學(xué)、標準、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(lái)的變革性應用和發(fā)展。2022年9月，NIST發(fā)布《美國半導體行業(yè)的戰略機遇》報告，對美國半導體生態(tài)系統面臨的關(guān)鍵計量挑戰以及應對這些挑戰的策略等進(jìn)行了分析。報告強調，美國半導體行業(yè)正處于關(guān)鍵發(fā)展階段，而計量是最主要的挑戰，也是最亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。美國要繼續占據全球半導體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位，就要在半導體的測量服務(wù)、先進(jìn)計量研發(fā)試驗臺、先進(jìn)制造計量新技術(shù)來(lái)源以及標準等方面發(fā)力并迎接挑戰。2023年4月25日，NIST發(fā)布《美國國家半導體技術(shù)中心愿景和戰略》報告，報告闡述了美國國家半導體技術(shù)中心（NSTC）將如何加快美國開(kāi)發(fā)未來(lái)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《半導體生態(tài)系統中的計量差距：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(jìn)一步細化為10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口，旨在通過(guò)先進(jìn)的測量、標準化、建模和仿真來(lái)加強美國半導體產(chǎn)業(yè)。
二、美國半導體生態(tài)系統面臨的關(guān)鍵計量挑戰
2022年9月的《美國半導體行業(yè)的戰略機遇》報告中，確定了從計量學(xué)角度需要重點(diǎn)關(guān)注的7大挑戰，以實(shí)現美國領(lǐng)導的全球半導體行業(yè)的未來(lái)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(jìn)一步細化為10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口。七大挑戰及對應優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域如下：
NIST通過(guò)利益相關(guān)者參與和內部規劃收集的數據證實(shí)，行業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府組織需要在半導體設計和制造價(jià)值鏈的所有階段采用更先進(jìn)的計量方法，包括實(shí)驗室的基礎和應用研發(fā)、大規模原型設計、工廠(chǎng)制造以及組裝、封裝和性能驗證等，列出了10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)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(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域分為兩大類(lèi)，分別為：
1.自動(dòng)化、虛擬化和安全性：
（1）供應鏈信任和高級計量的保障
（2）高級模型的驗證和確認
（3）面向下一代制造流程的高級建模
（4）自動(dòng)化、虛擬化和安全性標準
（5）設備和軟件的互操作性標準
2.下一代微電子計量：
（1）先進(jìn)材料和設備計量
（2）納米結構材料表征計量學(xué)
（3）高級測量服務(wù)
（4）適用于3D結構和設備的高級計量技術(shù)
（5）先進(jìn)封裝的材料表征計量
四、對我國的啟示和建議
半導體對美國的國家安全、經(jīng)濟增長(cháng)、以及公共健康安全至關(guān)重要。半導體的革命性進(jìn)步繼續推動(dòng)通信、信息技術(shù)、醫療保健、軍事系統、交通、能源和基礎設施領(lǐng)域的創(chuàng )新。隨著(zhù)設備變得更復雜、更小和多層，并提供前所未有的性能，半導體創(chuàng )造轉型變革的潛力正在成倍增加。
而發(fā)展半導體的真正挑戰是計量，計量在半導體制造步驟中扮演著(zhù)重要角色，計量進(jìn)步是加速半導體行業(yè)創(chuàng )新的基礎。從實(shí)驗室的基礎和應用研發(fā)到概念驗證、大規模原型制作、工廠(chǎng)制造、組裝和包裝，以及最終部署前的性能驗證，半導體技術(shù)發(fā)展的所有階段都需要計量。計量和標準在美國芯片研發(fā)創(chuàng )新中的地位舉足輕重，作為美國國家標準與技術(shù)研究院，NIST是研發(fā)創(chuàng )新的引領(lǐng)者，NIST在開(kāi)發(fā)半導體制造的計量工具、標準和方法方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。通過(guò)《芯片法案》，美國政府批準了支持美國半導體制造、研發(fā)和供應鏈安全的激勵措施和計劃。國會(huì )已明確授權并撥款加速NIST下一代微電子的計量研發(fā)，以實(shí)現立法目標。
該報告是NIST建立和擴大計量研發(fā)計劃的重要路線(xiàn)圖，以支持美國半導體行業(yè)下一代微電子的重點(diǎn)戰略。通過(guò)推進(jìn)測量科學(xué)、標準和技術(shù)，促進(jìn)美國的創(chuàng )新和工業(yè)競爭力?？梢钥闯?，美國希望通過(guò)解決計量挑戰，推動(dòng)美國半導體行業(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)導者。
近年來(lái)，我國半導體產(chǎn)業(yè)在國家科技計劃和政策支持下取得了快速發(fā)展。面對國際半導體產(chǎn)業(yè)的新競爭格局，我國應積極應對，制定半導體領(lǐng)域發(fā)展戰略和協(xié)同措施，做好近、中、遠期重點(diǎn)任務(wù)的統籌和協(xié)調。重視計量在半導體中的地位和作用，加大科技投入，建立我國半導體領(lǐng)域國家計量戰略科技力量，充分發(fā)揮國家級計量科研機構的引領(lǐng)作用，集中優(yōu)勢力量加快計量研發(fā)和創(chuàng )新速度，實(shí)現我國在半導體領(lǐng)域的科技自立自強。
