2023年6月5日，美國(guó)國(guó)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(jì)量差距：建立芯片研發(fā)計(jì)量計(jì)劃的第一步》報(bào)告，指出半導(dǎo)體行業(yè)面臨的計(jì)量挑戰(zhàn)，以及芯片研發(fā)計(jì)量計(jì)劃的創(chuàng)建、發(fā)展和戰(zhàn)略重點(diǎn)。報(bào)告指出了影響半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中計(jì)量差距的10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，以解決美國(guó)微電子工業(yè)中最高優(yōu)先級(jí)的計(jì)量差距。報(bào)告指出計(jì)量是所有芯片研發(fā)計(jì)劃的基礎(chǔ)，將與其他芯片研發(fā)項(xiàng)目緊密相連。
一、計(jì)劃概述
2022年8月，美國(guó)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(cè)量科學(xué)方法、標(biāo)準(zhǔn)和制造方法的開(kāi)發(fā)，強(qiáng)調(diào)計(jì)量在美國(guó)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(jì)量計(jì)劃，通過(guò)推進(jìn)測(cè)量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)、材料表征、儀器儀表、測(cè)試和制造能力，加強(qiáng)美國(guó)微電子面向未來(lái)的變革性應(yīng)用和發(fā)展。2022年9月，NIST發(fā)布《美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略機(jī)遇》報(bào)告，對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計(jì)量挑戰(zhàn)以及應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的策略等進(jìn)行了分析。報(bào)告強(qiáng)調(diào)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)正處于關(guān)鍵發(fā)展階段，而計(jì)量是最主要的挑戰(zhàn)，也是最亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。美國(guó)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(cè)量服務(wù)、先進(jìn)計(jì)量研發(fā)試驗(yàn)臺(tái)、先進(jìn)制造計(jì)量新技術(shù)來(lái)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(guó)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心愿景和戰(zhàn)略》報(bào)告，報(bào)告闡述了美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心（NSTC）將如何加快美國(guó)開(kāi)發(fā)未來(lái)芯片和技術(shù)的能力，以保障美國(guó)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(jì)量差距：建立芯片研發(fā)計(jì)量計(jì)劃的第一步》報(bào)告，指出芯片研發(fā)計(jì)量計(jì)劃，并將其進(jìn)一步細(xì)化為10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計(jì)量研發(fā)缺口，旨在通過(guò)先進(jìn)的測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)化、建模和仿真來(lái)加強(qiáng)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
二、美國(guó)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計(jì)量挑戰(zhàn)
2022年9月的《美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略機(jī)遇》報(bào)告中，確定了從計(jì)量學(xué)角度需要重點(diǎn)關(guān)注的7大挑戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)的全球半導(dǎo)體行業(yè)的未來(lái)國(guó)家愿景。到2022年11月，芯片研發(fā)計(jì)量計(jì)劃將其投資組合進(jìn)一步細(xì)化為10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計(jì)量研發(fā)缺口。七大挑戰(zhàn)及對(duì)應(yīng)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(nèi)部規(guī)劃收集的數(shù)據(jù)證實(shí)，行業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府組織需要在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造價(jià)值鏈的所有階段采用更先進(jìn)的計(jì)量方法，包括實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)、大規(guī)模原型設(shè)計(jì)、工廠制造以及組裝、封裝和性能驗(yàn)證等，列出了10個(gè)優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，以解決美國(guó)微電子工業(yè)的最高優(yōu)先級(jí)計(jì)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(yīng)鏈信任和高級(jí)計(jì)量的保障
（2）高級(jí)模型的驗(yàn)證和確認(rèn)
（3）面向下一代制造流程的高級(jí)建模
（4）自動(dòng)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(jì)量：
（1）先進(jìn)材料和設(shè)備計(jì)量
（2）納米結(jié)構(gòu)材料表征計(jì)量學(xué)
（3）高級(jí)測(cè)量服務(wù)
（4）適用于3D結(jié)構(gòu)和設(shè)備的高級(jí)計(jì)量技術(shù)
（5）先進(jìn)封裝的材料表征計(jì)量
四、對(duì)我國(guó)的啟示和建議
半導(dǎo)體對(duì)美國(guó)的國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、以及公共健康安全至關(guān)重要。半導(dǎo)體的革命性進(jìn)步繼續(xù)推動(dòng)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(jì)量，計(jì)量在半導(dǎo)體制造步驟中扮演著重要角色，計(jì)量進(jìn)步是加速半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。從實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)到概念驗(yàn)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(yàn)證，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的所有階段都需要計(jì)量。計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)在美國(guó)芯片研發(fā)創(chuàng)新中的地位舉足輕重，作為美國(guó)國(guó)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(kāi)發(fā)半導(dǎo)體制造的計(jì)量工具、標(biāo)準(zhǔn)和方法方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)《芯片法案》，美國(guó)政府批準(zhǔn)了支持美國(guó)半導(dǎo)體制造、研發(fā)和供應(yīng)鏈安全的激勵(lì)措施和計(jì)劃。國(guó)會(huì)已明確授權(quán)并撥款加速NIST下一代微電子的計(jì)量研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)立法目標(biāo)。
該報(bào)告是NIST建立和擴(kuò)大計(jì)量研發(fā)計(jì)劃的重要路線圖，以支持美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)下一代微電子的重點(diǎn)戰(zhàn)略。通過(guò)推進(jìn)測(cè)量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，促進(jìn)美國(guó)的創(chuàng)新和工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。可以看出，美國(guó)希望通過(guò)解決計(jì)量挑戰(zhàn)，推動(dòng)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，將美國(guó)定位為下一代微電子所必需的計(jì)量領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。
近年來(lái)，我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國(guó)家科技計(jì)劃和政策支持下取得了快速發(fā)展。面對(duì)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新競(jìng)爭(zhēng)格局，我國(guó)應(yīng)積極應(yīng)對(duì)，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(diǎn)任務(wù)的統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。重視計(jì)量在半導(dǎo)體中的地位和作用，加大科技投入，建立我國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)域國(guó)家計(jì)量戰(zhàn)略科技力量，充分發(fā)揮國(guó)家級(jí)計(jì)量科研機(jī)構(gòu)的引領(lǐng)作用，集中優(yōu)勢(shì)力量加快計(jì)量研發(fā)和創(chuàng)新速度，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的科技自立自強(qiáng)。
