2023年6月5日，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。旨在通過先進的測量、標(biāo)準化、建模和仿真來加強美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。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)的最高優(yōu)先級計量差距。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，《芯片法案》向商務(wù)部撥款500億美元，用于美國半導(dǎo)體生產(chǎn)和研究。其中390億美元用于激勵半導(dǎo)體制造業(yè)，包括建設(shè)、擴大或更新美國晶圓廠等；110億美元用于半導(dǎo)體的研發(fā)，在美國創(chuàng)建一個充滿活力的半導(dǎo)體創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，包括美國國家半導(dǎo)體技術(shù)中心（NSTC）、國家先進封裝制造計劃（NAPMP）和三個美國制造業(yè)研究所，以推進半導(dǎo)體技術(shù)的研究和商業(yè)化。

《芯片法案》支持計量通過微電子研究和開發(fā)下一代測量科學(xué)方法、標(biāo)準和制造方法，在恢復(fù)美國在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。該法案規(guī)定了芯片研發(fā)計劃中的計量活動，要求NIST建立一個計量計劃，通過多學(xué)科的研發(fā)工作來加強美國半導(dǎo)體行業(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：

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

（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

（5）設(shè)備和軟件的互操作性標(biāo)準

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)準和技術(shù)，促進美國的創(chuàng)新和工業(yè)競爭力。可以看出，美國希望通過解決計量挑戰(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。