2023年6月5日，NIST發(fā)布《半導體生態(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、標準化、建模和仿真來加強美國半導體產(chǎn)業(yè)。報告指出了影響半導體生態(tài)系統(tǒng)中計量差距的10個優(yōu)先重點領域，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，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》向商務部撥款500億美元，用于美國半導體生產(chǎn)和研究。其中390億美元用于激勵半導體制造業(yè)，包括建設、擴大或更新美國晶圓廠等；110億美元用于半導體的研發(fā)，在美國創(chuàng)建一個充滿活力的半導體創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，包括美國國家半導體技術中心（NSTC）、國家先進封裝制造計劃（NAPMP）和三個美國制造業(yè)研究所，以推進半導體技術的研究和商業(yè)化。

《芯片法案》支持計量通過微電子研究和開發(fā)下一代測量科學方法、標準和制造方法，在恢復美國在半導體行業(yè)的領導地位方面發(fā)揮關鍵作用。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，通過多學科的研發(fā)工作來加強美國半導體行業(yè)。

二、美國半導體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關鍵計量挑戰(zhàn)

2022年9月的《美國半導體行業(yè)的戰(zhàn)略機遇》報告中，確定了從計量學角度需要重點關注的7大挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)美國領導的全球半導體行業(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)先重點領域，以解決最關鍵的計量研發(fā)缺口。七大挑戰(zhàn)及對應優(yōu)先重點領域如下：

三、優(yōu)先發(fā)展重點領域，確保美國在半導體領域的領導力

NIST通過利益相關者參與和內部規(guī)劃收集的數(shù)據(jù)證實，行業(yè)、學術界和政府組織需要在半導體設計和制造價值鏈的所有階段采用更先進的計量方法，包括實驗室的基礎和應用研發(fā)、大規(guī)模原型設計、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)先重點領域分為兩大類，分別為：

1.自動化、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）先進材料和設備計量

（2）納米結構材料表征計量學

（3）高級測量服務

（4）適用于3D結構和設備的高級計量技術

（5）先進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、以及公共健康安全至關重要。半導體的革命性進步繼續(xù)推動通信、信息技術、醫(yī)療保健、軍事系統(tǒng)、交通、能源和基礎設施領域的創(chuàng)新。隨著設備變得更復雜、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(zhàn)是計量，計量在半導體制造步驟中扮演著重要角色，計量進步是加速半導體行業(yè)創(chuàng)新的基礎。從實驗室的基礎和應用研發(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，半導體技術發(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研究院，NIST是研發(fā)創(chuàng)新的引領者，NIST在開發(fā)半導體制造的計量工具、標準和方法方面發(fā)揮著關鍵作用。通過《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)，以實現(xiàn)立法目標。

該報告是NIST建立和擴大計量研發(fā)計劃的重要路線圖，以支持美國半導體行業(yè)下一代微電子的重點戰(zhàn)略。通過推進測量科學、標準和技術，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域的全球領導者。

近年來，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，制定半導體領域發(fā)展戰(zhàn)略和協(xié)同措施，做好近、中、遠期重點任務的統(tǒng)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的引領作用，集中優(yōu)勢力量加快計量研發(fā)和創(chuàng)新速度，實現(xiàn)我國在半導體領域的科技自立自強。