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(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。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)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《芯片與科學法案》，法案通過微電子研究和下一代測量科學方法、標準和制造方法的開發(fā)，強調(diào)計量在美國確立半導體行業(yè)領導地位方面的關(guān)鍵作用。該法案要求NIST建立計量計劃，通過推進測量科學、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(zhàn)略機遇》報告，對美國半導體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計量挑戰(zhàn)以及應對這些挑戰(zhàn)的策略等進行了分析。報告強調(diào)，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(zhàn)，也是最亟待解決的關(guān)鍵問題。美國要繼續(xù)占據(jù)全球半導體產(chǎn)業(yè)的領先地位，就要在半導體的測量服務、先進計量研發(fā)試驗臺、先進制造計量新技術(shù)來源以及標準等方面發(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)新領先地位。2023年6月5日，NIST正式發(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，指出芯片研發(fā)計量計劃，并將其進一步細化為10個優(yōu)先重點領域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口，旨在通過先進的測量、標準化、建模和仿真來加強美國半導體產(chǎn)業(yè)。
二、美國半導體生態(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(guān)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(guān)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：
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)、學術(shù)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(jié)構(gòu)材料表征計量學
（3）高級測量服務
（4）適用于3D結(jié)構(gòu)和設備的高級計量技術(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(zhuǎn)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(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(guān)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(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。
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(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(diào)。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(gòu)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。
