此图显示的是CMOS太赫兹-ID芯片。该芯片是Profs之间的合作。韩和阿南塔·钱德拉卡桑。学分:麻省理工新闻。全球半导体短缺已成为头条新闻，并引发了一连串的生产瓶颈，推高了从冰箱到越野车等各种消费品的价格。芯片短缺使半导体在日常生活的许多方面发挥的关键作用得到了极大的缓解。但是在疫情引起的短缺出现之前的几年，美国已经面临着日益严重的芯片危机。面对日益加剧的国际竞争，它在微电子创新和制造领域的长期主导地位在过去几十年中不断削弱。现在，重新确立美国在微电子领域的领导地位已经成为工业界和政府的当务之急，这不仅是出于经济原因，也是出于国家安全考虑。
在一份新的白皮书中，一组麻省理工学院的研究人员认为，该国重申其半导体超级大国地位的战略必须大量涉及大学，因为大学在开拓新技术和培养高技能劳动力方面处于独特的地位。他们的报告“重申美国在微电子领域的领导地位”提出了一系列建议，说明大学如何在国家努力重新取得半导体研究和制造领域的全球领先地位方面发挥主导作用。
“在这个国家寻求重新获得微电子制造业领导地位的过程中，我们很清楚，大学应该发挥重要作用。麻省理工学院电气工程和计算机科学系(EECS)的唐纳教授、白皮书的主要作者杰西·德尔·阿拉莫说:“我们想从头开始思考大学如何才能最好地为这项重要的工作做出贡献。“我们的目标是，当这些国家项目被构建时，它们以一种平衡的方式被构建，利用美国大学可以带来的巨大资源和人才。”
其他合著者包括电气工程教授迪米特里·安东尼亚迪斯、雷和玛丽亚·斯塔塔；林肯实验室高级技术部门负责人罗伯特·阿特金斯；马克·巴尔多，杜加尔德·杰克逊电气工程教授，电子研究实验室主任；弗拉迪米尔·布洛维奇，法里博兹·马塞赫新兴技术讲座教授，麻省理工学院纳米技术主任；林肯实验室高级技术部门助理负责人马克·高克；克雷格·凯斯特，先进技术部门副主管，林肯实验室微电子实验室运营总监；电气工程高级电视和信号处理教授、微系统技术实验室主任李海胜；威廉·奥利弗，EECS教授，量子工程中心主任，电子研究实验室副主任；托马斯·帕拉西奥斯，EECS教授；马克斯·舒拉克，EECS副教授；和材料科学与工程教授、材料研究实验室主任卡尔·汤普森。
失去领导
美国科学家对半导体技术的发明导致了20世纪50年代硅谷的诞生，这帮助美国成为半导体研究和制造的主导力量，但这种主导地位几十年来一直在下滑。根据半导体工业协会的数据，今天美国只有12%的半导体芯片生产，低于1990年的37%。
这种国内衰退的一个驱动因素是韩国、台湾和中国大陆等国家在过去几年中进行的大规模基础设施投资。德尔·阿拉莫解释说，这些投资推动了国内微芯片公司的发展，甚至诱使一些美国公司在海外开设制造工厂。
一个芯片制造厂，也被称为晶圆厂，可能会花费高达100亿美元，所以当公司决定建造一个新工厂时，他们会下一个很大的经济赌注。政府能提供的任何经济激励，以税收优惠、廉价土地甚至直接补贴的形式，都在公司决定在哪里建立工厂的过程中发挥作用。
半导体行业协会2020年的一份报告断言，当考虑到经济激励因素时，制造商在美国生产微芯片时面临30%的成本劣势。
美国政策制定者正在努力缩小这一差距，部分原因是《芯片法案》(CHIPS Act)，该法案将为国内半导体研究、设计和制造提供520亿美元的联邦投资。国会还在考虑另一项立法，即晶圆厂法案，该法案将建立半导体投资税收抵免。
增加劳动力
正如作者在白皮书中指出的，经济激励只是其中的一部分。
重新确立半导体制造业的领导地位也需要数千名新的高技能工人，而大学为该行业贡献了相当大一部分劳动力。扩大劳动力的规模和多样性将是关键，但随着越来越多的学生放弃“硬技术”转向计算机科学等领域，教育机构面临着一场艰苦的战斗。吸引更多的学生将需要令人兴奋的实践实验室课程、鼓舞人心的研究经验、精心设计的实习、来自行业导师的支持，以及各种级别的奖学金，以及许多其他举措。
“我们已经处于一种情况，即我们没有为半导体行业培养足够的各级工程师，我们正在谈论一项重大扩张。所以，这并不合理，”德尔·阿拉莫说。“如果我们想为这一重大扩张提供劳动力，我们需要吸引更多的学生。在短期内，为这个行业提供更多毕业生的唯一方法是扩大现有项目，让过去没有参与的机构参与进来。”
支持创新
大学在促进基础研究方面也发挥了重要的历史作用，国家将需要依靠学术实验室来产生新的创新。
但是许多大学的基础设施老化，如果不是已经过时的话，也很快就要过时了。白皮书的作者认为，美国需要投资大学基础设施——既要有资本设备，也要有操作设备的人员，还要支持研究和教育活动。研究设施的重大升级对于大学保持与工业及其最先进工具的相关性至关重要。del Alamo表示，这座占地21.4万平方英尺、耗资4亿美元的麻省理工学院(MIT.nano)设施于2018年开放，它是一个例子，展示了一个尖端的共享设施如何能够托管与行业相关的工具以及研究和教育项目，以推动半导体行业向前发展。
“这不仅仅是让晶体管变小。“未来的进步需要新的材料、新的工艺、重新构想的设备和新颖的集成系统，”新兴技术教授、麻省理工学院(MIT.nano)创始主任弗拉基米尔·布洛维奇(Vladimir Bulovi)说，“十年后我们将依赖的技术可能不会像今天这样。学术创新必然会打乱现有的技术路线图，并超越现有系统的性能。保持当今工业和学术界之间的紧密联系，将确保我们最好的想法能够提升目前的工业，并启动新的技术项目。”
初创企业在创新中也发挥着至关重要的作用，大学长期以来一直是创业活动的温床。
作者认为，要让这种情况持续下去，大学需要与原型设施、国家实验室和商业铸造厂建立强有力的伙伴关系，以帮助有进取心的研究人员将其创新成果转化为科技初创企业，这些企业将成为未来的世界级企业。
德尔·阿拉莫说，与林肯实验室的合作使微芯片创新成为可能，林肯实验室是位于马萨诸塞州列克星敦的一个联邦资助的研究所，由麻省理工学院管理。
林肯实验室高级技术部门负责人鲍勃·阿特金斯说:“麻省理工学院将世界级的创新引擎与林肯实验室复杂微电子原型的能力相结合，这是独一无二的，也是充满力量的。“这种结合支持了颠覆性微电子技术的发现和成熟，并允许将想法转化为实际实现。从专业成像器到世界范围内使用的微电子光刻技术，它产生了长期的影响性发展。”
充分利用大学的潜力需要一种战略，培养区域网络，不同类型的机构，包括学院和社区学院，可以合作创建联合研究和教育项目，也包括与工业界的伙伴关系。
35年多来，麻省理工学院受益于其微系统工业集团，该集团指导研究和教育活动，指导学生和教师，并提供财政支持。与工业界密切合作有助于教师理解和认识他们在研究中应该解决的有趣但又相关的问题。德尔·阿拉莫说，这种跨领域的伙伴关系在未来将变得更加重要。
“我非常感谢同事们发布的白皮书。我完全同意这里指出的愿景和方向，这也启发了我，作为一名独立的研究人员和教师，我应该如何在这方面做出贡献，”电子工程教授、电子研究实验室首席研究员孔敬说。“大学在重新确立美国在微电子领域的领导地位方面发挥着至关重要的作用。我希望这份白皮书可以作为管理者和政策制定者的助手和指南，促进和利用大学教育和研究在这方面的潜力。”
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