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简介
几十年前，美国的创新引发了研究的进步，造就了本日的半导体家当。这一家当是环球性的，支撑着从康健到通信的方方面面，对美国的经济和安全至关主要。两党共同提出的《CHIPS 法案》所带来的巨额投资为重振这一关键领域的海内制造业、加强微电子研发（R&D）创新生态系统供应了机遇，从而提升了美国在未来的竞争地位。
本《国家微电子研究计策》提出了未来五年实现这些机遇所需的目标、关键需求和行动。该计策为联邦部门和机构、学术界、家当界、非营利组织以及国际盟友和互助伙伴供应了一个框架，以知足关键需求并建立微电子研发根本举动步伐，从而支持未来半导体领域的发展。
正如本报告通篇所强调的那样，正在进行的大量 CHIPS 研发投资必须充分发挥杠杆浸染，并与有助于微电子研发的各种现行操持、活动和资源相折衷。在未来五年中，白宫和联邦各部门及机构将共同努力，推进四个相互关联的目标：
1.促进和加快未来微电子技能的研究进展
2.支持、培植和连接从研究到制造的微电子根本举动步伐
3.为微电子研发到制造生态系统培养和坚持技能人才军队
4.创建一个充满活力的微电子创新生态系统，加速研发向美国度当的过渡
第一个目标侧重于多少领域的关键研究需求，这些领域是加快未来几代微电子系统所需的进步所必需的。研究领域包括：可供应新功能的材料；电路设计、仿照和仿真工具；新架构和干系硬件设计；前辈封装和异构集成的工艺和计量；硬件完全性和安全性；以及将新创新成果转化为生产的制造工具和工艺，这些研究领域须要利用专用工具和设备。
第二个目标的重点是支持、扩大和连接研究根本举动步伐，从小规模材料和器件级制造和表征，到原型设计、大规模制造以及高等装置、封装和测试。所需的工具包括软件（包括设计工具）和商业规模的生产和计量硬件。海内半导体家当的发展也将为全国供应更多的高薪事情机会。
目标三确定了支持学习者和教诲者培养从研究到制造所需的技能人才的事情。
末了，第四个目标是着眼于全体研发领域，提出了创建充满活力的微电子创新生态系统的计策和行动，以加快新进展向商业运用的过渡。紧张事情不仅支持微电子技能发展路子各阶段的行动，还将各种网络和活动连接起来，以建立微电子创新的良性循环。
这四个目标将在半导体家当的环球性子背景下实现。与半导系统编制造供应链一样，支持微电子创新生态系统的研究举动步伐和人才也遍布天下各地。国际互助、贸易和外交是利用各种努力和资源、促进人才流动和研究互助、确保供应链安全的主要工具。
这一计策的履行将带来一个充满活力的创新生态系统，加速新的研究打破，支持这些进展向制造业的过渡，并为全美人民供应高薪事情。一个全面培植、四通八达的微电子研究根本举动步伐将为研究职员实现打破奠定根本，并带来良性的创新循环。造就和支持微电子创新将有助于确保未来在半导体行业的领先地位，从而促进美国及其盟友和互助伙伴的安全与繁荣。
导言
微电子革命改变了社会。当代生活的险些所有方面现在都依赖于半导体技能，包括通信、打算、娱乐、医疗保健、能源和交通。因此，微电子技能对美国的经济和国家安全至关主要。几十年来，联邦政府和私营部门在硬件和软件方面的研发投资推动了半导体行业的快速创新。
在保持或降落本钱和功耗哀求的同时，不断提高微电子性能和功能的激烈竞争推动了更小和更密集集成的微电子元件的制造。这种微型化哀求在材料、工具和设计方面不断取得打破，使元件内的关键构造尺寸小到几个原子。特色尺寸的缩小使数字信息存储和处理能力大幅提高，同时，对通信、电源和传感至关主要的仿照和非硅技能也取得了许多重大进展。制造领域所需的进步不仅得益于对研发的大量投资，还得益于对制造前辈集成电路和元件所需的制造和计量设备以及干系制造（"晶圆厂"）和封装举动步伐的开拓。这种规模制造的繁芜性和本钱--建立一个领先的硅制造厂现在须要花费数百亿美元--匆匆使了该行业的大幅整合。如今，环球只有三家公司在竞争制造最新一代的前辈逻辑器件。
2021 年 6 月，白宫发布了一份关于关键供应链（包括半导系统编制造和前辈封装供应链）的报告--《培植有弹性的供应链，振兴美国制造业，促进根本广泛的增长》。该报告指出，只管总部设在美国的半导体公司占环球收入的近一半，但美国海内进行的环球半导系统编制造份额已从 1990 年的 37% 低落到 12%，美国的封装份额也低落到 3%。8 正如该报告所谈论的，当代微电子制造是一个极其繁芜的环球性过程，涉及数月内完成的数百个步骤，个中许多组件在多次穿越天下的过程中利用了国际专业技能和举动步伐。报告认为，公共和私营部门须要采纳行动，提高关键产品的海内制造能力，招募和培训海内劳动力，投资研发，并与美国的盟友和互助伙伴互助，共同加强供应链的复原力。
01.国家微电子研究计策——目标和目的目标 1. 推动和加速未来微电子技能的研究进展
1.1: 加速研究和开拓可供应新功能或增强功能的材料。
1.2: 提高电路设计、仿照和仿真工具的能力。
1.3: 开拓未来系统所需的各种强大的处理架构和干系硬件。
1.4: 开拓前辈封装和异构集成的工艺和计量学。
1.5: 优先考虑硬件的完全性和安全性，将其作为全体堆栈协同设计计策的一个要素。
1.6：投资研发制造工具和工艺，以支持将创新成果转化为适宜生产的制造工艺。
目标 2. 支持、构建和连接从研究到制造的微电子根本举动步伐
2.1: 支持设备级研发制造和表征用户举动步伐的联合网络。
2.2: 让学术界和小型企业研究职员有更多机会利用灵巧的设计工具和晶圆级制造资源。
2.3: 为研究职员获取关键功能材料供应便利。
2.4：扩大利用前辈的网络根本举动步伐进行建模和仿照的机会。
2.5: 支持前辈的研究、开拓和原型设计，缩小实验室到实验室之间的差距。2.6: 支持前辈的组装、封装和测试。
目标 3. 为微电子研发到制造生态系统培养和坚持技能人才军队
3.1: 支持与微电子学干系的科学和技能学科的学习者和教诲者。
3.2: 促进"大众对微电子技能的切实参与，提高对半导体行业职业机会的认识。
3.3: 培养一支具有原谅性确当前和未来的微电子人才军队。
3.4: 培植和推动微电子研究与创新能力。
目标 4. 创建一个充满活力的微电子创新生态系统，加速研发向美国度当的过渡
4.1: 支持、建立和折衷各中央、公私互助伙伴关系和同盟，以深化微电子生态系统中各利益干系方之间的互助。
4.2: 参与并利用 CHIPS 工业咨询委员会。
4.3: 根据研发路线图和重大寻衅，勉励和调度微电子界的关键技能寻衅。
4.4: 促进学术、政府和行业互换，扩大对需求和机遇的理解。
4.5: 通过有针对性的操持和投资，支持创业、初创企业和早期企业。
02.微电子技能已成为日常生活中许多方面必不可少的技能半导体对美国的经济和国家安全至关主要，并已成为日常生活中许多方面的必需品。这里描述的例子包括汽车、医疗保健、航空航天、虚拟现实、金融系统、电子商务、太空卫星、国防、能源、打算、农业和电信。随着微电子设备的遍及，对其关键性能的哀求也越来越多样化，这就哀求与摩尔定律所表示的特色尺寸的传统扩展办法不同。例如，卫星运用的哀求包括经由验证的辐射加固技能，超级打算机最大限度地提高性能和速率，但传感器等边缘设备可能会优先考虑低功耗。这些针对特定运用的哀求正在推动微电子技能的日益多样化，而异构集成和芯片组等方法将促进和推动微电子技能的多样化。
白宫供应链报告强调了半导体行业对美国经济的主要性，2022 年，半导体行业在美国出口发卖总额中排名第五。9联邦政府也是微电子的主要消费者，它必须能够得到可信和可靠的微电子，以实现通信、导航、传感、关键根本举动步伐、公共卫生和国家安全等基本功能。微电子技能是各种新兴技能的根本，包括量子信息科学、人工智能、前辈的无线网络（6G 及以上）、安全可靠的医疗保健技能以及应对景象危急所需的清洁能源和节能技能。
03.芯片上的 ENIAC为相识释打算技能在尺寸和规模上的重大变革，学生们设计并制作了 "芯片上的 ENIAC"，以庆祝第一台可编程电子通用数字打算机 "电子数字积分器和打算机（ENIAC：Electronic Numerical Integrator and Computer）"出身 50 周年。ENIAC 包含 18,000 多个真空管，高约 8 英尺，深约 3 英尺，长约 100 英尺，重达 30 多吨。如左图所示，ENIAC 是通过电缆和开关手工编程的。右图描述的是 1995 年利用 0.5 微米互补金属氧化物半导体（CMOS）技能重现 ENIAC 的芯片，用晶体管取代了真空管。如果采取本日的技能，该芯片的体积将缩小约 1000 倍。在性能方面，ENIAC 的浮点运算速率约为每秒 500 次（FLOPS），而现在橡树岭国家实验室的 Frontier 超级打算机的浮点运算速率已超过 1,500,000,000,000,000（1,000,000,000,000,000 FLOPS）。
正是由于该行业对国家经济和安全的主要性，两党共同制订了《2022 年 CHIPS 法案》（《2022 年 CHIPS 和科学法案》A 分部），并拨款 520 多亿美元用于发展国家半导系统编制造基地和加速微电子研发。此外，最近的几份报告也强调了该行业的主要性。例如，在 2018 年的一份评估报告中，美国国防部（DOD）指出了微电子供应链面临的威胁，以及多个关键国防部门的干系研发和制造问题。2020-2023 年，国会研究做事部（CRS）研究了半导体行业面临的技能寻衅、海内和环球供应链、为国家安全供应安全可信的半导体生产、干系联邦政策和研究投资，以及应对这些寻衅的可能立法。国家安全委员会关于人工智能（AI）的终极报告指出，要保持国家在人工智能领域的领先地位，就必须在海内建立半导体工厂 。
04.晶体管到底有多小？下面的图片显示了晶体管与蚂蚁比较的大小。蚂蚁图片周围的圆圈直径为 2 毫米（mm），即 0.002 米。下一张图片是用扫描电子显微镜（SEM）拍摄的蚂蚁眼睛，直径约为 150 微米（µm），即 0.00015 米。第三张图片是蚂蚁眼睛上的一根毛发。圆圈直径为 20 微米。第四张图片是毛发的扫描电镜特写图片，显示了毛发上的沟槽。直径为 1 微米（或一千纳米）。顶部的电子显微镜图像显示了集成电路晶体管的横截面，解释当代集成电路晶体管可以安装在蚂蚁眼睛毛发的沟槽中。该图像的直径仅为 50 纳米。
微电子研发对付连续推进技能和系统发展，实现加强海内制造和降落供应链风险的长期目标至关主要。此外，联邦信息征询书（RFIs） 的见地、利益干系者的建议以及来自公共和私营部门的多份其他报告都清楚地表明，强大、创新的海内研发工为难刁难美国未来的竞争力和安全至关主要。综上所述，从这些资源中可以看出一系列关键的研发趋势和机遇：
设备及其运用的多样性不断增长，超越了传统的处理器和存储器，这就哀求在多种规模和类型的信息系统中，在数据的天生、通信、存储和处理方面进行创新。微电子技能对信息技能以外的领域至关主要，估量在电源管理、医疗设备和传感等领域将有巨大的增长。全面的 "全栈 "研发方法为提高设备和系统的性能、可靠性和安全性供应了机会。只管人们的把稳力紧张集中在根本器件的设计和扩展上，但未来在制造、计量、测试、验证和确认、异构集成和前辈封装方面也将面临重大寻衅。此外，寻衅不仅限于硬件：器件、设计和制造、电路和系统集成的进步须要打算机体系构造、软件和运用层的同步创新。集成设计供应了一种加速创新的方法。此外，它还能确保从一开始就捕捉到关键的系统属性，并在全体开拓周期中加以考虑，包括性能、可靠性、能效和安全性。美国的微电子研究生态系统在根本研究和早期运用研究方面依然表现出色，但须要对海内根本举动步伐进行更多投资，重新重视制造科学与工程，并培养一支灵巧的劳动力军队，以便将创新成果高效地转化为家当成果。以可承受的价格快速得到设计和原型制作能力，将使海内创新更快地从研发过渡到制造。从器件规模到晶圆规模，无论是靠近或处于前沿工艺节点，还是对付仿照和非硅技能非常主要的更成熟节点，都须要具备相应的能力。学生和研究职员须要得到这些能力，以进行体验式劳动力培训。得到准备充分的人才是全体代价链面临的重大寻衅，须要短期和长期的办理方案。要使美国成为吸引高需求领域精良外国人才的磁铁，就须要有受欢迎的路子。须要改进课程和外联事情，发展和扩大公正、原谅和多样化的海内科学、技能、工程和数学（STEM）人才库，为微电子研发和半导体行业供应支持。要确保全体创新生态系统取获胜利，就必须与盟友和互助伙伴进行强有力的互助。半导体家当是环球性的，任何国家都无法单独搜集技能、供应链和专业知识来支持尖端研发和制造。科技外交将是吸引盟友和互助伙伴的主要工具。提高微电子的能效对付可持续发展越来越主要。微电子利用的快速增长和能效提高的同步放缓正在带来新的经济和环境风险。为了降落这些风险，微电子研发投资必须关注能源效率和全体生命周期的可持续性，包括减少能源花费。为降落这些风险，微电子研发投资必须看重能源效率和全体生命周期的可持续性，包括减少利用稀缺材料或对环境有害的材料。保护知识产权对付确保美国度当得到经济效益以坚持私人研发投资至关主要。必须保护美国本土开拓的关键知识产权，同时提高在互助中适当共享信息的能力。运用研究旨在供应技能判别成分，使微电子制造商在市场上得到计策上风。必须履行并有效实行保障方法（如网络安全、知识产权司法等），以确保关键创新不会在无意中或不适当地受到陵犯。05.什么是 "堆栈"？在本报告中，"堆栈 "或 "全堆栈 "指的是组成右图所示完全微电子系统所需的全部科学技能要素，从最基本的硬件（如材料和电路）一贯到高等软件及其运用。(背景图片为最前辈芯片的横截面。图片来源：NIST）。
这些趋势和机遇为本文件中提出的目标、需求和计策供应了依据，这些目标、需求和计策旨在通过互助研究、利用前辈的根本举动步伐以及全体微电子研发企业的共同设计文化来加快创新和转化的步伐。必须重点发展和坚持一个充满活力、相互联系的微电子生态系统，以确保美国在这一主要领域的领先地位。
微电子创新生态系统
微电子创新生态系统非常繁芜，是成本、知识和研发极其密集的家当。目前，环球尖端微电子制造仅依赖于少数几家公司，研究职员利用前辈工艺的机会十分有限。不须要大批量生产的学术界、政府和家当界研究职员得到推进研发前沿所需的能力有限，这极大地限定了他们开拓创新并将其过渡到前沿制造的能力。得到尖端能力的机会有限也限定了为劳动力发展供应体验式培训的机会。CHIPS 法案的投资旨在办理这些问题。
除了当前 CMOS 技能的领先上风之外，微电子行业还面临着与创新步伐加快以及学术界、能源部 (DOE) 国家实验室和其他联邦政府帮助的研发中央 (FFRDC)、非营利性实验室、政府机构和大小公司所呈现的多样化技能爆炸性增长干系的深刻变革。须要建立并加强将新的研究进展转化为运用的有效路子，以确保美国从研发投资中获益，并确保关键知识产权 (IP) 可用于海内制造。此外，随着制造业面临新的寻衅，必须将这些技能需求反馈给研究界。
作为国家研发生态系统的一部分，有 20 多个联邦机构为研发供应资金，活动的性子由各机构的任务决定2商务部 (DOC)、美国国家航空航天局 (NASA)、美国国家科学基金会 (NSF)、国土安全部 (DHS)、卫生与公众年夜众做事部 (HHS)、国防部、能源部和其他联邦机构既支持校内研发（在政府举动步伐和能源部国家实验室内进行），也支持校外研发（由学术界、家当界和其他组织通过赠款、条约和其他协议进行）。联邦研究资金所支持的研发活动范围广泛，这就哀求对所开拓的知识产权加以保护，防止无意、强制或胁迫的技能转让。各机构还通过各种机制支持各级教诲的劳动力发展，包括支持正规和非正规学习、演习和奖学金；课程开拓；以及折衷努力，扩大对科学、技能、工程和数学的参与。虽然每个机构都有以任务为导向的优先事变，决定了其微电子干系研究的重点，但正如下文和本计策通篇所谈论的那样，目前有多种机构间机制来折衷研发优先事变和操持，并确保研究成果的共享，实现互利。
在微电子创新生态系统中，联邦资金的一个主要组成部分是对技能开拓过程中根本举动步伐的支持。对付早期阶段的研究，学术机构、政府举动步伐、能源部国家实验室和其他 FFRDCs 都有许多举动步伐，特殊是用于材料和器件制造与表征的举动步伐。联邦投资的另一个领域是网络根本举动步伐，包括建模、仿照和数据。与 "国家纳米技能操持"（NNI：National Nanotechnology Initiative ） 相连的几个用户举动步伐网络为学术界、工业界和政府的研究职员供应了利用支持微电子研发的成套工具和科学专业知识的机会。这些举动步伐极大地拓宽了小型企业和机构研究职员的参与范围，而这些企业和机构自己是无法购买这些设备的。这有助于实现须要专业举动步伐和设备的创新的民主化，特殊是在半导体研发和制造方面。
一旦在设备层面实现了观点验证，由于缺少必要的前辈开拓能力，创新在当前的美国生态系统中每每会受到阻碍。须要对海内材料供应、设计、制造和封装能力进行投资，以办理实验室到制造（实验室到制造）之间的差距。须要进行投资，以支持和坚持新设备和架构的前辈原型和放大，以及干系的制造和计量仪器，并合营所需的软件和运用设计。此外，研究职员和学生利用这些能力将为扩大海内微电子人才军队供应实践履历培训。
2021 年《美国 CHIPS 法案》授权多项操持帮助弥合实验室到实验室之间的差距，而 2022 年《CHIPS 法案》则为这些操持拨款。2021 年美国 CHIPS 法案》第 9903 节授权国防部建立国家微电子研发网络，以实现美国微电子创新从实验室到工厂的过渡。第9906节指示国防部建立一个国家半导体技能中央，以开展前辈半导体技能的研究和原型开拓；在NIST建立一个微电子研究操持，以开展半导体计量研究和开拓；建立一个国家前辈封装制造操持，以加强半导体前辈测试、组装和封装能力；以及最多三个专注于半导系统编制造的美国制造研究所。
在更广泛的美国研发生态系统中，全国各地有许多地区性创新中央，由家当集群组成，辅以联邦政府支持的学术中央，常日侧重于特定技能和/或地方研究上风。这些地方中央是宝贵的国家资源，确保它们与包括微电子在内的全体研发生态系统的其他要素良好结合，将加强国家创新根本。
美国半导体行业在研发方面投入巨大，估量 2022 年将达到近 600 亿美元。为了保持其天下领先的研发支出，美国公司必须有机会进入外国市场，凭借卓越的技能参与竞争并取得胜利。贸易政策必须保护美国公司在环球市场不受歧视。与盟友和互助伙伴的互助和折衷将有助于办理国家安全问题，并帮助美国公司在激烈的环球技能领先竞争中站稳脚跟。
白宫和联邦各部门及机构认识到，开放是研发领先的根本，国际人才流动对环球企业的成功至关主要。然而，正如《第 33 号国家安全总统备忘录履行指南》（NSPM-33）中所明确指出的，美国政府及其互助伙伴必须加强研发保护，防止外国政府的干预和利用，尽职尽责地保护知识成本和财产。保护方法可包括：改进基于风险的研究互助和拟议外国投资评估流程；美国专家积极参与国际标准组织；在研究安全方面与国际互助伙伴进行更密切的折衷；以及在全体微电子研发界开展有关该主题主要性的宣扬和教诲活动。
全政府方法
认识到微电子技能对我们的康健、环境、经济和国家安全的主要浸染，美国政府正在采纳整体行动，以保持和提升美国及其盟国在这一主要领域的环球领导地位。2022 年 8 月 25 日，拜登总统发布了《关于履行 2022 年 CHIPS 法案的行政命令》，确定了履行的优先事变，并成立了 CHIPS 履行辅导委员会，以折衷政策制订，确保在行政部门内有效履行该法案。辅导委员会由白宫科技政策办公室（OSTP）、国家安全委员会（NSC）和国家经济委员会（NEC）的主任共同主持，成员包括国务院、财政部、国防部、商务部、劳工部和能源部的部长；管理和预算办公室（OMB）主任；小企业管理局局长、国家情报局局长、总统海内政策助理、经济顾问委员会主席、国家网络总监、国家科学基金会主任以及国家标准与技能研究所所长。该委员会确保对全体政府正在进行的事情和投资的理解，并折衷内阁层面的政策制订。
根据《2021 财年威廉-麦克-索恩伯里国防授权法案》第 9906(a)条，OSTP 在国家科学技能委员会下设立了微电子领导力小组委员会（SML）。小组委员会成员包括商务部、国防部、能源部、卫生与"大众年夜众做事部、国家科学基金会、国务院、国土安全部和国家情报局局长办公室。代表白宫的部门包括：OSTP、OMB、NEC、NSC 和美国贸易代表办公室。
同样根据第 9906(a)条，小组委员会卖力制订本《国家微电子研究计策》；折衷与微电子有关的研究、开拓、制造和供应链安全活动以及联邦机构的预算；并确保这些活动与本计策保持同等。作为卖力折衷未来十年微电子事情的机构，SML 正在制订构造框架和活动，以最好地发挥这一浸染，包括建立以教诲和劳动力发展以及国际参与为重点的事情组。各参与机构正在利用各自的权力推动研发事情，促进支持美国度当的政策，保护知识产权，确保海内得到安全的微电子技能。各机构还共同支持改进 STEM 教诲和提高 STEM 领域参与度的活动，以及培训和扩大各级微电子人才军队的活动。联邦政府正在与盟友和互助伙伴打仗和互助，以加强环球微电子创新生态系统和安全供应链。在白宫的折衷下，这些努力不仅将促进新的研究进展，推动微电子创新，还将帮助这些进展向制造业过渡，为全美国公民供应高薪事情。
正如以下各节所详述的，白宫和联邦各部门和机构将与学术界、家当界、非营利组织以及国际盟友和互助伙伴共同努力，为未来微电子技能的研究进展供应动力；建立最佳实践，确保高效、负任务地实行研发事情；支持和连接微电子研究根本举动步伐；扩大、培训和支持多样化的劳动力军队；以及促进研发事情向家当的快速过渡。
目标1
促进和加快未来微电子技能的研究进展
联邦政府支持的研发事情在为微电子技能的进步奠定根本，以及培养设计、制造和运用开拓所需的研究职员和闇练技能职员方面发挥了主要浸染。微电子技能的日益多样化和创新步伐的加快，以及环球制造和供应链面临的日益增长的风险，都哀求联邦政府重新重视研发投资，以改变这些发展轨迹，确保国家未来的康健、经济领先地位和安全。要想取获胜利，就必须制订计策，让研发生态系统的所有部门都参与进来，并充分利用教诲、劳动力、制造业、贸易以及地区经济发展的努力和政策。联邦机构必须与家当界、学术界以及互助伙伴和盟友互助，通过互助研究、利用前辈的根本举动步伐以及全体微电子研发企业的共同设计文化，加快创新和转化的步伐。
在过去的六十年里，打算能力和能源效率取得了令人难以置信的进步，这在一定程度上得益于持续的微型化（材料、设计、计量学和制造领域的同步进步为其供应了支持）。然而，随着最鄙吝件特色尺寸靠近原子尺度，晶体管的这种扩展趋势不可能无限期地持续下去。此外，一些新兴运用须要异质器件和材料。因此，半导体行业已进入一个快速而深刻的变革期间，仅靠硅基器件的不断微型化已无法坚持性能的提升。
例如：
数据的爆炸式增长和机器学习（ML）带来的人工智能的涌现，推动了 "内存打算 "和其他新型内存密集型和以内存为中央的架构的发展，这些架构有望战胜 "冯-诺依曼瓶颈"--在独立的内存和打算元件之间来回传输数据所造成的能效低下和高延迟。随着芯片内和芯片间数据传输速率的提高，以前仅用于光纤长间隔链路的光子互联技能正与电子器件集成在前辈的封装中，以高效地传输数据。材料和器件方面的进步使得利用毫米波和太赫兹系统进行超高频自由空间通信成为可能。前辈的光子技能有望供应专用的人工智能/机器学习（AI/ML）硬件，以低功耗和超高速运行。一、自第一台数字打算机问世以来微电子器件规模的巨大进步
本图展示了集成电路或芯片上元件数量随韶光推移而发生的变革，以及匆匆身分歧进展浪潮的一些技能创新。作为参考，第一台利用真空牵制造的可编程电子通用数字打算机 ENIAC 是 1945 年的第一点。第一个晶体管于 1947 年发明，由锗制成，长约 1 厘米。第一个硅晶体管在几年后问世。第一块硅集成电路于 1959 年底问世。20 世纪 60 年代初，随着第一个金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）集成电路的发明，元件的数量开始成倍增长。每当进展放缓时，制造科学、材料和器件设计方面的进步都会为这一领域重新注入活力。在第一波浪潮中，晶体管（这些芯片的基本构件）尺寸的缩小直接导致了芯片上元件数量的急剧增加和单个晶体管本钱的大幅降落--摩尔定律便是在这种情形下产生的。最初的平面集成电路从小规模集成（SSI）到中大规模集成（MSI）到大规模集成（LSI）再到超大规模集成（VLSI）。在第二次浪潮中，新材料的引入，包括从铝到铜互连的过渡，提高了速率、功率和可靠性，并使晶体管尺寸进一步缩小。第三次浪潮始于利用鳍式场效应晶体管（FinFET）的平面晶体管向三维（3D）晶体管的过渡，从而实现了更高的性能提升和持续的微型化。由于缩小晶体管尺寸的技能（目前只有几个原子宽）已达到物理极限，因此须要采纳新的策略。我们正处于 "第四波微电子浪潮 "的出发点，告别了器件缩放的时期，进入了一个由异构技能和三维器件集成创新驱动更高性能的时期。在连续努力缩小晶体管尺寸的同时，必须开拓新的工具、制造方法和电路架构，以实现持续进步。
电子设计自动化（EDA）领域正在发生一场革命，包括人工智能/ML、云平台和设计技能协同优化（DTCO）的运用，这将使设计职员能够更快、更可靠地创建更加繁芜的集成电路，并针对险些所有可以想象到的运用进行优化。这些电路将极大地提高速率和效率，并影响从数据中央到边缘打算和物联网（IoT）等各个信息技能领域的性能。目前正在支配针对特定运用优化性能的异构和特定领域打算架构，以加快办理问题的速率。随着微机电系统（MEMS）与处理和智能的集成，它们正变得越来越繁芜和强大。在将半导体系统与生物分子、生物、神经形态和生物启示系统集成方面正在取得进展，这些系统有朝一日可能会在能效方面带来前所未有的改进，并在打算、人工智能、机器人、传感和医疗保健等领域供应其他独特功能，超越任何一个领域自身的潜力。随着不同运用需求的差异，极度可靠性以及在低温、高温或低功耗条件下的运行将改变功耗、性能、面积和本钱等标准指标，从而推动新设备、架构和算法的发展。随着电子产品向更多异构架组成长，性能指标也变得更加繁芜。异构集成--将不同的材料、器件和电路集成在一起以创建高功能、高性能系统的科学技能--是实现持续进步的关键。然而，随着越来越多的不同组件被集成在一起，要使它们无缝地协同事情所面临的物理、电子、光学和软件寻衅也变得更加繁芜。系统异构性和繁芜性的急剧增加也哀求研发职员关注设计流程，将安全性和可靠性放在首位，并在全体设计、制造和生产过程中整合形式和履历验证。
正如导言中所提到的，人们呼吁不仅要支持塑造和推动微电子学的根本科学和工程学，包括打算机科学、打算架构、物理学、化学和材料科学，而且要广泛接管集成设计原则，在此原则下，这些不同方面的研究相互协同，相互辅导，并考虑到可持续发展。为了确保终极用场的能力和哀求能够为研究供应参考，并确保研究打破能够迅速融入开拓事情，堆栈的各个层面之间进行开放式互换是必不可少的。只有这样的综合方法才能担保系统的关键属性，如安全性、可靠性和耐辐射性从一开始就被设计进去，并在全体开拓周期中得到考虑。末了，随着生产、运行和终极回收微电子系统所需的资源估量会增加，估算全体生命周期总能耗和本钱的综合方法将须要全体供应链的投入和专业知识，以确定开拓更高效架构和流程的机会。
二、集成设计
集成设计是指由运用驱动的从堆栈顶部到底部的持续双向信息流。将终极用户的需求与研发联系起来，对付快速、集中的技能开拓以及将研发成果投放市场至关主要。右图展示了堆栈各层次之间的双向信息流：从材料到电路的物理模型；材料和工艺；架构、器件和电路；异构集成和封装；算法和软件；以及通信和网络。
未来微电子领域的领先地位须要工业界战胜器件物理和制造方面的重大寻衅。因此，须要进行深入创新，以确定新型材料和器件，并将其从实验室过渡到实验室，从而实现功能和性能的持续进步。要成功建立从实验室到制造厂的路子，就必须重新关注根本科学与制造技能之间的交叉。要知足信息与打算技能（ICT）系统对存储、带宽和处理能力日益增长的需求，以及 ICT 以外运用领域的预期增长，就须要从器件到系统、从设计到工艺技能的研究与开拓。这一计策的核心是须要得到设计和制造举动步伐，包括那些配备有非常规材料和/或工艺的举动步伐，这些举动步伐常日与硅（Si）- CMOS 技能相结合。须要充分利用堆栈各个层面的创新，以便在尖端硅（Si）-CMOS 的繁芜可扩展设计方面取得进一步进展。
此外，还须要在表征工具和技能方面取得进展，以便对新材料和新设计进行详细而全面的研究，并以前所未有的空间分辨率、灵敏度、带宽和吞吐量进行研究。电路和系统的繁芜性不断增加，包括那些在多个物理域中与旗子暗记一起事情并在多个物理域中相互浸染的电路和系统，这就须要有互补的多模式计量工具以及新的建模和仿真能力来丈量性能并供应必要的数据，以支持 EDA、DTCO 和系统技能共同优化 (STCO)。随着这些模型的繁芜程度不断提高，它们将越来越多地为制造工艺的改进供应信息。
除了在硬件-软件堆栈之间进行折衷外，还须要通过研究成果的协同流动在全体研发界进行折衷，以取得最佳成果。大学和小型企业的研究职员必须能够利用设计工具、制造举动步伐和干系根本举动步伐来测试他们的想法。商业制造举动步伐将从与新型技能方法的早期测试者的互助中受益。同样，从美国大学毕业的高等研究职员在这些领域的技能培训也将使企业的研发事情受益匪浅。这种互助的一个主要方面必须是建立和掩护有效的研究安全方法，以防止研发活动造成意外的技能转让。
未来五年，美国政府的研发事情将重点关注以下目标：
01.加速研发可供应新功能或功能增强的材料
材料研发是知足所有部门和运用领域新需求的核心。要实现能源效率、信息速率和带宽、新型打算架构和可持续发展等目标，就必须采取新材料和改良材料。例如，碳化硅（SiC）、磷化铟（InP）、氮化铝（AlN）或金刚石等新兴基底材料正在开拓中。许多新型宽带隙和超宽带隙材料在电力电子和射频电子（6G 及更远）领域的运用前景广阔，而氮化硅（SiN）和铌酸锂（LiNbO3）薄膜材料虽已面世，但仍需加以改进，以推动光子运用和下一代无线通信的发展。新型多铁性和忆阻性材料正在扩大纳米电子器件的功能范围。
然而，只管取得了许多令人愉快的打破，但将新材料引入繁芜的微电子工艺流程常日须要数十年的努力和数十亿美元的资金，才能完成从观点验证莅临盆制造的过程。为使新型材料和新兴材料发挥其潜力，须要采取新方法来大幅缩短支配韶光和降落本钱。
半导体材料及干系研究生态系统中各实体（包括国家实验室、私营公司和财团）之间的折衷，将为器件、互连、电路和系统前辈材料的支配供应路子。作为 "材料基因组操持"（MGI：Materials Genome Initiative）的一部分而开拓的 "材料创新根本举动步伐 "等框架可发挥主要浸染，环绕开拓微电子新能力或功能增强的重大寻衅组织材料界。
支持新能力所需的前辈材料研发要素包括：
重点研究新兴有机和无机材料，包括二维（2D）材料；显示量子效应/特性的材料；用于高能效电子产品和极度环境的宽带隙和超宽带隙材料；优化高带宽互连的材料；用于超高频操作（光学、电气和机电）的材料；实现非冯-诺依曼架构的材料；以及生物-非生物稠浊系统。探索可无缝集成到现有工艺流程中的材料，例如，可在生产线后端（BEOL）增加功能，以提高性能并实现更大程度的三维集成。加大力度改进现有的块状衬底材料，加快新材料的开拓和运用。统一半导体材料数据根本举动步伐，以促进知识共享和加速创新。采取新的建模、表征和计量方法，快速、精确地确定与实际运用干系的所有参数。- 开展研发事情，加快开拓可制造的合成工艺和适用于新兴材料的生产工具。确保纯度、物理性子和来源的新丈量方法和标准，以加速材料研发。研究如何在全体生命周期内提高加工、制造和供应链的可持续性和循环性（再利用、再循环），包括更环保的材料和提取工艺，以及更广泛地利用地球上丰富的元素，以减少供应链的薄弱性。得到可采取非常规材料和/或工艺的制造举动步伐，可能与 Si-CMOS 技能进行异质组合。建立新的重点举动步伐，对新型和非常规材料的工艺进行验证和放大。02.提高电路设计、仿照和仿真工具的能力
适用于新材料、新设备、新电路和新架构的电路设计、仿照和仿真工具对付持续创新和设备扩展至关主要。
提高数字工具能力的计策方法包括以下方面的努力：
创建、开拓并广泛供应可促进设计、建模、仿真和探索新形式打算架构和打算处理器（包括数字和仿照/稠浊旗子暗记）的工具；支持利用前辈封装的设计；并纳入包括尺寸、重量、功耗、本钱、安全和保障在内的目标。在 EDA 工具中进一步集成人工智能和 ML 以及基于物理的方法，以支持创新电路和系统架构的设计与开拓。开拓集成了仿真和优化功能的高等综合工具和 EDA 系统与流程，缩短学习曲线，降落集成电路设计职员的入门门槛。改进材料和器件验证方法，推进材料、元件和电路特性的丈量，以天生提高 EDA 工具保真度所需的可靠统计参数。改进 DTCO 和 STCO 方法和平台，实现全栈协同优化。推进正式和端到端验证方法的开拓，包括器件干系材料数据和输入信息，以战胜电路和系统设计与仿真中的瓶颈，从而管理日益繁芜的异构系统。03.开拓未来系统所需的各种强大处理架构和干系硬件
机器学习、增强现实/虚拟现实 (AR/VR)、图像/旗子暗记处理等前辈打算资源的快速增长和利用，对性能和能耗提出了更高的哀求，不断寻衅最前辈的 Si-CMOS 设计的极限。非冯诺依曼打算架构，如神经形态、以内存为中央、深度学习、异步打算、稠浊以及利用量子效应的设计，将在广泛的商业和国家安全运用中发挥越来越大的浸染。除了基于标准Si-CMOS的系统外，采取低温CMOS、仿照/稠浊旗子暗记技能、光子学、自旋电子学和量子器件的新方法也在迅速呈现。要充分利用这些多样化的处理架构和器件类型，须要在全体堆栈中进行创新。
紧张的研发需求包括：
进一步理解这些架构实现最佳性能所需的算法、编程模型和编译器。以硬件、软件和标准为重点，努力提高设备的可编程性和可编程抽象性。优化制造和设计能力，以生产这些新型处理架构。除新型集成电路设计外，新型架构还能实现非冯-诺依曼元件与传统打算架构的优化集成。人工智能和 ML 方法，以应对与异构集成逻辑内存设备产生的预期高数据速率和大数据量干系的寻衅。量子信息科学研究，包括量子打算、量子网络和量子传感，除了须要前辈的制造能力和奇特的材料外，还须要大量新的系统设计方法。量子支持技能，如低温电子学和光子学，以便与量子系统对接。大型传感器网络提取和提炼信息的高能效处理架构，包括传感器技能、仿照处理架构，以及采取经典和生物启示方法的极度分布式边缘打算。极度环境中传感、旗子暗记处理和打算运用的设计流程和架构。超越高性能打算的电路创新，以知足能源、医疗保健、交通和通信领域的需求。04.为前辈封装和异质集成开拓工艺和计量学
异质集成包括几种不同技能（如 Si CMOS、MEMS、III-V 稠浊旗子暗记和光子学）的集成，这些技能本身便是多个别系集成的结果。这方面的例子包括利用各种方法在单芯片、多芯片或基板上的芯片37 上进行集成，如 2.5D 和 3D 堆叠、高密度再分布、光学封装和测试、扇出、稠浊接合、高等中间膜、高密度焊接凸块、铜互连和通孔。异构集成的成功可带来更高的产量、更低的本钱、更强的功能、IP 的重复利用，从而加快设计迭代和定制，并提高能效。从高性能打算到医疗保健，再到定位、导航和定时，集成在各个运用领域都至关主要。目前，异构集成和实现异构集成的前辈封装技能的发展速率超过了传统封装技能。只管外洋组装和测试举动步伐在传统封装领域霸占主导地位，但这种增长为美国供应了在关键领域建立领先地位的难得机会。
要成功确保美国在前辈封装领域的领先地位，并从异质集成中获益，就必须办理许多相互关联的研究难题，包括材料、制造工艺、能源、本钱、产量和有效建模。
紧张研究寻衅包括：
用于基板、封装/模塑和芯片到芯片互连的新材料，以扩大可用的设计空间，为此，与材料供应商的互助和伙伴关系至关主要。在机电一体化、机器视觉和机器人技能等领域取得进展，以支持开拓具有本钱效益的自动化敏捷系统，用于大批量和多品种封装和组装。创新的互连技能，以提高能效和密度。新的高速方法，可在组装前检测组件，并在组装过程中监控接口，以减少毛病组件或组件间接口的毛病。增强工具计量和检测能力，包括从红外线到 X 射线波长的新型光源和高速检测器。超过多种长度尺度（二维和三维）和物理特性的新计量学，以应对新兴异质集成和前辈封装工艺与技能带来的独特丈量寻衅。改进完全部系的热、机器和电磁行为的物理建模，并开拓新的高分辨率方法来丈量这些行为，以验证模型的准确性和系统性能。集成设计工具和方法，确保电路、架构和封装的协同设计，最大限度地提高系统性能和 IP 重复利用率。05.优先考虑硬件完全性和安全性，将其作为全体堆栈协同设计计策的一个要素
面对来自对手的威胁，从电路到软件等组件都有可能被植入恶意改动，再加上须要为后量子打算时期的加密和数据安全做好准备，因此完全性和网络安全必须成为系统设计的根本组成部分。近年来，网络安全威胁已从集中在软件堆栈高层的攻击发展到逐步降落打算层次，直至芯片级。除了提高安全性外，还须要在全体堆栈中取得进展，以支持增强隐私保护--个人和组织掌握谁能访问和掌握其数据，以及在多大程度上能将其数据与自己联系起来的能力。40 设计过程必须许可硬件、软件和安全/隐私限定之间的反复。为了知足经济和国家安全需求，同时掩护隐私，必须将安全性作为一种限定成分纳入协同设计研发中，并将其与功耗、性能、面积和本钱放在同等主要的位置。
提高硬件完全性和安全性的研究需求包括开拓：
准确的威胁模型，以支持对不同安全方法的本钱效益权衡剖析。高层次的完全性和安全性观点模型（类似于打算机科学中的抽象层），以帮助协同设计领域的各学科进行更有效的互换与互助。新的自动化和支持构造，使运用程序能够在安全系统上构建，并支持新运用程序的普遍采取。协同设计卓越中央，个中安全是每个硬件重点领域的紧张设计制约成分。保护数据和减少对硬件信赖的新方法，犹如态加密、加密存储系统、安全打算、隔离加密和多方打算。确保集成电路 IP 来源和完全性的方法。用于评估和基准丈量性能的标准测试文章、方法和剖析，以促进不同组织之间的丈量可重复性。高通量丈量和检测系统，以验证电路硬件。06.投资研发所需的制造工具和工艺，以支持创新转化为具有生产代价的制造工艺
随着研发供应新材料和设备，研究也须要开拓制造工具和工艺，以实现这些新技能的大规模生产。虽然主要的制造技能将连续在微米尺度上取得进步，但许多尖端技能已经并将连续在纳米尺度上取得进步，乃至在某些特色上达到原子尺度。为了知足对增强设备性能和能源效率的需求，须要相应地开拓具有前所未有精度的制造工艺、工具和计量。所谓的“超精密制造”(UPM)是历史悠久的小规模制造的下一步。对超精密的需求也供应了一个机会，可以利用纳米尺度上独特的材料特性，如隧道或磁性和自旋相互浸染，来实现强大的新功能。新颖的制造方法只有在规模达到商业规模时才会有效。因此，前辈的制造业研发以扩大工艺和工具以知足制造业的需求是必不可少的。
相反，也有机会开拓更灵巧的制造方法，使本钱效益高，高稠浊，小批量生产，以支持日益多样化的商业和国防需求。此外，在更大的特色尺寸上推进制造技能，以提高产量，减少工艺和设备的变革，并使本钱具有竞争力，资源高效的海内制造成为可能。
对新工具和新工艺的紧张研发需求包括:
超精密表征，前辈的光刻和计量工具，以及改进的质量掌握，包括精确的参考构造在10纳米以下的尺度。新颖的模式方法，包括减法和加法，支持新兴需求，如3D架构，大面积基板，高稠浊，小批量制造电路和封装。改进工艺，如区域选择性原子层沉积和蚀刻，以支持减小特色尺寸和更繁芜的器件几何形状。高通量实验和建模方法，加上光学，电子和扫描探针显微镜检讨工具的新功能，以提高速率，吞吐量，产量，精度和准确性。稠浊计量方法，将来自多种丈量工具的数据与新的ML方法相结合，以利用数据并实现流程优化。集成了基于AI/ML/物理的模型，能够消化晶圆厂的实时过程数据，用于高等预测剖析，以丈量和提高产量，并实现半导体和微电子制造业的晶圆厂虚拟化。进一步发展和利用原位计量，以加速实时过程掌握的集成，减少过程的可变性，这是昂贵的非原位计量的关键驱出发分。这个领域的进展须要在多模态丈量、软件集成和工具开拓的集成方面取得进展。快速、高分辨率、非毁坏性技能，用于表征毛病和杂质，并将其与性能和可靠性干系联。具有更高分辨率、灵敏度、准确性和吞吐量的表面、埋藏特色、接口和设备的物理特性表征。运用第一性事理材料研究与高性能打算开拓准确的材料-过程相互浸染模型。数字孪生运用的进步，使制造流程的精确建模和快速迭代和领悟成为可能。提高能源和资源效率，并在生产过程中利用环保化学物质。目标2
支持，建立和桥梁微电子根本举动步伐，从研究莅临盆
正如该计策所强调的那样，微电子研发是极其根本举动步伐密集型的，从早期研究到制造，每个开拓阶段都须要得到适当的举动步伐和干系的专业知识。此外，每个阶段的资源必须连接起来，以确保新的创新能够沿着技能发展的道路迅速发展。
从历史上看，美国没有为微电子研发供应集中、开放的举动步伐，这些举动步伐配备了设计和制造工具、测试和与尖端技能制造环境干系的专业知识，限定了研究职员推进创新的机会。认识到生态系统中的这一差距，国会授权并为CHIPS法案中的几个项目拨款，以帮助建立支持海内研究成熟的举动步伐，并利用制造干系设备得到前辈的原型能力。
此外，微电子的持续多样化，以最好地办理特定用例，导致各种研发利益干系者的一系列繁芜需求。研究职员须要直接访问美国的举动步伐，这些举动步伐配备了制造工具、测试能力，以及闇练的技能职员来掩护和操作它们。这种根本举动步伐支持使研究职员能够在领先(或靠近领先)的制造环境中展示新设备、互连、电路、系统和制造工艺的潜力。拥有最前辈的设备、设计工具和闇练的技能职员的折衷良好的举动步伐群对付提高异构集成的领导地位也至关主要。
半导体研发根本举动步伐存在于一个连续体中，支持从探索新材料到履行新系统架构的活动。当代半导体和微电子系统令人难以置信的繁芜性，通过使堆栈中的每个级别明智地抽象并奉告相邻级别的关键特色，作为双向信息流协同设计方法的一部分，可以最好地管理。材料特性被抽象为器件模型，器件行为被纳入电路模型，电路被纳入体系构造，依此类推直至运用。同样地，运用程序和软件的特性决定了架构，架构辅导电路设计等等。
随着研发重点的提升，根本举动步伐必须保持同等，以确保每一级的科技发展都能持续发展，并为下一级的科技发展供应信息，终极为商业设计和制造供应信息。在堆栈的最底层，须要最大的灵巧性来加速新材料的研究和开拓，从而实现打破性的性能。当这些材料被识别出来时，它们必须供应给研究团体，以整合到设备中，以确定是否可以实现预期的性能上风。
再往上说，与可靠和稳健的制造工艺比较，设备的灵巧性就不那么主要了，由于制造工艺可以实现可重复和可靠的设备性能丈量。在电路层面，访问文档化和支持的工艺设计套件(PDK)模块和根本电路IP，例如，标准单元库，辅以强大的测试和表征能力，是必不可少的。在封装级，单片和系统级封装设计的适应性集成和特性，包括前辈的芯片功能，须要支持中小型原型设计。创建这样一个全方位的研发生态系统将须要支持和扩大本钱有效获取创新所需的根本举动步伐。该根本举动步伐包括三个关键组件:硬件和软件工具、数据和数据共享根本举动步伐，以及充分利用工具和数据的专业知识。能够包袱得起并及时得到这些工具和数据，也是培训和坚持研究和制造劳动力专业知识的必要先决条件。
支持研发连续体所需的根本举动步伐包括用于材料、构造、设备、制造工艺、计量和表征工具的早期开拓举动步伐，以及利用标准化流程访问领先的原型举动步伐。CHIPS法案的投资旨在弥合早期研发和原型之间的差距，使新材料，工艺和计量的实验成为可能。随着用户技能的成熟和能力的发展，须要跨部门和机构的协作机制来促进事情从一个举动步伐到另一个举动步伐的过渡。
值得把稳的是，虽然在以下目标下强调了支持微电子研究根本举动步伐(目标2)的几个项目，但它们在推进研究以帮助确保技能领先地位(目标1)、教诲和培训未来劳动力(目标3)以及帮助连接更广泛的生态系统(目标4)方面也发挥着关键浸染。
联邦政府在今后五年的努力将实现下列目标：
01.支持设备级研发制造和表征用户举动步伐的联合网络
支持电子、光子和微机器器件的新观点，推进“More-Moore”和“More-Than-Moore”办理方案，须要越来越繁芜和昂贵的表征和制造工具和举动步伐。半导体材料的合成和表征，以及器件的制造和丈量，涉及利用不同工具集的多个步骤。在微电子领域事情的研究职员须要利用配备全套制造和表征工具的用户举动步伐，这些举动步伐须要持续的成本投资才能保持当前状态。除了仪器之外，有效的用户举动步伐还须要专业职员来最大限度地操作专用工具，并培训新用户，这有助于降落访问障碍，并在教诲和劳动力发展中发挥主要浸染。
幸运的是，微电子研发社区可以建立在现有举动步伐的根本上，包括作为NNI一部分建立的用户举动步伐。位于全国各地的用户举动步伐和其他共享研究根本举动步伐为来自政府、工业界和学术界的研究职员供应了访问前辈实验室、设备和专业知识的机会。在多个联邦机构的支持下，许多这些根本举动步伐中央通过供应清洁室、表征工具、材料科学和合成实验室以及建模和仿真工具，促进了微电子干系的研发。除了供应研究活动之外，这些中央还作为一个强大的培训和劳动力发展引擎。
例如，NSF帮助的国家纳米技能折衷根本举动步伐(NNCI)是一个由全国16个站点组成的网络，涉及29所大学和其他互助组织，并供应利用制造和表征工具的用户举动步伐的访问。除了向政府、工业界和学术界的研究职员供应71个不同举动步伐的2200多种独立工具外，NNCI网络还支持专家职员帮忙研究职员，并供应一整套教诲、培训和推广事情。由于NSF的用户举动步伐的第四次迭代紧张集中在纳米电子学上，这些举动步伐已经为成千上万的研究职员供应了做事，并帮助培训了几代学生。
此外，得到微电子研究所需的昂贵的专业设备为无法在现场购买和安置类似设备的机构或小企业的学生、西席和研究职员供应了机会，扩大了参与和扩大了研究社区。除了NNCI和其他紧张的大学中央外，美国政府还通过能源部的五个纳米尺度科学研究中央(nsrc)和NIST纳米科学与技能中央(CNST)纳米实验室供应国家实验室举动步伐。这五个nsrc是美国能源部在纳米尺度上跨学科研究的紧张用户中央，是包含新科学、新工具和新打算能力的国家操持的根本。这些实验室包含清洁室、纳米制造资源、独一无二的署名仪器以及除紧张用户举动步伐外常日无法得到的其他仪器。NIST NanoFab供应了广泛的商业，最前辈的工具集，包括光刻，薄膜沉积和纳米构造表征的前辈能力，以及全职技能支持职员。
末了，其他共享的根本举动步伐，如表征实验室、打算和建模资源、光和中子源，以及制造机构，在开拓未来的材料、工艺、设计、标准和劳动力方面发挥浸染。
研发制造和表征举动步伐的紧张需求包括：
对现有举动步伐进行差距剖析，然后努力办理现有举动步伐内的能力差距，并在须要时建立新的能力，以全面办理堆栈中不同区域和级别的需求。定期更新可搜索共享研究资源的公共注册表，使研究职员能够轻松识别最符合其需求的项目和中央。支持前辈的制造技能，能够将新兴的低尺寸纳米材料和纳米器件以及其他“超过摩尔”的办理方案纳入设计，以及利用成熟和最前辈的技能制造的电路，用于中小型原型设计。必要时与盟国和伙伴国的国际实体达成协议，为美国的研究职员供应利用尖端制造设备的机会，以弥合目前海内的差距。资金模型，利用影响指标紧张侧重于知足广泛和多样化用户群的需求，使举动步伐能够得到足够的最前辈的工具，在其重点领域建立临界质量，支持专家举动步伐技能职员辅导和帮助用户，并根据须要供应持续的成本重组，以保持最前辈和最前辈的实践能力。勉励培训和教诲的成功指标和帮助机制，包括支持地理位置不利的研究职员前往研究中央。减少举动步伐准入障碍，包括通过与研究界的联系，包袱得起的运营本钱/用度，以及大略、公正的准入模式，包括改进远程操作技能的履行，进一步扩大每个举动步伐的地理覆盖范围，促进公正准入。FAIR(findable, accessible, interoperable, and reusable)的数据管理系统，以最大限度地提高研究团体对举动步伐中产生的信息的访问。02.为学术和小型企业研究界供应更灵巧的设计工具和晶圆级制造资源
目前，设计工具的本钱，特殊是pdk、装置设计套件(ADKs)和EDA，加上代工制造运行的本钱，对付小企业和学术研究团体，以及政府机构、DOE国家实验室和其他ffrdc以及非营利实验室的努力来说，可能是令人望而生畏的。此外，对付在代工厂制造的晶圆，特殊是在中间流程中制造的晶圆，在更灵巧的研究举动步伐中进行进一步加工，没有完善的路子。《芯片法案》的投资将通过对根本举动步伐的投资和新的公私互助伙伴关系的补充，帮助办理海内设备级研发和前辈原型之间的差距。这些努力旨在为晶圆级研发供应高效、经济的共享资源网络，并建立一个芯片研发生态系统。
改进得到设计工具和制造资源的关键需求包括：
灵巧且经济实惠的模型，包括成熟节点的潜在开源功能，为海内研究职员扩展高等pdk，标准单元库和某些IP(即内存掌握器，内核等)的可用性，同时保护商业IP和专有信息。与EDA供应商建立更广泛的互助伙伴关系，使设计工具，包括高等合成工具，以显著降落的本钱供应给更多的大学和小企业研究职员，并在须要时加速特定领域EDA功能的开拓。DARPA工具箱操持(Toolbox Initiative47)和国防部快速担保微电子原型(RAMP)的努力是为研发社区供应设计工具和经由验证的知识产权的例子。在可能的情形下，项目该当促进研发中利用的pdk的标准化，以增加设计和制造供应商之间的互操作性。适用于成熟技能和新兴技能的无障碍设计工具和工具环境，包括安全的基于云的办理方案，可以确保捕获和严格保护知识产权，确定知识产权的来源和权利，并尊重出口牵制和其他法律和监管边界。标准化容许协议和保密协议，最大限度地减少知识产权共享的障碍，缩短创新周期。访问建模和仿真所需的高性能打算资源，以支持在产生原型本钱之前评估电路性能。增加制造举动步伐的多项目晶圆产能，并以公正的小规模制造能力为补充，以降落集成电路和前辈封装/异构集成的本钱和设计测试周期韶光，并扩大获取和加速创新。具有标准接口的标准“即插即用”小芯片的库和供应，以及这些接口的开放源参考实现。创建并利用前辈的封装研究举动步伐，以加速前辈封装的创新、异构集成和芯片生态系统的发展。03.便于关键功能材料的研究获取
如果没有超纯的、险些不存在毛病的材料和同位素，微电子工业就不可能发展。新的电子、磁性和光子器件的发展同样依赖于适当功能材料的供应。这些材料包括III-V型半导体(以及由它们制成的量子点和量子阱材料)、薄膜铌酸锂、绝缘体上的碳化硅、金刚石和许多多铁性材料和压电材料。
然而，个中许多材料只能从外洋供应商那里得到。其他材料可以在海内得到，但每每只能从一个大学实验室得到，其向外部研究小组供应的能力有限，有时质量不稳定。加强海内生态系统的努力可能为支持材料供应商和鼓励开拓新材料工艺供应机会，从而降落研究职员的采购本钱。
确保强大和高质量的海内功能材料供应以加快器件开拓和集成研究步伐的策略包括：
与美国材料供应商互助，确保海内产能的坚持和扩大。努力包括确坚持续在海内开拓和获取支持制造业所需的机构知识和专门技能。支持处于材料开拓前沿的美国研究机构，使其拥有所需的专职职员，以扩大向海内研究职员供应新材料的能力。须要工业参与的重点研究帮助可以用于建立互助，以开拓材料供应并将研究专业知识转移到商业部门。投资传统和创新方法，包括MGI方法，以缩短从有出息的材料的演示到衬底供应的可用性的路径，包括批量衬底合成和薄膜沉积/外延，以供应高纯度和低毛病密度的衬底材料在足够的尺寸和规模。04.扩大对建模和仿真的高等网络根本举动步伐的访问
在物理，制造和计量学的限定下进行创新，须要在投资于前辈的原型或昂贵的实验之前，在数字仿照中展示对电路性能和制造工艺的深刻理解。须要改进的建模和仿真工具，充分利用硬件加速器的高等合成和电路和系统的仿真，特殊是那些基于新材料、器件、互连和集成CMOS架构的工具。同样，须要基于丰富物理数据集的综合物理模型来仿照繁芜的、相互依赖的制造过程。考虑到打算数据托管的寻衅，通用云资源可能会不敷，因此须要为微电子研发需求量身定制的网络根本举动步伐支持。
支持访问网络根本举动步伐进行建模和仿真的关键行动包括：
供应对领导级打算和其他网络根本举动步伐的访问，包括美国能源部国家实验室、其他ffrdc和nsf帮助的举动步伐。促进用户，系统开拓职员，计量和原型设备之间的密切折衷，以确保高质量数据集的可用性，从而能够构建准确的材料，工艺，设备和系统模型。与实体根本举动步伐及其产出建立密切联系，以有效地支持全体研发社区并帮忙技能转让。05.支持前辈的研究，开拓和原型设计，以弥合实验室到工厂的差距
正如2.1节所详述的，虽然早期研究根本举动步伐的根本很强，但在美国生态系统中，得到更前辈的根本举动步伐尤其具有寻衅性。CHIPS法案供应了一个独特的机会来支持和供应访问前辈的原型资源，这些资源将供应关键的海内能力，以加速将研究创新插入利用领先的CMOS工艺的硅片上，以及其他关键材料和技能，如用于稠浊旗子暗记和电力电子的化合物半导体。这些努力须要确定帮助模式，利用紧张集中于知足用户需求的影响指标，使举动步伐能够得到足够的最前辈的工具，支持技能职员来辅导和帮助用户，并根据须要供应持续的成本重组，以坚持最前辈和状态实践能力。供应掩护良好和紧密整合的资源，也将最大限度地提高学生、研究职员、工业和政府终极用户之间非正式学习和互助的机会。下面谈论的每个项目都将利用现有能力，扩大能力并开拓目前海内生态系统中不具备的新能力。
《美国芯片法案》第9903(b)条哀求国防部建立一个国家微电子研究与开拓网络，该网络被称为微电子共享网络或简称为共享网络。Commons是一个能够开拓微电子材料、工艺、设备和建筑设计的项目，重点关注国防需求。Commons将知足对工艺、材料、设备和体系构造的开拓需求，并在它们从研究过渡到实验室的小批量原型，末了过渡到制造原型，可以展示所需的体积和特性，以确保降落制造风险。大规模的原型制作是高风险和昂贵的，中小型公司和大学很难将实验室与制造或“实验室到工厂”之间的过渡连接起来，从研究想法到实现这些想法到制造。公地将利用非传统的国防创新者(例如，初创公司和大学)，并降落阻碍他们将实验室原型发展为制造原型的能力的一些现有障碍。Commons是一个区域性“枢纽”网络，拥有早期到中期的开拓能力，并将“核心”与后期能力干系联。核心将与中央密切互助，使其努力与商业流程保持同等，以促进技能的过渡。进一步的成熟将利用后续的程序和资源。微电子公共领域专注于对国防和新兴商业市场至关主要的六个技能领域:电磁战、安全边缘打算、人工智能硬件、量子技能、5G/6G技能和商业超过式技能。除了为研究根本举动步伐做出贡献外，Commons还支持这些领域的研究和劳动力发展活动。
《美国芯片法案》第9906(c)条哀求建立国家半导体技能中央(NSTC)。除了开展和支持竞争前的研究和劳动力发展活动外，NSTC还将建立并供应前辈的原型能力，以知足美国研究界的广泛需求。NSTC的主要功能将包括实行材料特性、仪器计量和高等工艺节点测试的能力。这些功能将使组织不仅仅是已建立的集成设备制造商进行这种类型的研究，并增加研发范围，大公司可以迅速进入制造业。通过与下面2.6节中描述的封装操持密切互助，NSTC将为前沿节点供应前辈的测试、组装和封装能力，并支持制造业自动化的改进，为提高美国未来在环球制造能力和竞争力中的份额奠定根本。NSTC被设想为一个拥有附属技能中央的中心总部，将包括新建立的能力的组合，同时也利用现有实体的资源利用该模型，NSTC将创建并供应对物理资产的访问，如端到端原型举动步伐、数字资产和IP，包括设计工具、参考流程、工艺设计套件和数据集，并将汇总和管理对商业举动步伐中多项目晶圆做事的访问需求。
虽然Commons将在与NSTC支持的技能和设备开拓的相同范围内做出一些努力，但Commons在其运用重点和期望的产品化范围中有一组特定的目标，以办理国防特定的优先事变。国家科学技能委员会与公共领域之间的密切折衷与互助，以及目标4中谈论的美国政府其他干系努力之间的密切折衷与互助，将确保这些努力是协同的，而不是重复的。
此外，DARPA正不才一代微系统制造(NGMM)操持下建立一个互补的海内研发中央，用于制造三维异构集成(3DHI)微系统微电子创新的下一个紧张浪潮估量将来自于通过前辈封装集成异质材料、器件和电路的能力，从而产生一个紧密耦合的系统，该系统可以扩展到第三维度，其性能超过当前单片方法所能供应的性能。
目前，从事3DHI研究的美国公司依赖于海上举动步伐。这个开放的海内3DHI研发中央将带来更广泛的创新浪潮，将促进共享学习，并将确保初创企业、学术界和国防工业基地能够从事低量产品的3DHI研发。该中央的3DHI是指将来自不同材料系统的单独制造组件堆叠在一个封装内，以产生一个在功能和性能方面供应革命性改进的微系统。详细来说，这些微系统将把不同的晶圆或芯片集成到垂直堆叠的架构中。所涉及的技能包括但不限于化合物半导体、光子学和MEMS系统，并扩展到功率、仿照和射频领域，以及数字逻辑和存储器。初始阶段将专注于数字、射频、光子、传感器或功率器件的最前辈的封装、组装和测试。重点将放在开拓基线工艺模块，以及初始预商业3DHI试验线能力和干系的3D组装设计套件。
下一阶段将进一步优化3DHI工艺模块，加大研发力度提高封装自动化程度，并履行中央运营接入模式。终极的结果将是一个开放的研发中央，供学术界、中小型企业、国防和商业公司以及政府机构的研究职员利用，以全面办理3DHI原型的设计、封装、组装和测试问题。
弥合实验室到晶圆厂差距的关键行动包括：
对现有举动步伐进行差距剖析，然后努力办理现有举动步伐内的能力差距，并在须要时建立新的能力，以全面办理目标1中确定的每个研发优先领域的进一步发展。必要时与盟国和伙伴国的国际实体签订协议，为美国的研究职员供应利用尖端制造设备的机会，以弥合目前海内的差距，促进互助。开拓“fab-to-lab”生态系统，使研究职员能够将在最前辈的制造举动步伐中制造的基板和预先添补的测试构造和/或设备带入研究举动步伐，并添加新材料或设备，以实现高吞吐量，高质量的创新技能丈量。减少举动步伐利用的障碍，包括通过与研发界的联系，包袱得起的获取和运营本钱，以及大略、公正的获取模式;通过履行远程接入技能和多个项目晶圆操持改进接入，这可以进一步扩大每个举动步伐的地理覆盖范围，促进接入的公正性。06.支持高等组装、封装和测试
微电子元件的封装、组装和测试方面的创新是美国保持领导地位的关键。随着半导系统编制造达到通过减小晶体管特色尺寸来实现性能和效率提高的极限，工业界已经转向利用3D系统和异构集成来实现更高性能的新方法。当前一代的高性能设备集成了多种技能，不仅包括不同的硅基工艺，还包括化合物半导体、光子学和其他专业技能。这些方法对互连设备和子系统的能力提出了更高的哀求——这是高等封装的一个关键方面。3D和异构集成的互连技能和标准的改进也可以促进微电子新供应链构造的发展，个中海内能力将增强美国的安全和竞争力。
前辈的测试、组装和封装能力也须要用于验证从研发过程中产生的前辈原型。《美国芯片法案》第9906(d)条哀求努力建立前辈的封装制造操持，以加强海内能力。为了履行本部分，国家前辈封装制造操持(NAPMP)已经在NIST内建立，以支持制造的计量和光刻等能力，包括材料表征，仪器仪表，测试和标准。该项目将与NSTC保持同等，密切互助，并可能利用NSTC的资源。
随着前沿电子产品的趋势向前辈的异构集成方向发展，前辈封装和原型设计之间的重叠估量将大幅增加。与微电子创新的其他方面一样，组装、封装和测试能力的开拓和支配须要在全体生态系统中进行折衷，并在制造和研发社区之间进行直接和密切的沟通。
加快发展海内前辈封装生态系统的关键行动包括：
建立并密切折衷NGMM和NAPMP的研发和试点生产举动步伐，以确保它们互补和相互支持。开拓机会，实现ADK、封装干系设计工具和其他数字资源的安全共享，并充分利用全体生态系统的互补努力。促进对芯片的访问，包括制造测试车辆，可用于封装研发社区，以实现新的芯片集成方案的快速开拓和测试。制订操持，提高自动化水平和前辈封装测试和组装设备的性能，使海内封装具有本钱竞争力。致力于开拓新的基板材料和干系的制造技能，以支持密度和旗子暗记性能的改进。支持行业在适当的时候开拓和引入芯片和前辈的封装标准，以最大限度地提高创新和市场接管的潜力。NAPMP开拓的制造测试车辆将用于探索和验证集成方案及其干系标准。支持组件、集成方案和测试方法的开拓和验证，以确保繁芜的前辈封装系统的安全性。目标3
培养和坚持微电子研发到制造生态系统的技能劳动力
美国在微电子领域的领导地位须要强大的海内劳动力来支持从研究到制造的全体生态系统。半导体行业委托进行的一项经济剖析报告显示，截至2020年，半导体家当为美国供应的直接和间接就业岗位总计185万个。自2021年发布该剖析以来，该行业在美国研发、设计和制造活动中直接雇用的人数从27.7万人增加到2023年的34.5万人。这些事情的所有教诲水平的均匀人为都明显高于其他行业，这与美国劳工统计局(Bureau of Labor Statistics)的数据同等。美国劳工统计局的数据显示，半导体和电子元件制造业工人的收入比私营部门员工的均匀收入赶过近50%。
在该行业中，高需求的STEM职业紧张是工程和打算机软件开拓，他们常日须要学士学位或更高的学位才能就业。对有学位的专业人才的竞争越来越激烈，尤其是在博士阶段。在2010-2019年期间，行业对打算机和信息科学以及数学博士的招聘大幅增加，公司对打算机和信息科学家博士的招聘增加了103%，在此期间，公司对数学科学家博士的招聘增加了160%。在半导体和其他电子元件制造行业，外国出生的科学家和工程师占高技能技能工人的41%。这与数据同等，数据显示，在所有科学和工程职业中，外国出生的人占30%，在工程、打算机科学和数学职业中，他们拥有一半以上的博士学位。在美国完成STEM研究生教诲的外国学生得到永久公民身份的选择相对有限，因此许多人返回本国或其他对高技能移民有更简化移民程序的国家。在过去的十年里，在美国接管教诲的高技能工人中，越来越多的人回到了自己的祖国或其他国家。此外，在过去十年中，大学毕业后选择进入微电子行业的海内学生人数有所低落。
为了知足当前和未来的半导体人才需求，须要制订计策来发展、吸引和留住更多的海内和国外人才，从闇练的技能职员到博士级的研究职员和教诲事情者。这些计策必须让所有利益干系者都参与进来，包括店主、工会、教诲机构、政府机构、行业组织，以及专注于为代表性不敷和做事不敷的人群供应培训的项目，并支持创造符合“好事情原则”的职位。
考虑到一系列公共和私营部门的报告亲睦处干系者的投入，揭示了与半导体劳动力需求干系的几个关键创造和寻衅。行业对高技能人才的竞争非常激烈，包括国际竞争，再加上劳动力老龄化和与其他技能部门的竞争。只管对付美国公司来说，要找到须要高等学位和美国公民身份的职位的候选人尤其具有寻衅性，但在所有教诲和事情水平上追求机会的学生却不足多，他们具备这一劳动力所需的知识和技能。利益干系者还必须共同努力，肃清阻碍某些群体得到该行业高薪事情的历史性和根深蒂固的系统性不平等——这既是增加海内子才库的哀求，也是通过多元化和原谅性的劳动力最大化创新的哀求。
除了上述目标2中谈论的芯片根本举动步伐投资的劳动力组成部分外，《芯片与科学法案》第102(d)条还为微电子劳动力发展活动设立了NSF基金。根据这一规定，可以支持范围广泛的活动，包括开拓面向行业的课程和传授教化模块，以及努力将微电子内容更多地纳入各级教诲的STEM课程。学习活动和体验也可以得到支持，包括供应物理、仿照和/或远程访问具有行业标准流程和工具的培训举动步伐的努力，以及为k - 12学生供应非正式的动手微电子学习机会。此外，该条款还为西席的研究和专业发展操持的制订和履行供应了条件，并通过勉励雇用微电子关键领域的西席来扩大微电子领域的学术研究能力。终极，该基金将为创新的教诲路子铺平道路，将高中、职业和技能教诲、军事、高档教诲和研究生课程与工业联系起来，并通过创建和掩护一个可公开访问的数据库和在线门户网站，使材料得以传播。
NSF在投资STEM教诲方面有着悠久的历史。NSF的项目广泛投资于K-12学校、社区学院和大学的学习者，以及对现有工人的再培训，以及对那些寻求进入新兴领域劳动力的人的技能提升。为了在美国培养多样化的微电子和半导体劳动力，NSF正在利用这一投资组合并建立一套量身定制的投资，包括与私营部门建立可扩展的互助伙伴关系，以提高闇练的半导系统编制造劳动力。
为了补充支持教诲、研究和劳动力培训操持各个方面的广泛联邦操持，许多团体已经或正在努力办理扩大半导体劳动力的公认需求。例如，一个非营利组织发起了纳米技能和半导体学徒发展操持(gain)，该操持由劳工部帮助，在国家科学基金会的支持下，启动了国家人才中央，这是一个为学生匹配事情机会和创造他们技能不敷的平台。
半导体行业协会也在努力，包括开拓在线课程，以知足其成员公司的劳动力需求。办理更广泛的STEM劳动力需求的努力和计策已经有了很好的记录，也适用于半导体劳动力这一目标的重点是联邦政府可以在扩大半导体劳动力方面发挥浸染的努力。连接、扩大和扩大成功的项目对付知足半导体行业未来的劳动力需求也至关主要，以确保美国在微电子领域的持续领导地位。下面谈论的努力建立在这些STEM教诲操持的根本上，重点是为微电子生态系统量身定制的努力。
在今后五年中，须要努力实现下列目标：
01.支持与微电子干系的科学和技能学科的学习者和教诲者
为了知足估量的半导体劳动力需求，须要做出重大努力来支持全体教诲领域的教诲事情者和学生。除了电子工程和打算机科学等传统学科以外，随着半导体行业的不断创新和多样化，化学、化学工程、工业工程、环境工程和材料科学与工程等领域将变得越来越主要。虽然K-12教诲是州和地方实体的任务，但可以做很多事情来为西席供应必要的资源和履历，使他们能够向学生先容微电子领域的职业机会。现有的项目，如美国国家科学基金会的西席研究履历(RET)66和罗伯特·诺伊斯西席奖学金项目，致力于招聘、培训和留住STEM西席。对付K-12学生来说，提高对半导体行业就业机会的认识，以及高质量的传授教化材料和令人愉快的动手项目，可以帮助引发他们追求干系教诲路子的兴趣。K-12教诲事情者须要得到高质量的传授教化资源，这些资源与他们必须达到的国家标准相匹配。
对付一些闇练的技能职位，非学位课程，如证书、证书、文凭和其他可堆叠的证书比传统的学位课程更得当。闇练的技能职员每每具有很强的地理联系，因此在当前和新兴半导体中央的区域努力对付培养这些人才尤为主要。行业、劳工和地区培训项目之间的互助可以帮助发展知识和技能，并确定当地的职业道路。行业代表可以作为学生的宝贵导师，并在“培训培训师”项目中帮忙教诲事情者。这些互助在促进区域得到与行业干系的制造工具和“无晶圆厂”(数字)资源以支持教诲和培训事情方面也发挥了主要浸染。虽然半导体技能职员有许多成功的模式和现有的课程(见下面的对话框)，但要产生更大的影响，须要努力扩展、共享和不断更新这些资源。
在本科和研究生阶段，须要能够适应半导体发展和创新加速的相应性教诲和培训系统。快速发展的步伐哀求工程和科学项目保持与时俱进，以避免在教诲和工业需求之间造成差距。为了避免日益扩大的差距，工业界、劳工和学术界必须共同努力，启动和促进专业的本科和研究生水平的课程和项目，这些课程和项目必须灵巧，能够与新兴的行业需求保持同等。尽早认识到跨学科的方法对付半导体研发中涌现的寻衅是必要的，这将有助于培养面向未来的劳动力。
非学位半导体劳动力培训操持
非学位课程，如宾夕法尼亚州立大学纳米技能教诲和利用中央的微电子和纳米制造证书课程(MNCP)，为半导体劳动力供应了宝贵的培训。该项目是社区学院和拥有清洁室的研究密集型机构之间的互助项目，供应一个学期的教室和体验式培训，为学生进入微电子行业做好准备。本学期结束后，学生将成功通过ASTM国际纳米技能表征、纳米技能康健与安全、纳米技能制造及干系根本举动步伐的三个认证考试。除了学术机构外，该项目还有12个美国半导体和微电子行业互助伙伴。
有必要为社区学院和四年制本科学生开拓新兴主题的课程，并确保资源，使大量学生能够有沉浸式的实验室体验。干系的体验式学习对付微电子领域的高技能事情至关主要——课程是不足的。然而，大多数美国教诲机构目前没有能力和资源供应实践学习履历，使学生为微电子劳动力做好充分准备。如上述目标2所述，利用CHIPS投资扩大研究根本举动步伐的互助努力将有助于知足这些需求。利用虚拟和增强现实工具以及数字孪生可以进一步帮助教诲机构在没有物理工具的情形下供应学习体验。基于云的设计、数据管理、建模和仿真办理方案也可以通过加强行业研发与大学和小企业研究职员之间的互助，帮助避免培训缺口。
学生直接与行业专业人士一起办理现实问题的活动可能是强大的学习履历。在职培训模式，如在公共和私营部门的研究实验室、开拓中央和制造工厂的演习和学徒操持，将对扩大这些机会至关主要。特殊是，在最高度专业化的领域，在最前辈的举动步伐中，与成熟的行业专业人士打仗和辅导，可以帮助学生得到最新的技能。结合学徒制、演习制、互助社制和其他在职培训机会的公私合营微电子培训项目须要在全国范围内扩大，以适应微电子技能发展和创新的步伐。主要的是，学习路子的多样性须要公正地支持所有美国人，发展应特殊关注目前做事不敷的地理区域和人口。在可能的情形下，将学徒和演习培训转化为大专或研究生学位的大学学分的机制，将使通往微电子职业的道路更随意马虎导航。
支持学习者和教诲事情者的紧张行动包括：
根据K-12西席的现有标准，在半导体教诲干系领域开拓高质量的传授教化材料库。为课程、习题集和实验室建立一个知识库，西席可以贡献并访问这些知识库，以进一步开拓他们的课程。促进广泛参与这些存储库的开拓，以确保它们超过多个机构项目，并与各种CHIPS事情联系起来，以改进教诲事情者、学生和工人的资源共享和利用。促进和扩大以半导体为重点的西席培训和研究机会项目，包括访问或临时行业互换项目。促进西席和学生参不雅观紧张研究举动步伐和半导系统编制造基地的机会。方便访问物理和虚拟工具的西席和学生的研究履历，以供应体验式学习，将学生准备他们的职业生涯后完成他们的学位或认证。利用公私和区域项目促进师徒关系，以及演习和学徒等在职培训项目。与专业技能协会和行业协会合作，开拓以西席为中央的课程，以更好地将半导体干系课程促进西席在行业环境中的休假和访问职位。为行业研发领导者供应大学访问学者职位。建立互助设计事情室，专注于跨学科，促进学生跨部门打仗。开拓和支配工具、方法和最佳实践，以促进资源和机会的原谅性和可及性利用。02
促进微电子领域故意义的"大众年夜众参与，提高对半导体行业职业机会的认识
非正式教诲和与"大众年夜众的打仗对付提高对半导体行业职业机会的更广泛认识和加强海内微电子劳动力至关主要。由于闇练的半导体劳动力需求因地区而异，强调社区更多地理解该行业的非正式机会可以使他们成为不断增长的生态系统中的积极互助伙伴。值得把稳的是，在K-12阶段，家长、老师、辅导顾问、朋友和导师等都会影响学生的发展轨迹。培养对半导体、运用和劳动力需求的共同根本理解将有助于学生对半导体行业存在的机会做出明智的决定。科学中央和其他非正式STEM学习场所的半导体干系展示和内容可以作为大略的切入点，打仗到目前不在学校的人，培养好奇心、兴趣并扩大认识。
全国非正式STEM教诲网络(NISE网络)
NISE Network70是一个由全国各地的科学教诲专家组成的强大社区，紧张由当地博物馆和大学外展教诲事情者组成，他们与当地图书馆、社区中央和学校互助。NISE网络起源于纳米非正式科学教诲网络，由美国国家科学基金会于2005-2016年支持。最初的NISE网络覆盖了超过3000万人，重点是培养对纳米技能的认识和理解。NISE Net连续增加与微电子劳动力干系的许多科目的教诲材料目录。在美国所有州和地区都可以找到600多个NISE网络互助伙伴，为美国各地供应这些课程。
舆图显示NISE网络参与机构。图片来源:国家非正式STEM教诲网络，2005-2016年互助伙伴报告。
提高对半导体行业机遇意识的策略包括：
利用开拓博物馆展览和公开活动的项目，这些项目与经由审查的、可操作的信息有关，并扩大对半导体及其运用的理解。建立或连接到现有的非正式科学中央网络，以便理解当地需求和关怀的区域专家可以为内容开拓做出贡献。开拓和分发传授教化和演示套件，可以在微电子的年度活动或庆祝活动中利用。充分利用多媒体和社会媒体工具，在全美国扩大影响力和有名度。利用竞赛和寻衅来提高学生对半导体问题的认识和勉励。03
准备一个原谅性确当前和未来的微电子劳动力
在全国范围内扩大微电子和干系教诲，包括针对小型和屯子校校、社区学院、传统黑人学院和大学(HBCUs)、部落掌握学院和大学(TCCUs)以及其他少数民族做事机构(msi)的努力，将为目前在半导体行业中代表性不敷的人才供应机会。半导体行业中越来越多的多元化代表将支持创新，并营造一个更具原谅性和积极的专业环境，从而吸引更多的人才。过渡性项目可以帮助办理机会差距问题，确保所有美国人都能从中受益。随着学生从高中转到学位课程，从本科转到研究生院，衔接课程可以加强成功所需的根本技能和知识。努力供应综合性做事，如儿童保育，可能有助于吸引双职工研究职员，并产生倍增的影响。
办理当前和未来的微电子劳动力寻衅将须要在教诲事情者、培训师、政策制订者、工会、专业协会和行业中开拓和利用技能需求清单。在微电子工业中，共同知识、技能和能力(KSAs)和技能能力的识别必须通过干系各方的互助来完成。将ksa映射到课程、技能和职业教诲以及学习者的职业辅导中，将提高学生加入半导体劳动力的准备程度。这项事情须要定期更新，以跟上行业创新的步伐。
演习是许多学生第一次体验他们在教室长进修的STEM知识的令人愉快和有出息的运用。确保在高档教诲的第一年到第二年的关键过渡阶段供应这些机会，可以供应早期的职业机会，并加强学生与半导体行业的联系。联邦政府已经在各机构的微电子演习项目上投入了大量资金。例如，NIST为高中、四年制大学、社区学院、职业学校和其他各种教诲项目的学生供应带薪暑期演习机会。
NSF最近与半导体研究公司建立了互助伙伴关系，以开拓与半导体进步干系的NSF本科生研究履历(REU)操持的新站点。这种新的伙伴关系将确保有多个团队致力于微电子研究，帮助这些学生为研究生研究和/或该领域的职业生涯做好准备。
美国国家科学基金会新兴和新技能体验式学习(ExLENT)项目旨在供应原谅性的体验式学习履历，以培养新兴技能的劳动力，包括半导体和微电子此外，能源部支持数千逻辑学生在其17个国家实验室演习，使学生能够在高中、技能学校、学院和大学以及其他教诲项目中得到体验式学习。美国能源部还在其国家实验室和许多大学和学院支持研究生和博士后奖学金。
还须要建立机制，以便更随意马虎地招募和留住外国学生和专业职员，以知足美国微电子工业的劳动力需求。建立和留住拥有高档学历的海内劳动力还须要勉励方法，以与其他国家的招聘努力竞争，包括改进外国出生、在美国受过教诲、拥有关键研发和制造业干系技能的学生的移民路子经由适当审查的国际学生互换，进一步扩大利用制造举动步伐的机会，并确保与国际盟友和伙伴的互助，也可以鼓励有技能的外国学生支持美国的劳动力需求。扩大其他国家，特殊是在美国高档教诲中代表性不敷的国家的教诲路子的项目，将支持劳动力需求并加速所需的增长。这方面的例子包括让其他国家的学生参与学术研究探索，从而促进硕士和博士课程的招生。研究保护仍旧是最主要的，但这些担忧必须与国际人才在美国创新生态系统中已经发挥并将连续发挥的积极浸染相平衡。
帮助培养微电子劳动力的策略包括：
故意参与并分享美国各地的教诲项目和机会，确保地理多样性，以及与HBCU、TCCUs、MSI、四年制大学和社区大学的联系。改进微电子教诲程序的可访问性，使残疾学生和不同学习办法的学生能够访问。鼓励行业、学术界和其他干系利益干系者共同努力，确定、更新和映射半导体供应链上的ksa和技能能力。扩大现有的带薪演习和奖学金，为学生供应微电子培训。开拓一个开放的平台，供应低本钱或免费的在线课程和可堆叠的证书，为未来的劳动力发展供应职业超过机会，以重新/提高技能。供应远程，虚拟和/或增强现实培训，以仿照制造环境。建立招聘和留住经由适当审查的外国学生和研究职员的机制。04.建立和推动微电子研究和创新能力
为了提高美国的竞争力，它必须优先考虑支持创新和创业的投资和计策操持。有机会提高产品质量，降落本钱，并最大限度地提高效率，以支持半导体举动步伐。有必要鼓励在教诲后期的学生从事研究事情。这对付生活在做事水平不敷的社区的第一代大学生来说尤其主要，他们可能没有榜样、导师或资源来在这么小的时候决定自己的职业道路。NSF（国家科学基金会）支持的研究生非学术研究演习（INTERN）操持为研究生供应了在学术环境之外事情的经济支持，以便他们能够发展行业所需的专业技能。此外，各个阶段的学生常常会改变他们的兴趣或职业操持，因此须要敏捷而灵巧的系统来将学生和现有员工重新定向到研发等新职业中。
除了知足当前和未来劳动力需求所需的职员外，学习过程还须要得到最前辈的举动步伐，设备和工具。如上文在目标2中所述，须要增加资源共享、同地办公、虚拟学习环境和其他手段，以便为特定学术机构的学生供应跨多个机构或举动步伐的主要学习资源。随着根本举动步伐的扩展以支持研发，学生也须要得到这些资源。可以通过远程访问技能、肃清学生利用前沿工具的地理限定的旅行帮助以及使学生在追求创新事情时易于超过学术体系的机制来最大限度地减少访问障碍。
（1）在学生学术生涯的早期吸引和留住他们
为了扩大微电子研究生态系统，项目须要在学生学术生涯的早期吸引和留住学生，并鼓励他们攻读高等学位课程。国防部支持的可扩展非对称微电子参与（SCALE）操持将国防部管理与国家公私学术互助伙伴关系的投入相结合，以吸引，发展和保留一支清晰的微电子团队。SCALE是一个沉浸式的教诲操持，将政府和国防工业基地演习与同等的研究和辅导相结合，以加深对美国公民本科生和研究生的理解和关系培植。
为了实现这些目标，SCALE制订了一套国家课程标准;为从K-12到博士的学生量身定制的有凝聚力的通报和招聘方法;一个行业支持的安全微电子生态系统中央，让学生参与将研究过渡到特界说务;和系统的操持评估，以确保提高培训和留住学生的有效性，以知足劳动力需求。
帮助发展和坚持研发军队的计策包括：
利用学院和大学的创业项目，包括商学院的重点项目，扩大人们对为提升美国领导力创造经济条件的兴趣。增加奖学金，供学生攻读以研究、创新和创业为重点的STEM干系学科的高等学位。如目标2所述，为学生供应旅行帮助等机制，使他们能够更方便地利用研究根本举动步伐，从而在全体研究发展过程中进行培训和事情。供应奖学金；本科生、研究生和博士后奖学金；和其他基于事情的运用研究履历学习机会。探索促进学术机构和工业界之间更多互换项目或演习的机会。目标4
创建一个充满活力的微电子创新生态
系统，以加速R&D向美国度当的转型
芯片法案匆匆成的历史性投资不仅为补充R&D根本举动步伐的现有缺供词给了机会，还为振兴生态系统和创造良性微电子创新循环供应了机会。当前学科、机构、学术界和行业的分工，加上超过举动步伐和会谈繁芜协议以访问工具和数字资源的寻衅，给技能开拓连续体中的新创新成熟带来了严重障碍。下面谈论的策略旨在减少或肃清这些障碍，以促进跨堆栈的互助，促进研究根本举动步伐的访问，促进学术界-工业界-政府的互助，并在各种努力之间建立桥梁，以创建一个路径、反馈回路和移交网络，从而使新创新加速向市场过渡。
一个相互关联的繁芜研究生态系统
正如本报告所述，微电子R&D生态系统繁芜且根本举动步伐密集。用户举动步伐网络扩大了对制造和表征新材料和设备所需的专业工具的访问。这些用户举动步伐被描述为“民主化科学”，使缺少资源的研究机构的研究职员能够构建完全的工具集，为微电子研究做出贡献，并扩大新进展的创新根本。美国国家科学基金会帮助的国家纳米技能折衷根本举动步伐是用户网络之一，供应对微电子研究至关主要的数千种专业工具。
在这张网络图（下图）中，NNCI的站点用玄色表示，灰点代表利用NNCI举动步伐的学术机构。如图所示，许多大学利用每个举动步伐，许多大学利用多个站点，反响了生态系统的繁芜性以及这些用户举动步伐对研究企业的深远影响，有助于连接不同的创新者和项目。
一个充满活力的生态系统包括技能开拓的所有方面，从早期研究观点到融入系统或产品。生态系统中的实体包括学术机构、供应链中的大小公司、非营利财团和协会、国家实验室和其他FFRDCs、初创企业、投资公司以及联邦、州、地区和地方政府的部门和机构。除了研究和技能开拓，生态系统必须包括所需的教诲和培训事情，以确保流程的每个阶段都有得当的劳动力。参与者包括学生和教诲事情者、研究职员、开拓职员、科学家和工程师、企业家、工会官员、商业领袖和政策制订者。
R&D向商业实践过渡须要很永劫光，这带来了额外的寻衅。新技能从研究成果揭橥到创新成果批量商业化生产常日须要10到15年的韶光。依赖繁芜科学打破的技能可能须要更长的韶光。例如，极紫外光刻工具花了40多年才被纳入大规模制造。如下所述，联邦政府的支持亲睦处干系者之间的加强折衷有助于应对这一寻衅并加快研究、开拓、演示和支配周期。
公共和私营部门的利益干系者同等认为，保持半导体行业的领导地位须要美国以比竞争对手更快的速率进行创新。加快R&D转化为产品和做事的速率对付为"大众带来广泛利益、支持美国经济和掩护国家安全至关主要。以目标1确定的领域为重点的充满活力的创新文化是一个主要根本，必须辅之以资源和政策，以加快这些创新的转化。
持续的领导地位须要创造和支持一个良性循环，在这个循环中，R&D推动创新的、面向市场的技能开拓，包括渐进式和变革性的进步，反过来，这些技能又推动新的见地和研发资金。R&D的卓越与R&D在产品和做事领域的快速转型相结合，将成为美国及其盟友的一个主要和独特的竞争上风。
须要建立机制来加强各机构之间以及学术界、政府和R&D工业界之间的沟通和协作。这种沟通和合为难刁难于R&D演出者与政府和行业终极用户之间的联系以及增强研究职员对系统级设计和性能限定的理解至关主要。加强沟通和互助可以为研究方向供应信息，以确保进步得以履行，并增加创新观点转化为制造的可能性。此外，建立沟通路子和互助将为新的研究进展供应机会，以推动能够超越现有技能的颠覆性创新。
为了发展充满活力的微电子生态系统，加速R&D向商业化的过渡，美国政府将在未来五年内努力实现以下目标：
01
支持、培植和连接中央、公私伙伴关系和同盟，以深化微电子生态系统中各利益干系方之间的互助
联邦机构常常在共同感兴趣的研究领域互助，并直接与全体微电子行业的公司互助，工业界常日直接参与特定项目的个人学术研究小组。然而，要确保微电子在未来的领先地位，须要深化互助以应对当前和未来的重大寻衅。在适当的情形下，大型研究中央和公私互助伙伴关系可以将多方聚拢在一起。事实证明，建立和持续支持这些事情是一种有效的方法，有助于通过计策组合团队针对特定技能寻衅开展协作。
例如，一些联邦机构与半导体研究公司（SRC）互助，将根本学术研究与长期行业技能和劳动力需求更紧密地结合起来。DARPA-SRC联合大学微电子操持（JUMP 2.0）及其前身集中表示了这种方法的成功。虽然工业界常常与特定的学术研究职员达成双边协议，但联邦政府帮助的项目（如JUMP）有助于更广泛的跨行业信息互换和建立共识。从更广泛的社区角度来看，这些互助构造可以更快地确定须要帮助的最高优先级研究。这些构造还供应了行业互助伙伴对学术研究职员的快速反馈，政府参与者有助于确保广泛的影响和公共部门投资回报。本节谈论的深化互助的重点事情将有助于：
早期识别一组更全面的潜在障碍，以实现成熟和扩大新技能的规模，供更广泛的行业和科学专家进行研究，并设计公共和私人帮助操持来支持这项事情。更广泛地认识到生态系统不同部分的共同和独特需求，包括教诲项目、学术研究职员、政府帮助的独立研究实验室和小企业的需求，以及开拓新产品、产品用度构造和做事来知足这些需求。为新技能的开拓和成熟建立新方法，创造性地利用许多不同互助组织的独特能力，包括政府帮助的用户举动步伐和高度专业化企业的天下领先的仪器和其他资源。通过开拓阶段集中公共和私人资源推进具有潜在变革性的技能，在这些阶段，本钱大幅增加，而终极技能成功和商业可行性的基本风险仍旧很高，从而使更多创新能够比当前做法更快地进入市场。除了上面谈论的用户举动步伐之外，NSF还有几个支持大型多机构研究中央的项目，个中包括行业和其他成员。这些中央将学术研究职员聚拢在一起，就共同的寻衅进行互助并利用各种能力。这些操持还为与大小公司和其他实体达成会员协议供应了一个框架，以办理知识产权等关键问题。目前有几个与R&D微电子公司干系的国家科学基金会中央，包括国家科学基金会工程研究中央、移动打算和能源技能纳米制造系统（NASCENT），专注于创造革命性的制造、设备、材料和建模，包括代表研究机构、材料供应商、设备制造商、集成设备制造商和前沿铸造厂的大小公司。
其他例子包括国家科学基金会家当-大学互助研究中央（IUCRC）项目帮助的几个中央（个中国家科学基金会供应运营资金，工业界供应大部分研究资金），例如中央硬件和嵌入式系统安全与信赖中央(CHEST)和通信系统高频电子与电路中央(CHECCS)。
能源部17个国家实验室的微电子和半导体技能创新得益于卓越的物理学专业根本；化学和化学工程；材料科学；等离子科学；同位素生产；纳米制造；电气、机器和系统工程和打算机科学。补充这一专业知识的是材料研究、器件设计和制造、表征以及建模和仿照方面的广泛能力。能源部的国家实验室具备开拓前辈微电子技能所需的特定能力，包括通过能源部五个纳米科学研究中央和其他用户举动步伐供应的新型制造方法开拓和评估新材料和快速原型。桑迪亚国家实验室的微系统工程、科学和运用（MESA）综合体等举动步伐还具备额外的R&D和生产能力。与这些实验能力相辅相成的是仿照、建模和数据科学能力，从原子方法到量子和神经形态技能、人工智能和机器学习以及超万亿次高性能打算（HPC）。高性能打算能够支持材料研究、电路和系统设计以及性能预测。通过能源部的用户举动步伐网络，包括大学、工业和其他政府机构在内的广大科学界可以得到许多这些实验和打算能力。
区域创新中央可以搜集多个互助伙伴，并通过全体供应链的折衷促进实验室到市场路径上的技能转让。基于伙伴关系的区域中央有可能通过将大企业的管理能力与小企业、政府和学术研究实验室的专长结合起来，减少开拓和过渡的韶光和本钱。事实证明，在增强现有集群时，区域中央比试图在没有现有成本和人才根本的情形下创建此类生态系统更有效。NSF区域创新引擎和DOC经济发展管理局区域技能和创新中央（技能中央）操持是支持这些努力的联邦操持的示例。此外，DOC芯片勉励操持鼓励支持地区半导体生态系统。
国防部微电子公共领域旨在利用和加强选定中央周围的区域生态系统，供应实验室到工厂的能力。Commons hub生态系统不一定受到州界的限定，它旨在成为一个区域能力网络，利用Commons的资金和学术、非营利或行业机构的现有能力进行潜在的增强，既可以作为创新的来源，也可以作为资助活动的举办地。
美国制造业研究所代表了另一种有效的模式，可以促进多个制造业行业的行业需求和学术能力之间的互换。目前，五个研究所支持微电子制造基地的要素，包括增材制造和3D打印的相邻部门、前辈机器人制造和数字制造工具。与这些和其他依赖微电子创新的部门（如工业自动化和机器人、通信、高性能和下一代打算、康健科学和人工智能）的更多打仗将有助于为新的互助领域供应信息。根据芯片法案，国会授权并拨款建立了三个新的美国制造研究所，专注于半导系统编制造。增加对新模式和现有模式的支持可以扩展到新技能和新兴技能，并使新的行业互助伙伴参与进来，以加快新技能向制造业的过渡。
国家半导体技能中央估量将成为美国微电子创新生态系统的焦点。如《美国芯片法案》第9906（c）节所述，NSTC将是一个公私同盟，包括美国国防部、美国国防部、美国能源部和美国国家科学基金会以及私营部门实体。虽然NSTC的许多细节仍在制订中，但它将寻求吸纳全体微电子代价链的成员——包括大小公司、大学、研究机构、能源部国家实验室和其他FFRDCs以及非营利组织——并将建立机制以促进信息互换，吸引成员和外部投资者的私营部门投资，并折衷私营部门和公共部门的投资。要发挥这些浸染，NSTC既要作为中立折衷者受到信赖，又要被视为对公共和私人投资者的需求做出了回应，这须要天下领先的技能专长和能够适当平衡公共和私人部门利益的管理构造。
除了通过目标2下谈论的技能中央网络供应获取实物资产的路子外，NSTC还可能参与此处强调的多少计策，以帮助连接社区。除了关键工具之外，微电子R&D举动步伐群还必须拥有足足数目标技能专家和科研职员来操作和改进仪器，并创建一个卓越中央来办理其他实体权限之外的关键问题。例如，学术研究职员可能会创造一种新材料，并进行实验和原型制作来证明这一观点。
然而，为了在设计和利用中采取新材料，必须在各种加工参数下精确理解毛病构造，以充分预测其行为和性能。这种有针对性的研究超出了学术努力的范围，但不太可能在工业实验室中得到办理，由于这种材料尚未得到充分证明。同样的观点也适用于全体堆栈；必要的研究介于早期研究和后期履行之间，在当前的美国生态系统中形成了一个缺口。
本报告中确定的努力旨在补充这一空缺，通过利用全体生态系统中的公共和私人投资及专业知识，供应得到所需根本举动步伐和科学专业知识的路子，以帮助在技能发展道路上实现创新转型。例如，NSTC将从学术界、工业界、能源部国家实验室和其他FFRDCs以及天下各地的其他机构补充专门的专业科学职员，以创建一个充满活力的创新引擎，加快未来创新在制造业中的运用。
虽然这些方法中的每一种都促进了每项详细事情中的知识和人才流动，但必须促进全体微电子技能开拓连续体的互换，以支持和加强全体生态系统。在某些情形下，可能须要具有成员资格的财团之间的直接联系或其他条约协议，而在其他情形下，不太正式的安排可能就足够了或更可取。须要确定和支持成熟和过渡研究打破的路子，超过根本举动步伐资源和科学专业知识的星座。技能开拓路径不是一个大略的线性过程，因此反馈循环和分支将是必要的。同样主要的是要把稳到，单个研究职员或研究团队很少在其全体开拓过程中进行新的创新，因此也须要促进实体之间的交卸。
促进浩瀚中央和同盟之间信息共享和协作的关键行动包括：
通过SML构造、咨询委员会和其他适当的机制，深化监督、支持和辅导干系中央和同盟的浩瀚机构确当局官员之间的互助。从每个机构中指定一名代表作为引导，帮助利益干系者在研究职员进行技能开拓的各个阶段中浏览繁芜的举动步伐和帮助机会网络。这些指南将通过SML紧密互助，并与中央/同盟领导层互助。开拓并发布每个中央/同盟内可用的能力和特定工具的详细信息。每年调集中央主任和机构资助人建立社区，提高对全体生态系统能力和活动的认识。支持共享活动和网络研讨会，以提高研究职员对其他中央事情的认识。促进跨中央的研究互换和访问职位。在评审委员会和演出者活动中包括支持R&D微电子公司的美国紧张政府机构的代表，以利用联邦资金。在适当的情形下，制订财团之间的准入协议。在专利和其他知识产权以及标准开拓等问题上利用培训成果来提高研究职员对商业化关键步骤的认识。进行年度SML能力审查，并定期搜聚利益干系方的见地。02.参与并利用芯片家当咨询委员会
加强和重振美国在微电子领域的领导地位须要广泛的行业和学术利益干系者的密切参与、建媾和监督。根据2021年美国芯片法案第9906（b）节的哀求，商务部长成立了一个工业咨询委员会（IAC），以评估美国海内微电子行业的科技需求并为美国政府供应辅导；剖析微电子研究国家计策在多大程度上有助于保持美国在微电子制造领域的领先地位；评估根据《2021年美国芯片法案》授权的研发操持和活动；并为新的公私合营企业探求机会，推进微电子研究、开拓和海内制造的伙伴关系。该联邦咨询委员会向商务部长供应定期报告，在积极识别新兴R&D、制造技能和劳动力需求以应对商业市场或地缘政治的未来计策转变方面也很有代价。
临时行政委员会已开始事情，设立了组织和公私伙伴关系事情组、R&D劳动力事情组和研发事情组。关于每个事情组的任务和建议的更多信息可在临时行政委员会网站上查阅。
在第一次会议上，委员会听取了关于微电子研究国家计策草案的简要先容，以及根据《联邦公报》上公布的信息要求收到的"大众年夜众反应。谈论和临时行政委员会随后发布的建议为本文件的修订供应了信息。
参与和利用CHIPS IAC的关键行动包括：
SML审查委员会的建议，为机构间谈论和机构行动供应信息。机构代表应哀求酌情向临时行政理事会通报最新情形。03.勉励和折衷微电子界应对R&D路线图和重大寻衅中的关键技能寻衅
随着技能向越来越小的节点发展，在半导体行业中有效利用路线图以使研究事情和相应投资与关键技能寻衅保持同等的历史由来已久。如果行业技能路线图得到广泛信赖并常常更新，那么它们在通过关注创新者和让投资者对商业可行性的韶光表充满信心来实现创新方面可能具有难以置信的代价。
此外，这样的路线图确定了预期进步的边界，这将勉励创新的R&D超越这些预期。如目标1所述，微电子的多样化将须要多种路线图来支持不同运用的各种性能指标。联邦政府将连续鼓励并在适当的情形下帮助由社区利益干系者制订的技能路线图的制订，并参考对干系技能和经济成分的最新理解。
勉励和组织研发社区的另一种机制是明确重大寻衅，以帮助确定优先研发方向。这些活动必须广泛地代表学术机构、研究实验室和行业的利益干系者，并让他们参与进来。他们还必须关注须要广泛专业知识的主题，以实现非渐进式进展并推动全体行业的发展。
促进制订路线图和重点研究事情重大寻衅的关键计策包括：
召开研讨会和会议，将社区聚拢在一起以确定和解决关键问题。支持行业协会和其他组织领导路线图制订事情。04.促进学术界、政府和工业界的互换，以扩大对需求和机遇的理解
除了学生演习之外，西席有机会在工业R&D或制造业环境或联邦研究机构度过一段韶光，也可以供应宝贵的履历和见地。同样，在学术中央安插行业研究职员可以促进信息互换，并为大学研究界供应背景。
随着技能的不断进步，发展越来越依赖于越来越精确的工程材料和工艺，仪器、诊断和实验合成能力须要快速成熟的新想法，纵然是大型私营企业也将越来越遥不可及。因此，在政府帮助的用户举动步伐和其他研究机构中，特殊是在美国能源部国家实验室和其他ffrdc中，天下领先的仪器、综合能力和打算资源所发挥的浸染估量将对峙异管道变得越来越主要。要发挥这一浸染，须要：
在政府帮助机构和私营部门组织之间开拓高效的互助方法，实现公正、灵巧的短期和长期安排，最大限度地减少条约会谈所花费的韶光。当机构网络哀求并对政府帮助的资源和活动进行技能和方案方案时，包括扩大潜在利益干系者的范围，包括理解私人资金如何用于扩大公共帮助的项目，同时确保这些项目知足任务需求。扩大宣扬政府帮助能力的活动，除了旨在发展公私互助伙伴关系的操持外，还支持教诲和劳动力发展操持利用这些能力。05.通过有针对性的操持和投资支持创业、初创和早期企业
硅谷的历史证明了初创企业在推动微电子行业创新方面发挥的巨大浸染。然而，设计和制造前沿电路的高成本本钱以及制造业的整合等趋势，在初创企业的需求与大型跨国公司的创新办法之间造成了特殊大的不匹配。鉴于这些寻衅，须要有针对性的联邦投资来促进初创公司的创造和成功，努力将新技能推向市场。
联邦帮助的项目可以为企业家供应商业发展培训和R&D根本举动步伐的利用权，还可以帮助启动私营部门的伙伴关系和成本投资。已经制订了多个联邦操持来支持创业精神，这些操持可以推广和/或复制，从而为该行业供应特定的机会，包括以下示例：
国家科学基金会的创新团队（I-Corps）项目为学者供应培训，通过提高他们对商业方案和创业技能的理解来促进初创企业的形成。能源部的能源I-Corps为能源部国家实验室的企业家做了同样的事情。NSF领悟加速器操持为研究职员和创新者供应知识和机会，通过支持跨学科团队（由不同专业、学科、部门和实践社区组成）共同促进创新和创造，加速办理方案在现实天下中的运用。能源部前辈材料和制造技能办公室已在四个能源部国家实验室建立了嵌入式企业家操持，以帮助创新型初创企业开拓新的制造技能，并通过利用实验室的专业知识和科学根本举动步伐更快地将其推向市场。NIST技能成熟加速器项目为NIST的研究职员供应了一个平台，向风险成本家和商业专家推介尖端技能，得胜者将得到资金以加速他们的项目推向市场。美国国家航空航天局发起了一项企业家寻衅赛，以确定创新想法和新参与者，从而开拓出有可能推进该机构科学任务目标的新仪器和新技能。DARPA创立了嵌入式创业倡议，以加速资助研究的商业化。该操持为市场计策的制订供应资金，并与情报界的In-Q-Tel（IQT）风险部门互助供应辅导和投资者联系。101 DARPA还利用能源部实验室嵌入式创业操持中的回旋加速器道路站点，专门为微电子初创企业供应奖学金。该机构的小企业创新研究（SBIR）和小企业技能转让（STTR）操持供应了另一个支持小企业的机会，通过非稀释性成本投资和广泛的支持做事来促进受支持公司的成功。有机构折衷SBIR/STTR招标以支持共同感兴趣的特定技能的例子。跨机构折衷SBIR/STTR主题可以表明对美国创新和新兴技能的承诺和兴趣，尤其是对半导体行业干系领域的初创企业和小企业而言。
例如，农业部国家粮食和农业研究所的SBIR/STTR项目帮助了一个将微电子技能运用于农业的项目，包括一套微型传感器，为栽种者供应植物水分胁迫的直接物理丈量，以用于灌溉操持。联合机构主题可用于建立一个广泛的实践社区，故意纳入创新型小企业并扩大与大学加速器的联系，包括HBCUs和其他MSI。
美国空军的商业“投资”集团AFVentures便是利用SBIR/STTR操持的一个例子，该操持通过供应额外资金来匹配投资组合中公司的私人投资来加速技能过渡。该操持将得到某种形式风险成本褒奖的公司比例从10%提高到29%，在2015年之前的所有国防部奖项中，AFVentures组合目前只包括电子公司的一小部分褒奖。
有几个联邦政府项目利用风险基金进行股权融资，以直接支持早期公司并与私营部门风险社区互助。例如，IQT支持情报界的技能，HHS生物医学高等研究和发展局（BARDA）最近启动了BARDA Ventures，以支持公共卫生的医疗对策。通过包含技能转让目标的公私伙伴关系将风险成本基金与研究根本举动步伐相结合，已在其他国家的微电子部门证明了回报。风险基金可以供应一条更直接的路子来支持互助机构创造的创新成果的商业化。《美国芯片法案》条款哀求在NSTC设立投资基金。该基金的细节正在制订中。
贷款和贷款包管是另一种可以帮助初创公司的机制。小企业管理局通过与贷款机构互助向小企业供应贷款来降落风险，并使得到成本更加随意马虎。美国能源部贷款项目办公室管理三个不同的贷款项目，为一流项目供应从私人贷款机构无法得到的债务成本，并供应灵巧的定制融资。
除了直接支持和促进互助外，初创企业和早期企业必须有机会为制订国际技能标准做出贡献。通过参与由专业协会或行业协会组织的国际标准制订活动，美国可以塑造环球技能发展，并支持进入未来的国际市场。制订标准的活动可能须要几年的审媾和原型制作，然后才能达成共识。正如《关键和新兴技能国家标准计策》所鼓励的那样，支持参与制订标准活动的新机制将使那些追求尚未建立商业市场的新兴技能的小企业能够进行急需的参与。
根据这一计策，2023年9月，NIST CHIPS研发办公室和许多其他美国政府项目、标准制订组织（SDO）和行业协会合作组织了CHIPS研发标准峰会。该活动搜集了CHIPS for America领导者，SDO和半导体领域的行业同盟，以优先考虑半导体和微电子标准活动;促进半导体行业标准社区内的互助，折衷和创新;并帮助识别标准创新的机会，并实现多样化的标准能力。
推进研发以支持制造和供应链安全
芯片法案的核心是建立一个强大的海内半导系统编制造业和弹性和安全的半导体供应链。此外，现有的操持，如国防部的可信和可靠微电子（T&AM）操持，通过得到前辈的微电子技能来推动国防系统的当代化，这些技能利用了最前辈的（SOTA）商业驱动能力。T&AM操持识别并努力减轻全体微电子供应链中的持续威胁。T&AM操持由以下技能实行领域组成:前辈封装和测试、SOTA微电子、抗辐射微电子和SOTA射频/光电微电子；以及教诲和劳动力发展和微电子保障。
本报告先容了支持制造业和将新技能转化为生产的研发机会。除了通过国际互助使供应链多样化之外，研发事情还有助于为关键矿物、材料或其他关键供应链寻衅供应替代品。对半导体供应链的持续剖析和监控将为这些研发事情供应信息。
国际互助以及贸易和外交的浸染
半导体供应链实质上是环球性的，微电子创新生态系统也是如此，研究举动步伐和人才遍布天下各地。本计策中提出的目标和目的是在这一更广泛的背景下制订的，须要在这一背景下加以办理。至关主要的是利用盟友和互助伙伴支持的资源和努力，促进人才流动和研究互助的机会，确保安全的供应链，并促进保护研究、技能和知识产权的法律和监管框架。
半导体研发资金的最大来源来自美国的私营公司。美国半导体行业一贯将其年收入的大约20%投资于R&D，这一比例在其他任何国家的半导体行业中都是最高的。在2021年，这相称于在一年内为R&D分配了500多亿美元。同年，环球半导体发卖额中约80%来自美洲以外。因此，美国公司依赖于保持在外国市场的发卖渠道，以连续推动使其成为环球领导者的创新。旨在打击其他政府不公正贸易行为、补充支持美国制造业的海内政策并努力为技能出口创造公正竞争环境的贸易政策对付保持美国在微电子领域的领导地位至关主要。
美国政府机构，包括商务部和美国贸易代表办公室，正在努力确保所有政府致力于通过基于市场的原则促进半导体行业的康健发展，并确保公司及其产品的竞争力是创新、工业成功和国际贸易的紧张驱动力。DOC还与互助伙伴和盟友互助，加强美国和志同道合的经济体中公司的半导体供应链，以建立弹性并纳入国家安全优先事变，从而加强环球供应链。
技能外交是扩大与盟国和伙伴之间的互助的主要工具。利用有针对性的对话、特殊事情组、包涵备忘录、科技协议和其他有关微电子的重点事情，有助于加强双边和多边互助。此外，一些机构正在努力支持国际研发互助，这些互助可用于推进特定的研究目标，供应得到研究根本举动步伐的路子，并促进技能互换。加强美国和国际研究职员、工业界和终端用户利益干系者之间的沟通与互助，以支持新技能的开拓和成熟，有助于加强全体微电子创新生态系统。
根据“芯片法案”的哀求，美国国务院设立了国际技能安全与创新（ITSI）基金，以促进安全可靠的电信网络的发展和采取，并确保半导体供应链的安全和多样化。加强天下的长期经济安全取决于支持创新的能力，创新将推动下一代半导体技能的发展。为了确保前辈半导体发展所需的更多样化、更具弹性和更安全的环球半导体供应链，ITSI基金将支持确保关键矿产投入的努力，加强在研究安全和知识产权保护等问题上的国际政策折衷，扩大环球各行业的生产能力并使其多样化，以及保护国家安全。
ITSI基金活动实例
生态系统评论：2023年，美国国务院确定了五个根据美国微电子计策扩大产能的目标国家——哥斯达黎加、巴拿马、越南、菲律宾和印度尼西亚。ITSI正与经济互助与发展组织（经合组织）互助，在这些国家开展独立的生态系统审查，为封装、测试和封装分部门的能力培植供应路线图。审查考察了劳动力发展需求、根本举动步伐、行业特定法律、现有技能中央和行业上风等经济成分，以及勉励私营部门投资ATP产能的经济和政策勉励方法。ITSI在这些国家的能力培植操持将侧重于吸引私人投资的劳动力发展、缩小监管差距以及加强半导体举动步伐的物理和知识产权保护。
APEP研讨会：ITSI支持多边伙伴关系以实现计策目标，如美国经济繁荣伙伴关系（APEP）半导体劳动力研讨会：为21世纪闇练劳动力培植技能能力。研讨会将创建和扩大教诲操持，通过在全体拉丁美洲的行业和技能机构之间建立联系来帮助知足半导体劳动力需求。
国际研究职员对美国在前辈半导体领域的领导地位至关主要。随着联邦机构开拓加强互助的项目和场所，将考虑促进本科、研究生和专业水平的国际研究职员与美国海内生态系统的打仗。须要为在美国事情或访问进行技能互换的国际研究职员加强适当、有效的法律程序。这些努力须要改进接管持有各种美国非移民签证的研究职员的流程，包括但不限于F-1s、H-1b和J-1s或基于就业的移民签证种别，包括学生、研究职员和专家。
国际互助的另一个机会是在教诲和劳动力发展领域。半导体公司在环球各地都有工厂，有几种模式成功的培训项目。发展特定事情类别的技能和技能能力有助于办理闇练劳动力短缺问题。教诲机构之间建立伙伴关系并共享课程和培训资源有助于知足对演习有素的劳动力的需求，并促进员工流动。
天下各地的初创企业和小企业也在半导体和干系技能方面进行创新。Quad的技能、商业和投资论坛等现有机制和新机制可以用来与天下各地的初创企业和创新生态系统建立联系。联邦机构可以连续促进双边和多边对话，为美国度当和投资者供应机会，突出有出息的技能和企业家，以扩大美国创新生态系统。
未来方向
芯片法案投资供应了一个独特的机会，不仅可以勉励海内半导系统编制造业，还可以加强微电子R&D生态系统，提升美国未来的竞争地位。随着这些历史性操持的履行，半导体行业正在迅速发展，统统照样不敷以取获胜利。各机构必须与学术界、工业界以及国际盟友和互助伙伴比以往任何时候都更加紧密地互助，以确保芯片投资建立一个充满活力的生态系统，推动未来的创新。美国政府R&D微电子公司的项目组合涵盖了从早期根本研究到制造过程的全部范围，只管每个项目都有特定的浸染，但广泛的项目须要仔细联系起来，以促进新研究进展转化为商业运用的路子。
《美国芯片法案》哀求微电子领导小组委员会“折衷与微电子干系的研究、开拓、制造和供应链安全活动以及联邦机构的预算，并确保这些活动符合”本文件中提出的计策。为了更好地理解全体政府支持R&D微电子公司的努力，SML将对联邦投资进行组合审查，并在该计策发布后180天内根据该计策中确定的优先事变对这些投资进行交叉评估，此后每年进行一次评估。这一审查将使各机构更好地理解彼此的方案和优先事变，并为年度预算体例供应信息。鉴于该行业的动态性和正在发生的一系列深刻的技能变革，该计策保持敏捷并对不断变革的环境做出相应至关主要。虽然这份计策文件是一个出发点，但年度审查将为各机构供应一个机会，不断调度和集中努力保持进展。随着新项目的建立，SML将在未来几个月和几年中作为机构间折衷的论坛发挥关键浸染，并将确保各个部门和机构的投资具有协同效应并得到充分利用，避免重复和缺口。
这一计策的成功，以及CHIPS更广泛的行动，在很大程度上取决于办理巨大的劳动力需求。SML教诲和劳动力机构间事情组将折衷全体教诲领域的机构间事情，并与可能成立的新实体（如专门的卓越中央）密切互助。国际外交和贸易在规复美国半导系统编制造业领导地位和确保供应链安全的持续努力中发挥着重要浸染。正如本文通篇所述，与盟友和互助伙伴的打仗对付推进该计策的目标至关主要，而SML国际事情组是一个随着关键芯片条款的履行，机构间互助的论坛尤为主要。与天下各地的领先专家互助将有助于推进微电子研究的前沿，支持互惠互利的知识伙伴关系，建立联系专业知识和利用投资的网络，并促进得到支持新创新的独特研究根本举动步伐。
作为微电子革命的发源地，美国在半导体技能的开拓和运用方面处于天下领先地位，这项技能现在支撑着我们经济和安全的方方面面。然而，国际竞争非常激烈，无法担保连续保持领先地位。对芯片法案的历史性投资既供应了振兴海内微电子R&D生态系统的令人愉快的机会，也带来了确保这些投资保障国家长期国家和经济安全的艰巨任务。当美国人把他们不同的专业知识、创业精神和动力集中到一个共同的目标上时，美国就处于最强大的状态。该计策供应了一个框架来创建这一重点，不仅辅导美国政府的事情，而且调集全体微电子R&D社区——创新者、教诲事情者、盟友和互助伙伴以及政策制订者——来开拓实现美国巨大抱负所需的技能。
