从霸主到小角色，美国采取各种措施推动芯片复兴

在科技飞速发展的当今时代，半导体芯片作为现代科技的核心基石，宛如幕后的无名英雄，默默驱动着从智能手机到自动驾驶汽车，从人工智能设备到量子计算机等众多前沿科技的运行。然而，曾在上世纪 90 年代作为芯片生产强国，制造出全球 35% 以上半导体的美国，如今在芯片制造领域的地位却已今非昔比，其全球份额已锐减至 12%，且在最先进芯片的生产上处于空白状态。面对这一严峻形势，美国试图通过一系列举措重振昔日雄风，桑迪亚国家实验室的加入以及《芯片与科学法案》的推动，成为美国芯片产业复兴征程中的关键力量。

桑迪亚国家实验室，作为美国科研领域的重要支柱，在半导体研究方面有着深厚的积淀。其长期以来凭借研发合作伙伴关系、微系统工程、科学和应用设施（MESA）以及先进洁净室等优势，积极为半导体行业贡献力量。近期，桑迪亚国家实验室迈出了具有深远意义的一步，成为首个加入美国国家半导体技术中心（NSTC）的国家实验室。NSTC 的成立，是依据《芯片与科学法案》而诞生的重要举措，其肩负着加速创新、攻克美国紧迫技术难题的重任。桑迪亚国家实验室高级经理玛丽・蒙森形象地描述道：“《芯片法案》如同一只无形的大手，将国家实验室、美国企业以及学术界紧密地凝聚在一起，形成了一股强大的合力，而我们的加入，正是开启这一合作新篇章的重要开端。”

从曾经的辉煌到如今的困境，美国芯片产业的滑落令人唏嘘。在上世纪 90 年代，美国芯片产业在全球占据着举足轻重的地位，引领着行业的发展潮流。但随着时间的推移，全球半导体产业格局发生了巨大变迁。众多国家和地区纷纷加大在芯片领域的投入，亚洲的一些国家和地区迅速崛起，逐渐抢占了大量市场份额。美国在芯片制造环节的份额不断被蚕食，其在全球芯片产业中的优势地位逐渐丧失。特别是在最先进芯片的制造方面，美国已远远落后于其他竞争对手，这对于长期依赖高端芯片技术的美国科技产业而言，无疑是一个沉重的打击。

新冠疫情的爆发，更是让美国芯片产业的短板暴露无遗。汽车行业便是一个典型的例子，由于芯片短缺，汽车停车场空空如也，制造商们无奈停产，只能苦苦等待芯片供应。一辆普通汽车平均需要 1400 个芯片，而电动汽车更是需要超过 3000 个芯片。芯片供应的不稳定，严重影响了汽车产业的正常生产秩序，也让美国深刻认识到芯片产业对于国家经济和产业安全的重要性。与此同时，全球其他国家纷纷加大在半导体制造领域的投资，总额超过 3000 亿美元，都渴望在这一关键领域占据一席之地。在此背景下，美国推出了《芯片与科学法案》，期望借此 “东风”，在 2032 年前使美国拥有全球 25% 以上的最先进芯片产能，重新夺回在芯片制造领域的主导权。

桑迪亚国家实验室在这场芯片产业复兴之战中，被寄予厚望，将扮演关键角色。桑迪亚国家实验室的半导体技术战略高级科学家里克・麦考密克透露：“《芯片法案》投入了超过 120 亿美元用于研发，其中有一项 30 亿美元的计划，专门用于打造小芯片封装组装的生态系统。” 小芯片，作为未来芯片发展的重要方向，具有低能耗、高速度通信的优势，即便多个小芯片组合在一起，其性能表现也如同一个昂贵的大芯片。目前，现代商用 AI 处理器已开始采用这一技术。桑迪亚国家实验室凭借自身丰富的资源和广泛的合作伙伴关系，有望助力小芯片技术在更多小公司以及国家安全应用中得到推广。值得一提的是，其 MESA 设施已经为库存和防扩散应用成功制造出高可靠性的小芯片组装产品。

除了在技术研发方面发力，桑迪亚国家实验室还将在培养未来芯片产业劳动力方面发挥重要作用。随着政府投资数十亿美元建设新的芯片工厂，对专业人才的需求也随之大增。半导体行业协会预测，美国芯片产业将需要 6 到 7 万名专业工人。麦考密克忧心忡忡地表示：“一场潜在的人才危机正悄然逼近，我们必须加大力度吸引 STEM（科学、技术、工程、数学）领域的人才投身芯片产业。而参与这一项目，也将有助于桑迪亚国家实验室扩充自身的人才储备。”

作为 NSTC 的成员，桑迪亚国家实验室将向其他成员开放部分设施，促进各方的协作与合作。技术转让一直是桑迪亚国家实验室使命的重要组成部分，此次加入 NSTC，将进一步强化这一使命的践行。通过与私人合作伙伴的紧密合作，不仅能助力这些企业在半导体行业中拓展业务，增加市场份额，同时也能推动桑迪亚国家实验室更好地实现自身使命。蒙森表示：“我们将全力协助发展供应商，提升自身能力。我们作为政府在半导体领域的知识宝库，身处这个充满活力与变革的环境中，站在未来 20 年行业发展前景的前沿。我们不仅要支持技术创新，更要强化美国的国家安全能力，确保相关任务的高效交付。”

NSTC 自身也有着宏伟的目标和规划。其首要目标是扩大美国在半导体技术领域的领导地位，通过在美国本土设计、制作原型和试用最新的半导体技术，为未来的应用和产业筑牢根基，进而强化国内半导体制造的生态系统。其次，NSTC 致力于减少从芯片设计到商业化的时间和成本，借助共享设施和专业知识，为美国创新者提供关键支持，推动美国经济发展和国家安全保障。此外，建立和维持半导体行业的员工发展体系也是 NSTC 的重要使命之一，它将作为协调机构和卓越中心，扩充技术劳动力队伍，涵盖科学家、工程师和技术人员等，并将培训范围扩大到传统上在该行业中代表性不足的群体。

为实现这些目标，NSTC 规划了一系列关键项目。其将拥有内部的研究与工程工作，同时向外部实体提供研究资助，并支持综合设施网络的建设，充分整合全国现有相关技术中心的能力。NSTC 的项目聚焦于技术领导力、管理有利于社区的资产以及劳动力计划这三个关键领域，旨在满足整个半导体生态系统的需求，包括提供新兴材料和工艺技术、数字资产和设计工具、芯粒储备以及创业孵化支持等。通过这些项目，参与者将有机会参与行业重大挑战，推动技术交流与员工培训。

美国商务部长吉娜・雷蒙多强调：“《芯片和科学法案》的制造业激励措施将吸引半导体制造业回流美国，而由 NSTC 引领的强大研发生态系统则会确保美国在下一代半导体技术领域保持领先地位，这对于推动美国经济发展和维护国家安全具有重大意义。”NSTC 将作为一个雄心勃勃的公私联盟，汇聚政府、行业、客户、供应商、教育机构、企业家和投资者等各方力量，共同致力于创新、协作与问题解决。

尽管美国在芯片产业复兴的道路上已经迈出了坚实的步伐，但前方仍面临诸多挑战。一方面，芯片制造是一个技术密集型、资金密集型的产业，需要持续的高额投入和长期的技术积累。建设新的芯片制造设施成本高昂，一座新工厂的造价可能超过核电站，从 50 亿美元到 200 亿美元不等。而且，芯片制造技术的更新换代极为迅速，如何在快速变化的技术浪潮中保持领先，是美国芯片产业面临的一大难题。另一方面，人才短缺问题也亟待解决。培养具备专业知识和技能的芯片产业人才并非一蹴而就，需要完善的教育体系和长期的投入。此外，全球半导体市场竞争激烈，其他国家和地区也在不断加大投入，提升自身竞争力。美国想要在这场全球芯片产业的竞赛中脱颖而出，重新夺回霸主地位，仍需付出巨大的努力。