如何回流重建IC供应链？

为什么先进的封装和制造对经济安全如此重要？

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由于无晶圆代工行业模式和供应商社区的作用日益突出，无论是涉及物理工具还是软件工具，市场正在重塑。没有这些，就没有我们今天所知道的行业模式。这些是生态系统中的关键技术提供商。我们看到外国企业在制造我们在美国率先推出的其中一些创新方面表现出色，并在市场上变得更加强大。虽然这对盟国有好处，但我们正在努力恢复实力并加强我们的国家经济和安全。我们需要国内制造能力，这样我们才不会依赖其他国家的关键部件。只要有公平的竞争环境，经济竞争力就很好。在岸芯片制造技术至关重要，并且还需要包装来实现强大的供应链。终端系统制造商需要保证组件的供应。我们正在与盟国合作，以确保拥有关键的技术能力，无论是在岸还是与我们的盟友一起，我们可以依赖他们，他们也可以依赖我们。

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至少在当前的地缘政治形势下，与我们的盟友和全球每个人建立那种相互依赖的关系是不切实际的。我们的一些盟友为生态系统带来了某些独特的优势和能力，我们在许多问题上都有共同点。一起工作总是对双方都有价值。我们还必须记住，许多总部位于美国的公司以及美国品牌公司在与我们结盟的国家/地区设有设施。我们应该看看我们如何能够加强所有这些。

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MITRE是一家专注于公共利益和安全的系统公司。我们拥有近10000名员工和270个物理实验室，致力于研究各种具有国家和全球重要性的主题，涵盖技术范围、政策、医疗保健等领域。半导体无处不在，对国家安全和经济越来越重要。我们非常擅长的领域之一是公私合作伙伴关系。我们也擅长项目管理，如果你看看我们现在在半导体领域面临的问题，这是一个全国性的问题。因此，我们与国内的许多生态系统实体组成了半导体联盟，所有这些公司、大学、地区实体和行业机构定期聚集在一起，讨论和解决行业面临的关键挑战。我们已经在许多其他领域一次又一次地做到了这一点，而半导体是我们坚信我们可以有所作为的领域之一。在半导体联盟中，每个人都共同努力，找出为国家半导体技术中心（NSTC）和国家封装制造计划（NAPMP）制定愿景的最佳方式。我们应该通过NSTC解决哪些技术问题？这些解决方案应该是战术性的还是战略性的，还是两者兼而有之？解决方案集最好分布在全国各地，因为每个地区都有自己的优势。我们的愿景是NSTC是一个分布式网络，是解决国家问题的全国性努力。在半导体联盟中，每个人都共同努力，找出为国家半导体技术中心（NSTC）和国家封装制造计划（NAPMP）制定愿景的最佳方式。

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让我们以封装为例。长期以来，封装是一项劳动密集型工作。它需要大量的手动过程，以及需要到位的各种材料。它自然迁移到容易满足这些条件的地方，那就是亚洲。但越来越多的包装需要自动化，因为我们现在正在做的或我们正在考虑做的那种包装所需的精度水平和公差越来越难以手动完成。因此，手动组件正在消失，需要更多的自动化。此外，在封装方面，摆在我们面前的选择也很多。如果我们能够将某些类型的封装选项标准化，整个行业就可以围绕这些标准集中精力并迅速加速。这类似于半导体中发生的事情。我们有国际半导体技术路线图（ITRS），并不是ITRS拥有的所有解决方案都是正确的，而是因为我们都专注于特定的路径，这帮助我们完成了更多工作。封装也会发生同样的情况。如果我们作为一个行业能够定义这种封装将是什么，或者如何最好地执行它，那么我们就有机会再次引领这个行业。

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向更精细的技术发展是不可避免的。你仍然有性能提升，你仍然有功率和面积的改进。它更边缘化，但设计人员拥有更多设备和更多电路的能力总是需要的。因此，人们将继续这样做并利用它——除非你为他们提供另一个载体，让他们在没有规模的情况下做同样的事情。但我们还没有达到可以说，我可以为您提供相同的性能，而不会在不同的芯片上或使用其他方法造成功率损失的地步。也许异构集成是我们实际上可以实现其中一些的方法之一，但我们必须以不同的方式思考。在过去，你有一个芯片，你会说，这是最新一代的节点。去围绕它建造一些东西。系统制造商会以此为基础设计笔记本电脑或手机。偶尔你会遇到这些应用程序，人们会在这些应用程序中为ASIC设计师做广告，因为他们需要针对特定应用程序的定制芯片。但这些很少见。真正的强者是试图定义下一代节点的芯片制造商。该行业已经远离了这一点。今天是系统公司说他们想要什么。如果他们不能得到它，他们将自己设计并制造它。并不是说核心工艺能力和缩水不重要。但它使用的是基础平台技术，您可以在其上分层设计。这就是您启用系统级思维的方式。

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是的，它正在推动我们的运营方式。我们需要以不同的方式思考。那么我们如何才能使这种范式变得更加成功呢？这是我们尚未触及的半导体领域之一。半导体有很多机会渗透到新的领域，让我们的生活变得不同。五年前，我们认为我们今天拥有的东西是可能的吗？可能不会。变化的速度正在加快。

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 这是通过驱动全栈方法。如今，当我们设计芯片时，几乎就像设计智能手机那样的多组件系统。如果您正在尝试组装一部手机，您希望将硬件和软件紧密集成以获得所需的功能，从而使它对用户更有用。同样，当您在一个封装中包含多个具有不同功能的芯片时，它就像一个具有许多功能的单元一样工作。如果我要改变一种材料——例如，一种非硅半导体因其独特的功能——我必须开始考虑它对我的热预算和硅污染的影响，如果它在同一个芯片上。我是否需要担心有关流程或迁移的任何其他问题？设备架构会发生什么变化？整个事情是如何设计的？存在集成问题和封装问题。您不能假设它只是在扩展，而其他一切都会到位。这不再是真的。相反，您可以设计一个非Si芯片并在不同的晶圆厂以合适的尺寸制造它，并使Si芯片保持最佳尺寸节点和制造工艺以实现性能和成本效益。随后，可以将两个异构小芯片集成到一个公共封装中。当我们这样做时，我们确保从材料选择到设计到设备架构、集成和封装的一切都针对最终终端应用进行考虑和优化。这就是我们所说的全栈方法。

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您不应该处于采购了某个零件但在紧急情况下无法保证其供应的情况。或者，也许您有一个部件可能会在您不希望它发生故障的时候发生灾难性故障。这些都是国家安全问题。然后是硬件组件之上的软件覆盖。您希望能够管理这两者，达到一定的可衡量和合理的保证水平。将国家安全和经济安全区分开来变得越来越困难。国家安全有一个物理组成部分，这也可能取决于这些组成部分的来源和出处。然后是经济安全方面，这可能会让你陷入恶性循环。

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是的，200毫米的生产表现出了非凡的弹性。假设有某种基于200mm的组件是制造我们使用的手机或汽车所必需的。我们可以在国内生产这些零件，但我们可能需要一年时间才能提高产量。那么我们能否完全停止生产那些手机或那些汽车？我们需要确保所有组成部分的国内或盟国能力，以提高弹性。

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材料当然是一方面。另一部分是如何确保这些材料的可用性，使我们成为封装领域和芯片制造领域公司的吸引力，以吸引他们来到美国。但是我们如何以及在哪里制造所有这些都非常重要。供应链是一个非常非常复杂的问题，不是一夜之间就能轻易调整的。今天制造半导体的材料、复杂组件和子组件如此之多，以至于我们认为我们可以在国内做所有事情是错误的。虽然我们实际上可以去采购其中的许多东西，但在系统中建立一定程度的平衡和弹性也很重要。我们应该建立一个国内供应源，但能够在发生任何不可预见的中断时从联盟合作伙伴那里获得组件。我们也应该支持它们。

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有成千上万的聪明人试图分析不同的选择。您是否有理由需要扩展，或者您是否可以只采用现有的一代节点并进行一些调整以提供您需要的性能？也许您只需要性能，并且可以管理电源和面积，因此您可以在不同的PPA范例之间进行折中。仅扩展就使我们走上了一条特定的道路，并且我们习惯了扩展带来的众所周知的优势。所以我们的首要任务是，让我扩展，然后看看我能用它做什么。这对我有好处吗？人们越来越意识到，我们应该开始运用三维空间，看看我们是否可以在没有传统面积缩放的情况下获得这种优势，而传统的面积缩放越来越难做到。归根结底，所有的缩放纯粹是为了让设计人员在不使用太多功率的情况下可以添加多少功能方面有更多选择。控制电源在未来对于启用许多新应用程序将非常关键。你确实需要保持空间紧凑——你有设备参数、电路参数以及与之相关的整体经济性。

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是的，因为随着这些设备变得越来越小，会出现很多差异。对于10nm的设备，您正在寻找原子尺度的间距。如果你看看内存行业，他们在提供纠错和确保它们将信息存储在某个板块中的某个点做得非常出色，然后将它们移动到另一个块以确保数据完整性。他们已经在您可以从商店购买的典型NAND闪存芯片中实现了这一点。通过这样做，他们延长了该特定包装的使用寿命。其他地区也有类似的事情发生。特定设备将经历多少次计算周期？在可能发生故障之前它可以承受多少个周期？做到这一点并不难。您只需要能够在可扩展性和需要提供多少冗余之间取得平衡。

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是的，安全需要分多个阶段实施。这并不是说我们忘记了可以嵌入芯片本身的安全性。系统级别的安全性是我们正在进行的计划的一部分。但我们还需要全面审视供应链的安全性和弹性。MITRE非常擅长整合公私合作伙伴关系，也非常擅长对这些活动进行计划管理以突出正确的讨论点，例如安全性。我们正在与NSTC以及我们的联盟合作伙伴一起关注的一件事是，我们如何帮助实现比每个实体或每个部分能够实现的更大的目标？如何解决他们中任何一个人都无法通过在他们自己的结构中单独解决的问题？例如，我们如何进行计算内存或近内存计算？这可能会降低功率需求并加速处理，而无需来回传输数据。你不能仅仅通过假设我们将只有一个以记忆为中心的活动或以逻辑为中心的活动来解决这些问题。无论是设计技术协同优化、模拟，还是某些下一代太赫兹设备，甚至是所有这一切所必需的封装，您都必须利用各个参与者的优势。

不过，很多这些设计都是定制的。在某些情况下，正在开发的复杂芯片和封装甚至从未在商业上销售过。如果您正在进行一次性设计，您能否实现与十亿单元类型设计相同的安全性，其中的弱点是众所周知的？

这是一个挑战。人们会尽可能地尝试在当地解决问题。这个是正常的。这通常是，我的晶圆厂出了问题，我将尝试以我最了解的方式解决它。但迟早我会认识到，其他人的解决方案可能更适合通用问题集，包括我的。我可能更容易采用它。因此，如果我们能够提前促进这种对话，那么人们就会做出正确的选择。这就是我们希望国家能够通过NSTC实现的目标，并使我们所有人都更有弹性和效率。我们的重点是提供将每个人聚集在一起讨论和贡献的能力和计划内容。有哪些具体的技术问题需要在全国不同的中心和大学进行项目管理和解决，以便我们可以将所有这些结合起来实现更大的目标？这是一条从实验室到晶圆厂的管道，旨在将想法和概念商业化，并加速该国在这一重要领域的创新。