2024年1月22日，美国国防部负责研究与工程的副部长办公室、海军特种作战中心（NSWC）和美国国家安全技术加速器（NSTXL, National Security Technology Accelerator）的代表对微电子共享区域创新中心进行为期三周的实地考察，和中心、枢纽州政府领导人以及工业界和学术界的专家进行沟通，以加快先进微电子的原型设计，从而增强美国的军事技术优势。
下面我们一起来了解一下微电子共享区域创新中心成立的背景及其关注的技术领域和细分方向。
2020年6月，美国参议院提出两项新法案，分别为《为半导体生产创造有效激励措施法案》（CHIPS for America Act，CHIPS 是Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors的简称，国内通称《美国芯片法》，本文沿用国内通称）和《美国晶圆代工业法案》（American Foundries Act），以促进美国半导体产业的现代化进程。
2021年1月，美国国会通过《CHIPS for America Act》，授权商务部（DoC）、国防部（DoD）和国务院（DoS）开展活动，发展对美国竞争力和国家安全至关重要的半导体的本土制造。
2022年7月通过《Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors and Science Act of 2022》（国内通称《芯片与科学法案》，本文沿用国内通称）。该法案分成A、B、C三个部分，分别对应《Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors for America Fund》（CHIPS Act of 2022）、《研究与创新》（Research & Innovation）和《应对美国最高法院威胁的补充拨款》（Supplemental Appropriations to Address Threats to the Supreme Court of the United State）。该法案将提供必要的拨款，以实施《美国芯片法》目前授权的项目；为确保国会促进国内竞争力的目标，该法案还将设置保障措施，确保这些计划的联邦资金接受者不能在构成国家安全问题的国家建立先进的半导体生产设施。
根据《芯片与科学法案》A部分，将为芯片和供应链创新拨款总额542亿美元，其中在2023年至2027年为国防部提供20亿美元国防基金，用于实施微电子共享区域创新中心（Microelectronics Commons regional innovation hubs）。
2023年9月，美国国防部宣布拨款2.38亿美元建设8个微电子共享区域创新中心，据《Microelectronics Commons》官网介绍，该项目由《芯片和科学法案》资助，是一个由区域技术中心组成的全国性网络，履行着共同的使命：扩大美国在微电子领域的全球领导地位，重点是弥合研发和生产之间衔接，加速“从实验室到工厂（from Lab to Fab）”的技术过渡。通过该项目，加速原型设计，并培养半导体人才。
据悉，每个中心将获得1530万至4000万美元的资金，具体取决于他们的需求和现有资源，每个中心将重点关注5G和6G技术、人工智能及硬件、商业跨越式技术、电磁战、边缘安全和物联网、量子技术等6大关键领域41个细分方向；该计划旨在刺激美国本土微电子制造业的发展，减少军用芯片对亚洲供应链的依赖，确保美国在战略竞争时代的领先。
微电子共享计划重点关注6个关键技术领域41个细分方向
一是5G/6G技术，包括4个细分方向：①集成前端、相控阵系统和组件；②自适应宽带收发器架构和组件；③新型通信编码、调制和处理硬件；④面向多功能应用的灵活高吞吐量处理器。
二是人工智能及硬件，包括7个细分方向：①AI专用芯粒的异构集成；②用于CMOS集成（CMOS+X）的新型材料和制造工艺；③AI融合传感器；④硬件学习；⑤用于组合优化的专用硬件；⑥面向极端环境的AI硬件；⑦光子AI计算。
三是商业跨越式技术，包括10个细分方向：①高级电源转换器；②可提高III族氮化物晶体管性能的高介电常数介质；③III族氮化物射频（RF）电子学；④高温SiC CMOS功率集成电路；⑤用于提高发动机可靠性的高温SiC JFET；⑥高压氧化镓功率开关；⑦高压电源开关封装技术；⑧先进的高压碳化硅电源开关；⑨横向III族氮化物电源开关；⑩磁隧道结随机数生成器。
四是电磁战技术，包括7个细分方向：①创新的基础有源相控雷达（AESA）构建模块；②高速数据转换器和直插式加速器的多芯片封装；③同频同步发射和接收（SF-STAR）解决方案；④先进氮化镓技术、⑤面向认知电子战的多芯片封装；⑥用于射频和电力电子的超宽带隙半导体；⑦光电/红外（EO/IR）与微电子学的高级集成。
五是边缘安全/物联网技术，包括8个细分方向：①物联网系统的多样防御能力；②用于传感系统的瞬时启动现场可编程门阵列（FPGA）；③集成A/D转换器及增强安全性的模块化直接数字波形合成器(DDWS)；④用于数字发射/接收射频波束成形器的光子ADC/DAC；⑤由复合硅组成的安全微电子系统；⑥千兆位加固型玻璃光纤收发器；⑦集成电路的晶体管级验证；⑧供应链威胁下的微电子验证。
六是量子技术，包括5个细分方向：①量子光子集成；②超导量子纠错；③量子阱离子/中性原子集成；④固态量子加速器；⑤量子分布和传递纠缠技术。
微电子共享区域创新中心
共享区域创新中心是推动微电子共享计划顺利进行的基础，负责开发汇集微电子技术发展所需的物理、数字及人才资源，建立完善的人才培养链条与微电子生态网络，并承担一个或多个关键技术领域的研究。
8个区域创新中心集中于美国的东北和西南地区，这两个地区拥有大量的可信代工厂（Trusted Foundry）。具体如下：
一是硅十字微电子共享中心（SCMC, Silicon Crossroads Microelectronics Commons Hub），由应用研究所（ARI）领导，中心枢纽州设在印第安纳州，2023年获得3290万美元资金，包括AMD、应用材料、英特尔、微软、高通、威讯、新思科技等130个中心成员，关注全部6个关键技术领域。
二是西南先进原型设计中心（SWAP, Southwest Advanced Prototyping Hub），由亚利桑那州大学董事会领导，中心枢纽州设在为亚利桑那州，2023年获得3980万美元资金，包括新思科技、英特尔、楷登电子、英飞凌、美满电子等27个中心成员，关注5G/6G技术、人工智能及硬件、商业跨越性技术领域。
三是加州-太平洋-西北人工智能硬件中心（Northwest-AI Hub, California-Pacific-Northwest AI Hardware Hub），由斯坦福大学董事会领导，中心枢纽州设在加利福尼亚州，2023年获得1530万美元资金，共有44个中心成员，专注人工智能及硬件技术领域。根据斯坦福大学官网消息，该中心主任是斯坦福大学的黄汉森教授H.-S.Philip Wong，联席主任是加州大学伯克利分校的金智洁教授Tsu Jae King Liu。
据介绍，西北人工智能中心成员单位包括学术机构、国家实验室和行业合作伙伴，涵盖半导体的整个价值链，从材料和设备到EDA和芯片设计、封装，以及系统原型和测试。
四是东北微电子联盟中心（NEMC, Northeast Microelectronics Coalition Hub），由马萨诸塞州技术合作组织（MassTech）领导，中心枢纽州设在马萨诸塞州，2023年获得1970万美元资金，共有90个中心成员，关注全部6个关键技术领域。
五是中西部微电子联盟中心（MMEC, Midwest Microelectronics Consortium Hub），由中西部微电子联盟领导，中心枢纽州设在俄亥俄州，2023年获得2430万美元资金，包括格芯、IQE、恩智浦、新思科技、英特尔、楷登电子、美等65个中心成员，关注商业跨越性技术、电磁战、量子技术领域。
六是宽禁带半导体商业跨越中心（CLAWS, Commercial Leap Ahead for Wide Bandgap Semiconductors Hub），由北卡州立大学（NCSU）领导，中心枢纽州为北卡罗来纳州，2023年获得3940万美元资金，包括北卡州立大学、通用电气、MACOM、相干、KYMA、BLUGLASS、Adroit Materials等7个中心成员，关注商业跨越式技术领域。
七是东北国防技术中心（NORDTECH, Northeast Regional Defense Technology Hub），由纽约州立大学（SUNY）领导，中心枢纽州设在纽约州，2023年获得4000万美元资金，包括AIM、IBM、康奈尔大学、通用、格芯、伦斯勒理工、奥尔巴尼大学等51个中心成员，关注人工智能及硬件、商业跨越性技术、安全边缘/物联网、量子技术技术领域。
据NORDTECH官网，该中心包括美国空军研究实验室、陆军研究实验室、海军研究实验室，雷神、BAE、波音等9家军火商，工业界包括IBM、英特尔、格芯、美光、美满电子凸版掩模、SkyWater、SiFive、Akoustis等，高校有南加州、耶鲁、香槟大学UIUCTFFU。
八是加州国防电子和微器件超级中心（California DREAMS, California Defense Ready Electronics and Microdevices Superhub），由南加州大学（USC）领导，中心枢纽州设在加利福尼亚州，2023年获得2690万美元资金，包括南加州大学、加州理工、波音、休斯室、PDF等16个中心成员，关注5G/6G技术、电磁战技术领域。
国防部对军民两用技术的支持力度加大
美国国防部在拨款支持建设8个微电子共享区域创新中心外，还将支持军民两用技术的研发。下面我们来了解一下美国对军民两用技术研发的支持。
美国制定了一些专项计划，促进军民两用技术转移。例如，1993年的“技术再投资计划”（Technology Reinvestment Project）鼓励军工研究机构及企业等将其军用研究成果转为民用商品，并资助这些单位发展军民两用技术；1997年，技术再投资计划终止，“军民两用科学技术计划”（Dual-Use Science and Technology Program, DUS&T）作为其后续计划，加强了军民两用技术研发。
当然，美国在军民两用技术应用监管方面也采取了相应的措施。当军民两用技术产品被应用于军事领域时，它由美国国防贸易控制局（Directorate of Defense Trade Controls）实施监管；当仅被用于民用领域时，它由美国商务部工业与安全局（Bureau of Industry and Security）实施监管。这2个机构的不同之处是国防贸易控制局的作用是保证美国敏感技术不在全球扩散，工业与安全局的作用则是促进企业实现海外的商业利益。
美国国防部“小企业创新研究（Small Business Innovation Research, SBIR）计划”每年拨出超过10亿美元资金支持小型技术企业研发项目，其中，军民两用技术研发项目是支持重点。
据麦肯锡的数据，2023-2027年五年间，每年军民两用技术研发项目经费将超过10亿美元，约为2022年5.31亿美元的两倍，相较针对国防应用的定制技术研发经费将维持在9亿美元上下。
麦肯锡认为，美国国防部将在以下三个领域进行持续投资：
可信微电子。旨在确保国防部能够以商业规模获得安全、尖端的军民两用微电子。虽然用于这部分的投资仍然很高，但预计会随着时间的推移而下降。目标是通过与美国本土可信代工厂（Trusted Foundry）合作，确保国防部能够安全地获得最先进的商业微电子产品。
（芯思想注：根据2023年9月美国国防部公布的消息，美国本土可信代工厂有17座。）
定制可靠器件。将持续投资于针对国防特定操作环境的、新的定制和可靠器件（例如逻辑和内存）的研发。
有超过 9 亿美元的资金将分配给商业产品未涵盖的国防特定要求产品。超过4.5亿美元的资金用于全新设备，例如国防应用的可编程逻辑 (PLAID)，以及处理和晶体管设计，例如铁电计算。定制射频(RF)研发的资金水平略低反映了氮化镓 (GaN) 技术的成熟度。为下一代通信、传感器和非动力学效应提供动力的下一代超宽禁带(UWBG)材料的新兴资金仍然相对较少。
封装与集成技术。为封装和集成生态系统创建基础设施，这将有助于国防部发展在美国集成定制和军民两用电子产品所需的能力。
美国国防部已拨款约 5.6亿美元用于定制和两用的封装和集成技术。主要集中于将传统的硅逻辑与新型射频、光子学或化合物半导体相集成，也就是三维异质集成(3D Heterogeneous Integration, 3DHI)。
就在2023年12月，美国国防部宣布2024年微电子共享计划项目征集，将提供2.8亿美元资金支持美国本土微电子原型设计与制造能力，为美军建立可持续的国产微电子产品通道，预计2024年第三季度完成遴选。
瞄准未来，实现微电子革命
下一代微电子制造NGMM
美国国防高级研究计划局（DARPA）在2022年8月宣布设立“下一代微电子制造”（Next-Generation Microelectronics Manufacturing, NGMM）研究项目，旨在创建一个三维异质集成（3DHI）设计与工艺研究公共平台，向可信企业开放。
DARPA表示，微电子制造的下一个主要浪潮将需要不同材料和元件的异构集成，不同来源、不同功能乃至不同材料的器件堆叠封装，将有可能实现功能与性能的革命性改进。DARPA相关负责人表示，由于缺少设计工具和封装测试设施的集成，阻碍了本土3DHI原型硬件验证，对非硅基材料的集成能力更为受限，DARPA将着力打破藩篱，实现国防、学术和工业界广泛参与，加速技术成熟度提升。
根据计划，NGMM项目将建立一条试验产线，美国本土企业可通过这一平台实际验证其设计，更广泛的利益相关方则将通过这一项目推进技术体系的标准化，成果将与联邦民事机构相关项目共享。
联合大学微电子计划JUMP 2.0
2022年底，DARPA与半导体研究公司以及行业和学术机构一起启动了“实现微电子革命”的联合电子计划(Joint University Microelectronics Program)，简称JUMP 2.0。
JUMP 2.0致力于通过公私合作推动大学开展长期探索性研究，大幅提升各类商用和军用电子系统的性能与效率，从而实现微电子革命。
JUMP计划是DARPA“电子复兴计划”（ERI）的重要组成部分。JUMP 2.0将资助建立7家大型、多学科学术研究中心，每家中心获得最长5年、每年500~700万美元的资助。每家中心都将专注于一项微电子领域的关键技术研发，但将通过中期评审来调整研究方向。
七个具体研发领域及承担单位为：
（1）认知：下一代人工智能系统与架构。佐治亚理工学院，认知系统协同设计中心。有2位华人教授参与。
（2）通信与连接：用于ICT系统的高效通信技术。哥伦比亚大学，泛在连接中心。有多达11位华人教授参加，还有1位华人在读学生参与。
（3）从智能传感到行动：以生成快速有效的行动为目的的传感能力和嵌入式智能。佐治亚理工学院，认知多光谱传感器中心。有5位华人教授参与。
（4）分布式计算系统与架构：高能效计算和加速器结构中的分布式计算系统与架构。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，面向下一代分布式计算机系统的可演化计算中心。
（5）智能内存与存储：用于智能存储系统的新兴存储设备和存储阵列。加利福尼亚大学圣迭戈分校，智能存储处理中心。有6位华人教授参与。
（6）先进单片与异构集成：新型光电互连结构和先进封装。宾夕法尼亚州立大学，微电子系统异构集成中心。有5位华人教授参与。
（7）面向数字和模拟应用的高性能、高能效设备：旨在实现下一代数字和模拟应用的新型材料、器件和互连技术。康奈尔大学，超高能效材料和器件中心。有7位华人教授参与。
