美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局表示，計(jì)劃明年夏天授予一份合同，建立美國(guó)先進(jìn)微電子制造中心。

該計(jì)劃被稱為“下一代微電子制造”，將資助研究和設(shè)備，以創(chuàng)建一個(gè)國(guó)內(nèi)尖端制造技術(shù)原型制作中心，DARPA 希望該中心將為美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)基地帶來(lái)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。目標(biāo)是到 2029 年實(shí)現(xiàn)這一能力。

該中心將專注于 3D 異構(gòu)集成微系統(tǒng)（3DHI）——一種先進(jìn)的微電子制造方法。3DHI 研究的前提是，通過(guò)以不同的方式集成和封裝芯片組件，制造商可以分解內(nèi)存和處理等功能，從而顯著提高性能。

這一技術(shù)領(lǐng)域不僅可以改變美國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)，而且包括全球微電子生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)者臺(tái)灣在內(nèi)的其他國(guó)家也對(duì)此有著濃厚的興趣。

“目前，美國(guó)還沒(méi)有具備3DHI研發(fā)綜合能力的開(kāi)放制造中心，”DARPA在11月20日的計(jì)劃公告中表示。“預(yù)計(jì)微電子創(chuàng)新的下一波主要浪潮將來(lái)自通過(guò)先進(jìn)封裝集成異質(zhì)材料、設(shè)備和電路的能力，DARPA 提議專門(mén)為下一代 3DHI 建立一個(gè)國(guó)家加速器?！?/p>

7月，該機(jī)構(gòu)選擇了11個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始該中心的基礎(chǔ)工作。DARPA 本周表示，計(jì)劃為該計(jì)劃的接下來(lái)兩個(gè)階段選擇一個(gè)團(tuán)隊(duì)，每個(gè)階段的獎(jiǎng)金高達(dá) 4.2 億美元。

根據(jù)這種伙伴關(guān)系（稱為其他交易協(xié)議），選定的團(tuán)隊(duì)還將資助部分工作。DARPA 計(jì)劃于 11 月 28 日向業(yè)界通報(bào)這一努力。

美國(guó)從臺(tái)灣和中國(guó)大陸出口大部分先進(jìn)半導(dǎo)體，這兩個(gè)國(guó)家在全球市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心這些為汽車(chē)、手機(jī)和國(guó)防部主要武器提供動(dòng)力的關(guān)鍵微系統(tǒng)過(guò)度依賴外國(guó)供應(yīng)鏈。

DARPA 通過(guò) NGMM 等努力關(guān)注前瞻性技術(shù)，這與美國(guó)政府通過(guò)《創(chuàng)造半導(dǎo)體生產(chǎn)有益激勵(lì)措施》（CHIPS 法案）來(lái)促進(jìn)當(dāng)今國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)基礎(chǔ)的更廣泛努力不同。該措施于 2022 年獲得國(guó)會(huì)通過(guò)，并將持續(xù)到 2026 年，并為半導(dǎo)體勞動(dòng)力改善工作、研發(fā)和制造提供資金。它還為國(guó)內(nèi)制造設(shè)施和設(shè)備的投資提供 25% 的稅收抵免。

雖然《CHIPS 法案》的重點(diǎn)是在短期內(nèi)支撐美國(guó)的供應(yīng)基礎(chǔ)，但 DARPA 在這一領(lǐng)域的努力卻著眼于“下一波創(chuàng)新”。

NGMM 是這些努力的核心，隸屬于該機(jī)構(gòu)的電子復(fù)興計(jì)劃 2.0，旨在解決影響美國(guó)國(guó)家安全和商業(yè)行業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)。

NGMM 第一階段將重點(diǎn)關(guān)注購(gòu)買(mǎi)設(shè)備、創(chuàng)建基礎(chǔ)制造工藝以及建立適合 3DHI 系統(tǒng)的自動(dòng)化和模擬軟件。第二階段的重點(diǎn)是創(chuàng)建硬件原型、自動(dòng)化流程和開(kāi)發(fā)仿真功能。

DARPA 表示：“該計(jì)劃的最終目標(biāo)是在非聯(lián)邦實(shí)體擁有和運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)有設(shè)施中建立一個(gè)自我維持的 3DHI 制造中心，并可供學(xué)術(shù)界、政府和工業(yè)界的用戶使用?！?“衡量成功的標(biāo)準(zhǔn)是能否以合理的成本支持各種高性能 3DHI 微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、組裝和測(cè)試，并以支持快節(jié)奏創(chuàng)新研究的周期時(shí)間?！?/p>

DARPA 發(fā)布關(guān)于建立國(guó)內(nèi) 3D 異構(gòu)集成 (3DHI) 微系統(tǒng)研發(fā)和制造中心的RFI

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 微系統(tǒng)技術(shù)辦公室 (MTO) 正在請(qǐng)求信息來(lái)指導(dǎo)建立國(guó)內(nèi)研發(fā) (R&D) 中心，用于制造三維異構(gòu)集成 (3DHI) 微系統(tǒng)。

DARPA 下一代微系統(tǒng)制造 (NGMM) 計(jì)劃的第 0 階段目前正在分析和確定制造代表性 3DHI 微系統(tǒng)所需的軟件工具、硬件工具、工藝模塊、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 工具以及封裝和組裝工具。

該計(jì)劃的下一階段（第一階段和第二階段）旨在為學(xué)術(shù)界、中小型企業(yè)、國(guó)防和商業(yè)公司以及政府組織的利益相關(guān)者創(chuàng)建先進(jìn)異構(gòu)互連組件的運(yùn)營(yíng)研發(fā)能力。涉及的技術(shù)包括但不限于化合物半導(dǎo)體、光子學(xué)和微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)，除了數(shù)字邏輯和存儲(chǔ)器之外，還延伸到電源、模擬和射頻 (RF) 領(lǐng)域。該計(jì)劃的最終結(jié)果將是一個(gè)可供利益相關(guān)者訪問(wèn)的開(kāi)放式研發(fā)中心，以全面解決 3DHI 原型的設(shè)計(jì)、封裝、組裝和測(cè)試問(wèn)題。

在第一階段，NGMM 計(jì)劃將在現(xiàn)有設(shè)施中建立一個(gè)中心，提供最先進(jìn)的數(shù)字、射頻、光子或功率器件的封裝、組裝和測(cè)試。DARPA 將資助升級(jí)和/或修改現(xiàn)有硬件工具、軟件工具和 EDA 工具以執(zhí)行 3DHI（研發(fā)）所需的勞動(dòng)力、設(shè)備、材料和用品。第一階段還將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)基線工藝模塊，以及初始商用前的 3DHI 試驗(yàn)線能力（穩(wěn)定的封裝和裝配工藝）和相關(guān)的 3D 裝配設(shè)計(jì)套件 (3D-ADK)。

第二階段將進(jìn)一步優(yōu)化3DHI工藝模塊，加大研發(fā)力度以提高封裝自動(dòng)化，并實(shí)施該中心的運(yùn)營(yíng)訪問(wèn)模型，該中心將開(kāi)始與外部微電子組織開(kāi)展合作研究工作。第二階段完成后，預(yù)計(jì) NGMM 中心的監(jiān)督將從 DARPA 轉(zhuǎn)移到另一個(gè)政府機(jī)構(gòu)，并且持續(xù)的工藝成熟將開(kāi)發(fā)創(chuàng)新 3DHI 微系統(tǒng)的小批量生產(chǎn)能力。此外，該中心還將實(shí)現(xiàn) NGMM 內(nèi)開(kāi)發(fā)的設(shè)備、工藝和設(shè)計(jì)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，以支持在外部商業(yè)和國(guó)防封裝設(shè)施上制造這些微系統(tǒng)。

微電子創(chuàng)新的下一波主要浪潮預(yù)計(jì)將來(lái)自于通過(guò)先進(jìn)封裝集成異質(zhì)材料、器件和電路的能力，從而產(chǎn)生一個(gè)延伸到三維的緊密耦合系統(tǒng)，其性能超過(guò)了當(dāng)今單片方法的性能。行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者目前在一小部分商業(yè)產(chǎn)品中使用適度不同的硅數(shù)字技術(shù)的 3D 集成，從堆疊動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM) 到互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 成像器再到高性能計(jì)算。當(dāng)今成熟的集成技術(shù)，即使是那些通常被稱為 3DHI 的技術(shù)，也主要集中在低功耗前沿 CMOS、傳統(tǒng) CMOS 和硅基存儲(chǔ)器上。然而，廣泛影響防御系統(tǒng)的機(jī)會(huì)依賴于擴(kuò)展可集成和組裝的微電子類型。

此外，推進(jìn)數(shù)字集成需要增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)今最先進(jìn)水平的互連密度。DARPA 向異構(gòu)集成的擴(kuò)展還包括用于互連的射頻和光子學(xué)的化合物半導(dǎo)體、用于計(jì)算的新型存儲(chǔ)器件以及用于電力電子的寬帶隙和超寬帶隙半導(dǎo)體。

目前，美國(guó)沒(méi)有具備持續(xù)3DHI研發(fā)能力的開(kāi)放獲取中心。除極少數(shù)例外，從事 3DHI 研究的美國(guó)公司都依賴離岸設(shè)施，例如臺(tái)積電（臺(tái)灣）和校際微電子中心（比利時(shí) IMEC）。開(kāi)放式的國(guó)內(nèi) 3DHI 研發(fā)中心將引發(fā)更廣泛的創(chuàng)新浪潮，促進(jìn)共享學(xué)習(xí)，并確保初創(chuàng)企業(yè)、學(xué)術(shù)界和國(guó)防工業(yè)基地能夠參與小批量產(chǎn)品的 3DHI 研發(fā)。

NGMM 計(jì)劃旨在強(qiáng)調(diào)將不同材料系統(tǒng)整合到同一封裝中的 3DHI 微系統(tǒng)，例如用于互連的光子學(xué)、用于計(jì)算的新型存儲(chǔ)器件、用于電力電子的寬帶隙和超寬帶隙半導(dǎo)體以及增材制造的無(wú)源元件。在本 RFI 中，3DHI 是指將來(lái)自不同材料系統(tǒng)的單獨(dú)制造的組件堆疊在單個(gè)封裝內(nèi)，以產(chǎn)生在功能和性能方面提供革命性改進(jìn)的微系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，這些微系統(tǒng)將不同的晶圓或芯片集成到垂直堆疊的架構(gòu)中。