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半导体行业愿景与研究指南


2017 年 10 月 30 日 第 41 期 总第 326 期 半导体行业愿景与研究指南 【译者按】 为帮助半导体行业确定研究投资的优先领域, 美国半导体 行业协会与半导体研究联盟组织众多行业专家和业内领袖,历时 9 个月完 成《半导体行业愿景与研究指南》,并于 2017 年 3 月首次发布。报告明 确了 14 个关键研究领域,同时重点对先进器件、智能记忆与储存、电能 管理、传感和通信系统、认知计算、生物计算和储存、先进架构和算法以 及安全和隐私保护 8 个关键基础研究领域进行讨论,以期推动政府、产业 界和学术界加大投资上述领域,促进半导体技术的创新与应用。赛迪智库 集成电路研究所对该报告进行了编译,期望对我国有关部门提供参考。 【关键词】 半导体 新技术 愿景 研究指南 -1- 一、 总述 半导体是数字信息时代的基础技术。本文提出了对半导体行 业的研究愿景,以期推动半导体技术的持续创新,进而打开运用 多种技术手段的大门,实现并推动众多经济领域的共同发展。必 须强调,在不断努力推动现有技术进步的同时,还应加强更多技 术领域的重点研究工作。 目前,由于半导体企业在研发方面的持续巨大投入,半导体 行业在创新方面已经取得重大成就。其中,全球半导体行业 2016 年研发投资总额达 5650 亿美元,占行业总收入的 15.5%,研发投 资占行业收入比例居所有产业之首。过去几十年,芯片的发展一 直遵守着摩尔定律,即芯片晶体管集成数量每隔 18-24 个月翻一 番,这使得芯片的计算能力与功能实现更快、更好,而价格变得 更低。然而,这种基于硅基的传统半导体技术正在趋于成熟。半 导体行业急需发展硅基以外的其他技术。冯·诺依曼式的计算领 域急需低功耗、低电压、CMOS 逻辑电路以及存储设备以外的相 关材料等方面的进步。在非冯·诺依曼式计算领域,新型存储元 件与材料拥有巨大潜力,有望继续推动半导体行业的创新。 未来,半导体产业持续发展需要更多的研发人员来推动整体 半导体技术的全面进步。在传统技术领域,包括小型传感器、高 -2- 性能计算机及其各种混合系统在内的各种半导体系统,需要在实 现最佳性能的同时,降低能耗并增加安全与可靠性。在新兴技术 领域,新型材料、新型制造技术、新式结构、新式系统架构和新 型应用等全新技术的突破与应用将为半导体产业的发展注入活 力。 对于半导体产业的愿景,本报告的研究议程中提出了多个可 以带来突破性进步的技术应用方向,这些潜在的突破口包括人工 智能或增强智能、物联网、高性能计算,以及全球互联互通等。 旨在帮助整个半导体行业和价值链确定研究投资的优先领 域,本报告的书写专家组由众多行业专家和业内领袖组成,历时 9 个月完成。期间,专家组共同明确了如下关键研究领域: ? 先进器件、材料和封装 ? 互连技术和架构 ? 智能记忆与存储 ? 电能管理 ? 传感和通信系统 ? 分布式计算和组网 ? 认知计算 ? 生物计算和存储 ? 先进架构和算法 -3- ? 安全与隐私保护 ? 设计工具、方法和检测 ? 下一代制造范式 ? 与环境、健康和安全相关的材料与工艺 ? 创新计量和表征 目前,许多国家已经认识到半导体行业的基础性作用,纷纷 加大半导体研究、制造和创新等方面的投资。但是,全球半导体 行业面临着激烈的创新与人才竞争,因此迫切需要对相关领域进 行有效投入。产业界、学术界和各国政府必须为上述领域提供持 续的充足投资,大力推动创新与实际应用。 二、愿景:导言与概述 自 20 世纪 60 年代以来,半导体技术的进步有目共睹,曾经

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