美国曾经是芯片制造业的主导力量，但其领先地位已经逐渐被其他国家所取代——桑迪亚国家实验室的使命是扭转这一趋势。实验室根据《芯片与科学法案》加入国家半导体技术中心，旨在推动先进芯片生产的突破，从尖端的“小芯片”设计到量子处理器。
桑迪亚国家实验室MESA综合设施制造的8英寸晶圆，用于新型声光器件技术。图片来源：Craig Fritz/桑迪亚国家实验室
桑迪亚国家实验室加入了一项新的合作伙伴关系，旨在帮助美国重新夺回其在半导体制造业的领导地位。
尽管美国在20世纪90年代被认为是芯片生产强国，生产了全球超过35%的半导体，但这一份额如今已降至12%。如今，美国没有生产任何世界上最先进的芯片，而这些芯片驱动着全球71%人口拥有的智能手机、自动驾驶汽车、量子计算机以及人工智能驱动的设备和程序等技术。
桑迪亚国家实验室希望帮助改变这种现状。它最近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是根据《芯片与科学法案》成立的，旨在加速创新并应对美国一些最紧迫的技术挑战。
“我们为其他实验室的加入开辟了道路，”桑迪亚国家实验室技术合作与业务发展高级经理玛丽·蒙森表示。“可以说，《芯片法案》让大家重新团结起来。通过吸纳国家实验室、美国企业和学术界的力量，它真正起到了倍增器的作用。”
工作在桑迪亚国家实验室综合纳米技术中心的一间洁净室中进行。图片来源：Craig Fritz/桑迪亚国家实验室
MESA 和高级芯片功能
桑迪亚国家实验室长期以来一直通过研发合作、其微系统工程、科学与应用设施（MESA）以及用于开发下一代技术的先进洁净室，为半导体行业做出贡献。通过与国家安全技术委员会（NSTC）的合作，桑迪亚国家实验室希望加强美国半导体制造和研发，增强国家安全生产，并促进使美国在全球脱颖而出的新技术创新。
“我们的首要目标是增强能力。工业界发展迅速，因此我们密切关注所有动态，并整合有助于我们更高效地完成国家安全任务的资源。关键在于探索创新的合作方式，并加快进程，”蒙森说道。
疫情芯片短缺与全球风险
这项工作的紧迫性显而易见。疫情就是一个很好的例子，汽车生产车间空置，制造商无所事事，等待生产新车所需的芯片。
“一辆普通汽车包含1400个芯片，电动汽车则使用超过3000个芯片，”桑迪亚国家实验室半导体技术战略高级科学家里克·麦考密克（Rick McCormick）说道。麦考密克正在协助领导桑迪亚国家实验室的新角色。“全球其他国家正在投资超过3000亿美元，力争成为半导体制造业的领导者。美国芯片法案是我们‘与时俱进’的方式。我们的目标之一是到2032年，美国将拥有全球25%以上的先进芯片产能。”
在桑迪亚国家实验室的MESAFab综合设施中，半导体正在接受测试，以确定其是否符合规格。该综合设施开发并维护核心半导体处理能力，使客户能够构建差异化的微系统产品。图片来源：Craig Fritz/桑迪亚国家实验室
下一代芯片和Chiplet创新
桑迪亚国家实验室将在创造未来芯片方面发挥关键作用。
McCormick 表示：“CHIPS 计划的研发支出超过 120 亿美元，其中包括一项 30 亿美元的计划，用于创建芯片封装组件的生态系统。这些芯片的通信速度低，功耗高，就像一个昂贵的大型芯片一样。”
现代商用人工智能处理器采用这种方法，桑迪亚国家的资源和合作伙伴关系可以帮助扩大其在小公司和国家安全应用领域的应用。MESA 已经为库存和防扩散应用制造了高可靠性的芯片组件产品。
打造半导体劳动力队伍
麦考密克表示，桑迪亚国家实验室在未来劳动力培训方面也能发挥重要作用。政府已投资数十亿美元建设新工厂，所有这些工厂都需要STEM专业的学生来工作。
“一场潜在的危机正在逼近，”麦考密克说道。“半导体行业协会预计美国将需要6万到7万名新增工人，因此我们需要帮助STEM领域的人才。这项努力也将有助于桑迪亚国家实验室扩充其人才储备。”
共享设施和促进技术转移
作为其成员资格的一部分，桑迪亚国家实验室将向其他国家科学技术委员会 (NSTC) 成员开放其部分设施，以促进合作与伙伴关系。技术转让是桑迪亚国家实验室使命的核心部分，该计划将以此为基础，帮助私营合作伙伴增加其在行业中的份额，同时使桑迪亚国家实验室能够进一步发展其自身的使命。
“我们将帮助发展供应商，并增强我们的能力，”蒙森表示。“我们是政府的半导体知识资源库。我们正处于这个不断发展的领域，并能预见未来20年的发展方向。我们正在帮助支持技术，并加强我们的国家安全能力和任务执行能力。”
编译自/scitechdaily