美国半导体技术还想继续领先50年？得靠这3个技术

过去50年，美国在半导体领域保持了领先地位。不过，中国在半导体领域的大规模投资以及在AI方面的快速发展显然已经引起了美国的注意。上周三，半导体行业协会（SIA）发布了一份报告，报告中给美国政府提出了一系列建议，呼吁政府在半导体产业采取大胆的政策，确保美国在未来50年也能在半导体领域保持领先地位，在这份报告中，SIA还指出了令人激动的三个“必赢”技术。

“全球技术领先地位从未如此重要，美国未来的经济增长和竞争力将受到如此大的影响，”美光科技公司总裁兼首席执行官兼2019年SIA主席Sanjay Mehrotra表示。“领导半导体创新的国家也将引领下一波技术进步，影响经济和生活的方方面面。我们呼吁华盛顿的领导人制定政策，使我们始终站在未来必不可少的技术的最前沿。“

SIA总裁兼首席执行官John Neuffer表示：“微型半导体是我们数字世界的大脑，可以解决许多社会的巨大挑战。美国在半导体技术方面的长期领导地位取决于三大支柱：美国公司的开拓性研究，顶级的人才以及向全球客户销售高端产品的能力。国会和政府应制定政策，加强这些支柱，使美国成为半导体技术领域的领导者。“

SIA的报告指出，“摩尔定律”是半导体技术进步最好的说明，硅片单位面积上晶体管数量大约每18到24个月翻一番。 50多年来，半导体行业保持这种速度推动了技术革命，以较低成本大幅提高计算能力。

摩尔定律的发展也将材料科学、光子学、工程和设计推向极限。现在1平方厘米大小的芯片上有数十亿个晶体管，电路已经进入纳米级。 最先进的半导体晶体管比人类头发细10,000倍。由于半导体技术的巨大进步，消费者以更低的价格从更多创新产品中受益。这种快速的创新促进了美国经济，创造了美国的就业机会，并改善了人们的生活方式。

半导体是美国发明，目前美国在尖端半导体研究、设计和制造方面仍然领先世界。 2018年，美国半导体公司营收占全球半导体市场4690亿美元的近一半。但是，为确保美国在未来50年内在这些未来技术方面的领先地位，美国必须继续在半导体研究，设计和制造方面领先世界。

例如，中国政府已宣布在未来十年内投资超过1000亿美元，以赶上美国的半导体技术、人工智能和量子计算。 虽然中国可能无法实现其所有目标，但其规模不容忽视。

SIA的报告进一步指出，为了克服挑战并确保美国继续领导全球半导体产业，美国必须采用雄心勃勃的政策。

1、通过投资提升美国半导体创新研究。

• 将半导体专项研究投资增加三倍，从每年大约15亿美元提升到50亿美元，用于推进新材料，设计和架构的研究，进而大幅提高芯片性能。

• 将半导体相关领域的研究投资翻倍，如材料科学、计算机科学、工程科学、跨学科的应用数学，以推动半导体技术的跨越式创新，推动未来的关键技术发展，包括人工智能，量子计算，以及先进的无线网络。

2、吸引并培养资深人才，确保美国在半导体研究，设计和制造以及未来技术的开发和应用方面的领导地位。

• 改革高技术人才的移民制度，使来自美国大学的STEM（雷锋网注：科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）及数学（Math）缩写）毕业生以及来自世界各地的STEM毕业生能够在美国获得工作和进行创新，为美国在半导体行业的领导地位做出贡献。

• 将美国对STEM教育的投资增加50％，并实施国家STEM教育计划，到2029年将美国STEM毕业生数量增加一倍。

3、确保能进入全球市场并保护知识产权，以便美国半导体行业在未来的竞争力、创新和发展。

• 批准自由贸易协定，包括美国-墨西哥-加拿大协议，消除市场障碍，保护知识产权，促进公平竞争。

• 增加执法，防止和起诉半导体知识产权侵权，包括盗用商业机密。

报告中提到，未来的经济将以使用传感器收集大量数据的技术，用于存储和移动数据的网络以及用于以生产方式分析和使用数据的高级计算机和系统为特征。 半导体是这些功能的核心，必须在半导体技术方面取得进一步进展，以满足未来技术的需求。

SIA认为有3个“必赢”技术：

人工智能

人工智能是指模仿人类学习和决策的技术。人工智能有可能大大改变经济，这对自动驾驶汽车，机器学习以及无数“智能”设备和应用至关重要。 专家估计，到2030年，人工智能可为全球经济规模增加13万亿美元。

如果没有半导体设计和制造技术的进步，人工智能就不可能如此迅速地从未来主义转向如今的现实。 实际上，半导体在典型AI处理的三个流程都至关重要：

1）通过智能手机、汽车和多个“物联网”设备生成数据；

2）使用GPU，微处理器或其它以高性能为中心的处理器来训练AI /深度学习算法; 

3）实际使用中的AI推理。

量子计算

量子计算有望以指数的方式提升计算机的性能。量子计算机比个人计算机快1亿倍，比现有超级计算机快数千倍。达到这种程度的计算能力将改变整个行业和经济。

量子信息科学的发展与半导体产业研究密切相关，以克服摩尔定律的限制。美国学术和政府研究人员与半导体行业一起，在量子计算方面取得了进展。

量子计算需要复杂的制造能力，专业材料和先进技术。 量子计算的硬件研究人员认为，量子计算的进步可以帮助研究人员解决人工智能和机器学习领域的难题。

先进的无线网络

凭借低延迟和比现有网络快100倍的超高速度，先进的无线网络将成为新经济的基础，并为下一代数字技术提供支撑，如物联网、自动驾驶汽车和机器人，这些都有很强的移动性。

由于先进网络速度和全新架构的巨大潜力，底层半导体硬件解决方案的全部潜力尚未实现。 在下一代无线网络（例如5G）实现半导体技术进步的国家将获得显着的经济效益。

领先的先进无线网络需要国家政策，加强半导体的研发工作，建立工程和技术队伍，并支持私人和公共研发。 NSF（National Science Foundation，国家科学基金会（美国政府独立机构，支持除医学领域外的科学和工程学基础研究和教育））支持无线数据和高级无线网络的基础研究。 它还通过高级无线研究平台，利用美国大学的一系列研究基础设施资助测试平台和研究平台，为先进的无线网络系统进行原型设计。