美国发布《半导体研究机遇:行业愿景与指南》

作者: 2017-07-12 15:51 来源:
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     330日,美国半导体行业协会(SIA)和半导体研究联盟(SRC)联合发布了《半导体研究机遇:行业愿景与指南》报告[1],明确了半导体产业链14个关键研究领域及其在未来10年内的潜在研究主题、已开展的主要研究计划、研究战略建议,旨在推动人工智能或增强智能、物联网(IOT)、超级计算及其相关应用等关键未来创新技术的发展,呼吁政府和业界加大投资力度,开发超越传统硅基半导体的新技术和下一代半导体制造方法,继续加强美国的经济和技术实力。本文将对这14个研究领域的潜在研究主题进行简要介绍。

1)先进材料、器件和封装。面向冯•诺伊曼计算机的低功耗、低电压、超越CMOS的逻辑和存储器件及相关材料;面向非冯•诺伊曼计算机的超越CMOS器件、存储单元和材料;利用除电荷和自旋之外的其他状态变量的器件和材料;IOT相关器件和材料;安全器件和电路;功率管理材料和器件;可实现高密度、细粒度、单片3D系统的器件,以降低数据通信成本。

2)互联技术和架构。亚10纳米电子互联技术;新型金属和复合材料;超越金属通孔的新型层间互联;新型自对准和自组装技术;自形成隔绝材料和2D隔绝材料;光开关器件和光互联;基于自旋的互联技术;太赫兹有线与无线互联及直视性/非直视性(LOS/NLOS)传输;使用替代状态变量的新器件间的局部互联;可编程、高扇进和扇出的互联解决方案;超线性、宽带电光子链路;探索数据中心级别的互联和网络创新;自优化和弹性网络、可重构互联结构、高速和安全的数据链路;利用先进存储器件的整体方法。

3)智能内存与存储。内存计算(compute-in-memory)系统;系统中内存和存储的新架构和编程范式,可实现适当编程控制的自优化(半自主)系统;认证、弹性和一致性;输入/输出(IO)网络;新技术、材料和工艺。

4)功率管理。转换器拓扑结构,包括开关电容转换器和谐振转换器;无源元件集成,包括电容集成和电感集成;多芯片模块(MCM)技术;功率器件技术。

5)传感器和通信系统。强调灵活性、紧凑设计、传感节点计算、隐私等特性的新一代传感器;超线性通信链路和分布式传感器系统;面向传感和通信的架构和电路解决方案;协同设计模拟工具和方法;频谱使用的新型系统级管理方法;通信和侦察方法;面向射频到太赫兹波段应用的材料和器件。

6)分布式计算和网络。系统性能、效率和适用性;网络与通信,包括改进功率效率和通信延迟的架构、协议、算法和系统等;系统管理,主要包括隐私和身份验证协议管理,用于大规模分布式系统的自动预测、诊断、重新配置、优化和修复的系统工具开发等;分布式系统架构和基础研究。

7)认知计算。感知和学习,包括感知算法等多模式感知技术、深度学习算法、神经形态和脑启发计算及其应用、面向神经网络应用的可重配置网络、计算机视觉等;与学习算法相匹配的计算机硬件,包括低能耗与低成本的神经网络和其他脑启发计算技术、机器学习硬件等;决策制定,包括加速决策制定的架构、加密数据的计算等;确保认知系统的可靠性。

8)生物启发计算(bio-influenced computing)和存储。基于DNA的海量信息存储;节能、小尺寸、细胞启发的信息系统;细胞-半导体界面和混合半导体-生物系统;混合电子-生物系统的设计自动化;电子纳米制造和材料的生物学途径。

9)先进和非传统架构与算法。针对非传统计算的协同设计硬件和算法;针对新兴技术和架构的编程范式和语言;对新架构扩展的基本理解;近似/随机/香农(Shannon)启发计算;具有非传统热管理、功耗扩散和传输、能量回收、数据采集和存储、高通信效率特征的计算系统;硬件-软件协同设计;针对传统计算的协同设计硬件和算法;异构系统;新型架构建模;利用非冯•诺依曼系统集成和验证非传统计算,支持现实的复杂工作流程。

10)安全与隐私。威胁建模;安全感知的执行模型;考虑安全问题的新型硬件和软件设计框架和流程;密码学和加密实施研究。

11)设计工具、方法和测试。器件级到系统级设计,包括多重异构系统的设计工具和方法以及仿真方法、加速诊断和调试的设计测试新方法等;预测模型,包括新型器件的复杂建模、设计和模拟方法、第一原理计算技术、新型材料特性的多尺度建模等。

12)下一代制造范式。纳米尺度特征图形,包括光刻胶材料和刻蚀方法创新等;沉积和界面,包括薄膜沉积材料和技术、自组装技术等。

13)环境健康与安全(EHS)的材料和工艺。评估所需的EHS材料和技术;核查新材料和工艺的EHS评估;相关可靠评估信息的可用性;良性材料的工艺优化和选择;水和废物处理与回收技术等。

14)新型测量与表征。先进材料性能表征;纳米结构和组成;特征尺寸(CD)和叠对(OVL)测量;快速晶圆检验和测量。

(王立娜)


[1] Semiconductor Industry Sets Out Research Needed to Advance Emerging Technologies, Unleash Next-Generation Semiconductors. https://www.semiconductors.org/news/2017/03/30/press_releases_2017/semiconductor_industry_sets_out_research_needed_to_advance_emerging_technologies_unleash_next_generation_semiconductors/

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