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麦肯锡:美国国防部微电子资金如何保持较高水平
作者:    发布于:2023-03-10 18:57:05    文字:【】【】【

据华尔街日报报道,在美国国内迫切需要半导体能力用以支持国防和商业应用之际,除了采购嵌入式微电子之外,美国国防部(DOD)还为未来五年微电子研发划拨数十亿美元。对此,晶圆厂运营商和集成设备制造商(IDM)需要仔细考虑如何以及在何处支持国防部保护国家的关键任务。除了适应政府不断变化的优先事项外,最好的公司应该提供支持制造业基础设施新投资所需的产品和服务。

  在两用(商业和国防)技术研究方面,国防部用于微电子器件、工艺和配套基础设施的预算将从2022年的5.31亿美元跃升至2023年的11亿美元左右(图1)。对于定制技术(主要是国防应用),预算将小幅上涨,从8.64亿美元增至9.14亿美元。在这两种情况中,国防部计划投资都将在2024年再次增加,尽管速度略有下降,在2027年之前保持较高的水平。

  由于国防部力图扩大对两用技术的使用,新资金中有很大一部分用于这一目的。这些投资是由可信代工计划(例如,快速保证微电子原型-商用化,或RAMP-C)约3.3亿美元的推动以及在两用集成和封装技术方面的3.8亿美元投资带动的。与此同时,在开发新的定制微电子方面,稳定的投资反映了支持国防部独特的运营要求和能力有持续的必要性。

  RAMP-C以及许多其他计划已经获得全部或部分授予,因此公司可以通过评估国防部2023年以后的优先事项获得最好的服务。例如,制造商和设计者可能将自己定位为支持国防部基础设施优先事项的关键合作伙伴。公共信息显示,美国国防部将在三个领域持续进行大规模投资(表2):

  *可信微电子。为这一成熟用例提供资金的目的是确保国防部能够在商业规模上获得安全、尖端的两用微电子基础设施。虽然可信赖微电子的经费仍然很高,但预计会随着时间的推移而下降。

  *定制保障设备。将持续投资研发针对国防操作环境的新定制和有保障的设备(如逻辑和存储器)。

  *封装与集成技术。一个关键的两用重点领域将是建立封装和集成生态系统的基础设施,这将有助于国防部在国内发展整合定制和两用电子产品所需的能力。

  投资重点

  在上述类别中,企业可以考虑三个关键的投资领域。

  可信微电子

  两用拨款(2023年约为11亿美元)包括约6.7亿美元的可信微电子拨款。目标是确保国防部能够与国内商业晶圆厂建立伙伴关系,安全地获取最先进的商业微电子。这些伙伴关系主要通过可信代工计划建立,该计划将通过RAMP-C等新举措在2023年获得约3.3亿美元的额外拨款。《芯片与科学法案》的通过可以提供额外的资金,到2027年都可以从新拨给国防部的20亿美元中获取资金。

  对于商业参与者来说,新的资金可能会激励国内微电子基础设施的创建、扩展或现代化。这将补充其他机构建设基础设施提供的资金。

  定制保障设备

  超9亿美元的资金将用于商业服务不包括的特定国防需求的支出类别。这将解决国内存在的技术差距(例如抗辐照加固设计),因为私人晶圆厂和集成设备制造商缺乏自主开发解决方案的动力或规模。超4.5亿美元的资金用于网络新设备,如国防应用可编程逻辑(PLAID),以及工艺和晶体管设计,如铁电计算。这还将有助于确保国防部能够访问符合国际武器运输条例(ITAR)的设施,包括涉及经过认证的国防微电子(DMEA)专用集成电路(ASIC)的活动。定制射频(RF)研发的资金水平略低,反映了氮化镓(GaN)技术的成熟。用于为下一代通信、传感器和非动能效应提供动力的下一代超宽带隙(UWBG)材料的新兴资金相对较少。

  封装与集成技术

  美国国防部已拨款约5.6亿美元用于研究定制和两用封装和集成技术。这笔资金旨在在国内促成一种可行的替代现有封装技术的办法,并支持新的解决方案。主要集中在将传统的硅逻辑与新型射频、光子学或复合半导体——即三维异构集成(3DHI)相结合。3.8亿美元用于建立公私双重伙伴关系的陆上生态系统,这一领域的预算增长速度是所有应用中最快的。另一资金目标是为公共和商业开发人员建立一个可访问的工艺设计工具包(PDK)。2023年,几乎所有的两用资金都将是新增资金净额,这反映出需要缩小国内下一代技术差距。

  对运营商和IDM的影响

  对于晶圆厂运营商和IDM而言,这项研发投资提供了一个机会,可以利用现有的两用资金来扩大产能,让自己做出合理的选择,在技术向生产过渡时,生产两用芯片,并有可能生产新的定制设备组合。其中一些资金已为人所知并获得授予。但其他项目,如美国国防部高级研究计划局的下一代微电子制造(NGMM)研究项目,可能提供获得新投资的新机会。在今后的阶段还可能有后续程序化入口。目前的动态还可以特别地让公司获得国防部为下一代雷达和通信系统提供的后续资金,开发新的产品组合,例如通过三维异构集成氮化镓功率放大器和Si CMOS逻辑。

  2027年美国国防芯片基金国防专用拨款将达至20亿美元。这可能为支持国防部的任务提供进一步的机会,因为国内业务有直接的激励措施,包括产能扩充和劳动力发展。这些激励措施将在其他联邦机构推出的更广泛的芯片举措下所放大。

  无晶圆厂或拥有自主代工厂的传统航空公司也将受益匪浅。定制微电子的设计和开发是一个合理的重点领域,但建立一个有弹性和有保障的供应将需要整个价值链的合作。研发阶段的项目,如NGMM,将建立公私合作伙伴关系和联盟,可以确保两用投资反映各方的国家安全需求(例如,通过工艺设计工具包和PDK元素)。这种好处在纯粹的商业安排中可能会丧失。美国国防芯片基金还为将设计迁移到新的陆上设施提供激励措施,为公司创造了一个机会可以与国防部日益壮大的最先进的晶圆厂生态系统结盟和合作。

  国防部资金增加并在未来一段时间内持续增加,供应商有一个难得的机会让其能力与国家安全新出现的优先事项相一致。具有前瞻性的公司将仔细考虑能够最好地支持国防部的方式,以及新资金促进加速增长的方法。

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