MIT đưa ra chiến lược để giúp Hoa Kỳ giành lại vị trí của mình như một siêu cường bán dẫn

Tái khẳng định vai trò lãnh đạo của Hoa Kỳ trong lĩnh vực vi điện tử

Các nhà nghiên cứu của MIT đã vạch ra một chiến lược làm thế nào để các trường đại học có thể giúp Mỹ lấy lại vị thế là một siêu cường về chất bán dẫn.

Sự thiếu hụt chất bán dẫn toàn cầu đã gây ra các tiêu đề và gây ra một loạt các tắc nghẽn sản xuất khiến giá cả của tất cả các loại hàng tiêu dùng, từ tủ lạnh đến SUV tăng lên. Sự thiếu hụt chip đã làm giảm vai trò quan trọng của chất bán dẫn trong nhiều khía cạnh của cuộc sống hàng ngày.

Nhưng nhiều năm trước khi tình trạng thiếu hụt do đại dịch gây ra, Hoa Kỳ đã phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng chip ngày càng gia tăng. Sự thống trị lâu đời của nó trong đổi mới và sản xuất vi điện tử đã bị xói mòn trong vài thập kỷ qua khi đối mặt với sự cạnh tranh quốc tế đang gia tăng. Giờ đây, việc khẳng định lại vai trò lãnh đạo của Hoa Kỳ trong lĩnh vực vi điện tử đã trở thành một ưu tiên của cả ngành công nghiệp và chính phủ, không chỉ vì lý do kinh tế mà còn là vấn đề an ninh quốc gia.

Trong một sách trắng mới, một nhóm các nhà nghiên cứu của MIT cho rằng chiến lược tái khẳng định vị thế của một siêu cường bán dẫn của đất nước này cần phải có sự tham gia của các trường đại học, những trường có vị trí duy nhất để đi tiên phong trong công nghệ mới và đào tạo lực lượng lao động có kỹ năng cao. Báo cáo của họ, “ Tái khẳng định vai trò lãnh đạo của Hoa Kỳ trong lĩnh vực vi điện tử ”, đưa ra một loạt các khuyến nghị về cách các trường đại học có thể đóng vai trò hàng đầu trong nỗ lực quốc gia nhằm đạt lại tính ưu việt toàn cầu trong nghiên cứu và sản xuất chất bán dẫn.

“Trong nhiệm vụ quốc gia nhằm giành lại vị trí dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất vi điện tử, chúng tôi thấy rõ rằng các trường đại học phải đóng một vai trò quan trọng. Jesús del Alamo, Giáo sư Donner tại Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính (EECS) của MIT và là tác giả chính của sách trắng cho biết. “Mục tiêu của chúng tôi là, khi các chương trình quốc gia này được xây dựng, chúng được xây dựng một cách cân bằng, tận dụng các nguồn lực và tài năng to lớn mà các trường đại học Hoa Kỳ có thể mang lại.”

Các đồng tác giả khác bao gồm Dimitri Antoniadis, Giáo sư Kỹ thuật Điện Ray và Maria Stata; Robert Atkins, người đứng đầu Bộ phận Công nghệ Tiên tiến tại Phòng thí nghiệm Lincoln; Marc Baldo, Giáo sư Kỹ thuật Điện Dugald C. Jackson và giám đốc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử; Vladimir Bulovic, Chủ tịch Fariborz Maseeh về Công nghệ mới nổi và giám đốc MIT.nano; Mark Gouker, trợ lý trưởng Bộ phận Công nghệ Tiên tiến tại Phòng thí nghiệm Lincoln; Craig Keast, phó trưởng Bộ phận Công nghệ Tiên tiến và giám đốc hoạt động của Phòng thí nghiệm Vi điện tử tại Phòng thí nghiệm Lincoln; Hae-Seung Lee, Giáo sư Kỹ thuật Điện và Xử lý Tín hiệu Truyền hình Tiên tiến và giám đốc Phòng thí nghiệm Công nghệ Hệ thống Vi mô; William Oliver, giáo sư tại EECS, giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Lượng tử, và phó giám đốc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử; Tomás Palacios, một giáo sư tại EECS; Max Shulaker, một phó giáo sư tại EECS; và Carl Thompson, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của Stavros Salapatas, đồng thời là giám đốc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vật liệu.

Mất quyền lãnh đạo

Sự phát minh ra công nghệ bán dẫn của các nhà khoa học Mỹ đã dẫn đến sự ra đời của Thung lũng Silicon vào những năm 1950, giúp Mỹ trở thành thế lực thống trị trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất chất bán dẫn, nhưng sự thống trị đó đã tuột dốc trong nhiều thập kỷ. Chỉ có 12% chip bán dẫn được sản xuất ở Mỹ ngày nay, giảm so với 37% vào năm 1990, theo Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn.

Một trong những nguyên nhân dẫn đến sự sụt giảm trong nước đó là các quốc gia đầu tư cơ sở hạ tầng khổng lồ như Hàn Quốc, Đài Loan và Trung Quốc đã thực hiện trong vài năm qua. Những khoản đầu tư đó đã thúc đẩy các công ty vi mạch trong nước của họ và thậm chí lôi kéo một số công ty Mỹ mở cơ sở chế tạo ở nước ngoài, del Alamo giải thích.

Một nhà máy sản xuất chip, còn được gọi là fab, có thể trị giá 10 tỷ đô la, vì vậy các công ty đặt cược kinh tế lớn khi quyết định xây dựng một cơ sở mới. Bất kỳ khuyến khích kinh tế nào mà chính phủ có thể cung cấp, dưới hình thức lợi thế về thuế, giá đất rẻ và thậm chí là trợ cấp hoàn toàn, đều đóng một vai trò trong quyết định của một công ty về nơi đặt cơ sở kinh doanh.

Một báo cáo năm 2020 từ Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn khẳng định rằng, khi tính đến các ưu đãi kinh tế, các nhà sản xuất sẽ gặp bất lợi về chi phí 30% khi sản xuất vi mạch ở Mỹ so với châu Á.

Các nhà hoạch định chính sách của Hoa Kỳ đang làm việc để thu hẹp khoảng cách đó, một phần, với Đạo luật CHIPS , đạo luật sẽ cung cấp 52 tỷ đô la đầu tư liên bang cho nghiên cứu, thiết kế và sản xuất chất bán dẫn trong nước. Quốc hội cũng đang xem xét một đạo luật khác, Đạo luật FABS , sẽ thiết lập tín dụng thuế đầu tư bán dẫn.

Phát triển lực lượng lao động

Như các tác giả đã chỉ ra trong sách trắng, các khuyến khích kinh tế chỉ là một phần của bức tranh.

Việc củng cố lại vị trí lãnh đạo trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn cũng sẽ đòi hỏi hàng nghìn công nhân mới có tay nghề cao và các trường đại học đóng góp một phần đáng kể lực lượng lao động cho ngành này. Mở rộng quy mô và sự đa dạng của lực lượng lao động này sẽ là chìa khóa, nhưng các cơ sở giáo dục phải đối mặt với một cuộc chiến khó khăn khi ngày càng nhiều sinh viên từ bỏ “công nghệ khó” cho các lĩnh vực như khoa học máy tính. Việc thu hút nhiều sinh viên hơn sẽ yêu cầu các khóa học thực hành thú vị trong phòng thí nghiệm, trải nghiệm nghiên cứu đầy cảm hứng, thực tập tốt và hỗ trợ từ các cố vấn trong ngành, cũng như học bổng ở tất cả các cấp, trong số nhiều sáng kiến khác.

“Chúng tôi đang ở trong tình huống không sản xuất đủ kỹ sư ở mọi cấp độ cho ngành công nghiệp bán dẫn và chúng tôi đang nói về một sự mở rộng lớn. Vì vậy, nó chỉ không tăng thêm, ”del Alamo nói. “Nếu chúng tôi muốn cung cấp lực lượng lao động cho sự mở rộng lớn này, chúng tôi cần thu hút nhiều sinh viên hơn. Cách duy nhất, trong ngắn hạn, để cung cấp thêm nhiều sinh viên tốt nghiệp cho ngành này là mở rộng các chương trình hiện có và các tổ chức hấp dẫn mà trước đây chưa từng tham gia ”.

Cho phép đổi mới

Các trường đại học cũng đóng một vai trò lịch sử quan trọng trong việc đóng góp các nghiên cứu cơ bản và quốc gia sẽ cần dựa vào các phòng thí nghiệm học thuật để tạo ra những đổi mới mới.

Nhưng nhiều trường đại học có cơ sở hạ tầng cũ kỹ, đang tiến nhanh đến lỗi thời, nếu nó chưa lỗi thời. Các tác giả của sách trắng cho rằng Hoa Kỳ cần đầu tư vào cơ sở hạ tầng đại học – cả thiết bị vốn và con người để vận hành nó và hỗ trợ các hoạt động nghiên cứu và giáo dục. Nâng cấp lớn cho các cơ sở nghiên cứu là điều cần thiết để các trường đại học vẫn phù hợp với ngành công nghiệp và các công cụ hiện đại của nó. Cơ sở MIT.nano rộng 214.000 foot vuông, trị giá 400 triệu đô la, khai trương vào năm 2018, là một ví dụ về cách một cơ sở tiên tiến, dùng chung có thể lưu trữ các công cụ liên quan đến ngành cũng như các chương trình nghiên cứu và giáo dục để thúc đẩy ngành công nghiệp bán dẫn phát triển. , del Alamo nói.

“Nó không chỉ là về việc làm cho các bóng bán dẫn nhỏ hơn. Tiến bộ trong tương lai đòi hỏi vật liệu mới, quy trình mới, thiết bị tái tạo và hệ thống tích hợp mới, ”Vladimir Bulovic, Giáo sư Công nghệ mới nổi Fariborz Maseeh và giám đốc sáng lập MIT.nano cho biết. “Các công nghệ mà chúng ta sẽ dựa vào một thập kỷ kể từ bây giờ có thể trông chẳng khác gì những công nghệ ngày nay. Những đổi mới trong học thuật nhất định sẽ phá vỡ các lộ trình kỹ thuật hiện tại và đi tắt đón đầu hiệu suất của các hệ thống được hình dung hiện tại. Duy trì mối liên kết chặt chẽ giữa ngành công nghiệp ngày nay và giới học thuật sẽ đảm bảo rằng những ý tưởng tốt nhất của chúng tôi có thể nâng cao ngành công nghiệp hiện tại và khởi động các dự án kỹ thuật mới ”.

Các công ty khởi nghiệp cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự đổi mới, và các trường đại học từ lâu đã trở thành một điểm nóng của hoạt động khởi nghiệp.

Để điều này tiếp tục, các tác giả cho rằng các trường đại học cần có mối quan hệ đối tác mạnh mẽ với các cơ sở tạo mẫu, phòng thí nghiệm quốc gia và xưởng đúc thương mại để giúp các nhà nghiên cứu dám nghĩ dám làm biến đổi mới của họ thành các công ty khởi nghiệp công nghệ sẽ trở thành những tập đoàn đẳng cấp thế giới trong tương lai.

Sự hợp tác với Phòng thí nghiệm Lincoln , một viện nghiên cứu do liên bang tài trợ đặt tại Lexington, Massachusetts, được quản lý bởi MIT, đã cho phép những đổi mới vi mạch không thể thực hiện được, del Alamo nói.

Bob Atkins, trưởng bộ phận Công nghệ tiên tiến tại Phòng thí nghiệm Lincoln, cho biết: “Sự kết hợp giữa động cơ đổi mới đẳng cấp thế giới của MIT với khả năng tạo mẫu vi điện tử phức tạp tại Phòng thí nghiệm Lincoln là độc nhất và mạnh mẽ. “Sự kết hợp này hỗ trợ cả việc khám phá và phát triển công nghệ vi điện tử đột phá và cho phép chuyển các ý tưởng thành hiện thực thực tế. Nó đã tạo ra một lịch sử lâu dài về những phát triển có tác động khác nhau, từ những máy chụp ảnh chuyên dụng cho đến kỹ thuật in thạch bản vi điện tử được sử dụng trên toàn thế giới ”.

Khai thác toàn bộ tiềm năng của các trường đại học sẽ đòi hỏi một chiến lược thúc đẩy mạng lưới khu vực nơi các loại tổ chức khác nhau, bao gồm cả trường cao đẳng và trường cao đẳng cộng đồng, có thể làm việc cùng nhau để tạo ra các chương trình nghiên cứu và giáo dục chung cũng liên quan đến quan hệ đối tác với ngành.

Trong hơn 35 năm, MIT đã được hưởng lợi từ Tập đoàn Công nghiệp Hệ thống vi mô của mình, nơi hướng dẫn các hoạt động nghiên cứu và giáo dục, cố vấn cho sinh viên và giảng viên, đồng thời cung cấp hỗ trợ tài chính. Làm việc chặt chẽ với ngành giúp giảng viên đánh giá cao và hiểu các vấn đề thú vị nhưng cũng có liên quan mà họ nên giải quyết trong nghiên cứu của mình. Các loại quan hệ đối tác xuyên suốt này sẽ trở nên quan trọng hơn trong tương lai, del Alamo nói.

“Tôi rất biết ơn vì sách trắng được đưa ra bởi các đồng nghiệp của tôi. Tôi hoàn toàn đồng ý với tầm nhìn và định hướng đã được nêu ra ở đây, điều này cũng đã truyền cảm hứng cho tôi để xem với tư cách là một nhà nghiên cứu và giáo viên cá nhân, tôi có thể đóng góp như thế nào trong việc này, ”Jing Kong, giáo sư kỹ thuật điện và điều tra viên chính cho biết. trong Phòng thí nghiệm Nghiên cứu về Điện tử. “Các trường đại học đóng một vai trò quan trọng trong việc khẳng định lại vai trò lãnh đạo của Hoa Kỳ trong lĩnh vực vi điện tử. Tôi hy vọng rằng sách trắng có thể đóng vai trò như một trợ lý và hướng dẫn cho các nhà quản trị và các nhà hoạch định chính sách, để tạo điều kiện thuận lợi và tận dụng tiềm năng mà giáo dục đại học và nghiên cứu mang lại trong một nỗ lực như vậy. ”

Theo Scitechdaily