2023年10月24日，美国国家科学基金会（NSF）发布《保障美国的未来：关键技术评估框架》（Securing America’s Future: A Framework for Critical Technology Assessment）报告。
本文选取半导体技术探讨报告的评估框架及研究结论。
（一）美国半导体领域评估方法和结果概述
1. 评估方法概述
半导体作为试点评估的关键领域之一，属于具有高度经济、安全影响且不断发展的关键技术。该领域评估中（1）采取的方法包括：专家启发、当地劳动力技能差距建模、生产力测量、大语言模型、工程经济模型等；（2）评估用数据包括专家调查结果、出版物、美国劳工部职业信息网数据（O*NET格式）、美国劳工统计局的生产率数据、USPTO专利数据、国际半导体技术路线图以及CPU和GPU相关企业和机构数据等；（3）评估过程中要识别最重要的问题和子问题，根据不同问题所需方法和所属学科选定合适的执行者来进行评估，期间举办研讨会征求利益相关者的意见以及工业界和政府的反馈；（4）评估的关键维度包括科技竞争力、生产力、就业等经济福利。
基于上述方法，半导体领域评估根据半导体工艺节点技术（成熟、先进、未来）与政策目标间的联系，采取针对性的评估组合方案。该领域评估待解决问题是：（1）考虑到资金、技术和人力资本方面的限制，《芯片和科学法案》在半导体领域的资金投入如何才能实现立法的既定目标？（2）投资下一代（超越摩尔定律）半导体技术的潜在价值是什么？需要哪些投资来克服这些技术商业化和规模化的瓶颈？
2. 评估结果概述
（1）成熟和先进半导体器件
问题1：与美国研究人员相比，国际学术研究人员越来越有能力获得从示范产品到商业化产品所需的先进商业生产技术。
建议：美国应出台规定，如果公司想要获得美国政府的尖端半导体设施投资补贴，就应该允许一定数量的美国研究人员能接触到这些商业化的半导体设施和技术。
问题2：在许多地区包括一些大都市地区，具备相关技能的劳动力供应量与半导体制造设施所需的劳动力需求量之间存在巨大差距，这给投资带来了风险。
建议：雇主和决策者应评估相关技能的供应情况，将其作为大规模产能投资选址过程的一部分。根据一个地区技能供需不匹配的具体情况，应通过公私合作伙伴关系支持有针对性的技能培训计划和激励措施，以吸引新工人到该地区工作。
（2）下一代（超越CMOS）半导体器件
问题：从历史上看，改进半导体技术将带来巨额收益，每年为美国经济带来6000亿至1万亿美元的净现值收益。随着摩尔定律走向极限，这些收益将逐渐消失。Beyond-CMOS（超越CMOS）技术为继续改进半导体提供了一条途径。成功开发这些技术的潜在收益可轻松为美国经济带来数万亿美元的经济效益，而量产示范此类器件的成本估计为1亿美元，大规模推广此类器件的成本估计为10亿美元。
建议：应资助一大批早期和晚期的post-CMOS（后CMOS）技术的开发，其规模应大于目前在《芯片和科学法案》中分配的规模，以确保美国能在竞争对手之前迅速开发出后CMOS技术。
（二）评估过程中的研究发现及未来评估愿景
1. 综合发现
考虑到评估待决的两个问题，报告综合分析出两方面研究发现：
（1）国内半导体设施面临人力资本限制，将影响成熟和先进半导体产品。根据地区的不同，要成功建设新的国内半导体设施，可能会面临巨大的人力资本限制。相反，如果拟建地点拥有相关制造技能的强大劳动力市场，新设施可能会侵蚀现有产业的技能供应，从而可能造成劳动力限制和相应的供应链风险。这些人力资本的限制可以通过人才招聘和培训来解决，包括从技能组合不太相似的职业中寻找非传统行业的人才。然而，即使放宽技能相似性，也可能无法解决某些地区的技能短缺问题。
（2）知识、商业化和规模化推广方面的竞争力，将影响未来计算的推广和领先。改进的半导体将带来长远的生产力提高。在开发“后CMOS”技术方面每延迟一年，就会损失短期利益，给美国经济带来成千上万亿美元的损失。虽然现在还不知道哪些“超越CMOS”的技术会取得成功，但潜在的经济效益表明，对早期技术的广泛投资组合，即使每项技术的成本高达数千万美元，也会带来很高的潜在回报。许多后期技术也应得到资助，尽管成本更高，但是就算一项技术成功产生的收益也将足以证明投资组合的合理性。
2. 政府决策者应权衡的评估结果
（1）美国决策者应评估半导体设施投资目标地区的劳动力水平，并与企业、地方、州和联邦政府协调，评估技能和劳动力缺口，以及相关地区特定职业过渡培训机会。特定地区的公私合作可能是满足这些需求的最佳方法。
（2）美国政府决策者还有两个值得注意的政策权衡内容。首先，在研发基础设施支出方面，政策制定者需要在原型设施资助和研究人员使用扩大规模所需的商业生产设施投资之间找到平衡。美国政府对大学或非营利实体的投资相当重视原型设计能力的建设。尽管原型设施也有好处，但是这些设施不太可能支持从量产到商业化所需的全部商业生产流程。其次，研究凸显了《芯片和科学法案》中分配给半导体的开支与追求具有潜在巨大社会效益的新兴技术的成本之间的矛盾。据专家估计，将一项新兴的“超越CMOS”技术引入第5阶段的成本约为10亿美元。即使按照该法案的历史支出额，如果没有私人资金或技术之间的互补性不强，也不可能将一两项以上的技术推进到该阶段。
3. 未来评估愿景和挑战
展望未来，NNCTA的目标是建立具有战略性和前瞻性的关键技术分析能力，可以帮助政策制定者回答“哪些政策应对措施可以帮助美国缩小在尖端半导体生产能力方面的差距”，并能够预测半导体政策中出现的新挑战，以使政策制定者能够未雨绸缪。为此，NNCTA正在与态势感知团队合作，对国际研究能力进行更广泛、更深入的评估。未来评估工作的另一个潜在领域是更深入的供应链分析，然而这必须克服数据可用性方面的挑战。
