美国半导体如何应对中国的追赶?

2019年04月04日 作者:satoll

近年来,在面对中国半导体崛起这件事上,美国反应似乎过于激烈。无论是政府还是组织,也好像对中国正在做的事忧心忡忡。虽然中国一再解析,但似乎这并没有能得到美国人的认同。近日,美国SIA出了一份报告,阐述了他们面对中国等国家穷追猛赶之下,如何保持保持他们领导地位的深度报告,半导体行业观察特此翻译,与读者共享。因翻译匆忙,可能也有不少错误,望谅解并不吝赐教,谢谢。

半导体是几乎所有现代技术的基础。他们推动我们的生活和经往济越来越好的方向发展,并正在驱动塑造我们未来的技术冉冉升起。 他们存在于我们周围的方方面面,但大多是看不见的。它们嵌入我们所依赖的,用于通信,运输,医疗保健,商业,国家安全和无数其他应用的数字商品中。

半导体是由美国人发明的,美国也仍然领先于世界先进半导体的研究,设计和制造。数据显示,在 2018年全球4690美元的半导体营收中,美国半导体公司贡献了其中的一般。

过去几十年里,半导体技术的进步已经通过“摩尔定律”来衡量:那就是硅片面积上的晶体管数量大约每18到24个月翻一番。自这个观点在1968年提出以来,半导体行业就一直以这个节奏快速创新,推动了一项项技术的发展,并通过大幅提高计算能力、降低成本来实现了科技革命。

该行业对摩尔定律的遵循达到了难以想象的水平,并在这个过程中把材料科学、光子学,工程学和设计推向极限。今天的半导体芯片每平方厘米集成的晶体管数目达到数十亿个,电路也是以纳米级来测量。领先半导体芯片包含的晶体管比人类头发细10,000倍。由于半导体技术的巨大进步,消费者能以更低的价格从更多创新产品中获益。这种快速的创新步伐促进了美国的经济,创造了美国的就业机会,并改善了我们的生活方式。但如果我们要在未来五十年了保持创新步伐,并在全球的科技竞争中取得领先,那就必须要领导全球的半导体创新。

美国保持半导体产业创新和领导力面临的挑战

由于雄心勃勃的海外竞争对手从政府获得了大量的资金支持,这让美国在保持了几十年的半导体创新遭受严峻的威胁。这些先进半导体技术正在冲破物理障碍、超越大量资金的限制。

虽然美国在全球半导体市场拥有近一半的市场份额,但某些海外政府正试图通过政府对企业、制造和科学研究的巨额投资来取代美国的领导地位。例如,中国政府已经宣布,在未来十年将投资超过1000亿美元,赶上美国在半导体、人工智能和量子计算方面的水平。虽然中国可能无法实现其所有目标,但考虑到其巨大的投资规模,我们不应该忽视中国的这个做法。

这些挑战会使美国在半导体设计、研究和制造以及在全球竞争中的领导地位受到威胁,因为正是这些技术决定我们的未来。根据大家的观点,半导体领域内关键的“必赢”技术包括人工智能、自动驾驶汽车和其他自动系统、量子计算分析海量数据、增强数字加密,以及能够无缝连接人的先进无线网络。这些技术将会以前所未有的速度推动如个性化医疗保健,机器人技术和智能产品等方面的创新,并带来巨大的经济增长。

影响未来科技的半导体技术

未来的经济将以使用传感器手机数据、网络存储和运输数据、先进计算机和系统分析和使用数据为特征,而半导体则是这些功能的核心,所以我们必须进一步发展半导体技术,以满足未来技术的需求。以下几项则是倍受关注的半导体技术:

一、人工智能

人工智能指的是模仿人类学习和决策的技术。人工智能在改变经济方面有巨大潜力,他们也是自动驾驶汽车、机器学习、无数“智能”设备和应用程序的关键。

专家估计,到2030年,人工智能给全球的经济带来13万亿美元的增长,如果没有半导体工艺技术和芯片设计的进步,人工智能就不可能可以这么快实现了从未来主义的猜测到现实的实现。的确,半导体在典型AI处理流的三个方面都显得至关重要:

1)通过智能手机,汽车和多种“物联网”设备的数据生成或数据源;

2)使用图形处理器,微处理器或其他高性能处理器去做AI /深度学习训练;

3)实际使用中的AI推理,;

二、量子计算

量字计算有望增加计算机的运算能力。据统计,一部量子计算机的计算速度比传统计算快一亿倍,在和超级计算机相比,也有好几卡倍的差距。能实现这个速度,势必会影响这个产业和经济。量子信息科学的发展与半导体工业探索超越摩尔定律的性能限制类似。学术和政府研究人员通过与半导体行业串联或合作,在量子计算方面取得了进展。但我们应该知道,量子计算需要复杂的制造能力,专业的材料,和先进的技术。 量子硬件研究人员认为,先进的量子计算可以帮助研究人员去回答AI和机器学习广泛应用的领域内问题。

三、先进无线网络

因为低延迟和较之现在网络的100倍速率提升,先进的无线网络将为物联网、无人驾驶汽车和机器人等下一代数字技术提供支柱

正式在先进的网络速度和全新架构的要求下,底层半导体硬件解决方案的全部潜力尚未被察觉但实现了。但那些能够获得足够的半导体技术去支持5G或更高版本的先进网络实现的国家将会获得巨大收益。

但领先的先进无线网络需要国家在政策方面对半导体行业进行支持,建立工程和技术人才,以及支持私人和公共研发。 NSF支持无线基础研究数据和先进的无线网络。它还资助测试平台和研究平台使用一系列研究基础设施,通过在高级无线研究平台在美国大学开设课程对先进的无线网络系统进行原型设计。

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