今年3月30日，美国半导体行业协会（SIA）与半导体研究机构Semiconductor Research Corp. (SRC)共同发布了报告《半导体研究机遇：行业愿景与方向》。来自英特尔、高通、IBM、ARM、德州仪器、联发科、美光、Synopsys、Mentor、台积电、GlobalFoundries等领先半导体公司共计70多位行业专家和领导者团队，历时9个月共同撰写。本期介绍该报告的主要内容，以及我国半导体业发展的思考和建议。
一、报告主要内容
半导体技术是数字和信息时代的基础技术，是从汽车轮胎、医疗显示器上的传感器到大量基于云的计算机系统、侦察卫星的重要组成部分。因此，半导体对于社会需求，经济增长和国家安全具有高度战略性。
过去几十年，摩尔定律一直是驱动半导体技术发展的关键，半导体研究的很大比例集中在继续缩小晶体管尺寸所需的许多技术，材料和工艺。但摩尔定律正逐渐减缓或即将结束已是不争的事实。半导体未来前进的道路将不像摩尔定律时代那样清晰，为了使半导体行业继续实现性能改进，需要新的超越硅基的技术路线图，需要全面的方法来考虑半导体技术的各个方面，包括新材料、新制造技术、新结构、系统架构和应用。未来基于半导体的系统（无论是小型传感器、高性能计算机还是介于其间的系统）都必须最大限度地提高性能，同时最大限度地减少能源消耗并提供安全和保证。
展望未来，推动未来创新的关键因素是嵌入式“智能”和计算系统连接性的巨大增长，这支撑着物联网（IoT）的不断扩大，以及收集和分享大量数据的能力。同时，高性能计算变得更加强大，可以使用数据分析和机器学习从大量的数据中提取有用的信息和知识。
为了实现分布式、网络传感器、大量数据中心和计算能力结合的未来，需要一个基础性科学技术研究的广泛平台。指导目标是使计算范式能够从根本上提高能源效率、性能和功能，同时确保适当的安全性。一方面冯·诺依曼计算领域需要进一步推进，如低功耗，低电压，超CMOS逻辑和存储器件及相关材料。另一方面，在非冯诺依曼计算中，需要研究超越传统CMOS的器件和电路，超越传统冯·诺依曼结构的新型计算架构，超越传统的信息处理方法，新的记忆元素和材料，以实现未来半导体产业的创新。另外，需要研究开发新的材料和可微缩的过程，从而形成新的制造范式，并将这些新技术融入到产品中。
新的计算方法和应用需要安全和隐私的进步。随着嵌入式和智能系统变得越来越普遍和相互关联，额外的安全和隐私挑战正在增加。半导体技术和设计流程需要新的方法来解决物联网生态系统复杂性和规模所带来的安全和隐私挑战。
越来越多的垂直整合的多学科方法将是下一代技术发展的关键。新技术的研究应该考虑应用，并与软件和其他系统组件共同设计。支持IoT，以云为主，高性能计算以及许多半导体应用所需的技术层次图如下所示：材料、结构、器件和电路这些基础研究的发展有助于架构的进步，从而能支持算法和软件的创建，进而支持未来的应用，这些应用将会解决国家的经济、社会和安全需求。
图1 技术层次图
来自多个领域的专家团队确定了14个相互依存的技术重点领域，并针对每个领域分析了潜在的研究课题、研究现状和研究建议。
表1 报告提出的值得关注的14个半导体技术重点
认识到半导体行业的根本重要性并进行投资引领半导体研究、制造和创新的国家将获得重要的经济和社会效益。全球创新和人才的竞争进一步强调了在这些领域的及时投资势在必行。行业，学术界和政府必须共同持续在上述领域进行研究投入，且投资必须足以推动创新和实际应用。
二、思考和建议
美国一向通过大量的研发投入确保其半导体产业处于全球领先地位，其半导体产业每年在技术与研发上的投入约占总收入的五分之一，这一投入比例在所有行业中为最高。下图是IC insights统计的在2016年研发支出超过10亿美元的半导体公司，美国公司就有6家，几乎占了半壁江山。
图2 2016年研发支出超过10亿美元的全球半导体公司
即便如此，美国半导体业界从未放松前进的步伐，时刻保持着警醒的态度，今年1月份美国总统科技咨询委员会（PCAST）发表了题为《确保美国半导体的长期领导地位》的报告；此次SIA发布的这份报告的原因之一也是担忧人工智能、物联网、超级计算等应用热潮涌现，且摩尔定律不再适用的新形势下，半导体技术基础领域研发投入投资不足影响其领先地位。
我国政府一直高度重视半导体产业的发展，近几年，更是成立了国家集成电路产业基金和地方基金，大力引导支持我国的半导体产业链投资。但是由于起步晚，与国际先进技术差距大，我国半导体产业整体规模小，国内芯片需求量巨大但90%依赖进口，核心技术缺失，自主创新乏力等问题仍存在。
虽然我国在半导体行业的投入看似大手笔，但是由于我国领头企业规模与世界先进企业的规模差距仍然很大，以我国2016年销售量最高的半导体公司海思为例，其销售额为260亿元（约37亿美元），与高通的研发支出资金（51亿美金）相比还差了一大截。可见，我国半导体公司在研发投入上还无法与国际巨头竞争，非常需要国家在半导体行业上继续加大投入。
此外，从目前的基金投资看，产业基金主要用于集成电路制造业先进制程产能的提高和国际并购，我国又由于受到美国等发达国家在先进设备、技术出口上的管制，很难通过引进先进技术和并购的方式获取最先进的设备和技术。加上人工智能、物联网等新兴应用下，我国几乎是和发达国家同一时间同步在发展。因此，我国的半导体产业发展也应重点针对这些新兴领域，加快规划我国半导体技术发展路线，明确重点发展领域，既要重视产业规模的扩大，更要重视基础领域创新和自主原创研发投入，并且进行持续、充足的研发投入，才有可能从根本上掌握自主半导体核心技术，实现半导体技术的赶超。
