美國軍用集成電路制造能力建設分析及啟示

□ 胡開博　馮園園

美國軍用集成電路制造能力建設分析及啟示

□ 胡開博馮園園

為建設并維持服務于武器裝備和情報系統的軍用集成電路工業基礎，使國防項目能夠用到不斷進步的先進商用工藝，同時，確保先進工藝“可信”和老舊工藝“可獲”，美國國防部長期、持續地扶持軍用集成電路制造能力的發展，十多年來連續采取了一系列政策措施，形成了較為完備的管理體系和工業能力。

美國軍用集成電路制造相關政策措施的演進

美國軍用集成電路制造相關政策措施的演進大致可分為三個階段：

第一階段（2003年 2006年），建設可信代工線。國防部制定可信集成電路頂層戰略，提出“可信”是國防系統的最基本要求，要求建立可信集成電路國防工業基礎，并與國家安全局聯合啟動“可信代工項目”，扶持IBM公司建設可信代工線。

第二階段（2007年 2011年），拓展可信認證。對集成電路設計、掩模、生產、封裝、測試等全產業鏈的供應商進行認證，增加可信代工線數量，以滿足軍方實際需求，并引入競爭。

第三階段（2012年至今），構建可信供應體系。完善可信供應商認證標準及考核制度，保障流程安全、以及供應鏈的持續穩定，并計劃將可信服務從集成電路拓展至更多元器件范疇。

美國軍用集成電路可信代工線管理體系

美國國防部以《國防可信集成電路戰略》為頂層指導，與國家安全局聯合實施“可信代工項目”，每年投資約6000多萬美元（雙方各投50%），開展軍用集成電路可信代工線建設和可信供應商認證。

組織管理

國防部與國家安全局依托可信使用項目辦公室（TAPO）開展“可信代工項目”管理，并由其指定國防微電子中心（DMEA）開展可信供應商認證。可信使用項目辦公室主要資助IBM可信代工線建設，并挑選必須使用可信服務的政府項目。國防微電子中心每年開展兩次可信供應商認證，遴選優勢可信代工線（包含自己運行的代工線），頒發資格證書，并對除IBM以外的可信代工線進行監管。

運行管理

“可信代工項目”實施主體主要包括三類可信代工線，分別為IBM可信代工線、企業中認證的代工線和國防微電子中心柔性代工線。

IBM可信代工線是美軍最先進和最重要的集成電路工藝線，“可信代工項目”資金絕大部分用于其升級改造和保密措施維護，IBM利用剩余產能，以普通商用價格提供其擁有的所有工藝、技術和服務，使國防部能夠用到不斷進步的商用工藝。IBM工藝有效期保證持續10年，政府項目可以無償使用IBM所有受政府資助開發的知識產權（IP）核和工具庫。

企業中認證的代工線主要是軍品為主或軍民結合型的工藝線，不享受資金扶持。國防部要求認證工藝線必須位于美國、英國、加拿大、澳大利亞或新西蘭境內，并確保所供服務不受篡改或逆向破解。

國防微電子中心柔性代工線是一條老舊工藝生產線，主要生產現役武器裝備所需的大量老舊集成電路，尤其是已停產產品。國防微電子中心預算全部來自國防部國防后勤局，每年投入2600萬美元用于柔性代工線建設，包括購買二手商用設備、工藝授權、停產芯片版圖等，以及研究芯片逆向工程、原型試樣和小批量生產方法等。為避免與產業界存在商業競爭，該工藝線由國防微電子中心直接運營。

在可信代工線使用上，國防部強制要求“任務保障類I”國防關鍵系統用的專用集成電路（ASIC）必須由可信代工線生產。從運行情況看，通常，信號處理、加密、射頻等硅基ASIC通過IBM可信代工線生產，化合物、抗輻照等芯片通過企業中認證的代工線生產，市場上不可獲得的老舊或停產芯片則通過國防微電子中心柔性代工線生產。可信集成電路產品的最終用戶主要是陸軍、海軍、空軍及情報部門。

隨著美軍裝備建設快速發展，近兩年來，部分國防部門和企業一直呼吁增大可信代工線強制使用的范圍，特別是要擴大至現場可編程門陣列（FPGA）。

美國軍用集成電路能力水平現狀

工業基礎

從2010年起，美國軍用集成電路可信代工線的規模達到穩定，維持在15 家 20家左右。截 至2015年4月，美國軍用集成電路工業基礎主要由2條IBM代工線，18條可信供應商的認證代工線，以及國防微電子中心柔性代工線構成。

從產能判斷，有16家企業是美國最有實力的軍用集成電路可信代工線，主要分為兩類：

一是大型集成電路企業自身的代工線，包括賽普拉斯半導體公司、霍尼韋爾公司普利茅斯宇航部、IBM公司伯靈頓工廠等共9家。

二是大型軍工集團所屬或管理的代工線，包括BAE系統公司微波電子中心、HRL實驗室、諾斯羅普格魯曼公司宇航系統部等共7家，涉及除通用動力公司之外美國所有大型軍工集團。從地域分布看，美國最主要的16條可信代工線較均勻地分布在美國東海岸、西海岸和中部地區，具有安全的戰備保障布局。

技術水平

通過統計2013年 2015年美國軍用集成電路可信代工線認證情況，可以總結出，其生產工藝已覆蓋通用CMOS類、抗輻照CMOS類、微波大功率類和光電類，具體包括21種工藝，工藝水平不斷提升，對應代工線規模也有相應的調整。此外，國防微電子中心柔性代工線可依據產品需求快速轉換工藝，工藝節點最高可到0.18μm。

美國軍工集成電路建設取得的效果

經過上面講述的諸多政策措施的推動，美國軍用集成電路制造能力建設取得了顯著的效果，主要包括以下四個方面：

一是節約了大量國防開支，只資助IBM開展建設，并以商用價格且沒有產量下限地使用IBM先進制造能力，同時通過拓展可信認證引入適度競爭降低成本。

二是獲得安全可信的產品，如IBM代工線2004年 2010年為國防部提供了1萬多片晶圓、16萬個芯片。

三是廣泛利用民品技術，快速用于先進裝備，如使用大量商用IP核。

四是實現了老舊產品的長期保障。

美國軍用集成電路制造能力建設體現出的安全可控發展意識、軍工核心能力建設、技術節點布局、軍民融合實際做法等，也為我們自主發展集成電路提供了許多有益的啟示。

（作者單位：工業和信息化部電子科學技術情報研究所）