美國“電子復興計劃”總體情況

在摩爾定律放緩的情況下，美國實施“電子復興計劃”（ERI）意在突破摩爾定律極限，引領技術創新發展，鞏固并擴大美國在微電子領域的技術優勢。

基本情況

“電子復興計劃”于2017年正式啟動，2023年宣布進入2.0時代，由美國防高級研究計劃局（DARPA）微系統辦公室牽頭，工業界和高校共同參與。

戰略背景 自20世紀60年代 起，半導體發展經歷了3次浪潮（幾何縮微、后道工藝縮微、三維晶體管）。美國作為半導體技術發源地，緊緊抓住了信息技術與全球化機遇，一方面超前謀劃、體系布局，加大技術探索和攻關力度；另一方面大力圍堵打擊競爭對手，確保其電子技術發展占據絕對優勢，目前已持續主導全球半導體技術與產業超30年。

微電子是美國長期高度重視的戰略性技術。DARPA將其作為實現“防止對手技術突襲和給對手制造技術突襲”使命的重要手段，曾組織研發了硅先進制程、砷化鎵和氮化鎵單片集成電路，為集成電路發展做出創新性貢獻。在微電子技術邁入后摩爾時代的歷史拐點上，DARPA策劃實施“電子復興計劃”，意在搶占半導體發展第4次浪潮的制高點，鞏固美國電子技術跨越發展及其在軍民應用中的絕對主導地位。

戰略目的 DARPA采用“電子復興計劃”的名稱，彰顯其支撐美國鞏固并擴大微電子技術全球絕對領先地位的戰略圖謀。2017年該計劃啟動之時，DARPA提出，通過基礎創新和產業發展相結合，聯合商業界、高校科研院所與美政府開展前瞻性研究，為美國未來電子技術創新和能力提升奠定長期基礎。2023年，DARPA宣布該計劃進入2.0時代，進一步強調要“重塑后摩爾時代微系統制造”，以構建持久國家安全能力和商業經濟競爭力為目標，通過探索新型本土化芯片研究、開發和制造方式，確保美國在下一代微電子領域的領先地位。

主要做法 “電子復興計劃”頭5年投入超過15億美元，其中2018—2019年為第1階段，2019—2022年為第2階段；“電子復興計劃”2.0于2021年開始籌劃，2023年正式實施，投入經費尚未正式公布，但根據其布局的項目統計，目前已累計投入超過10億美元。

一是整體籌劃，迭代優化。面向構建2030年前美國電子領域持續領先能力，第1階段主要聚焦材料與集成、系統架構、電路設計3大支柱領域展開布局；第2階段調整為設計與安全、三維異構集成、新材料新器件、專用功能4個方向布局計劃項目。整體看來，DARPA在成體系、全領域、有組織地推進微電子前沿探索。

二是聚焦項目，滾動實施。DARPA按照創新項目管理模式，以前沿技術類項目為載體，圍繞項目目標有組織地開展研究、迭代推進，充分釋放各參與方的創新活力。主要分為先導類項目、“大學聯合微電子計劃”以及由工業界主要承研的“Page"3”和新設項目3大項目群，現已布局超過40個項目。其中“Page"3”的命名是向“摩爾定律”的提出者戈登·摩爾致敬。戈登·摩爾在1965年4月發表的《在集成電路中填充更多元件》論文中，開創性地提出了摩爾定律。同時，戈登·摩爾在其論文第3頁還提出了“摩爾定律”不再適用時的一些技術探索方向。DARPA提出“Page"3”項目群正是受此啟發，著力開展材料與集成、系統架構以及電路設計3個領域研發。

為降低探索風險，大部分項目以36～48個月為周期，分階段滾動實施。如“電子設備智能設計”（IDEA）項目，涵蓋2個為期24個月的研究階段。每個研究階段均設有明確節點和里程碑，在前一階段取得相關成果后才進入后一階段。

三是加強聯合，協同攻關。DARPA調動美國半導體領軍企業、國防承包商、高校研究中心等進行需求研究與技術研發，組織政府機構、產業界、學術界以及國家實驗室之間的協同，全專業領域聯合實施。目前，該計劃已促成英特爾、高通、賽靈思、英偉達等半導體行業領軍企業，洛·馬、雷聲、諾·格等頂級國防承包商，以及10余所理工科大學參與項目合作研究。DARPA每年舉辦“電子復興計劃”技術峰會，交流進展情況，研討下一步發展。

四是強化應用，形成能力。2018年11月，DARPA宣布將整個計劃定位為“打造面向更專用、更安全和設計自動化程度更高的電子工業”。2019年DARPA啟動“國防應用”項目，牽引前沿顛覆性微電子技術成果的國防轉化。在前期基礎上，重點轉向支持本土半導體制造、專用集成電路、安全可靠微電子供應鏈等領域研究。

DARPA認為“電子復興計劃”首期投入已達預期效果，從2023年開始進入2.0時代，“電子復興計劃”2.0通過重新定義微電子制造過程，引導美國內微電子制造業重塑，推動第4波半導體發展浪潮。“電子復興計劃”2.0將圍繞三維異構集成這一核心，重點在7個關鍵方向進行布局：復雜三維微系統制造、復雜電路優化設計和測試、人工智能硬件創新、開發適用于極端環境的電子產品、提高邊緣信息處理效率、克服硬件生命周期中的安全威脅、進行安全通信。

項目進展

“電子復興計劃”并非從零開始，之前已有相關概念突破和基礎技術，隨著計劃的提出，圍繞戰略目的將相關項目進行整合，形成了連貫、多階段、相互關聯的計劃項目，有助于技術間的協同和互補，為后續項目規劃、技術實施及商業化提供便利。

項目布局 “電子復興計劃”共布局3大項目群：一是DARPA先導類項目群；二是由高校主導研究的“大學聯合微電子計劃”項目群；三是由工業界主導研究的“Page"3”和新設項目群。

先導類項目群由DARPA從2015年底至2017年陸續啟動，重點研究集成電路快速設計、模塊化芯片構建、新架構處理器搭建等關鍵技術，安排“近零功耗射頻與傳感器”“更快速實現電路設計”“通用異構集成與知識產權復用策略”“終身機器學習”“層次識別驗證開發”“硬件固件整合系統安全”共6個項目，投入經費2.39億美元，旨在挖掘已有項目技術成果潛力，提供前沿性基礎支撐。

“大學聯合微電子計劃”第1階段于2018年1月啟動，第2階段于2023年1月正式啟動，瞄準計算與通信領域的長遠發展，投入經費4.53億美元，通過機理創新，為“電子復興計劃”其他項目的孵化與長期創新提供支持。

“Page"3”和新設項目群于2018年7月啟動，聚焦新材料、新架構和新設計，安排“三維單芯片系統”“新式計算需求”“極端可擴展性封裝”“通用微光學系統激光器”“軟件定義硬件”“特定領域片上系統”等40余個項目，投入經費近20億美元，通過撬動工業界創新潛力，旨在搭建圍繞三維異構集成新體制的技術路徑，促進創新技術成果向國防應用轉化，提高美國在半導體制造領域的全球競爭力。

2023年“電子復興計劃”進入2.0時代后，DARPA根據應用需求新增復雜三維微系統制造、極端環境電子產品開發兩個研究方向，又新增項目11個。總體上看，DARPA已基本完成對后摩爾時代微電子技術體系創新的總體布局。

實施效果（2017—2023年）

從DARPA發布的相關情況看，雖然大部分項目尚未結束，但已取得重大進展。

一是重點技術取得突破。通過實施“更快速實現電路設計”“極端可擴展性封裝”等項目，推動了三維異構集成電路設計創新發展，在芯片設計流程與工具優化方面進展顯著；建立芯粒級片上集成技術架構，為三維異構集成定義了發展基點；通過不同材料創新集成，實現了封裝內光互聯取代電互聯。

二是應用轉化成效顯著。“近零功耗射頻與傳感器”“硬件固件整合系統安全”的項目成果，為美空軍研究實驗室論證了新型專用集成電路；創新電路設計與算法，實現了超低功耗信息采集與傳輸，為構建長時間工作、全信號感知、高靈敏度檢測的無人值守戰場態勢感知網絡奠定堅實基礎。

三是本土生態正在形成。項目布局涵蓋芯片材料、設計、制造、封裝、應用等產業鏈各個環節，以各類子計劃、項目群為抓手，有機整合了美政府機構、高校科研院所、半導體領軍企業、國防承包商以及盟友的優勢力量和資源，與2022年《芯片與科學法》共同推動半導體產業鏈本土生態圈構建。

分析研判

“電子復興計劃”采用基礎創新和產業發展相結合的思路，研究成果將助力美國電子信息系統與武器系統保持絕對優勢，通過提供電子信息技術創新成果，助力美國未來軍事競爭力提高和經濟增長。

三維異構集成是美國探索微電子技術超越摩爾定律的核心技術途徑。三維異構集成技術可將現有制程水平的不同平臺、不同工藝生產的芯片立體組合，通過大幅縮短互連間距，獲得與更先進制程相當的性能。2023年11月，DARPA公開表示，“三維異構集成將是推動微電子創新下一波浪潮的主要力量”，建議為此專門成立美國先進微電子制造中心。目前，“電子復興計劃”2.0聚焦三維異構集成，已布局了多個項目研究，包括“下一代微電子制造”“混合模式超大規模集成電路”“用于三維異構集成的微型集成熱管理系統”等。可以看出，經過幾年探索，“電子復興計劃”已逐步聚焦到三維異構集成這一集成電路革命性的制造方式，并將其作為未來微電子創新的核心技術路徑。

美國全方位布局，鞏固微電子技術領先優勢。從大國競爭維度看，實施“電子復興計劃”、出臺2022年《芯片與科學法》、設立國家微電子制造中心等舉措，是美國為搶占微電子領域絕對優勢打出的一套戰略組合拳，通過調動國家、技術、市場、人才、盟國等各方力量，成體系推動微電子技術創新發展。

美國實現產業鏈完全本土化及微電子超越發展尚有諸多不確定性。主要有3個方面。一是技術考量，通過三維異構集成實現微電子創新需要解決眾多技術挑戰與瓶頸，系統性難度很大；半導體領軍企業為規避和分攤技術風險，一般都會采取跨國合作的方式推進，美意欲實現技術突破和產業鏈回歸“一舉雙得”的企圖難以實現。二是投資考量，“電子復興計劃”需長期大量資金投入，僅靠政府投資遠遠不夠，企業投資更注重短期效益，能否獲得持續、足夠的資金支持是其能否實現預期的關鍵。三是市場考量，美國逆半導體市場全球化規律，意圖建立美國先進半導體單極化格局的做法，將使其逐步喪失全球半導體市場份額，減弱對先進半導體技術發展的拉動作用，進而削弱其行業領導地位。

綜上，“電子復興計劃”是美國全面布局的戰略性行動，與2022年《芯片與科學法》等聯動，預計未來5～10年將形成新的微電子工業體系，帶動國防和產業能力跨越式發展。

責任編輯：王宇璇