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美国国家国防工业协会成立可信微电子联合工作组,致力于推动国防部可信微电子供应,维持美军技术优势

随着云计算、大数据和人工智能等新兴领域的不断发展,以及微电子设计制造的全球化趋势,美国防务系统所需微电子产品和技术面临日益严峻的可信挑战。为缓解这一挑战,美国国防部门提出多项举措,包括颁布法律法规、成立联合工作组等,确保美国防务系统微电子供应链的安全可靠。


在过去70年间,美国政府国家安全应用的微电子需求和半导体行业密切相关。从雷达和数据处理开始,微电子已成为每个军事和国家安全系统,从战略指挥到战场通信、运输、武器系统和平台的重要支撑。如果说国家安全依赖于这些微小的设备,这并不夸张。自1954年首个商用晶体管发明以来,工业界一直遵循摩尔定律,致力于提高晶体管的密度,降低成本。商用产品也趋向于拥有越来越短的寿命周期。随着未来战争的不断变化,尖端微电子技术不断发展,已使用多年的防务系统需要更加先进、高度定制的先进数字组件,以实现装备技术的快速更新。


商用市场成为推动半导体行业发展的主导力量

事实上,美国半导体行业发展部分来自于政府资助的研发。而近几十年以来,半导体在商用领域的大量应用和批量生产已逐步压缩了政府需求。实际上,政府直接采购或通过第三方采购的半导体目前已占半导体总产量的很小部分。


正如最近美总统科学技术顾问委员会报告所述:“全球半导体市场从未是一个完全自由的市场:它建立于科学之上,而这些科学在历史上则是由政府和学术界驱动的;由于国家安全和防务需求,部分半导体领域受到限制;半导体领域是国家产业政策的重点。市场力量发挥核心和关键作用。但美国政策制定者的任何推测,即现有市场力量才能产生最佳的发展结果——特别是在面临来自其他国家制定真正工业政策时,这是毫无根据的。”


云计算、大数据和人工智能等新兴领域发展对半导体行业产生巨大需求

美国国家国防工业协会成员致力于维护美国国防和国家安全系统的技术优势。美国企业和政府机构购买先进半导体器件的能力正在受到半导体行业系统性变化的严重破坏,而这种系统性变化是由消费产品的商业需求,以及因盈利关系所引起的产业整合所导致的。


目前,不仅仅是潜在对手可以获取最先进的技术,在某些情况下,他们成为美国建立技术优势所依赖的主要技术供应商。那么问题来了,“军方可以信任谁?”如果不信任国际上的微电子制造商,那么如何在高度敏感国家安全系统中减少使用其产品的风险。


随着消费电子技术的不断发展,消费者对消费电子和商用电子产品的需求急剧上升。根据半导体行业协会的统计,2016年全球消费电子营业额达到3390亿美元。在消费者对智能手机、平板电脑等产品的需求推动下,对较小和较便宜设备的需求也持续增加。事实上,智能手机的出货量自首次推出以来已呈现指数级增长。


20世纪末,个人电脑市场主导了集成电路的需求。随着个人对其他设备,包括物联网设备需求的增长,这种需求逐步放缓。这就推动了微电子行业寻求新的市场,并对本行业进行重组以赢得市场利润。


云计算、大数据和人工智能等新兴领域对服务器、数据中心和社交媒体的需求不断增加,其中,诸如像脸书和YouTube这样的企业试图尽可能快速高效地存储、管理和处理大量数据。其他新兴市场领域,包括医疗、工业、汽车和以前提到的物联网。


微电子设计和生产全球化使得美国防部门面临供应链安全风险

作为半导体技术的早期驱动力量,政府和半导体供应商现在成为推动微电子行业全球市场的小角色。这就为确保当前和未来国防和安全系统免受隐藏缺陷或可能在关键时刻影响其运行的恶意软件危害的带来危机。


先进的半导体设计采用电子设计自动化,可实现包含数十亿个晶体管电路的模块化设计。 其发展趋势是将完整的电子系统集成到单个芯片上,从而降低成本、尺寸和功耗,同时提高性能。


有些人说摩尔定律发展可能会放缓。但目前微电子行业正在快速发生变化。微电子领域的兼并重组、全球化、搜索收入、新细分市场的出现,以及设计和制造商业模式的变化,都为国防工业市场带来影响。


微电子设计和生产的全球化意味着,美国国防部门及国防工业基础越来越多地依赖外国公司提供最先进防务系统所需的组件。此外,微电子产业商业模式受到商业化和细分市场的影响,在防务系统的保障和脆弱性方面引起了越来越多的关注,带来的结果是防务系统中集成电路的设计内容实际上可能来自未知的第三方。


美国国内的特殊高性能微电子来源受到严重限制。2003年,美国防部启动“可信代工项目”,为可信组件提供受认可的供应来源。


但是,这些组件并未实现国防部所需的全部功能,许多项目人员并不知道项目可用产品。实际上,直到2012年国防部发布5200.44指令,才规定项目需要使用可信来源的微电子产品。即使现在,国防部5200.44指令仅仅要求专用集成电路才需要从可信代工来源中采购,而这些专用集成电路仅占防务系统所用微电子产品的5%左右。


许多政府项目办公室并未在合同明确要使用可信微电子产品,因此承包商没有动力去走获取可信组件的流程,况且这些流程会更加复杂和昂贵。


在《2017财年国家国防授权法案》中,美国国会指示,联邦政府要明确其在外国来源购买可信微电子产品的做法。众议院军事委员会在随后的报告中声明,国会“对国防部确保获取具有必要的可验证信任水平的尖端微电子产品的能力仍然保持关注。”


目前,美国国防部已无法在实现美国本土实现全部的微电子供应。尽管某些项目使用安全的设施和安全人员对涉密信息进行保护,同时开发用于政府所用的敏感技术,但这种方法对于集成电路技术实现的大量用途来讲,既不理想,在财务上也不可行。


美国国防部获取可信尖端微电子产品面临重大挑战,包括制造成本上升、供应链全球化和市场化趋势。这就为未来获取能够满足防务系统保障需求的美国微电子产品来源带来不确定性。


可信微电子联合工作组致力于实现政产学研良性互动

美国国家国防工业协会成立了可信微电子联合工作组,成员来自政府机构、行业组织、非盈利组织和联邦资助的研发中心等。该工作组旨在解决影响国防部获取可信微电子产品的相关问题,这些微电子产品是维持美军技术优势的所需,弥补政府研究和产业界的差距。


可信微电子联合工作组的具体目标是促进工业界和政府在微电子供应相关领域的互动交流,以确保共同关注的领域,并协作开发缓解策略。这种互动旨在通过国防工业界、大学、研究中心、政府和军事代表之间的信息交流和意见交换,确保防务系统和国家安全系统所需的可信系统获得。


在政府和工业界协作范围之内,该工作组与利益相关方和其成员的目标相一致。


该工作组首先向参与者提出以下问题:国防承包商需要何种微电子能力来维持当前和未来技术优势?有没有办法在系统大背景下量化硬件性能的价值?是否有新的具有破坏性的硬件范式?


中国对美国防务微电子工业基础的半导体投资会带来何种潜在后果?未来失去获得可信供应商基础或可信组件带来的可能影响是什么?国防工业获得商业技术有何担忧?我们可以做什么或者这要花费多少钱?


工作组探讨了使用并非国防微电子处制造的部件的保障和风险概念,实现信心和保障的推荐方法是什么?有什么限制?实施费用是多少?


此外,从未来预计的供应商基础中,包括设计方法、制造方法和新概念中获得可信防务系统组件有何选择?


在为期14个月的研究期间,参与人员多达80名,分别来自9家政府机构、28家独立的国防企业、9家非盈利组织和联邦实验室。该工作组分为4个主要团队,每个团队负责解决获取国家安全所需的可信和有保障防务微电子面面临挑战的某个关键方面。这些团队负责的领域如下:微电子技术的未来需求和系统影响;尖端技术的可信获取;可信微电子标准产品;商业半导体制造中植入信任的新方法。


这些团队分析了通过策略开发、研究倡议、标着参与、需求集合和未来需求集成,以确保防务系统半导体可用性的方法。


可信微电子联合工作组针对防务系统微电子可信问题提出建议

联合工作组的四个团队提出了以下几项主要建议:

首先是制定美国国家半导体战略。该工作组认为缺乏全面的国家半导体战略是确保获得关键的国家安全技术和美国技术竞争力的主要障碍。


该小组建议设立政府-工业-学术联盟,制定国家半导体战略计划,满足国防部需求,实现可定制目标、重点有限实现和预期成果。该计划将优先考虑尚未持续性保护的基本技术,并制定技术路线图,以确保对美国半导体工业基础的投资,并将美国国内半导体能力和预计需求联系起来。


该工作组还建议调整国防部采办实践,以适应商用市场发展。


该工作组强调国防部采办做法和商业销售优先事项之间的差异。在商用产品已被评估为可信后,工作组建议国防部应为国防项目提供新的商业产品和技术采购方法,建议开展进一步工作,以采用具有明确风险缓解措施的商用解决方案和知识产权,并制定流程来规划初始产品采购的持续需求。


国防部还必须提升市场影响力。在当今半导体消费领域,国防部半导体市场份额已大大降低至1%以下,其获得所需的微电子功能的能力也相应减少。


该工作组提出通过对获得商用产品的交流研究投资来增加国防部市场影响力,并对国防项目、其他政府办公室和工业界的需求进行整合。


该工作组的分析还阐述了开发特定项目可信计划和技术实施指南,以确定从设计到测试的产品流程中每个步骤的安全措施的价值。该指南将技术支撑的缓解措施和对策纳入安全需求因素中。这些计划可通过定义保障频谱的边界或“可信层级”水平对当前信任产品进行扩展,涵盖专用集成电路的组件类别。


工作组建议启动近期研发工作,以解决现有防务系统所需的商业技术能力的安全问题;建议政府重点关注未来技术趋势跟踪和影响,以不断发现技术更新机会和能力差距。


获取可信尖端微电子产品对维持美军技术优势至关重要。随着国外集成电路设计和制造能力在国防供应链中地位的不断提升,国防工业在获得采办和维护阶段的关键电子组件面临越来越多的挑战。


这个需求挑战需要予以解决。为军方应用开发平行、以国防为中心、完全隔离的电子产品所需的资金是无法想象的,也根本无法实现。美国防工业界必须采取措施,使其能够确保自身获得可信来源供应。


可信微电子联合工作组的四个团队各自提出建议,已改善国防部门获得防务系统至关重要的尖端、实用级和传统微电子产品和技术。


美国国家国防工业协会计划将联合工作组转变为其常设部门,以便在官方认可范围内开展工作。

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