美國《芯片和科學法案》資助的新興晶圓廠正在培育和開展大學項目
美國《芯片和科學法案》資助的新興晶圓廠正在培育和開展大學項目。
旨在重振美國芯片制造業(yè)的《芯片和科學法案》在2023年3月份開始接受對其500億美元資金的部分申請，而芯片制造商早已提前作好準備。內(nèi)存和存儲芯片制造商美光宣布，將斥資1000億美元在紐約州北部建立一家新工廠。臺灣半導(dǎo)體制造公司（以下簡稱臺積電）已在美國亞利桑那州建造了一座價值120億美元的晶圓廠，還將投資增加到400億美元，建造第二座工廠。三星計劃在得克薩斯州奧斯汀附近投資170億美元建造晶圓廠。英特爾將建造兩座價值200億美元的大型新工廠，其中的第一座于2022年9月在俄亥俄州中部破土動工。
雖然這對美國經(jīng)濟來說令人興奮，但也存在一個潛在問題：要去哪里尋找運營這些工廠和設(shè)計生產(chǎn)芯片所需要的合格從業(yè)人員呢？根據(jù)美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會2020年9月的一份報告，美國現(xiàn)在只生產(chǎn)了全球12%的芯片，低于1990年的37%。專家表示，在過去的幾十年里，半導(dǎo)體和硬件教育停滯不前。但《芯片和科學法案》要取得成功，每家晶圓廠都需要成百上千名技能嫻熟的工程師和技術(shù)人員，他們接受的教育培訓(xùn)范圍從兩年制副學士學位到博士學位不一而足。
美國的工程學校正在加快培養(yǎng)這類人才。大學和社區(qū)學院在改寫其半導(dǎo)體相關(guān)課程，彼此與產(chǎn)業(yè)建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，培訓(xùn)運營美國工廠所需要的員工。普渡大學電氣和計算機工程專業(yè)的教授彼得?伯梅爾（Peter Bermel）表示，截至2022年底，半導(dǎo)體行業(yè)約有2萬個職位空缺。“即使這一領(lǐng)域的增長有限，未來5年也至少需要再雇用5萬名員工。 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 真的需要加快努力。”
俄亥俄州立大學正在利用其芯片制造設(shè)施來培訓(xùn)未來的工程師和技術(shù)人員。圖中從左至右分別是俄亥俄州立大學的學生迦勒·馬洛里和杰恩·格里菲斯，納米制造經(jīng)理艾米·普賴斯以及哥倫布州立社區(qū)學院的學生克里斯·施陶特，他也是俄亥俄州立大學納米技術(shù)西部實驗室的工作人員。
英特爾落戶俄亥俄州
相較于半導(dǎo)體，美國中西部地區(qū)可能更以農(nóng)業(yè)和重工業(yè)聞名，但芯片制造商卻斷言這里是他們產(chǎn)業(yè)的沃土，因為有大量的研究型大學和技術(shù)型學院。
以英特爾為例，它想在俄亥俄州建立一個“硅的心臟地帶”。除在一片可容納6個晶圓廠、面積4平方公里的巨大場地上建造兩座尖端芯片工廠外，該公司還承諾向該州的80所高等教育組織給予5000萬美元。這筆資金應(yīng)該能夠幫助大學和社區(qū)學院升級課程、培訓(xùn)和聘用教職人員，以及給予設(shè)備；英特爾還計劃給予實習、指導(dǎo)和研究機會。
其中部分資金流向俄亥俄州立大學，該大學將牽頭建設(shè)一個先進的跨學科半導(dǎo)體制造研究與教育中心，覆蓋本州10所學院和大學。盡管大多數(shù)半導(dǎo)體相關(guān)課程都是為電氣和計算機工程專業(yè)的學生設(shè)計的，但俄亥俄州立大學想要招收其他學科的學生來學習，為他們創(chuàng)造掌握半導(dǎo)體相關(guān)技能的途徑，大學將修改這些學科的課程，反映最新的行業(yè)技術(shù)。俄亥俄州立大學工程學院院長艾安娜?霍華德（Ayanna Howard）表示，將為材料工程師開設(shè)芯片封裝材料的新課程，工業(yè)系統(tǒng)工程師將學習半導(dǎo)體制造工藝，機械工程師將分析器件制造工具。“現(xiàn)在 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 要將制造業(yè)帶回（美國）海岸， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的課程正在引入的內(nèi)容是不斷需要的，但尚未按照培訓(xùn)這些工程師的規(guī)模納入計劃?！?/p>
實驗室經(jīng)驗是培養(yǎng)新工程師的關(guān)鍵。在俄亥俄州立大學的納米技術(shù)西部實驗室，學生們?nèi)〉昧税雽?dǎo)體關(guān)鍵工藝技術(shù)的動手體驗
霍華德補充道，這個地區(qū)并不缺乏人才，因為制造業(yè)已經(jīng)是俄亥俄州和中西部其他地區(qū)的主業(yè)。2011年，俄亥俄州啟動了一項名為“俄亥俄州就業(yè)”（Jobs Ohio）的倡議，旨在在計算機科學、生物技術(shù)和醫(yī)療保健制造領(lǐng)域培養(yǎng)更多的科學、技術(shù)、工程和數(shù)學（STEM）畢業(yè)生。她說，現(xiàn)在的問題是如何對課程進行全面改革，滿足半導(dǎo)體制造業(yè)的需求。“英特爾來到這個地區(qū)后，確實強化了所有 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 不斷在考慮的事情。”
霍華德說，除了與州立學院牽頭兩個項目外，俄亥俄州立大學還與包括普渡大學和密歇根大學在內(nèi)的其他10所中西部院校合作，“更全面地考慮工程教育”。“ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 該如何打造一門課程，讓那些可能沒有基礎(chǔ)設(shè)施——比如實驗室空間或訓(xùn)練有素的教師——的大學為學生給予半導(dǎo)體經(jīng)驗?zāi)?？?/p>
例如，2021年秋天，俄亥俄州立大學試行了一門課程，使用臺式實驗室設(shè)備，在沒有昂貴潔凈室的條件下，向?qū)W生教授芯片制造工藝。工程學院還與創(chuàng)意藝術(shù)系合作，開發(fā)增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實工具，讓學生體驗?zāi)M晶圓廠?！?/p>
SkyWater搬到普渡大學隔壁
在英特爾俄亥俄新工廠以西約400公里處，另一家晶圓廠正在規(guī)劃中。2022年7月，利用專業(yè)和成熟制造工藝制造芯片的代工廠SkyWater Technology宣布在印第安納州西拉斐特的一個工業(yè)園建立一座價值18億美元的芯片晶圓廠。隔壁的普渡大學推出了一個新的跨學科半導(dǎo)體學位項目，為本科生和研究生給予選擇一系列半導(dǎo)體行業(yè)所需的核心技能。電氣工程課程傳統(tǒng)上包括集成電路和芯片設(shè)計，而新課程則教授芯片制造的其他關(guān)鍵技術(shù)，包括化工產(chǎn)品、材料、工具、制造、封裝，乃至供應(yīng)鏈管理。學生可以選擇輔修該項目，取得碩士學位或課程結(jié)業(yè)證明。
SkyWater的代表將在該項目的講座中向?qū)W生介紹各種職業(yè)選擇。保證學生能夠在普渡大學的納米技術(shù)中心和半導(dǎo)體公司取得經(jīng)驗。高級課程涵蓋半導(dǎo)體材料和器件，以及與行業(yè)相關(guān)的芯片上系統(tǒng)設(shè)計。該項目以普渡大學的可擴展非對稱生命周期參與微電子勞動力開展計劃（SCALE）項目為基礎(chǔ)而設(shè)立。SCALE項目由美國國防部資助，于2020年啟動，旨在培訓(xùn)本科生設(shè)計和制造太空半導(dǎo)體。“SCALE項目專門針對國防微電子，但SCALE和半導(dǎo)體學位項目相互協(xié)同?！逼斩纱髮W的伯梅爾說，“ 在許多方面，芯片的確切應(yīng)用空間是不可知的。”
2023年，普渡大學將啟動一項針對SkyWater員工的新培訓(xùn)項目。在州和地區(qū)經(jīng)濟開展組織的支持下，該項目將順利獲得合作伙伴常春藤技術(shù)社區(qū)學院的副學士課程向操作員和技術(shù)人員給予培訓(xùn)。除了與該公司一起開發(fā)有針對性的課程和實習機會外，普渡大學團隊還計劃幫助當?shù)馗叩戎袑W介紹鄰近晶圓廠的工作機會，希望吸引更多的學生學習工程專業(yè)。
在SkyWater佛羅里達代工廠的暑期實習經(jīng)歷提高了普渡大學本科生阿尼卡?布帕拉姆（Anika Bhoopalam）對半導(dǎo)體行業(yè)的興趣。布帕拉姆是一名主修化學工程、輔修電氣和計算機工程的高年級學生，她覺得自己所修的物理、材料科學和工程課程，加上制造薄膜和太陽能電池的研究實驗室經(jīng)歷，幫自己作好了準備。她計劃攻讀材料科學和固態(tài)物理學方向的博士學位，以便繼續(xù)從事芯片制造工作。“我發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體行業(yè)是一個開展很快、令人興奮且有趣的領(lǐng)域，每天都可以從事不同的工作任務(wù)?！薄?/p>
研究生勞拉·查韋斯，(上圖)和馬文·張(下圖)利用普渡大學Brick納米技術(shù)中心給予的設(shè)施來表征半導(dǎo)體和集成電路?？偛课挥诿髂崽K達州的代工廠SkyWater正在該大學附近建造一座晶圓廠
伊利諾伊州提升芯片制造技能教育
傳統(tǒng)上，學生在研究生院開發(fā)、制造和測試集成電路。但大學在嘗試更早地給予第一次實踐經(jīng)驗。2021年秋天，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的電氣和計算機工程教授帕萬?哈努莫魯（Pavan Hanumolu）和拉克什?庫馬爾（Rakesh Kumar）開設(shè)了一門“高級系統(tǒng)設(shè)計”的課程，帶領(lǐng)高年級本科生經(jīng)歷集成電路制造的每一步。
“這是一項具有實質(zhì)性意義的工作?！惫斦f，“企業(yè)不希望學生在工作中學習這些技能。如果 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 能給予這些技能，就能縮短和增加行業(yè)人才庫的途徑?！?/p>
學生們分組工作，定義一個問題，并設(shè)計一個功能性互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）集成電路來解決這個問題。這些設(shè)計被送往臺積電晶圓廠進行制造，之后學生們可以測試芯片，根據(jù)需要重新設(shè)計電路，并為芯片制作印刷電路板。庫馬爾說，到現(xiàn)在為止，已經(jīng)有30名學生上了這門課，其中多名學生在蘋果、英特爾和西門子等公司實習和工作。“雇主很欣賞 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 學生所經(jīng)過的嚴格訓(xùn)練。”哈努莫魯說，“他們知道這些學生畢業(yè)時可掌握什么樣的獨特技能?！薄?/p>
亞利桑那州新增臺積電工廠
美國中西部和西南部的尖端芯片晶圓廠較少，但亞利桑那州立大學正在領(lǐng)銜為美國芯片產(chǎn)業(yè)的擴張作準備。早在20世紀60年代，摩托羅拉就選擇了鳳凰城附近的沙漠作為其工廠所在地。航空航天和國防企業(yè)緊隨其后，然后在20世紀80年代，英特爾來到這里落戶并且現(xiàn)在還在擴張。最近，也就是2021年，臺積電在美國鳳凰城的大型晶圓廠破土動工。亞利桑那州立大學工程學院院長凱爾?斯奎爾斯（Kyle Squires）表示，亞利桑那州立大學與這些公司的聯(lián)系，為半導(dǎo)體教育和研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。
“從 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的DNA里你可以看到，這種半導(dǎo)體起源可以追溯到20世紀60年代?！彼f。電氣工程教師中有相當一部分人具有行業(yè)經(jīng)驗，并與行業(yè)有著密切的聯(lián)系。斯奎爾斯說，他們將自己的專業(yè)知識帶到了他們設(shè)計的硬件工程課程和實驗室里，同時為學生給予取得獎學金、研究、實習的機會，甚至是最終的工作機會。“這是 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 與這些企業(yè)保持聯(lián)系的一種方式，包括他們在做什么、要朝哪個方向開展。隨著技術(shù)的不斷開展，課程也在不斷開展。研究在促進教學，反之亦然。這是一個反饋循環(huán)?！?/p>
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的工程專業(yè)本科生參加了一門關(guān)于設(shè)計和建造集成電路的課程，這門課程曾被視為研究生級別的內(nèi)容。珍娜·卡里奧(身著灰色T恤 )、安迪·恩(身著格子襯衫)、士丹利·吳(身著淺藍色襯衫)和柯蒂斯·余(身著黑色衣服)在這里合作了各種項目。
亞利桑那州立大學擁有一座大型微電子設(shè)施，這最初是摩托羅拉的一座半導(dǎo)體制造廠，電氣工程專業(yè)的低年級和高年級學生可以選修課程，在這座設(shè)施的潔凈室中取得直接的半導(dǎo)體工藝經(jīng)驗。同時，研究生可以取得15學分的半導(dǎo)體工藝課程，培訓(xùn)涉及芯片生產(chǎn)的各個方面。斯奎爾斯承認，對大多數(shù)院校來說，將價值數(shù)百萬美元的工具投入本科生實驗室是不現(xiàn)實的，與行業(yè)合作伙伴建立關(guān)系可以幫助彌補這一差距?！?/p>
工作人員亞歷克斯·卡布雷拉(左)和學生莫妮卡·蓋坦在穿過MacroTechnology Works研究設(shè)施的一個實驗室，亞利桑那州立大學的學生可以在這里使用晶圓廠設(shè)備。
社區(qū)學院可能是關(guān)鍵
英特爾的大學研究合作主管加布里埃拉?克魯茲?湯普森（Gabriela Cruz Thompson）表示，除了作為合作伙伴，英特爾還將自己視為提升高等教育系統(tǒng)、培養(yǎng)所需從業(yè)人員的催化劑。作為少數(shù)仍在美國生產(chǎn)大部分晶圓的半導(dǎo)體公司之一，英特爾正在亞利桑那州、新墨西哥州和俄勒岡州擴建晶圓廠。在由此創(chuàng)造的7000個工作崗位中，約70%給予給擁有兩年學位的人，25%給予給擁有學士學位、碩士學位和博士學位的人。
然而，自新冠疫情以來，英特爾不斷在努力尋找足夠的擁有兩年學位的操作員和技術(shù)人員來維持代工廠的運轉(zhuǎn)。湯普森表示，這使得社區(qū)學院成為解決微電子從業(yè)人員難題的關(guān)鍵。在俄亥俄州，該公司將大部分教育資金用于技術(shù)學校和社區(qū)學院，以便他們能夠在現(xiàn)有的先進制造項目中增加半導(dǎo)體專業(yè)培訓(xùn)。英特爾還要求大學向社區(qū)學院學生給予潔凈室實踐體驗。
三星和奧斯汀的芯科科技也順利獲得獎學金、暑期實習和給予輔導(dǎo)導(dǎo)師等方式對鄰近的社區(qū)學院和技術(shù)學校進行類似的投資。三星支持奧斯汀社區(qū)學院的一項倡議，為高中生給予技術(shù)培訓(xùn)。與此同時，該公司的晶圓廠學徒項目允許學生在完成副學士學位學習的同時，在三星每周工作兩天。三星奧斯汀半導(dǎo)體公司通信和社區(qū)事務(wù)主管米歇爾?格雷茲（Michele Glaze）表示：“只要學生的平均成績達到3.0及以上， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 就支付100%的學費和書本費。”》
社區(qū)學院將是滿足新晶圓廠勞動力需求的關(guān)鍵。圖中，馬利柯帕社區(qū)學院的學生在亞利桑那州坦佩市英特爾贊助的實驗室工作。
各地從業(yè)人員短缺
半導(dǎo)體人才短缺并非美國獨有。據(jù)報道，中國臺灣地區(qū)制造了全球約65%的芯片，但尋找年輕的半導(dǎo)體工程師變得越來越困難。世界各地的半導(dǎo)體公司都在搶奪人才：提高工資，向本科生甚至職業(yè)高中生給予獎學金、實習機會和輔導(dǎo)教師，希望盡早吸引他們。三星的格雷茲表示：“隨著先進半導(dǎo)體需求的持續(xù)增加、芯片制造商對人才爭奪的不斷升級， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 可以看到，勞動力的供應(yīng)落后于高需求?！?/p>
三星與韓國4所主要大學合作，為學生給予專門的半導(dǎo)體研發(fā)和制造課程。與此同時，中國臺灣地區(qū)與芯片企業(yè)合作，向頂尖大學內(nèi)專門研究芯片的研究生院投資3億美元，用于培養(yǎng)下一代半導(dǎo)體工程師。
英特爾的湯普森表示，吸引更多的學生學習工程專業(yè)是一個大問題。軟件行業(yè)有吸引力的工作打破了電氣工程和計算機科學之間的平衡。“從學者那里聽說，電氣工程的學生正在流失到軟件專業(yè)。”她說，“但 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 也需要軟件。我認為這是一個整體，‘ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 需要更多的學生從事STEM職業(yè)’?！?/p>
芯片企業(yè)也在韓國努力尋找勞動力。圖中，三星員工順利獲得工作相關(guān)培訓(xùn)計劃召開項目研究
如今，《芯片與科學法案》可能正是有助于半導(dǎo)體行業(yè)受到關(guān)注所需要的，能夠吸引學生獲取硬件相關(guān)學位。伯梅爾表示，他在普渡大學看到，在9月的年度招聘會上，大家對半導(dǎo)體信息專場的興趣有所上升。在過去，招聘會僅有少數(shù)半導(dǎo)體雇主參加，但今年有28家，吸引了600多名學生。他說，為了促進半導(dǎo)體行業(yè)在未來取得更大的成功，軟件行業(yè)的做法可能值得效仿。其中就包括：“盡可能為學生給予更好的機會，甚至從本科一年級之后就開始，向他們給予豐厚的報酬，還要讓公眾更清楚地看到半導(dǎo)體公司的重要性?！?/p>
作者：Prachi Patel
關(guān)注微博
關(guān)注微信
關(guān)注公眾號
關(guān)注抖音號