回流半導體制造：應對勞動力挑戰(zhàn)(翻譯)

2022年再生半導體制造業(yè)應對勞動力挑戰(zhàn)SujaiShivakumar、CharlesWessner和ThomasHowell2022年8月9日，拜登總統(tǒng)簽署了《CHIPS和科學法案》，該法案旨在加強美國。半導體供應鏈，鼓勵投資于美國的半導體制造設施，刺激半導體研發(fā)（R&D），以及抑制美國。投資于中國的芯片制造廠。除其他事項外，該法案將在五年內(nèi)為國內(nèi)芯片制造投資提供527億美元的聯(lián)邦支出，用于貸款、貸款擔保、贈款和其他財政支持，并對美國的半導體投資提供25%的稅收抵免。在這空前的聯(lián)邦支持下，六家主要芯片制造商正在美國投資新的芯片制造設施：英特爾、三星、臺積電、GlobalFoundries、德州儀器和微光科技。該法案將在五年內(nèi)提供527億美元的聯(lián)邦支出，用于國內(nèi)芯片制造投資的貸款、貸款擔保、贈款和其他財政支持。尋找施工工人和工廠經(jīng)營者這對美國來說是個好消息。從許多角度看經(jīng)濟。然而，雖然這些項目中的一些項目已經(jīng)破土動工，但它們面臨著一個重大挑戰(zhàn)：建造新設施所需的建筑工人短缺，以及缺乏合格的工人來管理這些設施。在亞利桑那州，一個主要的例證是，TSMC和英特爾(Intel)競相建造新的晶圓廠，同時爭奪美國最緊張的稀缺工人。幾十年來的勞動力市場。戰(zhàn)略與國際研究中心半導體再生制造|半導體再生制造|目前有六千名建筑工人參與建設臺積電在亞利桑那州的新工廠，但該公司原計劃在2022年9月開始安裝設備。該公司現(xiàn)在表示，由于施工延誤，該日期將推遲到2023年第一季度。俄亥俄州的情況類似，英特爾正在哥倫布附近的兩個工地上建造新的工廠，需要7000名建筑工人——勞工領袖和州官員堅稱俄亥俄州中部沒有這樣的勞動力。建筑工人短缺的范圍是全國性的，不僅受到新芯片投資的推動，還受到《202T基礎設施投資和就業(yè)法案》(202TInfrastructureInvestmentandJobsAct)的推動，最近還受到《減少通貨膨脹法案》(7390億美元)的推動，該法案導致“對許多市場中根本不存在的大量建筑工人的需求”。他們面臨著一項重大挑戰(zhàn)：建造新設施所需的建筑工人短缺，管理這些設施的合格工人短缺。雖然目前建筑工人短缺建造新的工廠給美國帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。為了重塑半導體制造業(yè)，這個問題被長期問題掩蓋了，即一旦新制造廠建成，工人將在哪里找到員工。雖然半導體制造是高度自動化的工藝，但每個制造廠需要數(shù)百名熟練工人，在某些情況下超過一千人。美國。芯片制造商已經(jīng)在努力解決人才短缺問題，根據(jù)某些估計，當新美國成立時。目前正在計劃建造的晶圓廠投入生產(chǎn)，還需要70,000至90,000名晶圓廠工人。一些人認為，如果美國要尋求在芯片上實現(xiàn)自給自足，這個數(shù)字將增加到約30萬。半導體制造需要多種高度專業(yè)化的技能。埃森哲半導體業(yè)務全球主管賽義德·阿拉姆(SayedAlam)表示，“對于一些先進的硅技術工作，你需要材料科學和電氣工程博士學位；對于制造和其他事情，你需要電氣工程師；然后，你還需要很多從事軟件工作的人，或者作為印刷技師、工廠主管或工廠機器操作員?！蹦壳埃诿绹?。半導體行業(yè)，幾乎所有工作類別中都存在“技能差距”。正如一家芯片初創(chuàng)公司CEO所言，“這并不像是缺少特定類型的人或功能。這是全面的。”芯片制造技能差距在制造中長期存在。在過去的幾十年里，美國有很多。芯片制造轉(zhuǎn)移到海外或外包給亞洲的鑄造廠。結(jié)果，美國的芯片制造能力得到了提升。勞動力已經(jīng)減少。目前，芯片制造是許多美國人不知道的職業(yè)道路。2022年，亞利桑那州的一位人力資源主管觀察到，“對于潛在的新兵，人們會說‘半導體制造’，就像你有兩個頭一樣。只是不熟悉而已?！北M管美國保留了一些半導體制造業(yè)——約占世界總量的2%——但美國卻保留了一些半導體制造業(yè)。目前臺灣和韓國的生產(chǎn)商擁有領先優(yōu)勢，生產(chǎn)落后了幾代人。在大多數(shù)情況下，最先進的芯片制造工藝的專門技能存在于美國之外。美國。目前臺灣和韓國的生產(chǎn)商擁有領先優(yōu)勢，生產(chǎn)落后了幾代人。人才短缺和競爭：全球關注半導體制造業(yè)人才短缺不僅僅是美國。這一現(xiàn)象——其范圍是全球性的，甚至影響到臺灣和韓國的領先生產(chǎn)商。臺灣擁有世界上最先進的半導體制造設施，據(jù)報道，202T第四季度，臺灣的芯片制造工人人數(shù)超過3萬人，比2020年第二季度增加了77%。韓國半導體行業(yè)預計在未來十年內(nèi)將出現(xiàn)至少3萬名熟練工人的短缺，國內(nèi)大學的畢業(yè)生人數(shù)不到滿足行業(yè)需求所需畢業(yè)生人數(shù)的一半。中國成為全球半導體行業(yè)主要競爭力的努力正因熟練半導體工人的極端短缺而受挫；最近的一項大學研究發(fā)現(xiàn)，工人的短缺超過30萬，而且正在惡化。日本的主要半導體制造商警告政府，該國熟練工人的短缺正在危及目前振興國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)的努力，理由是需要在未來十年內(nèi)再招聘3.5萬名工程師。歐洲面臨著類似的問題。歐洲半導體高管亨里克·施多德(HenrykSchoder)表示，“人才短缺是歐洲和全球半導體行業(yè)增長的最大挑戰(zhàn)?！惫と硕倘钡慕Y(jié)果是半導體工程師和技術人員的全球競爭加劇。據(jù)報道，臺灣臺積電目前是最先進的芯片制造商，正在美國、印度、加拿大、日本和歐洲的勞動力市場上搜尋有經(jīng)驗的半導體工人。與此同時，TSMC正在努力避免中國半導體公司針對自己的員工進行激進的招聘。在20T9和2020年，中國半導體公司成功地聘用了TOO資深TSMC工程師和經(jīng)理。在臺灣，政府和十多家大型半導體公司已承諾在未來TO年投資3億美元，為半導體行業(yè)創(chuàng)建研究生課程。臺灣四所頂尖大學已向教育部申請設立新的芯片學校，此后預計會有更多的學校。預計這些學校將從私營部門籌集資金，政府國家發(fā)展基金將與私人資金相匹配。第一所新學校是在國家楊明橋東大學的贊助下設立的，將獨立于大學系統(tǒng)運作，以吸引更多頂尖教授和行業(yè)高管擔任教員。該機構將像一所成功的醫(yī)學院一樣運作，將研究和臨床經(jīng)驗結(jié)合起來。同樣，面對支持半導體工業(yè)的工人嚴重短缺，中國正在建立新的微電子學校和項目。中國領先的學術機構清華大學于202T成立了專門的芯片學院來培訓半導體工程師。北京大學是北京的一所重點大學，最近還開設了第一所集成電路學校。美國消息來源。強度雖然芯片制造人才短缺是一個嚴重的全球問題，IT是一個挑戰(zhàn)，因為如果能夠有效利用其資產(chǎn)和資源，UnIT所在國就比較有能力克服這個問題。至關重要的是，美國擁有世界上最好的研究大學體系，其中許多大學已經(jīng)提供課程并開展與半導體制造直接相關的研究。美國有一些優(yōu)秀的社區(qū)學院，提供課程和培訓方案，旨在為畢業(yè)生提供進入半導體制造業(yè)所需的技能。《CHIPS和科學法》為半導體研究和培訓提供了逾T30億美元的聯(lián)邦資金，包括為國家半導體技術中心和國防部建立一個以大學為基礎的微電子公域的方案提供資金，這兩個公域都具有強大的教育和培訓層面。該法還向國家科學基金會撥款2億美元，用于微電子學教育和培訓。美國。半導體工業(yè)早就證明，IT準備在相關研究方面進行大量持續(xù)投資，特別是通過半導體研究公司未來工業(yè)需要與政府合作，以確保提供訓練有素的工程師來支持美國。在芯片研究和制造方面的競爭力。重要的是，盡管簽證限制繁重，但美國仍是擁有芯片制造技能的外國工程師和科學家最喜愛的目的地。大學課程與產(chǎn)業(yè)合作美國。研究型大學在發(fā)展和提供與半導體工業(yè)的需要相關的課程和研究協(xié)作方面有著悠久的歷史。美國早期的成功。斯坦福大學電氣工程系對芯片行業(yè)給予了相當大的推動，該系在第一批設備在T96T上市后不久就開設了集成電路設計和制造課程，并在其教職工中增加了來自領先公司的工程師，以確保其課程目前的相關性。大學與產(chǎn)業(yè)研究合作一直是美國人才的主要來源。芯片工業(yè)至今。目前，為了應對人才短缺和《兒童和科學法》中的資金激勵措施，正在采取一些新的大學舉措：2022年，普渡大學(PurdueUniversity)啟動了其半導體學位項目，將在半導體行業(yè)的所有關鍵工序——化學品和材料、工具、設計、制造、包裝和供應鏈管理——提供本科學位和碩士及研究生證書。這是全國首個此類項目。在2020年，紐約州立大學(SUNY)宣布了一系列全面的倡議，該大學已經(jīng)是世界領先的應用芯片研發(fā)和教育中心之一支持美國的半導體制造。紐約州立大學(SUNY)正在計劃大幅擴大教育和培訓方案，以表彰“需要為日益增長的半導體行業(yè)培訓更多受過更多教育的學生，特別是在紐約州，該戰(zhàn)略的核心是盡早向更多紐約人提供微電子和半導體制造方面的機會和教育。”德克薩斯大學奧斯汀分校(UniversityofTexasatAustin)正提議領導德克薩斯電子學院(TexasInstituteforElectronics，TIE)，這是一個公私伙伴關系，讓全州的半導體和國防電子公司、國家實驗室和T3學術機構參與，“將領先的半導體制造業(yè)恢復到美國本土”。該倡議將在學術網(wǎng)站建立研究工廠，包括滿足國防電子制造商需求的安全工廠和支持商業(yè)芯片行業(yè)需求的創(chuàng)新工廠。在英特爾宣布計劃在俄亥俄州建設兩個主要的半導體制造廠之后，俄亥俄州、印第安納州和密歇根州的11個研究機構加入了中西部地區(qū)網(wǎng)絡，以解決半導體和微電子領域的國家需求，該網(wǎng)絡將在與行業(yè)相關的研究和“人才開發(fā)”方面進行合作，以滿足英特爾和其他半導體公司的勞動力需求。其中之一的賴特州立大學(WrightStateUniversity)正在發(fā)起一項英特爾倡議，旨在“協(xié)調(diào)整個大學的學術項目，幫助該公司提供熟練的勞動力，包括英特爾的實習和合作”。盡管這些大學倡議很有希望，但它們不太可能在短期內(nèi)產(chǎn)生所需的訓練有素的科學家和工程師。尤其需要有針對性的移民，以幫助美國從其他國家獲得受過高等教育的研究人員和工程師。正如研究人員WillHunt和RemcoZwetsloot指出的，“為了給登陸者最好的成功機會，登陸IT國家還必須在岸上培養(yǎng)其競爭所需的STEM人才。”大學面臨的主要障礙盡管美國擁有無價的國家資源和戰(zhàn)略資產(chǎn)。研究型大學表明，這些機構在培養(yǎng)一支具有必要人數(shù)和技能組合的勞動力隊伍以使美國能夠重新獲得半導體制造領域的世界領導地位方面面臨若干障礙：過時的方案。美國。培訓學生從事先進半導體制造職業(yè)所需的學術課程由相關和過時的課程組合組成，應當加以修訂，以適應行業(yè)需要。學生太少了。沒有足夠的學生進入與半導體制造相關的學術期刊。老化學院和設備。正如美國半導體學院倡議和半導體設備與材料研究所（SEMI）基金會的一份報告所述，“培訓方案面臨著教員和教員老齡化和基礎設施（設施和設備、消耗品、實驗室操作/維護、模擬和設計軟件）高成本的問題?！焙苌儆信嘤栐O施。只有少數(shù)的美國人。大學擁有足夠精密的現(xiàn)場芯片制造設施，使學生能夠在工廠環(huán)境中獲得實用的芯片制造經(jīng)驗。此外，這些部門在全國分布不均，限制了許多大學課程提供這種實際學習經(jīng)驗的能力。在美國只有一個大學網(wǎng)站，那里有最先進的300毫米制造設施：紐約州立大學的奧爾巴尼納米技術綜合體(AlbanyNanotechComplex)，是紐約州立大學的納米科學與工程學院的所在地。將一個大學晶圓廠升級到200毫米晶圓——落后于300毫米的一代——最初將花費8000萬美元，之后每年花費8000萬美元，對許多學術機構來說，這種規(guī)模的投資是不可能的。勞動力競爭。美國大型。谷歌(Google)和亞馬遜(Amazon)等科技公司正在爭取工程專業(yè)畢業(yè)生編寫軟件，從而減少了進入半導體領域的人數(shù)。訪問受限。一些美國。美國人口在歷史上代表性不足。大學科學和工程課程，包括與半導體制造相關的教育途徑。社區(qū)學院的關鍵作用最近在紐約馬耳他對GlobalFoundries工廠進行的一項研究發(fā)現(xiàn)，近三分之二的勞動力包括在潔凈室工作和運營設施的技術人員和運營者，以及運營工廠公用事業(yè)——水、暖通空調(diào)、供暖、電力、冷卻和基礎設施其他方面的技術人員。這些工作不一定要求擁有四年制大學學位的個人，但他們確實要求具備個人素質(zhì)，如身體耐力、在團隊中工作的能力、對細節(jié)的關注、動機、數(shù)學和計算機熟練程度以及各種專業(yè)技能。該地區(qū)的社區(qū)學院已經(jīng)接受了這一挑戰(zhàn)，提供了越來越多的兩年制學位課程和培訓項目，旨在使工人有資格從事半導體制造業(yè)的職業(yè)。紐約特洛伊的哈德遜河谷社區(qū)學院(HVCC)自2005年以來一直提供兩年制半導體學位課程，20T0年開設了TEC-SMART，這是一個擴展中心，利用模擬300毫米晶圓制造廠的操作的制造設備的微型版本，培訓半導體制造和支持機械系統(tǒng)的學生。哈德遜河谷社區(qū)學院（HVCC）最近啟動了一項耗資2.5億美元的TEC-SMART網(wǎng)站擴建。哈德遜河谷社區(qū)學院（HVCC）還提供非學位要求的技術指導課程，以支持創(chuàng)新性的注冊學徒計劃，在全球鑄造技術員由美國國家創(chuàng)新和技術研究所提供的獨家美國。勞動部學徒辦公室（USDOL-OA）合同建立和擴大注冊學徒在整個半導體部門和納米技術相關行業(yè)。附近Schenetady社區(qū)學院(SCC)在2006年推出了一個納米材料技術副學位課程，對高科技制造業(yè)的學生進行培訓。該區(qū)域的其他社區(qū)學院也推出了與芯片制造職業(yè)有關的課程和培訓方案。隨著美國芯片投資的新浪潮，社區(qū)學院將在解決占芯片制造廠勞動力大部分的工人的技能差距方面發(fā)揮關鍵作用。社區(qū)學院面臨的主要障礙與大學一樣，社區(qū)學院在應對這一挑戰(zhàn)方面面臨若干障礙：人才流失管道。通常，不存在有效的人才管道來將社區(qū)學院與構成半導體制造勞動力的大部分的各種技術人員和操作員職位連接。盡管舉行了招聘會、面試、求職網(wǎng)站和其他傳統(tǒng)機制，但目前沒有有效的辦法來滿足芯片制造商與具備必要技能組合的求職者的具體需求。需要采取新的辦法，幸運的是現(xiàn)在正在進行——見下文——但挑戰(zhàn)很多。STEM準備不足。哈德遜河谷社區(qū)學院(HVCC)是最成功的社區(qū)大學半導體教育項目之一，盡管畢業(yè)后獲得高薪就業(yè)的可能性很大，但它在填補其半導體制造課程方面長期遇到困難，大量學生在完成課程之前輟學。一些觀察家將這種現(xiàn)象歸因于STEM教育中的弱點，這些弱點使得IT學生難以滿足這類項目的要求。規(guī)模不夠。相對于制造商的勞動力需求，社區(qū)學院半導體項目太小。例如，IT在2011年開始運營后的十年里，GlobalFoundries每年需要招聘大約300名工人，以跟上營業(yè)額的步伐。當時，哈德遜谷社區(qū)學院(HudsonValleyCommunityCollege,HVCC)的半導體制造項目——紐約州最重要的社區(qū)大學芯片制造項目——每年將約12名學生畢業(yè)，并非所有人都在GlobalFoundries工作。鑒于芯片制造商設想在美國進行大規(guī)模新投資，社區(qū)學院一級的擴大需求現(xiàn)在更加緊迫。在俄亥俄州，據(jù)報道，英特爾的新工廠將需要3000名工人，洛蘭縣社區(qū)學院(LorainCountyCommunityCollege)提供微電子機械系統(tǒng)(MEMS)方面的一個備受推崇的助學士學位和學士學位，該學院設有三個教室潔凈室，支持制造模擬。然而，在2022年，即將畢業(yè)的機械系統(tǒng)(MEMS)學士學位課程只有四名學生——洛蘭在俄亥俄州提供了唯一的機械系統(tǒng)(MEMS)課程。需要靈活更新課程。半導體制造業(yè)技術進步的迅速步伐要求社區(qū)學院經(jīng)常更新課程，以便與技術人員和運營商的具體行業(yè)要求保持相關。雖然一個問題在于如何讓行業(yè)參與確保課程表反映快速變化的部門的工作要求，但在一些州(例如紐約)，新課程的創(chuàng)建可能需要州一級的多次批準，并可能陷入官僚監(jiān)督之中。新項目遲遲得不到批準，大學無法招收未經(jīng)批準的學生。使培訓跟上不斷變化的行業(yè)需要可能需要修改大學管理，或者更可能需要建立以半導體制造的獨特需要為重點的平行機構。在紐約，在大學主持下，建立更加獨立運作的基金會證明非常有效。如果使用得當，CHIPS和科學法案的資金可以成為鼓勵大學和社區(qū)學院進行體制創(chuàng)新的有力杠桿。國家范圍的合作美國面臨上述挑戰(zhàn)。目前正在國家一級通過一些工業(yè)-政府-學術界合作處理支持芯片制造的教育和培訓基礎設施?！禖HIPS和科學法案》正在為這些舉措增加動力；麻省理工學院的一名工程學教授評論說，“沒有哪所對微電子學有濃厚興趣的理智大學能勝任?！卑雽w研究公司的作用雖然IT現(xiàn)在還不能說這些IT的新品種是否會成功，但值得注意的是，就半導體而言，工業(yè)、學術界和政府有著在國家層面就勞動力發(fā)展成功合作的悠久傳統(tǒng)。如前所述，半導體工業(yè)協(xié)會(SIA)在T982中決定率先成立半導體研究公司(SRC)，這是一個財團，負責引導行業(yè)資金用于與行業(yè)需求相關的長期大學研究。聯(lián)邦政府隨后提供了相應的資金。自成立以來，半導體研究公司（SRC）贊助了超過6,000名本科和研究生研究學者，大大加強了這個國家在這個關鍵行業(yè)的勞動力。美國半導體學院倡議向前邁出的一大步，2022年2月，美國半導體學院(ASA)倡議與半導體設備與材料研究所(SEMI)聯(lián)合發(fā)起，在美國200多名教師中建立一個全國合作教育網(wǎng)絡。大學和社區(qū)學院從事半導體教育和研究。美國半導體學院（ASA）尋求建立一個勞動力教育和培訓網(wǎng)絡，以縮小微電子人才差距。這項工作的主要方面包括：改進課程。與半導體行業(yè)合作，在集成電路和系統(tǒng)、半導體材料和器件以及微加工方面建立一個最新和全面的課程，在整個美國半導體學院（ASA）網(wǎng)絡中共享，這將有助于確保學生獲得他們在半導體行業(yè)職業(yè)生涯所需的教育。學徒。在美國半導體學院（ASA）三個全國性地區(qū)的指定大學中心提供半導體、集成電路、微加工和芯片加工工具方面的實踐培訓，將進一步加強勞動力教育。每個中心都將配備設備和人員來支持這一培訓，這些培訓將向完成美國半導體學院（ASA）所需課程的學生提供。原型。大學樞紐的原型服務對于創(chuàng)新材料、工藝和設備來說至關重要，以展示其在大批量制造方面的優(yōu)點和適用性，從而加速“從實驗室到制造廠”的運動。國家人才管道發(fā)展倡議勞工部在人才挑戰(zhàn)方面采取了早期行動，并幫助啟動了一個成功的項目，其優(yōu)點是電子化。該方案被稱為國家創(chuàng)新和技術研究所(NUT)，提供全面的國家戰(zhàn)略和基礎設施，以發(fā)展半導體工業(yè)所需的熟練勞動力。為了將必要的基礎設施和相關的教育和培訓方案擴大到國家一級，NIIT與州和地方利益攸關方合作，利用現(xiàn)有方案、資源和基礎設施。這一舉措通過注重現(xiàn)有的內(nèi)容，正在幫助釋放資源，以便能夠更迅速地部署一種行之有效的辦法。在國家科學基金會先進技術教育（NSF-ATE）項目的資助下，NIIT建立了國家人才樞紐（NationalTalentHub），這是一個吸引、建設和連接戰(zhàn)略性技術產(chǎn)業(yè)人才管道的門戶。這一創(chuàng)新辦法的主要特點包括：國家首個半導體能力標準。半導體能力標準（SCS）是在行業(yè)全面參與的情況下制定的，它提供了來自雇主的動態(tài)、實時的信號，以確保課程與工作要求保持一致。課程整合過程。這個過程使培訓和教育課程的內(nèi)容符合最新的行業(yè)要求。技能評估和機會制圖。這允許個人評估其技能，以便詳細確定其與工作的一致性，并確定能夠彌補其技能差