美國(guó)軍用集成電路制造能力建設(shè)分析及啟示

□ 胡開(kāi)博　馮園園

美國(guó)軍用集成電路制造能力建設(shè)分析及啟示

□ 胡開(kāi)博馮園園

為建設(shè)并維持服務(wù)于武器裝備和情報(bào)系統(tǒng)的軍用集成電路工業(yè)基礎(chǔ)，使國(guó)防項(xiàng)目能夠用到不斷進(jìn)步的先進(jìn)商用工藝，同時(shí)，確保先進(jìn)工藝“可信”和老舊工藝“可獲”，美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)期、持續(xù)地扶持軍用集成電路制造能力的發(fā)展，十多年來(lái)連續(xù)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(yè)能力。

美國(guó)軍用集成電路制造相關(guān)政策措施的演進(jìn)

美國(guó)軍用集成電路制造相關(guān)政策措施的演進(jìn)大致可分為三個(gè)階段：

第一階段（2003年 2006年），建設(shè)可信代工線。國(guó)防部制定可信集成電路頂層戰(zhàn)略，提出“可信”是國(guó)防系統(tǒng)的最基本要求，要求建立可信集成電路國(guó)防工業(yè)基礎(chǔ)，并與國(guó)家安全局聯(lián)合啟動(dòng)“可信代工項(xiàng)目”，扶持IBM公司建設(shè)可信代工線。

第二階段（2007年 2011年），拓展可信認(rèn)證。對(duì)集成電路設(shè)計(jì)、掩模、生產(chǎn)、封裝、測(cè)試等全產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)商進(jìn)行認(rèn)證，增加可信代工線數(shù)量，以滿足軍方實(shí)際需求，并引入競(jìng)爭(zhēng)。

第三階段（2012年至今），構(gòu)建可信供應(yīng)體系。完善可信供應(yīng)商認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及考核制度，保障流程安全、以及供應(yīng)鏈的持續(xù)穩(wěn)定，并計(jì)劃將可信服務(wù)從集成電路拓展至更多元器件范疇。

美國(guó)軍用集成電路可信代工線管理體系

美國(guó)國(guó)防部以《國(guó)防可信集成電路戰(zhàn)略》為頂層指導(dǎo)，與國(guó)家安全局聯(lián)合實(shí)施“可信代工項(xiàng)目”，每年投資約6000多萬(wàn)美元（雙方各投50%），開(kāi)展軍用集成電路可信代工線建設(shè)和可信供應(yīng)商認(rèn)證。

組織管理

國(guó)防部與國(guó)家安全局依托可信使用項(xiàng)目辦公室（TAPO）開(kāi)展“可信代工項(xiàng)目”管理，并由其指定國(guó)防微電子中心（DMEA）開(kāi)展可信供應(yīng)商認(rèn)證?？尚攀褂庙?xiàng)目辦公室主要資助IBM可信代工線建設(shè)，并挑選必須使用可信服務(wù)的政府項(xiàng)目。國(guó)防微電子中心每年開(kāi)展兩次可信供應(yīng)商認(rèn)證，遴選優(yōu)勢(shì)可信代工線（包含自己運(yùn)行的代工線），頒發(fā)資格證書(shū)，并對(duì)除IBM以外的可信代工線進(jìn)行監(jiān)管。

運(yùn)行管理

“可信代工項(xiàng)目”實(shí)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(yè)中認(rèn)證的代工線和國(guó)防微電子中心柔性代工線。

IBM可信代工線是美軍最先進(jìn)和最重要的集成電路工藝線，“可信代工項(xiàng)目”資金絕大部分用于其升級(jí)改造和保密措施維護(hù)，IBM利用剩余產(chǎn)能，以普通商用價(jià)格提供其擁有的所有工藝、技術(shù)和服務(wù)，使國(guó)防部能夠用到不斷進(jìn)步的商用工藝。IBM工藝有效期保證持續(xù)10年，政府項(xiàng)目可以無(wú)償使用IBM所有受政府資助開(kāi)發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核和工具庫(kù)。

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

國(guó)防微電子中心柔性代工線是一條老舊工藝生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)現(xiàn)役武器裝備所需的大量老舊集成電路，尤其是已停產(chǎn)產(chǎn)品。國(guó)防微電子中心預(yù)算全部來(lái)自國(guó)防部國(guó)防后勤局，每年投入2600萬(wàn)美元用于柔性代工線建設(shè)，包括購(gòu)買(mǎi)二手商用設(shè)備、工藝授權(quán)、停產(chǎn)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(chǎn)方法等。為避免與產(chǎn)業(yè)界存在商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，該工藝線由國(guó)防微電子中心直接運(yùn)營(yíng)。

在可信代工線使用上，國(guó)防部強(qiáng)制要求“任務(wù)保障類I”國(guó)防關(guān)鍵系統(tǒng)用的專用集成電路（ASIC）必須由可信代工線生產(chǎn)。從運(yùn)行情況看，通常，信號(hào)處理、加密、射頻等硅基ASIC通過(guò)IBM可信代工線生產(chǎn)，化合物、抗輻照等芯片通過(guò)企業(yè)中認(rèn)證的代工線生產(chǎn)，市場(chǎng)上不可獲得的老舊或停產(chǎn)芯片則通過(guò)國(guó)防微電子中心柔性代工線生產(chǎn)?？尚偶呻娐樊a(chǎn)品的最終用戶主要是陸軍、海軍、空軍及情報(bào)部門(mén)。

隨著美軍裝備建設(shè)快速發(fā)展，近兩年來(lái)，部分國(guó)防部門(mén)和企業(yè)一直呼吁增大可信代工線強(qiáng)制使用的范圍，特別是要擴(kuò)大至現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）。

美國(guó)軍用集成電路能力水平現(xiàn)狀

工業(yè)基礎(chǔ)

從2010年起，美國(guó)軍用集成電路可信代工線的規(guī)模達(dá)到穩(wěn)定，維持在15 家 20家左右。截 至2015年4月，美國(guó)軍用集成電路工業(yè)基礎(chǔ)主要由2條IBM代工線，18條可信供應(yīng)商的認(rèn)證代工線，以及國(guó)防微電子中心柔性代工線構(gòu)成。

從產(chǎn)能判斷，有16家企業(yè)是美國(guó)最有實(shí)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(yè)自身的代工線，包括賽普拉斯半導(dǎo)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(tuán)所屬或管理的代工線，包括BAE系統(tǒng)公司微波電子中心、HRL實(shí)驗(yàn)室、諾斯羅普格魯曼公司宇航系統(tǒng)部等共7家，涉及除通用動(dòng)力公司之外美國(guó)所有大型軍工集團(tuán)。從地域分布看，美國(guó)最主要的16條可信代工線較均勻地分布在美國(guó)東海岸、西海岸和中部地區(qū)，具有安全的戰(zhàn)備保障布局。

技術(shù)水平

通過(guò)統(tǒng)計(jì)2013年 2015年美國(guó)軍用集成電路可信代工線認(rèn)證情況，可以總結(jié)出，其生產(chǎn)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(duì)應(yīng)代工線規(guī)模也有相應(yīng)的調(diào)整。此外，國(guó)防微電子中心柔性代工線可依據(jù)產(chǎn)品需求快速轉(zhuǎn)換工藝，工藝節(jié)點(diǎn)最高可到0.18μm。

美國(guó)軍工集成電路建設(shè)取得的效果

經(jīng)過(guò)上面講述的諸多政策措施的推動(dòng)，美國(guó)軍用集成電路制造能力建設(shè)取得了顯著的效果，主要包括以下四個(gè)方面：

一是節(jié)約了大量國(guó)防開(kāi)支，只資助IBM開(kāi)展建設(shè)，并以商用價(jià)格且沒(méi)有產(chǎn)量下限地使用IBM先進(jìn)制造能力，同時(shí)通過(guò)拓展可信認(rèn)證引入適度競(jìng)爭(zhēng)降低成本。

二是獲得安全可信的產(chǎn)品，如IBM代工線2004年 2010年為國(guó)防部提供了1萬(wàn)多片晶圓、16萬(wàn)個(gè)芯片。

三是廣泛利用民品技術(shù)，快速用于先進(jìn)裝備，如使用大量商用IP核。

四是實(shí)現(xiàn)了老舊產(chǎn)品的長(zhǎng)期保障。

美國(guó)軍用集成電路制造能力建設(shè)體現(xiàn)出的安全可控發(fā)展意識(shí)、軍工核心能力建設(shè)、技術(shù)節(jié)點(diǎn)布局、軍民融合實(shí)際做法等，也為我們自主發(fā)展集成電路提供了許多有益的啟示。

（作者單位：工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所）