回流半导体制造：应对劳动力挑战(翻译)

2022年再生半导体制造业应对劳动力挑战SujaiShivakumar、CharlesWessner和ThomasHowell2022年8月9日，拜登总统签署了《CHIPS和科学法案》，该法案旨在加强美国。半导体供应链，鼓励投资于美国的半导体制造设施，刺激半导体研发（R&D），以及抑制美国。投资于中国的芯片制造厂。除其他事项外，该法案将在五年内为国内芯片制造投资提供527亿美元的联邦支出，用于贷款、贷款担保、赠款和其他财政支持，并对美国的半导体投资提供25%的税收抵免。在这空前的联邦支持下，六家主要芯片制造商正在美国投资新的芯片制造设施：英特尔、三星、台积电、GlobalFoundries、德州仪器和微光科技。该法案将在五年内提供527亿美元的联邦支出，用于国内芯片制造投资的贷款、贷款担保、赠款和其他财政支持。寻找施工工人和工厂经营者这对美国来说是个好消息。从许多角度看经济。然而，虽然这些项目中的一些项目已经破土动工，但它们面临着一个重大挑战：建造新设施所需的建筑工人短缺，以及缺乏合格的工人来管理这些设施。在亚利桑那州，一个主要的例证是，TSMC和英特尔(Intel)竞相建造新的晶圆厂，同时争夺美国最紧张的稀缺工人。几十年来的劳动力市场。战略与国际研究中心半导体再生制造|半导体再生制造|目前有六千名建筑工人参与建设台积电在亚利桑那州的新工厂，但该公司原计划在2022年9月开始安装设备。该公司现在表示，由于施工延误，该日期将推迟到2023年第一季度。俄亥俄州的情况类似，英特尔正在哥伦布附近的两个工地上建造新的工厂，需要7000名建筑工人——劳工领袖和州官员坚称俄亥俄州中部没有这样的劳动力。建筑工人短缺的范围是全国性的，不仅受到新芯片投资的推动，还受到《202T基础设施投资和就业法案》(202TInfrastructureInvestmentandJobsAct)的推动，最近还受到《减少通货膨胀法案》(7390亿美元)的推动，该法案导致“对许多市场中根本不存在的大量建筑工人的需求”。他们面临着一项重大挑战：建造新设施所需的建筑工人短缺，管理这些设施的合格工人短缺。虽然目前建筑工人短缺建造新的工厂给美国带来了严峻的挑战。为了重塑半导体制造业，这个问题被长期问题掩盖了，即一旦新制造厂建成，工人将在哪里找到员工。虽然半导体制造是高度自动化的工艺，但每个制造厂需要数百名熟练工人，在某些情况下超过一千人。美国。芯片制造商已经在努力解决人才短缺问题，根据某些估计，当新美国成立时。目前正在计划建造的晶圆厂投入生产，还需要70,000至90,000名晶圆厂工人。一些人认为，如果美国要寻求在芯片上实现自给自足，这个数字将增加到约30万。半导体制造需要多种高度专业化的技能。埃森哲半导体业务全球主管赛义德·阿拉姆(SayedAlam)表示，“对于一些先进的硅技术工作，你需要材料科学和电气工程博士学位；对于制造和其他事情，你需要电气工程师；然后，你还需要很多从事软件工作的人，或者作为印刷技师、工厂主管或工厂机器操作员。”目前，在美国。半导体行业，几乎所有工作类别中都存在“技能差距”。正如一家芯片初创公司CEO所言，“这并不像是缺少特定类型的人或功能。这是全面的。”芯片制造技能差距在制造中长期存在。在过去的几十年里，美国有很多。芯片制造转移到海外或外包给亚洲的铸造厂。结果，美国的芯片制造能力得到了提升。劳动力已经减少。目前，芯片制造是许多美国人不知道的职业道路。2022年，亚利桑那州的一位人力资源主管观察到，“对于潜在的新兵，人们会说‘半导体制造’，就像你有两个头一样。只是不熟悉而已。”尽管美国保留了一些半导体制造业——约占世界总量的2%——但美国却保留了一些半导体制造业。目前台湾和韩国的生产商拥有领先优势，生产落后了几代人。在大多数情况下，最先进的芯片制造工艺的专门技能存在于美国之外。美国。目前台湾和韩国的生产商拥有领先优势，生产落后了几代人。人才短缺和竞争：全球关注半导体制造业人才短缺不仅仅是美国。这一现象——其范围是全球性的，甚至影响到台湾和韩国的领先生产商。台湾拥有世界上最先进的半导体制造设施，据报道，202T第四季度，台湾的芯片制造工人人数超过3万人，比2020年第二季度增加了77%。韩国半导体行业预计在未来十年内将出现至少3万名熟练工人的短缺，国内大学的毕业生人数不到满足行业需求所需毕业生人数的一半。中国成为全球半导体行业主要竞争力的努力正因熟练半导体工人的极端短缺而受挫；最近的一项大学研究发现，工人的短缺超过30万，而且正在恶化。日本的主要半导体制造商警告政府，该国熟练工人的短缺正在危及目前振兴国内半导体产业的努力，理由是需要在未来十年内再招聘3.5万名工程师。欧洲面临着类似的问题。欧洲半导体高管亨里克·施多德(HenrykSchoder)表示，“人才短缺是欧洲和全球半导体行业增长的最大挑战。”工人短缺的结果是半导体工程师和技术人员的全球竞争加剧。据报道，台湾台积电目前是最先进的芯片制造商，正在美国、印度、加拿大、日本和欧洲的劳动力市场上搜寻有经验的半导体工人。与此同时，TSMC正在努力避免中国半导体公司针对自己的员工进行激进的招聘。在20T9和2020年，中国半导体公司成功地聘用了TOO资深TSMC工程师和经理。在台湾，政府和十多家大型半导体公司已承诺在未来TO年投资3亿美元，为半导体行业创建研究生课程。台湾四所顶尖大学已向教育部申请设立新的芯片学校，此后预计会有更多的学校。预计这些学校将从私营部门筹集资金，政府国家发展基金将与私人资金相匹配。第一所新学校是在国家杨明桥东大学的赞助下设立的，将独立于大学系统运作，以吸引更多顶尖教授和行业高管担任教员。该机构将像一所成功的医学院一样运作，将研究和临床经验结合起来。同样，面对支持半导体工业的工人严重短缺，中国正在建立新的微电子学校和项目。中国领先的学术机构清华大学于202T成立了专门的芯片学院来培训半导体工程师。北京大学是北京的一所重点大学，最近还开设了第一所集成电路学校。美国消息来源。强度虽然芯片制造人才短缺是一个严重的全球问题，IT是一个挑战，因为如果能够有效利用其资产和资源，UnIT所在国就比较有能力克服这个问题。至关重要的是，美国拥有世界上最好的研究大学体系，其中许多大学已经提供课程并开展与半导体制造直接相关的研究。美国有一些优秀的社区学院，提供课程和培训方案，旨在为毕业生提供进入半导体制造业所需的技能。《CHIPS和科学法》为半导体研究和培训提供了逾T30亿美元的联邦资金，包括为国家半导体技术中心和国防部建立一个以大学为基础的微电子公域的方案提供资金，这两个公域都具有强大的教育和培训层面。该法还向国家科学基金会拨款2亿美元，用于微电子学教育和培训。美国。半导体工业早就证明，IT准备在相关研究方面进行大量持续投资，特别是通过半导体研究公司未来工业需要与政府合作，以确保提供训练有素的工程师来支持美国。在芯片研究和制造方面的竞争力。重要的是，尽管签证限制繁重，但美国仍是拥有芯片制造技能的外国工程师和科学家最喜爱的目的地。大学课程与产业合作美国。研究型大学在发展和提供与半导体工业的需要相关的课程和研究协作方面有着悠久的历史。美国早期的成功。斯坦福大学电气工程系对芯片行业给予了相当大的推动，该系在第一批设备在T96T上市后不久就开设了集成电路设计和制造课程，并在其教职工中增加了来自领先公司的工程师，以确保其课程目前的相关性。大学与产业研究合作一直是美国人才的主要来源。芯片工业至今。目前，为了应对人才短缺和《儿童和科学法》中的资金激励措施，正在采取一些新的大学举措：2022年，普渡大学(PurdueUniversity)启动了其半导体学位项目，将在半导体行业的所有关键工序——化学品和材料、工具、设计、制造、包装和供应链管理——提供本科学位和硕士及研究生证书。这是全国首个此类项目。在2020年，纽约州立大学(SUNY)宣布了一系列全面的倡议，该大学已经是世界领先的应用芯片研发和教育中心之一支持美国的半导体制造。纽约州立大学(SUNY)正在计划大幅扩大教育和培训方案，以表彰“需要为日益增长的半导体行业培训更多受过更多教育的学生，特别是在纽约州，该战略的核心是尽早向更多纽约人提供微电子和半导体制造方面的机会和教育。”德克萨斯大学奥斯汀分校(UniversityofTexasatAustin)正提议领导德克萨斯电子学院(TexasInstituteforElectronics，TIE)，这是一个公私伙伴关系，让全州的半导体和国防电子公司、国家实验室和T3学术机构参与，“将领先的半导体制造业恢复到美国本土”。该倡议将在学术网站建立研究工厂，包括满足国防电子制造商需求的安全工厂和支持商业芯片行业需求的创新工厂。在英特尔宣布计划在俄亥俄州建设两个主要的半导体制造厂之后，俄亥俄州、印第安纳州和密歇根州的11个研究机构加入了中西部地区网络，以解决半导体和微电子领域的国家需求，该网络将在与行业相关的研究和“人才开发”方面进行合作，以满足英特尔和其他半导体公司的劳动力需求。其中之一的赖特州立大学(WrightStateUniversity)正在发起一项英特尔倡议，旨在“协调整个大学的学术项目，帮助该公司提供熟练的劳动力，包括英特尔的实习和合作”。尽管这些大学倡议很有希望，但它们不太可能在短期内产生所需的训练有素的科学家和工程师。尤其需要有针对性的移民，以帮助美国从其他国家获得受过高等教育的研究人员和工程师。正如研究人员WillHunt和RemcoZwetsloot指出的，“为了给登陆者最好的成功机会，登陆IT国家还必须在岸上培养其竞争所需的STEM人才。”大学面临的主要障碍尽管美国拥有无价的国家资源和战略资产。研究型大学表明，这些机构在培养一支具有必要人数和技能组合的劳动力队伍以使美国能够重新获得半导体制造领域的世界领导地位方面面临若干障碍：过时的方案。美国。培训学生从事先进半导体制造职业所需的学术课程由相关和过时的课程组合组成，应当加以修订，以适应行业需要。学生太少了。没有足够的学生进入与半导体制造相关的学术期刊。老化学院和设备。正如美国半导体学院倡议和半导体设备与材料研究所（SEMI）基金会的一份报告所述，“培训方案面临着教员和教员老龄化和基础设施（设施和设备、消耗品、实验室操作/维护、模拟和设计软件）高成本的问题。”很少有培训设施。只有少数的美国人。大学拥有足够精密的现场芯片制造设施，使学生能够在工厂环境中获得实用的芯片制造经验。此外，这些部门在全国分布不均，限制了许多大学课程提供这种实际学习经验的能力。在美国只有一个大学网站，那里有最先进的300毫米制造设施：纽约州立大学的奥尔巴尼纳米技术综合体(AlbanyNanotechComplex)，是纽约州立大学的纳米科学与工程学院的所在地。将一个大学晶圆厂升级到200毫米晶圆——落后于300毫米的一代——最初将花费8000万美元，之后每年花费8000万美元，对许多学术机构来说，这种规模的投资是不可能的。劳动力竞争。美国大型。谷歌(Google)和亚马逊(Amazon)等科技公司正在争取工程专业毕业生编写软件，从而减少了进入半导体领域的人数。访问受限。一些美国。美国人口在历史上代表性不足。大学科学和工程课程，包括与半导体制造相关的教育途径。社区学院的关键作用最近在纽约马耳他对GlobalFoundries工厂进行的一项研究发现，近三分之二的劳动力包括在洁净室工作和运营设施的技术人员和运营者，以及运营工厂公用事业——水、暖通空调、供暖、电力、冷却和基础设施其他方面的技术人员。这些工作不一定要求拥有四年制大学学位的个人，但他们确实要求具备个人素质，如身体耐力、在团队中工作的能力、对细节的关注、动机、数学和计算机熟练程度以及各种专业技能。该地区的社区学院已经接受了这一挑战，提供了越来越多的两年制学位课程和培训项目，旨在使工人有资格从事半导体制造业的职业。纽约特洛伊的哈德逊河谷社区学院(HVCC)自2005年以来一直提供两年制半导体学位课程，20T0年开设了TEC-SMART，这是一个扩展中心，利用模拟300毫米晶圆制造厂的操作的制造设备的微型版本，培训半导体制造和支持机械系统的学生。哈德逊河谷社区学院（HVCC）最近启动了一项耗资2.5亿美元的TEC-SMART网站扩建。哈德逊河谷社区学院（HVCC）还提供非学位要求的技术指导课程，以支持创新性的注册学徒计划，在全球铸造技术员由美国国家创新和技术研究所提供的独家美国。劳动部学徒办公室（USDOL-OA）合同建立和扩大注册学徒在整个半导体部门和纳米技术相关行业。附近Schenetady社区学院(SCC)在2006年推出了一个纳米材料技术副学位课程，对高科技制造业的学生进行培训。该区域的其他社区学院也推出了与芯片制造职业有关的课程和培训方案。随着美国芯片投资的新浪潮，社区学院将在解决占芯片制造厂劳动力大部分的工人的技能差距方面发挥关键作用。社区学院面临的主要障碍与大学一样，社区学院在应对这一挑战方面面临若干障碍：人才流失管道。通常，不存在有效的人才管道来将社区学院与构成半导体制造劳动力的大部分的各种技术人员和操作员职位连接。尽管举行了招聘会、面试、求职网站和其他传统机制，但目前没有有效的办法来满足芯片制造商与具备必要技能组合的求职者的具体需求。需要采取新的办法，幸运的是现在正在进行——见下文——但挑战很多。STEM准备不足。哈德逊河谷社区学院(HVCC)是最成功的社区大学半导体教育项目之一，尽管毕业后获得高薪就业的可能性很大，但它在填补其半导体制造课程方面长期遇到困难，大量学生在完成课程之前辍学。一些观察家将这种现象归因于STEM教育中的弱点，这些弱点使得IT学生难以满足这类项目的要求。规模不够。相对于制造商的劳动力需求，社区学院半导体项目太小。例如，IT在2011年开始运营后的十年里，GlobalFoundries每年需要招聘大约300名工人，以跟上营业额的步伐。当时，哈德逊谷社区学院(HudsonValleyCommunityCollege,HVCC)的半导体制造项目——纽约州最重要的社区大学芯片制造项目——每年将约12名学生毕业，并非所有人都在GlobalFoundries工作。鉴于芯片制造商设想在美国进行大规模新投资，社区学院一级的扩大需求现在更加紧迫。在俄亥俄州，据报道，英特尔的新工厂将需要3000名工人，洛兰县社区学院(LorainCountyCommunityCollege)提供微电子机械系统(MEMS)方面的一个备受推崇的助学士学位和学士学位，该学院设有三个教室洁净室，支持制造模拟。然而，在2022年，即将毕业的机械系统(MEMS)学士学位课程只有四名学生——洛兰在俄亥俄州提供了唯一的机械系统(MEMS)课程。需要灵活更新课程。半导体制造业技术进步的迅速步伐要求社区学院经常更新课程，以便与技术人员和运营商的具体行业要求保持相关。虽然一个问题在于如何让行业参与确保课程表反映快速变化的部门的工作要求，但在一些州(例如纽约)，新课程的创建可能需要州一级的多次批准，并可能陷入官僚监督之中。新项目迟迟得不到批准，大学无法招收未经批准的学生。使培训跟上不断变化的行业需要可能需要修改大学管理，或者更可能需要建立以半导体制造的独特需要为重点的平行机构。在纽约，在大学主持下，建立更加独立运作的基金会证明非常有效。如果使用得当，CHIPS和科学法案的资金可以成为鼓励大学和社区学院进行体制创新的有力杠杆。国家范围的合作美国面临上述挑战。目前正在国家一级通过一些工业-政府-学术界合作处理支持芯片制造的教育和培训基础设施。《CHIPS和科学法案》正在为这些举措增加动力；麻省理工学院的一名工程学教授评论说，“没有哪所对微电子学有浓厚兴趣的理智大学能胜任。”半导体研究公司的作用虽然IT现在还不能说这些IT的新品种是否会成功，但值得注意的是，就半导体而言，工业、学术界和政府有着在国家层面就劳动力发展成功合作的悠久传统。如前所述，半导体工业协会(SIA)在T982中决定率先成立半导体研究公司(SRC)，这是一个财团，负责引导行业资金用于与行业需求相关的长期大学研究。联邦政府随后提供了相应的资金。自成立以来，半导体研究公司（SRC）赞助了超过6,000名本科和研究生研究学者，大大加强了这个国家在这个关键行业的劳动力。美国半导体学院倡议向前迈出的一大步，2022年2月，美国半导体学院(ASA)倡议与半导体设备与材料研究所(SEMI)联合发起，在美国200多名教师中建立一个全国合作教育网络。大学和社区学院从事半导体教育和研究。美国半导体学院（ASA）寻求建立一个劳动力教育和培训网络，以缩小微电子人才差距。这项工作的主要方面包括：改进课程。与半导体行业合作，在集成电路和系统、半导体材料和器件以及微加工方面建立一个最新和全面的课程，在整个美国半导体学院（ASA）网络中共享，这将有助于确保学生获得他们在半导体行业职业生涯所需的教育。学徒。在美国半导体学院（ASA）三个全国性地区的指定大学中心提供半导体、集成电路、微加工和芯片加工工具方面的实践培训，将进一步加强劳动力教育。每个中心都将配备设备和人员来支持这一培训，这些培训将向完成美国半导体学院（ASA）所需课程的学生提供。原型。大学枢纽的原型服务对于创新材料、工艺和设备来说至关重要，以展示其在大批量制造方面的优点和适用性，从而加速“从实验室到制造厂”的运动。国家人才管道发展倡议劳工部在人才挑战方面采取了早期行动，并帮助启动了一个成功的项目，其优点是电子化。该方案被称为国家创新和技术研究所(NUT)，提供全面的国家战略和基础设施，以发展半导体工业所需的熟练劳动力。为了将必要的基础设施和相关的教育和培训方案扩大到国家一级，NIIT与州和地方利益攸关方合作，利用现有方案、资源和基础设施。这一举措通过注重现有的内容，正在帮助释放资源，以便能够更迅速地部署一种行之有效的办法。在国家科学基金会先进技术教育（NSF-ATE）项目的资助下，NIIT建立了国家人才枢纽（NationalTalentHub），这是一个吸引、建设和连接战略性技术产业人才管道的门户。这一创新办法的主要特点包括：国家首个半导体能力标准。半导体能力标准（SCS）是在行业全面参与的情况下制定的，它提供了来自雇主的动态、实时的信号，以确保课程与工作要求保持一致。课程整合过程。这个过程使培训和教育课程的内容符合最新的行业要求。技能评估和机会制图。这允许个人评估其技能，以便详细确定其与工作的一致性，并确定能够弥补其技能差