美國芯片產業標準預研究實施路徑與經驗借鑒

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2025.04.0018

Path and Enlightenment of Pre-research on Chip Industrial Standards in the U.S.

JIANG Guan-nan ZHANG Zheng-min （Shanghai Institute of Quality and Standardization）

Abstract：[Objective]This paper studies the implementation pathofpre-researchon standards inthechipindustryof the U.S.，in ordertoprovidereference fortheestablishmentofacomprehensive systemforpre-researchonstandards.[Methods] Thepaperanalyzes the U.S.'sstrategiesandpolicies as wellas measures taken bothbyits governmentagenciesandcivil organizations in supporting pre-research onstandards inthe chipindustry，andsummarizes its maincharacteristics which gaveus enlightenment considering the practicaldevelopment andurgentproblems forthe standardization of China'schip industry.Results]Itproposessuggestionsforbuildingapreresearchsystemforstandardsfromaspectsoffnancialsupport， pilot programs，platform construction andmethod innovation.[Conclusion]The United States isstrengthening pre-research on stanards inthechipindustry，which isworthconcerningWeshouldfurtherenhancethecoordinateddevelopmentof standards andtechnologies through pre-researchonstandards，thusbreaking thedilemmaininternationalchipindustry with both technology breakthroughs and improved standard competitiveness.

Keywords： chip industry， pre-research onstandards， coordinated development of standards and technologies

0 引言

全球新興技術發展迅速，芯片領域技術更新選代快、創新應用層出不窮，這對于標準研制效率要求更高。傳統上“先技術、后標準”的標準研制后置模式，已經無法匹配技術發展的時效性需求。在這種背景下，標準預研究成為標準與科技協同發展的新路徑。其不僅有助于在科技創新早期階段融入標準化規劃，還能確保標準研制步伐匹配技術發展速度。

全球多國高度重視通過標準預研究促進芯片標準化發展，其中美國最為典型。美國在芯片產業積累了較為成熟的標準預研究經驗，助力技術創新高效轉化為芯片標準，搶占國際標準先機。本文研究美國推進芯片標準預研究的戰略政策以及政府和民間各層面的實踐舉措，為我國建立芯片標準預研究體系、推進芯片產業技術與標準協同發展提供參考借鑒。

1 標準預研究的概念

標準預研究（Pre-standardizationResearch，也譯為“預標準化研究”）是一個較新的概念，國際上目前尚無統一定義，學術界對于標準預研究也尚未形成系統研究。本文基于我國及美國政策文件以及學術研究中涵蓋的范疇，對標準預研究進行界定。

我國《貫徹實施lt;國家標準化發展綱要》行動計劃（2024一2025年）》中提出了強化新興領域標準化預研究的要求，但尚未進行具體界定。根據我國生態環境部發布的《國家生態環境監測標準預研究工作細則（試行）》中定義，“預研究指在標準項目立項之前按照標準制（修）訂相關要求開展的標準化研究”，表明其對標準預研究的界定以標準項目立項為劃分節點。我國學者通常也采用這種劃分方式。例如，呂原原等在關于醫療器械標準預研工作的研究中，將標準預研工作定義為“標準的預立項研究，也就是標準立項的前置研究基礎和成果，是標準在立項前進行的具有探討性質的工作”。

美國國家安全局在《持久安全框架》中指出，關鍵和新興技術（CET）標準生命周期始于標準化開始之前的預標準化活動，即新技術開發的早期標準化，包括向標準提供技術貢獻的研發（Ramp;D）活動、非正式的行業規范或開源軟件、與標準開發組織合作的研究和戰略規劃論壇等多種活動，從而促進協調和及早參與標準化，推動新興技術標準發展。美國《關鍵和新興技術國家標準戰略實施路線圖》（簡稱“CET戰略實施路線圖”）中對標準預研究的定義比較具體、涵蓋范圍廣，認為標準預研究包括但不限于：繪制標準路線圖或制定初步文件，為正式標準的開發奠定基礎；通過多種渠道進行信息交流與共享；評估當前標準化活動和前景、標準差距和需求，為研究工作提供信息；識別標準化及測量需求的優先級，提供標準化所需的基礎信息；圍繞特定的標準化目標開展研究等。

Nehr等分析了通過標準預研究成功進行創新轉化的案例。在其研究中，由市場對技術的特定需求開始，到技術研究和市場應用，直至“預標準”轉化為正式標準前的所有工作，均涵蓋在標準預研究過程中。Caputo等在研究納米醫療國際標準化路線圖時，將開放創新試驗平臺和產品開發、相關國際標準化工作、參考物質/標準操作程序和標準文件開發、計量等各方面工作，均視作標準預研究舉措。

結合上述觀點，本文采用較為廣義的概念，將正式標準產出前、科技創新各環節涉及標準化的相關工作均納人標準預研究考量，這主要是因其為標準化工作最終產出的可交付成果提供了前部基礎。然而，本文重點并非側重芯片技術細節，而是聚焦于如何通過標準預研究加強技術與標準的聯動，從而在科技創新的早期階段，對標準開發進行前瞻性布局和規劃，促進技術與標準的協同發展。

2 美國芯片產業標準預研究路徑

2.1美國芯片標準發展概況

美國是芯片產業發展的領先國家，積累了深厚的先發優勢，形成了良好的創新閉環。美國芯片占全球市場份額超過一半，這種市場優勢為創新提供了充足的資金支持。美國芯片行業的研發強度一直很高°，占銷售額的 19.5% ，在所有行業研發支出占比里排在第二位。高水平的投人反過來也推動了美國芯片行業的不斷創新，以創新成果反哺研發投人，進一步加強在全球市場的優勢地位。

這種持續創新向標準高度轉化，建立起國際標準中美國的話語權體系。美國大西洋理事會發布的報告稱，美國在大部分國際標準組織中的主導權居于首位，在多個重要國際標準組織中掌握著超過50% 的投票權，特別是在成熟的標準組織中占有最多的席位，如在IEEE中 67% 的標準委員會成員來自美國。美國企業高度參與了目前全球芯片企業所遵循標準的主要制定組織。據統計，在國際半導體產業協會（SEMI）中，美國企業占成員總數超過 40% .在固態技術協會（JEDEC）中，美國企業占據了技術委員會主席職位的 56% 。在ISO/IECJTC1與芯片密切相關的工作中，美國國家標準化機構（ANSI）擔任了分技術委員會SC31的秘書處。美國專家還擔任了IEC中與芯片密切相關的TC46/SC46F的秘書、TC47的主席及其SC47D的主席。

未來，芯片與其服務市場領域的融合發展和創新性應用將發揮更大作用，為新興經濟體提供了廣闊的發展空間。美國認為在新興技術領域有更多來自國際趕超的威脅，引發其對維持標準領先地位的擔憂。美國商務部先進技術訪問委員會（VCAT）指出，美國首先應著眼于國內標準預研究，鼓勵更廣泛的研究團體開發和貢獻標準預研究材料，為美國從事有利于競爭的標準化活動提供肥沃的土壤。

2.2芯片標準預研究政策支持

基于這種擔憂，美國近年來頻繁出臺政策\"\"，強調對標準預研究加大投人，加強技術研發與標準化同步推進的力度。其中，最為全球廣泛關注的包括《芯片和科學法》和《美國政府關鍵和新興技術國家標準戰略》。

2022年8月，美國出臺《芯片和科學法》（簡稱為“芯片法案”），可謂美國多年來芯片領域的“集成式”法案和產業政策上的最大突破\"。芯片法案為美國本土的芯片發展專門建立了“美國芯片計劃（CHIPSforAmerica）”，其中撥款110億美元用于支持芯片研發，通過4個綜合方案實現，分別是：國家半導體技術中心（NSTC）、國家先進包裝制造計劃（NAPMP）、美國芯片制造研究所（ManufacturingUSA）、計量計劃（MetrologyProgram）。計量計劃與其他3個方案密切相關，通過推進半導體測量和標準研究，為所有方案提供計量基礎，并將標準化融合到芯片研發和產業發展的全生命周期中。

2023年5月，白宮又發布《美國政府關鍵和新興技術國家標準戰略》（簡稱為“CET戰略”），成為首個美國政府層面的標準戰略。戰略將半導體和微電子列為對美國競爭力和國家安全至關重要的CET領域之一，并提出：

（1）加強投入。要求進一步增加對CET研發和標準預研究的投入，確保為未來的標準研制奠定扎實基礎。為此，美國在2024年年度預算中對各項研發的資金支持總額高達歷史性的2100億美元，用于推動對標準的技術貢獻。

（2）加強參與度。鼓勵私營部門就標準格局的動態變化情況向政府提供相關信息或展開其他形式的合作，共同確定美國可以牽頭發展的新國際標準委員會領域，以及美國應優先考慮參與和領導的領域。

（3）加強政府領導力。對于早期技術開發，美國政府應召集專家，確定標準開發的合適時機，促進美國參與高度優先的早期CET領域的標準研制，在技術尚處于萌芽階段時就同步部署標準化工作。

上述三大方針分別從投人、公私合作和政府參與三大方面加強對標準預研究的支持。為支持戰略方針的落實，美國于2024年7月又發布CET戰略實施路線圖，提出了具體行動措施，要求對標準制定的全生命周期（從標準預研究到標準出版和采用）進行持續投資，識別政府參與標準預研究的機會，協調政府對標準預研究的支持，并在雙邊和多邊科學和技術合作協議中，尋求將可能產生標準的CET研發和預標準化相關的工作和計劃納入其中。

從CET戰略及實施路線圖可以看出，美國正以更大規模的持續投入激勵技術研發與標準開發的并軌推進，不僅對私營部門的標準預研究活動予以大力支持，更是強化了政府的角色，對政府在支持、參與和協調本國及國際標準預研究方面提出了明確要求，共同鞏固美國在國際標準發展中的影響力和領導力。

2.3政府舉措

在政策框架下，政府主要通過商務部下屬機構NIST采取芯片標準預研究行動。NIST是協調美國政府參與私營部門標準化活動的主要機構，也是領導實施“芯片計劃”的主導機構。

（1）創新標準預研究方法

NIST作為政府機構，其一大優勢是擁有豐富的政府資源，集研究、計量、標準化、創新為一體，這為開展標準預研究奠定了基礎優勢。NIST本身開展先進測量技術研究，提供半導體標準參考材料、標準參考儀器、標準參考數據，為標準研制提供有力的技術支撐。

標準優先領域及需求識別是NIST開展標準預研究的重要一環。2022年9月，NIST從計量角度確定了半導體制造業七大挑戰和32個行動路線[2；10月，NIST將32個行動路線整合為20個計劃重點領域；后續進一步細化為10個優先重點領域，包括設備和軟件的互操作性標準，自動化、虛擬化和安全標準。3D結構和先進材料計量等。

近年來，NIST愈加關注標準預研究的創新方法。2023年9月，NIST召集半導體領域各利益相關方召開首屆芯片標準峰會，探討有關芯片研發標準的問題，并把標準預研究作為一個獨立主題進行了討論。隨后，NIST凝聚行業共識，提出在加速標準開發方法上進行創新，探索標準孵化器和加速器，為技術專業人員提供標準研制方法、用例、環境、工具等多方面的支持，保障標準跟上行業創新的快速步伐；同時，要求加強標準與研究聯動的標準預研究戰略，包括建立行業研究與標準間的互動渠道、提供試驗臺、制定全行業框架和路線圖、評估標準路線圖的時機和側重點、探索標準準備水平指標和評估框架，以及加強標準預研究的國際合作等，從而將標準與研究過程全面融合。

（2）創新公私標準協作

NIST與行業企業、標準組織、高校院所等眾多利益相關方開展了多種形式合作，例如與谷歌、英特爾等企業簽訂合作協議，在納米技術和半導體領域開展技術聯合研發和行業標準研究。NIST培養了許多技術和標準化專家，直接參與了標準組織的大量活動。據統計，2022年，579名NIST工作人員合計參與了328個標準組織的3000多項標準活動，將研究成果和專有知識直接引入標準制定過程。

為促進深入協作，NIST于2023年創建了半導體創新計量交換（METIS）項目，目標是構建一個數據交換生態系統，方便公私各方共享芯片計量研究成果，包括標準參考數據、模型、測量方法、參考工藝設計套件、參考材料、標準和出版物等，以促進研究成果轉化。2024年9月，NIST發布了METISbeta測試版，一旦全面部署，METIS后續將提供所有芯片計量計劃的研究和數據，作為芯片標準開發的技術輸入。

NIST近年還常采用建立公私聯合體的新方式協調公私共同推進標準預研究。為響應芯片法案要求，NIST于2023年成立了創新聯合體——國家半導體技術中心（NSTC），囊括多元利益相關方參與，建立集中的研究、工程和項目能力，支持一系列標準預研究項目，包括行業和研究界識別重大挑戰、原型設備供應和運營、標準化協調和國際標準合作、標準路線圖以及標準的開發等。

為響應CET戰略及實施路線圖提出的目標，NIST于2024年10月又通過一項為期5年的合作協議，向美國材料與試驗協會（ASTM）撥款1500萬美元建立標準化卓越中心，并與多個標準組織合作。該中心特別關注私營部門，特別是中小企業對標準預研究和國際標準化的參與，并創建信息和數據共享中心，提供為滿足特定CET發展需求和優先事項而專門定制的信息和工具。這種公私聯合體的新方式一大優勢是對公私資源進行了優化配置和共享，從而避免創新研發及標準工作的重疊投入。

2.4民間舉措

以ANSI為代表的美國民間各組織開展了多樣化的標準預研究活動。特別是，路線圖作為一種高效識別標準需求的手段，貫穿在標準預研究工作中。

（1）ANSI標準協作機制

ANSI是美國自愿性標準體系的協調中心。為了協調國家/全球優先事項的標準需求，ANSI建立了標準化協作機制[15]，通過標準協作組開展一系列的活動，為新興技術的標準化提供協調、指導和孵化。自1994年以來，ANSI已經發起了19項標準協作[16]。

2022年ANSI建立了微電子標準化全球供應鏈安全協作組，促進半導體和微電子領域標準開發。該協作組以標準路線圖的模式開展了工作：

1）基于目標征集信息。為了收集和評估有關標準化活動的信息，協作組向標準開發組織及相關機構發送了信息征集請求（RFI），以向標準化受眾明確闡述協作組的工作背景和目標，收集行業共識標準、當前標準活動或其他相關指導文件的信息

2）深人探討并識別差距。2022年7月和10月，協作組先后舉辦兩輪研討會，召集來自學術界、行業界、政府部門、標準開發組織和貿易協會的主題專家參加，西門子、微軟、英特爾、格芯等多個芯片龍頭企業均參會。ANSI與各方共同梳理已有標準和正在開展的工作，評估標準內容與需求的差距。同時，在標準開發時間規劃、標準一致性、消除重復工作等方面，推動各方達成共識。

3）總結歸納形成匯編?；谛畔⒄骷?、研討會及調查回復等渠道收集到的反饋，ANSI繪制了《微電子標準化全球供應鏈安全標準路線圖與差距分析表》，描繪當前已有標準和正在制定的標準全貌，確定標準可用性、適用性、覆蓋范圍和標準需求，列出標準制定組織及其他標準活動清單，為后續建立微電子可信供應鏈和運營安全標準生態提供詳細信息。

（2）技術組織/標準組織

鑒于芯片產業鏈的高度復雜分工，目前國際主要標準組織都專注于特定領域，一邊推進技術研究，同時推動標準制定。以SEMI為例，SEMI廣泛開展半導體市場調研和分析、發布技術趨勢和市場報告、與產業伙伴開展合作項目；在全球多地組織各類技術研討會和國際會議，為半導體行業的專業人士提供交流平臺；通過《電子觀察》等出版物，跟進各個技術細分領域最新發展中的標準化活動、標準修訂或新標準制定、專家觀點等。

繪制路線圖也是行業廣泛采取的方法，集中體現了行業共識與需求。20世紀末，美國半導體工業協會（SIA）聯合歐洲和亞洲的半導體行業，發布了著名的《國際半導體技術路線圖（ITRS）》，以協調全球范圍內的半導體行業發展。ITRS歷經數次更新，于2015年發布2.0版本。為解決更廣泛的系統集成方法，2016年開始，ITRS變更為《國際設備和系統路線圖（IRDS）》，由IEEE主導每年更新，涵蓋了電子行業的廣泛范圍，包括計算系統、架構和軟件以及所含芯片和半導體器件，同時還涉及云計算、物聯網等許多關鍵領域和技術。

ITRS和IRDS均將計量研究作為標準預研究的重要部分，特別指出，計量解決方案最好在特定技術投人生產之前開發好，不僅為研究人員和設備制造商提供信息，也可以作為標準組織研制關鍵標準的輸入，進而通過標準的采用推進技術發展。IRDS2023版識別了光刻、互聯技術以及3D和異構集成、參考材料、虛擬計量、新興研究材料和設備等若干細分領域的最新計量挑戰和標準需求。

類似還有多個細分領域的路線圖，如半導體研究聯盟（SRC）發布的《半導體十年計劃》及其擴展的《微電子和高級封裝路線圖（MAPT）》。這些路線圖從不同行業角度互為補充和完善，在半導體和芯片的廣泛范圍內識別行業技術創新過程中的標準差距和需求，為同步規劃標準研制支撐技術發展提供可靠指導。

2.5特點總結

對美國芯片產業標準預研究路徑進行總結可以看出，美國芯片標準預研究呈現出以下明顯特點

（1）高度重視和大力支持標準預研究

美國將標準預研究提升到國家戰略層面予以重視，通過立法、戰略持續加大資金支持力度，建立專項“芯片計劃”，不僅明確重點領域、資金分配，更是制定細致、全面的行動規劃。特別值得關注的是，美國在政策文件中反復強調加強政府的參與和領導，這與美國以往主張“自下而上”“市場驅動、民間主導”的方法有所不同，反映了美國在芯片這一戰略領域強化政府作用，將政府在標準化中的角色由參與者和使用者向關鍵領域領導者轉變。

（2）建立全面的標準預研究參與者體系

美國公私各層面積極開展了不同形式的芯片標準預研究活動，并相互協調、彼此滲透。政府以NIST為核心機構，開展先進計量研究作為標準技術支撐，并通過合作項目、研討會、路線圖、人員互通、新型聯合體等形式，協調公私資源實施“芯片計劃”。ANSI作為民間標準化活動的協調中心，通過標準協作機制，為半導體和微電子領域確定標準差距和需求。民間技術組織和標準組織作為行業召集者，吸納企業訴求、監測標準需求，專注于半導體細分領域推進技術研究與標準研制。企業及高校等作為創新主體，則通過深入參與各層級活動和合作項目，直接實施技術研發、標準預研究乃至標準的制定和應用全周期。

（3）形成較為系統成熟的標準預研究方法

不管是NIST，還是ANSI和諸多的芯片技術組織或標準組織，都在實踐中建立了與機構自身職責定位和資源相匹配的標準預研究方法。其中，路線圖是最為廣泛采用的一種方法，主要作用是分析技術發展現狀，從中識別標準差距和需求，為規劃標準開發提供信息。然而，各方制定的路線圖內容各有側重。NIST更加關注戰略優先領域、標準開發創新方法和研究與標準的聯動；ANSI制定的標準路線圖聚焦于行業所關注的標準差距和需求的識別，提供標準匯編供行業參考；民間技術組織標準組織則制定并持續更新技術路線圖，將標準需求識別穿插于技術分析中。各種方法從不同角度互為補充，營造了全面的標準預研究生態網絡。

3推動我國芯片標準預研究體系建設

3.1我國芯片產業標準化建設現狀

我國芯片產業發展迅速，在封裝測試等環節以及高端芯片研發方面均取得了顯著成果，目前正加大技術攻關和國產替代進程。根據世界集成電路協會（WICA）發布的白皮書，我國多個城市人選全球集成電路綜合競爭力百強城市，其中北京、上海均排名前十。區域集群效應比較明顯，形成長三角、珠三角、環渤海地區等產業集群。

我國芯片標準化工作也取得了重要進展，先后成立TC78（半導體器件）、TC203（半導體設備和材料）、TC599（集成電路）3個與半導體直接相關的標準化技術委員會，領導開展全國芯片標準化工作。據統計2°，我國已發布半導體行業相關國家標準近1400項，行業標準近1000項，地方標準200多項，團體標準近1400項。

3.2面臨的主要問題

（1）研發投人還不夠，技術先進性不足。我國集成電路發展至今已取得了顯著成就，在自主化的過程中也涌現出大量創新。但與美國等起步較早的國家相比，我國部分細分行業仍處于追趕階段。信息技術與創新基金會（ITIF）發布的報告-2指出，在移動設備和人工智能應用等邏輯芯片的設計方面，我國與全球領先企業存在約2年的差距，在存儲芯片、半導體制造設備和組裝、測試和封裝（ATP）領域，比全球領先企業落后數年；我國在半導體領域整體研發強度（ 7.6% 僅為美國（ 19.5% 的39% ，約為歐盟（ 14% 的一半；單體企業研發投入與國外相比差距大。我國仍需加大研發投人，加強技術攻關，提升技術先進性。

（2）科技創新與標準化協同度函待提升。目前我國芯片產業的標準化工作依然滯后于技術發展的需求。標準化參與仍以龍頭企業為主，大量不同規模的芯片企業還未充分參與芯片標準研制工作，能夠在國際標準化工作中保持活躍的企業數量更少，還沒有形成良好的聯合創新標準生態。此外，研究機構和科研院所也較少將標準納入成果考量，因此在項目立項時并未同步規劃標準開發。這導致自主化過程中的許多創新性研究還沒有及時轉化為相應領域的國內外標準優勢。因此，函須通過建立健全標準預研究機制，帶動各創新主體及早布局標準、促進成果轉化，推動標準與技術協同發展。

3.3建立芯片標準預研究體系的建議

（1）完善資金支持體系

建立芯片標準預研究試點計劃或專項基金，激勵更多科技研發和攻關項目及早制定標準開發計劃。探索建立芯片國際標準預研究“揭榜掛帥”機制，識別并分析諸如芯粒、異構集成、先進封裝等新興領域的國際標準差距，建立標準預研究專項計劃，對中國企業通過創新性研究填補的空白領域，給予定向資金支持。

（2）試點標準預研究機制

在人工智能芯片、新能源和自動駕駛汽車電子芯片、物聯網芯片、量子通信芯片等我國具有技術優勢的領域，建立試點試行標準預研究計劃，并軌推進基礎研究、關鍵核心技術攻關和標準化工作。與此同時，聚焦研發主體對于技術保護和保密性要求的考量，進一步研究和優化相關解決方案，消除創新成果向標準轉化的顧慮。

（3）建設標準預研究協調平臺

構建與產業鏈融合的開放性標準預研究信息和數據共享庫，一方面聚焦創新研發早期融合標準化措施的最佳實踐、標準數字化工具、本土設計軟件的使用等內容，積極促進信息交流和經驗共享，打通產業鏈的標準信息鏈；另一方面幫助協調標準化機構、行業、企業（特別是調動中小企業）、科研院所等的標準化活動，促進聯合確定國際標準開發機遇、新技術委員會提案或新國際標準提案等。

（4）推進標準創新方法研究

在各芯片細分領域以聯盟、專家組、論壇或創新合作項目等不同形式，由標準技術委員會組織或由行業協會主導開展多種標準預研究協作。例如制定標準路線圖、白皮書、技術趨勢與標準化發展框架或其他形式的指導文件，對行業追切需求、我國技術先進的標準項目確定優先開發行動和標準開發框架。基于長三角、珠三角、環渤海等集群芯片產業鏈的完整性、成熟度和豐富的創新應用場景，先試先行探索建立科學的轉化評價體系，逐步形成標準轉化成熟度評估模型，為芯片領域創新成果向標準轉化提供系統化的方法。

4結語

盡管標準預研究作為一個較新概念于近年來才在官方文件中首次提出，但其作為技術與標準的聯動紐帶和協同橋梁，早已融入科技創新的各個環節，在實踐中發揮了事實性作用。美國近年來更是錨定芯片戰略領域，將標準預研究提升到了國家戰略層面進行部署，并逐步加強政府介入和公私合力，旨在進一步推動標準與技術的并軌發展集中各方資源搶占芯片產業國際標準新機會、新領地。美國芯片領域的標準預研究形成了一定的可借鑒經驗，并仍在不斷完善和探索創新。鑒于芯片產業的戰略重要意義和國際產業的形勢變化，我國需提高警惕，并加強芯片產業標準預研究以及標準體系建設，通過預研究對標準進行前瞻部署，強化技術與標準的協同創新，加快芯片新興技術標準開發，從而促進芯片產業標準國內國際“雙發展”，以技術突破和標準競爭力聯合在國際層面破局。

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