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日本赌上“国运“组建“梦之队”Rapidus:重返产业之巅空梦一场?

日本半导体企业Rapidus又有了新动态!

2月2日,日本国有芯片企业Rapidus董事长东哲郎表示,要在2027年开始大规模生产先进逻辑芯片,同时提出需耗资约7万亿日圆(约合540亿美元)。

2022年8月,丰田、索尼、NTT、软银、NEC等日本8家企业共同组建了半导体企业——Rapidus。这家被喻为“赌上日本国运”的半导体企业,被日本寄予厚望,而其与IBM合作也被认为“可能是日本重返尖端半导体制造业的最后机会,也是较好的机会。”

图片来源:日本共同社

上世纪80年代,日本曾站上全球半导体产业之巅,而自日美芯片战之后一蹶不振。在如今半导体技术被提升至全球科技大国竞争战略层面的背景下,日本希望依托曾打造的殷实的半导体产业基础,开启“半导体复兴之路”,重拾半导体产业大国之梦。

毫无疑问,目前日本在材料和设备上仍然具备主导性的优势,但落后了数十年的半导体制造环节,能否在短期内“补完功课”?而日本半导体“梦之队”Rapidus未来是否有一战之力?还是空梦一场?

关于组建Rapidus,我们有必要提一下日本半导体发展兴衰史。如果究其根本原因,日本半导体产业盛极而衰是由多方面因素促成的结果,其中美国对日本发起的旷日持久的半导体贸易战,是日本没落的最重要原因。

实际上,半导体产业对战后日本经济迅速崛起起到了重要作用。20世纪80年代中期,日本的半导体产业进入席卷全球的全盛时期,技术水平和销售额均超越美国名列前茅全球,独占世界半导体市场一半以上的份额。特别是日本在DRAM芯片领域凭借质优价廉占据全球65%的市场份额,一举将英特尔逼退DRAM市场。

为了应对日本半导体产业的崛起和威胁,美国自20世纪70年代就酝酿了对日半导体打压的各种计划。从“301条款”到《日美半导体协定》、“广场协议”,直到1996年第二次《日美半导体协定》期满之时,日本半导体产业逐渐丧失技术和成本优势,无法对美国形成实质性的威胁了,至此也进入了“失去的30年”的萧条时期。

进入21世纪之后,随着互联网泡沫破灭,亚太地区(特别是韩国和中国台湾地区)的半导体产业迅速崛起并超越日本,美国半导体产业也从2003年开始扭转颓势,在2010年超过日本半导体企业销售额,也持续拉开与日本的差距。

从2010年起,全球半导体产业步入新一轮行业增长期。而随后新冠疫情的暴发让全球各大科技大国再次认识到半导体关乎“国运兴衰”的重要性,美、日、韩及西欧发达国家纷纷从国家战略高度加以重视与部署,让半导体产业成为全球战略竞争角逐的制高点。

2021年6月4日,日本政府出台了《半导体·数字产业战略》。该战略涵盖了半导体开发、数字社会的充实、产业链问题、脱碳问题等领域。这代表着日本通过制定新“国家战略”形式,欲以举国之力实现提振半导体及数字产业的战略发展目标与重点领域的创新发展。

该战略明确了采取相应的对策措施,重点包括以下几个方面:一是与欧美共同开发尖端半导体技术并吸引先进代工厂赴日建厂;二是加快数字投资和强化尖端逻辑半导体的设计能力;三是促进半导体技术的绿色创新;四是增强日本国内半导体产业的投资整合与竞争韧性。在该战略文本中就特别提到,在半导体制造的前工序(2nm)和后工序(3D封装)中强化日本的材料与设备产业等技术研发。

由此可见,日本是抱着强烈的危机意识看待本国半导体产业,且将半导体作为社会、经济的基础部件,以及直接关系到经济安全保障的重要战略物资。

值得关注的是,日本在半导体领域已经向美国快速靠拢,比如芯片联盟、美日荷协议。这是过去数十年日美“同盟”关系不断巩固、拓展和深化的结果。日本战略研究人士甚至认为,“在数字化、半导体等与国家安保相关联的领域,如果日本不采取强化措施,就无法与美国展开对话”。

因此,日本半导体产业复兴计划是由日本追寻历史荣光、半导体技术战略地位上升、强化美日同盟战略需求等多重因素促成的。

值得一提的是,除了内在驱动力之外,全球半导体竞争格局以及行业市场需求变化重新为日本半导体产业带来发展机会。随着数字产业的快速发展以及半导体技术在其发展中的重要性凸显,日本希望在数据中心、自动驾驶、新一代通信标准6G和元宇宙等领域赢得竞争,亟需重塑产业链,研发先进芯片工艺,抢占未来数字化科技竞争的制高点。

如今,组建Rapidus已经是日本走半导体复兴之路的重要一环。Rapidus于2022年8月成立,由丰田、索尼、软银、铠侠、日本电装、日本电气、日本电信分别出资10亿日元,三菱UFJ银行出资3亿日元。2022年11月,日本政府宣布向Rapidus提供700亿日元资金。12月,Rapidus还计划与比利时的实验室imac联合研究在日本制造的下一代芯片。

据悉,“Rapidus”的拉丁语含义为“快”,预示着日本将掀起一场速度战,其目标是从2027年起实现尖端芯片量产,特别是实现2nm及以下工艺芯片的研发和量产,并且拥有自己的制造产线。

不过,Rapidus能否成为日本半导体产业复兴计划的重要突破口,特别是在半导体制造环节上?

在此,我们要特别盘点一下日本半导体产业的优势。长期以来,日本都很重视建立完全独立自主的工业体系,而半导体就是典型的代表。目前日本已经形成了从上游晶圆厂所用的工艺材料、制造设备到芯片设计等比较完整的产业链,特别在材料和半导体设备领域拥有明显优势,尤其在材料领域几乎有全球性的垄断优势,包括晶圆基片、光罩、光刻胶、溅镀靶材等。

日本半导体产业链代表性企业(排名不分先后,不完全统计)

资料来源:根据公开资料整理

同时,日本还拥有瑞萨、东芝、索尼、罗姆、三菱等一些知名的芯片企业,本土的电子工业和消费能力也可以支持这些芯片企业的发展。比如,东芝、索尼、三菱等,本身又都是芯片的应用大户,加上丰田、本田基本是瑞萨的“自留地”,使日本构成了全球罕见电子工业的闭环。

整体来看,日本已具备发展先进芯片工艺的产业基础,即使在半导体核心制造环节上,其也有一定的竞争力。同时,日本在半导体产业领域选择与美国加强合作,使其在材料、设备与设计领域均拥有较大的优势。可以说,美日两国除了光刻机之外,几乎能全部自主生产供应,半导体材料、EDA设计软件则处于绝对垄断地位。

不过,日本要想在数年之内填补过去近20年的先进半导体制造环节,仍需面对两大问题:人才和资金。据悉,在尖端人才上,Rapidus决定从中国台湾地区、美国等地召集日籍工程师,专注攻克2纳米芯片工艺的尖端半导体生产线。而资金的问题却是Rapidus实现其目标的现实因素,何况2纳米芯片工艺的投资更是高得令人咂舌。比如,台积电在美国的3纳米芯片产线就投资400亿美元。这也是为什么Rapidus董事长东哲郎提出540亿美元资金需求的根本原因。

2022年5月,美国总统拜登就与日本首相岸田文雄签署协议,呼吁两国共同努力保护和推广“关键技术”,为供应链的弹性提供支持,推进2nm半导体工艺开发和量产。这为日本在先进芯片工艺开发上提供了很好政治基础,而IBM公司的2nm芯片制造技术是双方合作的重点。

2021年,IBM公司宣布造出了全球名列前茅颗2nm工艺的半导体芯片。在核心指标方面,IBM称该2nm芯片的晶体管密度(MTr/mm2,每平方毫米多少百万颗晶体管)为333.33,几乎是台积电5nm的两倍,也比外界预估台积电3nm工艺要高。

据悉,IBM此前也是率先造出7nm(2015年)和5nm(2017年)芯片的厂商,在电压等指标的定义上很早就拿下主导权。

不过,IBM在2014年将旗下Microelectronics半导体部门出售给世界第三大专业晶圆代工厂GlobalFoundries(格芯)之后,其就已经宣告退出芯片代工业务,只负责芯片技术研究、设计部分。因此,双方合作关系的确立也就意味着IBM的2nm芯片将交由Rapidus代工生产。

但要提出的是,日本在半导体制造上仍落后中国台湾与韩国很多,台积电与三星现在已经开始量产3nm产品,并计划较早在2025年量产2nm产品。而目前日本主要的半导体生产线仍在40nm阶段,为升级半导体制造产业,还吸引台积电到熊本县建厂生产12-28nm的逻辑运算芯片。因此,可以说,从“零”开始的Rapidus一步到位直接上线2nm芯片工艺是否是“技术大跃进”?

即使是Rapidus有IBM的2nm芯片技术支持,打造出2nm的生产线,其也会大大落后于台积电、三星,而且也很大可能像如今三星低良率的3nm芯片工艺,成为商业化应用的致命关键。

另外,日本不知道是否忘记了一个教训:Cell处理器。Cell处理器由IBM、索尼和东芝于2001年开始共同研发,主要被用于索尼和东芝的PS3游戏机、电视机和超级计算机之中。Cell处理器一度被认为是一项革命性的产品,具有强大的运算能力。但结果是IBM“画饼”的指标确实能做出来,但成品的能耗和成本使得其完全没法商业化。

如今,IBM已经退出了芯片代工业务,不可能像台积电那样一直在制造一线摸爬滚打,具备丰富的实践经验,其技术落地能力也就是一个大大的问号。

还有,美国已经落地实施了《2022年芯片与科学法案》,意图将全球半导体产业链回迁至美国本土,同时也将半导体技术竞争上升到国运的高度。如果IBM的2nm技术能顺利落地,美国会对Rapidus这个非本土企业承接先进芯片工艺视而不见吗?参考美国数十年在全球产业竞争中的所作所为,应该可以得出一个正确的结论。

Rapidus董事长东哲郎曾表示,此次与IBM的合作是Rapidus公司“长久以来所期望的”,并且“对于日本在半导体供应链中重新发挥重要作用来说是非常关键的”。那么,从以上客观实际的分析,包括核心人才的缺乏、资金压力、技术落地的难度,Rapidus调低芯片技术目标是否更合理一些呢?

文章来自:https://www.eet-china.com/