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2nm，日本半导体的野心？

百家作者：腾讯科技 2022-12-28 23:22:38

来源丨半导体行业观察

作者丨L晨光

近年来，在国际贸易摩擦日益加剧的情况下，各国日益重视半导体制造的本土化进程，以确保本土设计企业的供应链安全。地缘政治持续牵动半导体产业从全球化走向区域化。

TrendForce集邦咨询数据显示，2020年全球晶圆代工产值增长24%，2021年增长26.1%，今年随着业界扩增的产能陆续开出，晶圆代工产值可望增长28%，增势迅猛。

另一方面，随着芯片工艺不断推进，台积电、三星等代工巨头的技术优势越来越明显。日本作为半导体传统强国，在晶圆代工和先进工艺方面却存在缺失。

回顾日本半导体行业曾在20世纪取得过辉煌成就。早在1986年，日本生产的半导体产品便占据了全球45%的市场份额。不过，随着日美“广场协议”的签订，日本半导体产业遭到了来自美国政府的打压。由此，日本盛极一时的经济遭到重创，陷入低迷。至1995年，日本半导体产品在全球市场份额下降到了35%，日本这艘经济巨轮也随之驶进了迷雾。

当日本半导体企业从全球市场败退，美国、韩国以及来自中国台湾的企业开始逐渐成为主角。到了2021年，日本在全球半导体市场的份额仅为6%，同期的美国和韩国市场份额则分别为54%和22%。

去年12月，日经公布关于日本半导体的调查结果表示，若照目前局势发展，日本半导体的全球份额到2030年时将减为零。

这一预测，敲响了日本半导体的警钟。

总体来看，日本半导体产业与巅峰时期虽不能同日而语，但是在半导体关键材料以及设备领域在全球半导体产业链上有着极强的存在感。日本企业在全球半导体设备市场的份额为35%，在全球半导体原材料市场的份额为52%。

近两年来，日本对半导体产业复苏的野心越发彰显。一方面，极力拉拢像台积电、三星、英特尔这类业内佼佼者在日本建厂；另一方面，将振兴芯片产业列为国家项目，加大投资和政策扶持力度。据报道，日本政府还将提供资金支持、协助日本企业研发2nm以后的次世代半导体制造技术，发力芯片先进工艺。

从过去几十年的历史来看，日本押注半导体产业，除了为本国经济寻找新引擎外，也是在试图复兴这个曾经代表着日本制造业巅峰的产业。

日本开启重振半导体之路

●瞄准2nm先进工艺

近日，日本推动了丰田、NTT、Sony、铠侠、软银、NEC、电装、三菱日联银行等8家日企，共同设立了新晶圆企业Rapidus，目标在2027年左右实现2nm及以下芯片量产，并为其他公司代工生产芯片。

据悉，八家企业共计出资73亿日元，日本政府提供700亿日元的补贴。Rapidus会长由东京电子公司前社长东哲郎担任，社长小池淳义曾任西部数据日本子公司社长、日立与联电合资的12英寸晶圆厂Trecenti社长等职。

成立之后，Rapidus动作很快，刚宣布与欧洲最大芯片研发机构IMEC合作后，又宣布与IBM签订合作协议。

据了解，日本半导体战略的核心是美日合作，量产2nm的技术，将来自IBM的技术移转。在IBM的基础上，将由LSTC统合日本东京大学等顶尖学术机构进行研究，之后再由Rapidus进行生产线上测试。

Rapidus社长小池淳义表示，Rapidus是日本挽回空白10年的“最后机会”。

在Rapidus宣布成立的同日，日本经济产业省还宣布，年内将联合美国建立先进半导体研发中心LSTC，并已为此拨出大约3500亿日元的财政预算。日媒分析认为，LSTC与Rapidus将成为日本振兴半导体的两大支柱，前者将与IBM在内的美国企业一同研发最新的半导体技术，后者负责把研究成果与大规模生产联系起来，将技术转换为产品。

能看到，成立Rapidus及LSTC的背后不只是日本试图重新振兴半导体的产业策略，同时还具有日本与美国，以及日本与亚洲的广泛合作意义。

这一系列动作，旨在推动日本在未来几年内规模量产2nm，以实现日本半导体产业的重启。

●招揽代工巨头赴日建厂

据此前消息，台积电将在日本熊本县建设22nm和28nm的半导体生产线，预计于2024年开始量产。该产线月产能为5.5万片12英寸晶圆，用于车规和家电用芯片产品的生产。未来还将升级至更高性能的12-16nm工艺，后续不排除再提升工艺。

对于已经退出尖端逻辑半导体的自主生产的日本来说，22-28nm相当于日本国内最尖端的技术。

为了推动本国半导体产业发展，日本首相岸田文雄表示，政府将为半导体产业发展提供超过1.4万亿日元的巨额投资，吸引台积电来日本建厂。总体愿景是在2030年达成半导体企业收入增长3倍，提升至13万亿日元的目标。

近日，继台积电宣布扩大在美国亚利桑那州的投资，建设二期工程之后，台积电可能也将加码在日本的投资。据报道，由于地缘政治瞬息万变，台积电因应客户要求分散区域风险，考虑在日本增建一座新厂，以7nm制程切入。又恰巧台积电才宣布高雄厂7nm延后，引发台积电是否将7纳米弃高雄转战日本的联想。

有调查称，台积电负责营运的高层参加完台积电美国新厂进机典礼后，立刻挥军赶至日本，拜会日本相关材料和设备供应链；紧接着台积电最大客户苹果执行长库克也飞抵日本，并参观台积电熊本厂，预料也是台积电在日本布局更先进制程的一环。

供应链透露，以目前战略考量，一方面，日方争取台积电在日本设立比熊本厂还更先进制程的拉力非常强，日本政府也透过补助及完善熊本厂附近生活圈及人才培训等多管齐下措施，全力说服台积电在日本设立比原本更先进制程制造厂。

另一方面，台积电熊本厂一开始就做好“双子星厂”的规划，第一座厂的相关管线可支应未来再增建第二厂的弹性，跟美国亚利桑那州厂决定再增另一座新厂，并切入3nm制程是同样的架构，只是增建时机，需要看客户及市场的需求及变化。

受台积电在日本建晶圆厂的刺激，三星也计划加大日本晶圆代工市场的重视。三星电子日前在东京都召开晶圆代工事业说明会，向客户展示技术、产能展望，目标扩大日本晶圆代工业务。三星晶圆代工部门副社长表示，日本市场的业务规模虽不像中美等市场那般大，不过正急速扩大、成长，是非常重要的市场。日本市场在汽车、消费电子、IoT等领域上，业务正急速扩大，我们将进一步抢攻该市场。

日本汽车零部件制造商电装计划与联电日本子公司USJC合作建立一个主要的功率芯片生产工厂，用于车用功率半导体制造，以满足汽车市场不断增长的需求。

日本方面对此表示非常欢迎。为此，日本政府在鼓励外国芯片制造商在日本建厂上，可谓砸下重金。其中包括向台积电提供4000亿日元补贴在熊本县建厂；日本在7月还提供了930亿日元帮助存储芯片制造商铠侠和西部数据扩大在日本的产量；今年9月，日本已承诺向美国芯片制造商美光科技提供465亿日元以增加其广岛工厂的产量。

●日本产业链企业加大布局

除了上述动作，为应对市场需求，日本产业链其他环节厂商也正在加大布局力度。

近日，一家由日本开发银行、伊藤忠商事投资基金等共同合作成立的半导体代工公司JS Foundary成功收购了安森美半导体位于日本新泻县的工厂，重点则放在特色工艺。JS Foundry首席执行官Noriaki Okada表示：“我们不仅仅从事代工业务。我们旨在通过支持机构中模拟/功率半导体的研发，推动日本半导体的发展。”

索尼集团也正在探讨在熊本县内建设半导体新工厂，预计投资额达到数千亿日元，在2025年度以后投产。该工厂可能将生产索尼擅长的图像传感器，从而夯实国内基础。

设备制造商也正在国内建设新工厂，生产半导体晶圆加工设备的日本国际电气公司斥资240亿日元在日本砺波市建厂，计划于2024年完工，产能最终将是截至2021年3月的财政年度规模的两倍左右。

光刻机设备厂商佳能也宣布将在宇都宫建造一座新工厂，计划于2025年春季启动，它将使全公司的产能翻一番。佳能高级管理执行官Hiroaki Takeishi表示：“这项决定性的投资将提高生产效率、缩短交货时间并带来稳定的供应。”

此前尼康也表示倍增光刻机产能，这两家日本光刻机企业均大举扩张光刻机产能

根据九州数据，自台积电 2021 年公布日本扩张计划以来，已有至少14个新项目在熊本县新建半导体设施或扩建现有工厂。一方面是为了配套台积电新工厂，增强本土芯片制造能力；另一方面则是希望从中国市场获得更多订单，提升公司利润。

此外，一家日本投资公司Sangyo Sosei Advisory也正在寻求自建晶圆代工产能，面向日本功率半导体厂商提供服务。

同时，在研发方面，为吸引台积电在日本筑波市建立研发中心，日本政府决定拿出190亿日元补贴，支持台积电与日本国内约20家机构共同进行尖端半导体研发。日本政府11月初批准的本财年补充预算案将促进半导体产业发展列为紧迫课题，为资助高端半导体研发及生产一共计划投入1.3万亿日元。

这是日本针对半导体复兴的投资计划的一部分，除了先进工艺之外，还会投资4500亿日元建设先进工艺生产中心，3700亿日元用于半导体材料供应。

●本土企业回流

同时，日本电子零件厂开始出现回流动向，如村田、罗姆、JDI等都开始评估将海外部分产能迁回日本。

有数据显示，在海外拥有工厂的日本企业，已有约13.3%将工厂迁回本土。2022年4月份日本机械制造订单增加3.8%，数额近80亿美元，显然与海外工厂回归有关。

5月底，日本政府在内阁会议上敲定了2022年版《制造业白皮书》，再次强调了强化半导体产业竞争力的重要性。

当前，随着外界市场的波动和各国的政策举措，似乎重新点燃了日本复兴半导体产业的决心，将重振本国半导体行业提上了日程，试图重拾昔日辉煌。

整体来看，为了转变日本在半导体上的劣势，日本政府确实下足了功夫。从加大国内投资、改变生产模式、加强供应链稳定、加速区域合作等层面大力支持产业发展。但从日本目前的举措和布局来看，其半导体振兴之路还存在诸多挑战。

重振半导体，日本要跨越哪些挑战？

●跨越至2nm，挑战巨大

Rapidus的任务是与日本国内外的业内企业保持一致步调，掌握制造技术，建立有利可图的商业模式。Rapidus提出的目标是利用约5年时间赶上新一代产品的2nm尖端制造技术，进而实现量产，然而要实现这一目标存在很高的门槛。

日本计划2025年开始量产2nm芯片（图源：jbpress）

尖端逻辑半导体的研发和工厂需要的投资规模已增至以万亿日元为单位，不仅是昂贵的设备和研发，制造工序的确立也需要先进的技术和经验。

日本已有10年左右没有投资晶圆制造技术，目前最精细制程只到40nm，就是瑞萨电子的MCU产线。因此，日本希望一步跨越至全球最先进的2nm，这被不少行业人士批评为“空中楼阁”，认为日本此举可能会让“赢技术、输市场”的历史重演。

根据芯片工艺演进历程来看，从40nm到2nm，需要历经七八个世代制程突破。依照台积电的经验和节奏，要掌握一个时代的制程最快也要两年，也就是说日本要从目前的40nm跳跃到2nm，至少要十多年时间来步步推进。

台积电推出40nm制程是在2008年，并预计2025年推出2nm制程。也就是说，这段路台积电要走17年，而Rapidus试图以六七年时间一口气追上，有点画大饼的意味。

虽然Rapidus背后倚仗的是已在实验室制作出2nm芯片的IBM、最先进的技术研究机构Imec等的海外技术支持，再加上日本在半导体设备与材料上的深厚基础。但仍有不少业内人士和媒体并不看好日本能够在未来10年实现2nm的目标。

日本共同社率先为本国政府“泼了一盆冷水”。

首先，从Rapidus的资金来看，与晶圆制造大厂投资额相差甚远。日本政府对Rapidus公司700亿日元的财政支持，与美国政府在“芯片法案”中提出的500多亿美元投入差距巨大，“让人质疑日本政府对振兴芯片行业的决心有多大”。

此外，共同社还提到，由于日本半导体产业在过去10年发展停滞，Rapidus公司可能很快就会发现，在日本很难找到熟练的工程师和工人。

因此，共同社表示这一计划“面临着严峻的挑战”，其前景“摇摇欲坠”。

台积电CEO魏哲家近日也表示，如果一个企业或者国家想要跳跃式发展，不能说不可能，但是相当困难，弯道超车的后果就是保险公司要赔钱。

●缺乏代工文化

据半导体专家莫大康的介绍，日本确实在半导体材料与设备上占据优势，许多企业同样有着丰富的半导体产品生产制造经验。松下、NEC、日立、三菱等都曾经拥有半导体业务，索尼更是当今世界CIS图像传感器巨头，铠侠是主要的3D NAND供应商之一。

不过日本的半导体业务以IDM模式为主，企业基本采用IDM模式运营，缺乏半导体代工方面的经验。就连著名的VLSI研究所也是只攻坚基础技术，技术分享后几家又回到各自封闭的状态里。

与日本一条龙模式对应的，是全球化分工的半导体产业链的崛起。在半导体产业越来越复杂、市场快速转变、生产成本不断升高的产业周期中，一条龙模式就难以为继。所以看似日企都在从事半导体制造，但从IDM到代工厂转变并不简单，需要许多操作方面的控制能力，并在开放方面进行文化变革。这一点从英特尔发展半导体代工业务过程中可见一二。

●半导体人才短缺

日本如果大力发展半导体代工，作为新进入者，势必会对原有市场格局造成一定冲击。可以想见，未来对于市场的争夺将不可避免。

从长期来看，未来的竞争将更多体现在对人才特别是高端人才的争夺上。随着各国陆续投资兴建半导体基地，人才短缺的问题正在显现出来。一座12英寸晶圆厂大约需要1000～1500名员工。据估计，在未来10年，日本几家大型生产商将需要招聘约3.5万名工程师，才能跟上投资的步伐。日本电子信息技术产业协会表示，该行业的成功取决于能否获得足够的人才来创新和运营其芯片工厂。

90年代以来，日本半导体产业逐渐没落，随之而来的就是芯片人才外流。

2012年，重组后的瑞萨电子进行了一场彻底的裁员大潮；同一年，因IT泡沫破灭和雷曼危机陷入业绩低迷的日本尔必达记忆体破产，一万多名员工瞬间失业。这些失去立足之地的半导体技术人员大多只能到海外寻找新工作。

日本人才外流还有另一个原因，就是同行挖人。有数据统计，在转职海外企业的日本人才中，韩国有40%以上、中国有近30%来自日立制作所和松下等日本国内的8大企业，其中很多是获得了经常被引用专利的“日本顶级人才”。

现在日本重振半导体，人才短缺确实是一大问题。再加上近年来日本半导体的日渐衰落，已然导致国内对于半导体人才的教育培养滞后。现在的高专毕业生虽然拥有高度技术能力，却几乎没有接受过半导体专业教育，很少可以活跃于半导体业界。因此，精通尖端技术的半导体工程师呈现出跨境争夺战的局面，确保人才并不容易。

对比曾经的人才济济，日本半导体产业如今可谓是“一片荒芜”。

●中国市场隐忧

在召集人才，着手具体技术开发的同时，如何面对寻找市场这一问题也将浮出水面。

有业内人士表示，此次美国愿意与日本开展合作，一定程度上也是想将日本拉入其芯片“小圈子”中，并要求日本与美国打压中国半导体的政策步伐一致。有业内人士预测，根据美国当前规定，预计将使用大量美国技术的Rapidus公司产品或无法进入中国市场，而失去这一巨大市场可能会进一步拖累Rapidus与其他日本企业的发展前景。

日本企业（中国）研究院执行院长陈言也指出，他也不太看好Rapidus公司的前景。日本超越2nm芯片即便研发出来向全球出口，前提是要保证企业能拿到最新的订单，并不断对产品进行更新换代，这需要非常大的消费市场支撑。纯粹靠日本国内的市场显然不行，在芯片市场这一块，世界最大的市场在中国，其次是东南亚市场，日本美国市场占比并不大。陈言认为，离开中国，日本开拓新的芯片市场很艰难。

此外，Rapidus还将面对来自台积电、三星以及英特尔等代工巨头的竞争压力，可谓困难重重。