日本半導(dǎo)體“再逢春”？加碼芯片投資

如今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一輪新的增長(zhǎng)期，全球各科技大國(guó)再次認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)”國(guó)運(yùn)興衰“的影響。美、日、韓以及西歐發(fā)達(dá)國(guó)家都開始從國(guó)家戰(zhàn)略高度部署半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，讓其成為全球戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)制高點(diǎn)。

日本政府制定了半導(dǎo)體和數(shù)字戰(zhàn)略，預(yù)算了2萬(wàn)億日元以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并鼓勵(lì)主要半導(dǎo)體公司增加對(duì)其芯片行業(yè)的投資。目標(biāo)是到2030年將半導(dǎo)體及相關(guān)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)銷售額增加兩倍，達(dá)到15萬(wàn)億日元。

全球半導(dǎo)體巨頭加大對(duì)日本投資

據(jù)《Nikkei Asia》及路透社報(bào)道，2023年5月18日，日本首相與臺(tái)積電、三星、美光（Micron）、英特爾、IBM、應(yīng)用材料（AMAT）以及比利時(shí)微電子研究中心愛(ài)美科（imec）七家半導(dǎo)體業(yè)界重要領(lǐng)袖，在官邸舉行了會(huì)談。

· 存儲(chǔ)器大廠美光宣布將投資5000億日元在廣島設(shè)立最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的DRAM工廠，并導(dǎo)入關(guān)鍵的EUV（極紫外光曝光機(jī)）設(shè)備，成為全球首家把EUV設(shè)備帶入日本的半導(dǎo)體企業(yè)。

· 應(yīng)用材料（AMAT）總裁Prabu Raja表示未來(lái)數(shù)年將在日本招聘800名工程師等，將人員增至目前的1.6倍。

· 屬于世界級(jí)半導(dǎo)體研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的imec明確提出計(jì)劃在北海道設(shè)立研究基地支援日本芯片企業(yè)Rapidus，合作開發(fā)尖端光刻機(jī)技術(shù)（包括EUV光刻機(jī)），協(xié)助研發(fā)2nm工藝量產(chǎn)技術(shù)。

· IBM宣布和Rapidus結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，共同開發(fā)先進(jìn)的2nm半導(dǎo)體，合作培訓(xùn)工程師和開發(fā)銷售目的地。

· 三星將投資超過(guò)300億日元，在神奈川縣成立新的半導(dǎo)體研發(fā)基地。有傳聞新工廠將雇用數(shù)百名員工，目標(biāo)是在2025年開始運(yùn)營(yíng)。

· 臺(tái)積電正在日本熊本縣建設(shè)工廠，還計(jì)劃建設(shè)第二工廠，將以客戶需求及日本政府的補(bǔ)貼為前提，考慮在日本擴(kuò)大投資。

· 英特爾CEO基辛格表示雖然當(dāng)前未有赴日投資的具體計(jì)劃，但正與日本政府針對(duì)投資進(jìn)行討論，直言“先進(jìn)封裝”能讓日本能在全球半導(dǎo)體扮演更加重要的角色。

日本半導(dǎo)體發(fā)展史

半導(dǎo)體是當(dāng)今世界科技發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，也是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。然而，曾經(jīng)在半導(dǎo)體領(lǐng)域領(lǐng)先全球的日本，在近20年來(lái)逐漸失去了優(yōu)勢(shì)，甚至在先進(jìn)邏輯工藝上落后于臺(tái)積電、三星等公司。

跟隨趕超

上世紀(jì)60年代以前，基本上企業(yè)都偏向全能做法，大部分都是采用IDM模式（指從設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試到銷售自有品牌IC都一手包辦的半導(dǎo)體垂直整合型公司），到了60年代后期，半導(dǎo)體材料以及設(shè)備才開始從半導(dǎo)體廠家分出來(lái)，開始形成了材料、設(shè)備、產(chǎn)品三大電子產(chǎn)業(yè)體系。

1968年，美國(guó)德州儀器以合資的模式打入日本市場(chǎng)，提供了有限的技術(shù)轉(zhuǎn)移；另外IBM在1970年宣布將在新的產(chǎn)品中使用半導(dǎo)體記憶體（DRAM內(nèi)存芯片），這是一個(gè)行業(yè)趨勢(shì)出現(xiàn)變動(dòng)的開端。

1976年，日本通產(chǎn)省引導(dǎo)日立、日本電氣、富士通、三菱、東芝、NEC六大公司共同參與“下一代電子計(jì)算機(jī)用超大規(guī)模集成電路”（VLSI）研究開發(fā)計(jì)劃，集中精力攻堅(jiān)DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）。

在VLSI持續(xù)不斷研發(fā)投入下，20世紀(jì)70年代末期，日本幾乎與美國(guó)同時(shí)推出64K DRAM。日本為了占領(lǐng)更多市場(chǎng)，開啟降價(jià)促銷，引發(fā)世界半導(dǎo)體市場(chǎng)劇烈震動(dòng)。就拿64K DRAM來(lái)說(shuō)，日本一年就將其價(jià)格從28美元降到6美元。

這次的“抱團(tuán)”計(jì)劃讓日本構(gòu)建起了相對(duì)完整的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上從設(shè)備、原料到芯片的三個(gè)方面都取得了重大突破：以尼康和佳能的光刻機(jī)為核心的半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)際市場(chǎng)占有率超過(guò)美國(guó)。

80年代開始進(jìn)入日本半導(dǎo)體的巔峰時(shí)期，日本也迅速在這十年間取代美國(guó)成為全球主要DRAM供應(yīng)商。日本記憶體晶片在全球市占率已經(jīng)達(dá)到53%，在日本急速發(fā)展的狀況下美國(guó)兵敗如山倒，當(dāng)時(shí)日本富士通甚至還打算收購(gòu)美國(guó)快捷半導(dǎo)體企業(yè)直接跨進(jìn)硅谷。

盛極轉(zhuǎn)衰

如此情勢(shì)，使焦慮的美國(guó)無(wú)法坐視不管，并將日本視為最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。1985年美國(guó)針對(duì)日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)起第一次301調(diào)查；此外，美方也從貨幣上沖擊日本，指控日元匯率遭到嚴(yán)重低估，同年與日本、英國(guó)、法國(guó)及西德簽署《廣場(chǎng)協(xié)議》，促使日元對(duì)美元匯率從1美元對(duì)240日元升至100日元左右，在種種因素夾擊下日本終于讓步。

1986年，達(dá)成第一次半導(dǎo)體協(xié)議，要求日本擴(kuò)大外國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)入日本市場(chǎng)，并監(jiān)控日本半導(dǎo)體價(jià)格情況；1987年美國(guó)再次指責(zé)日本向第三國(guó)傾銷并征收100%懲罰性關(guān)稅；1989年美國(guó)進(jìn)一步迫使日本簽訂《日美半導(dǎo)體保障協(xié)定》，開放日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、專利；1991年，達(dá)成簽訂第二次半導(dǎo)體協(xié)議，要求日本承諾使美國(guó)在日本半導(dǎo)體市場(chǎng)份額提升至20%。

由此之后日本的半導(dǎo)體開始從巔峰逐步轉(zhuǎn)向衰退，并且隨著三星加入美國(guó)陣營(yíng)，日本的重要性逐步降低。

三星的DRAM雙向性數(shù)據(jù)通選方案也獲得國(guó)際固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)可，定為個(gè)人電腦的標(biāo)準(zhǔn)配備之一。日本則被排除之外，造成日本DRAM市占率急劇下滑，而韓國(guó)的DRAM市占率則從1990年低于20%至2010年時(shí)全球市占率已經(jīng)超過(guò)60%。

重塑優(yōu)勢(shì)

1999年，NEC和日立的DRAM業(yè)務(wù)統(tǒng)合成立了日本國(guó)內(nèi)唯一的DRAM制造商 —— 爾必達(dá)。在日本半導(dǎo)體風(fēng)雨飄搖之際，爾必達(dá)則醞釀著復(fù)刻VLSI的成功。爾必達(dá)，在希臘語(yǔ)中是“希望”的意思，它肩負(fù)著重振日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的使命。

因有政府資金和政策的保駕護(hù)航，一度在全球DRAM領(lǐng)域掌握近兩成份額。隨后，爾必達(dá)又在2003年合并了三菱電機(jī)的DRAM業(yè)務(wù)。

由于企業(yè)的基因或經(jīng)營(yíng)慣性，日本企業(yè)不愿意放棄對(duì)良品率的盲目追求。爾必達(dá)在生產(chǎn)設(shè)備的吞吐量方面僅為三星的一半，即使?fàn)柋剡_(dá)的良品率再高，也無(wú)法達(dá)到三星電子的兩倍。也就是說(shuō)，如果要生產(chǎn)同樣數(shù)量的芯片，爾必達(dá)的設(shè)備成本將比三星多出一倍。最終，技術(shù)水平更高的爾必達(dá)的利潤(rùn)率僅為3％，而三星電子高達(dá)30％。

由于DRAM標(biāo)準(zhǔn)化程度極高，核心的競(jìng)爭(zhēng)力就是通過(guò)擴(kuò)大產(chǎn)能攤薄成本。經(jīng)歷早期大幅擴(kuò)張后，爾必達(dá)出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題：2008年前后，由于Windows Vista銷量低迷，DRAM供過(guò)于求價(jià)格狂跌，隨后金融危機(jī)過(guò)境，半導(dǎo)體市場(chǎng)需求萎靡，爾必達(dá)眼睜睜看著DRAM價(jià)格跌破1美元。

而三星在DRAM價(jià)格下跌、爾必達(dá)產(chǎn)能過(guò)剩的時(shí)期大舉擴(kuò)產(chǎn)，頂住虧損擠壓爾必達(dá)的份額。積累了巨量虧損和負(fù)債的爾必達(dá)節(jié)節(jié)敗退，即使日本政府極力扶持，仍回天無(wú)力。2012年，爾必達(dá)走向破產(chǎn)，被美光以20億美元的白菜價(jià)打包帶走。

此后的十多年，日本半導(dǎo)體復(fù)興的火焰再未被點(diǎn)燃：在金融危機(jī)的余波中，日本各大半導(dǎo)體企業(yè)齊刷刷的虧損，整體產(chǎn)值垮到不到2000的一半，日本失去東山再起的信心。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，2021年半導(dǎo)體全球市場(chǎng)份額美國(guó)占據(jù)54%，韓國(guó)22%，中國(guó)臺(tái)灣9%，日本僅為6%。

日本半導(dǎo)體的復(fù)興之路

為了重振半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，去年8月，豐田、索尼、瑞薩、NEC、軟銀等八家大型公司再次“合體”成立半導(dǎo)體研發(fā)企業(yè)Rapidus。日前Rapidus公司正式公布了未來(lái)的建設(shè)規(guī)劃，將在日本北海道地區(qū)建立晶圓廠，2023年9月份開工，2024年6月份完成廠房基礎(chǔ)設(shè)施并開始潔凈室建設(shè)。

2025年4月開始運(yùn)營(yíng)一條試驗(yàn)性生產(chǎn)線，并引進(jìn)EUV光刻機(jī)等設(shè)備，目標(biāo)是2027年開始大規(guī)模量產(chǎn)2nm工藝 —— 這個(gè)進(jìn)度比臺(tái)積電、三星及英特爾量產(chǎn)2nm節(jié)點(diǎn)工藝只晚了1-2年。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，日本政府不僅巨額補(bǔ)貼Rapidus公司，同時(shí)還積極拉攏全球半導(dǎo)體公司投資、合作，表示將為這些合作伙伴提供優(yōu)惠的稅收和投資政策。

雖然日本芯片制造實(shí)力一般，但在半導(dǎo)體材料和設(shè)備方面的實(shí)力，使2nm半導(dǎo)體的量產(chǎn)成為可能。但即使獲得所需的設(shè)備和材料，也需要解決工藝整合、提高生產(chǎn)率等問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

日本公司目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體是瑞薩電子的40nm。開發(fā)10nm及以后的半導(dǎo)體需要制造晶體管（例如FinFET和GAA）的經(jīng)驗(yàn)，這兩種技術(shù)都是控制漏電流和能量損耗的關(guān)鍵，沒(méi)有它們就很難量產(chǎn)高良率和高性能的2nm半導(dǎo)體。

高效生產(chǎn)需要時(shí)間，即便是走在半導(dǎo)體尖端前沿的公司，3nm節(jié)點(diǎn)的良率提升也至少需要一到兩年的時(shí)間，Rapidus的2nm節(jié)點(diǎn)工藝就更不用說(shuō)了。由于缺乏先進(jìn)半導(dǎo)體量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，Rapidus的生產(chǎn)率能否提高到實(shí)現(xiàn)盈利的水平，仍然存在疑問(wèn)。能夠制造，但不能盈利，這與當(dāng)初“爾必達(dá)的失敗”是一樣的。

還需要考慮先進(jìn)半導(dǎo)體的客戶的不確定性，目前，日本很少有使用2nm半導(dǎo)體的最終產(chǎn)品。為了確保目標(biāo)代工業(yè)務(wù)的高質(zhì)量客戶，Rapidus需要爭(zhēng)取臺(tái)積電的主要客戶，如蘋果、英偉達(dá)、AMD和其他主要在美國(guó)的半導(dǎo)體公司的支持，建立銷售渠道和確保人力資源以吸引這些全球公司的客戶也是困難的問(wèn)題。

除此之外，資金也是一大難題。雖然2022年11月宣布向Rapidus出資700億日元，但相比臺(tái)積電每年平均300億至400億美元的投入，這個(gè)投資規(guī)模顯得微不足道，因此日本政府計(jì)劃追加3000億日元。

然而，如何籌措如此龐大數(shù)額的資金，以及如何協(xié)調(diào)8家企業(yè)的經(jīng)營(yíng)思路，仍然是一個(gè)難題。因?yàn)槌巳釻FJ銀行，其他7家的投資數(shù)額相當(dāng)，很難形成一兩家公司主。

在制造上落后的日本，目前更為注重市場(chǎng)較小、利潤(rùn)率相對(duì)更低，但技術(shù)難度又較大的材料和設(shè)備領(lǐng)域。由于這些領(lǐng)域過(guò)于細(xì)分，加之對(duì)技術(shù)基礎(chǔ)要求高，大型半導(dǎo)體公司鮮有涉獵，看似在夾縫中求生的日本，現(xiàn)在形成了獨(dú)特的壟斷墻。

此外，日產(chǎn)芯片覆蓋范圍小、企業(yè)少，但在特定領(lǐng)域仍占據(jù)優(yōu)勢(shì)。比如，索尼在圖像傳感器芯片方面位居世界首位，由NEC、日立制作所、三菱電機(jī)半導(dǎo)體部門合并而成的瑞薩電子在車載半導(dǎo)體方面也具有全球領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，鎧俠是全球六大NAND Flash廠商之一。

以現(xiàn)在半導(dǎo)體整體需求下行趨勢(shì)來(lái)看，日企在設(shè)備、材料上的優(yōu)勢(shì)已開始逐漸弱化。半導(dǎo)體設(shè)備協(xié)會(huì)（SEAJ）數(shù)據(jù)顯示，截至2023年2月，日本半導(dǎo)體設(shè)備銷售額連續(xù)五個(gè)月下降，同時(shí)SEAJ預(yù)計(jì)日本今年半導(dǎo)體設(shè)備銷售額將降至近3.5萬(wàn)億日元，年降幅5%，為四年來(lái)首次下降。

雖然現(xiàn)在日本不遺余力地重金砸向半導(dǎo)體，但是否行之有效，誰(shuí)都無(wú)法判斷。需要指出的是，地緣政治摩擦之下，半導(dǎo)體地位凸顯，現(xiàn)在不去補(bǔ)貼半導(dǎo)體，只會(huì)使日本經(jīng)濟(jì)前景更加渺茫。

站在陰影里的日本半導(dǎo)體，再次輝煌并非易事。專家分析表明，以現(xiàn)如今日本的發(fā)展情況來(lái)講，重回20世紀(jì)80年代水平，將是至少780億美元的投資，以彌補(bǔ)20多年投資上的不足，并且除此之外已別無(wú)他法。

另一方面，也有日本專家認(rèn)為，媒體報(bào)道夸大了日本開發(fā)下一代半導(dǎo)體的計(jì)劃，聯(lián)合成立Rapidus的八家企業(yè)目前與半導(dǎo)體制造工藝關(guān)聯(lián)性都不足，目前看來(lái)Rapidus公司和將成立的LSTC對(duì)日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐僅限于極紫外光刻（EUV）設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)。再考慮到產(chǎn)業(yè)能力構(gòu)建和市場(chǎng)方面存在較強(qiáng)外部依賴，以及資金、人才持續(xù)供給等方面的困難，如此展望為時(shí)尚早。