内容提要:
7月18日,日本最大半导体企业Rapidus,首次展示2纳米半导体样品,基于IBM技术,大约领先中国大陆2代,但产能与市场需求存疑。后工序领域虽为短板,但30家企业联合抗衡海外竞争,计划2025年合作提升效率。日本半导体复兴仍需克服融资和客户开拓等挑战。中国半导体产业需警惕新加入的日本的挑战。
一、日本Rapidus首次向媒体公开展示其试制的2纳米半导体样品,制程领先中国大陆2代。
7月18日周五,日本致力于实现最先进半导体国产化的Rapidus公司首次向媒体公开了其试制的电路线宽2纳米半导体样品。这款产品产自今年4月刚刚启用的北海道千岁市工厂,且已确认可以正常运作。Rapidus以2027年实现量产为目标,追赶海外竞争对手。
周五中午12点半,Rapidus在千岁市内的酒店邀请了约200位供应商和潜在客户。这是自4月工厂投产以来,Rapidus首次在千岁举办官方活动,形式上也相当于开业仪式。
Rapidus的小池淳义社长向记者展示了直径30厘米、呈金色光泽的2纳米晶体管晶圆,并表示“确认了足以令客户满意的运作性能”。 Rapidus会长东哲郎也表示,“以全球罕见的速度完成了工厂启动,令世界为之惊叹”。
Rapidus成立于2022年8月,由包括丰田汽车在内的8家民间企业共同出资730亿日元。日本政府累计提供了1.7万亿日元的支持,计划在2025财年下半年再出资1000亿日元。
此次公开的晶圆仍处于中间阶段,还需进一步改善晶体管性能。如果样品能展现预期的运算能力与电力性能,将有助于吸引客户。此外,距离量产还需要逾3万亿日元资金,样品性能的优劣对融资也有重大影响。
Rapidus计划在本财年内向潜在客户提供用于芯片设计的最新“PDK(工艺设计包)”。客户将可据此评估Rapidus的技术实力。小池淳义社长表示,“预计到2025年底,将明确掌握客户名单”。
二、Rapidus的2纳米芯片为IBM提供的设计技术。
Rapidus通过美国IBM提供的设计技术,致力于开展电子设备核心所需的逻辑半导体代工业务。
2024年秋季工厂厂房基本完工,2025年4月投产。
为再现IBM的技术,技术人员采取24小时轮班制度,持续进行设备参数设定。Rapidus一位外部董事坦言:“虽然最初有所担忧,但目前进度并未出现重大延误”。
日本企业自2000年代前期起,基本退出了提升半导体集成度的微细化竞争,先进半导体只能依赖从台湾与韩国进口。若Rapidus能将量产步入正轨,将为日本企业在AI数据中心与自动驾驶等领域,稳定采购半导体提供保障。
不过,全球竞争正在加剧。代工领域巨头台积电(TSMC)计划2025年下半年量产2纳米产品,并将在2028年着手下一代1.4纳米量产。韩国三星电子也计划年内量产2纳米,美国英特尔则将启动1.8纳米量产。
所以,目前来看,Rapidus展示的2纳米芯片,依然落后于中国台湾、韩国和美国大约1代,但领先中国大陆至少2代。
中芯国际(SMIC)已成功量产7纳米产品,但良品率对成本拖累严重,据称,SMIC已经研制出5纳米产品样品。
三、Rapidus的芯片在产能和市场需求上可能存在一些问题。
Rapidus虽已站上起跑线,但能否进一步提升完成度,最终获得客户,依然是决定Rapidus未来成败的关键课题之一。
产能上Rapidus难以和台积电和三星竞争。据美国调查公司Omdia估算,Rapidus现阶段的产能约为每月7000片12英寸晶圆。量产时将提升至2.5万至3万片,而TSMC主力工厂预计超过10万片,在规模上难以匹敌。
小池淳义社长表示:“美国客户在美中对立背景下,需要第二供应商(替代供货方)”,展现出开拓如GAFA等大型科技企业客户的意愿。
然而,台积电计划2025年在全球新建9座工厂,2028年于美国亚利桑那州量产2纳米半导体,正着手分散原本集中于中国台湾的生产基地。Rapidus所宣称的“替代中国台湾依赖”的意义也可能因此动摇。
虽然Rapidus7月18日的活动被称为“客户活动”,但到场者以合作伙伴企业为主,海外大型潜在客户寥寥无几。Rapidus必须正视现实,解决客户开拓、量产、融资三大课题。
换言之,提升试制品与PDK的性能以赢得客户,提升量产规模与良率,树立业绩进而吸引民间资金,摆脱对政府的依赖。
四、半导体后工序也是日本半导体产业短板,但30家日本半导体后工序企业已经联手抗衡海外。
半导体生产大致分为“前工序”和“后工序”。前工序是指在硅晶圆上形成电路等作业环节。已进驻日本熊本县的台积电(TSMC),以在北海道量产最尖端半导体为目标的Rapidus,主要负责前工序。
接下来的后工序则是从晶圆中切割出芯片,并用树脂进行封装。要将半导体加工成可嵌入最终产品的状态,后工序是必不可少的环节。
后工序在半导体生产中的重要性日益提高,但日本国内的大半企业是地方的中小企业,竞争力薄弱。
日本国内的后工序企业最初是作为大型电子和半导体生产商的合作公司起步的。例如,日本大分县聚集了东芝和美国德州仪器等的生产基地。在其周边诞生了负责后工序的企业,目前九州仍然是一个重要基地。
但日本的半导体产业自1980年代以来受贸易摩擦和市场低迷的影响,失去了竞争力。在后工序方面,设备更新和技术开发也落后于海外企业。
目前,日本国内的后工序企业主要承接用于汽车和工业设备的电路线宽为几十纳米的老款产品。还不具备承接台积电生产的2纳米等最尖端产品的实力。
日本后工序企业与世界的差距很大。中国台湾的调查公司TrendForce的数据显示,在后工序企业的全球销售额排名中,首位的中国台湾日月光投资控股等前5家企业的市场份额超过8成。前10家几乎都是中国台湾或中国大陆的企业,没有一家日本企业。
日本企业要想缩小与世界的差距,关键在于能多快地实施必要的措施。
为了重振日本半导体产业,在把半导体芯片组装为成品的“后工序”领域,日本企业开始走向合作。行业内正在凝聚力量,一起抗衡海外大型企业。
今年4月,日本组成了首个半导体后工序业界团体,日本国内的主要后工序企业有一大半都加入了这个联合会。目前共有约30家企业加盟,员工规模达到约1.5万人。最大的独立企业AOI ELECTRONICS,以及在大分县和福冈县设有据点的美资企业Amkor Technology Japan等也已加入进来。
该业界团体认为,如果在设备更新等方面展开合作,生产成本将降低2成。
总部设在佐贺县吉野里町的日本OSAT联合会的会长澄田诚(TDK前会长)呼吁:“后工序是日本可以显示存在感的领域。希望会员企业能够做出新的尝试”。OSAT是负责半导体组装及最终检测的“后工序外包公司”的简称。
日本国内的后工序月产能超过11亿颗芯片,从交货的对象领域来看,汽车和工业设备各占4成,剩下的2成是民用产品。
联合会最早将于2025年夏季按照设备自动化、生产数据共享、人才培养等5大主题设立分组会。针对共同课题展开认真讨论的举措将正式启动。
为什么日本各家半导体企业要在后工序领域展开合作呢?背后原因在于2大全球性趋势。
首先是半导体的进化空间被认为在后工序领域。在前工序方面,提高性能的电路精细化已接近技术极限。而后工序则被认为仍有通过连接或垂直堆叠多颗芯片来提升性能的空间。
调查公司Global Information的数据显示,预计后工序相关市场规模到2030年将比2025年的预测值增长73%,扩大至799亿美元。
第2个趋势是半导体在经济安全保障中越来越重要。中美等主要国家纷纷在本国构建半导体供应链。如果日本不完善后工序体制,即使是用于汽车等的老款产品,在紧急情况下供应链也可能被切断。
联合会还考虑向日本政府申请补贴以推进各公司更新设备。AOI ELECTRONICS的执行董事泽本修一表示:“在海外,国家有时会补贴投资额的7成以上。如果日本企业100%自行投资,在成本上无法与之抗衡”。
【作者:徐三郎】