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(kāi)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(xiāo)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)先進(jìn)的2nm半導(dǎo)體，合作培訓(xùn)工程師和開(kāi)發(fā)銷(xiāo)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(kāi)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(xiāo)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(kāi)始從半導(dǎo)體廠家分出來(lái)，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)啟降價(jià)促銷(xiāo)，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(kāi)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(xiāo)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(kāi)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(kāi)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(xiāo)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(kāi)工，2024年6月份完成廠房基礎(chǔ)設(shè)施并開(kāi)始潔凈室建設(shè)。

2025年4月開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(píng)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(xiāo)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(mén)合并而成的瑞薩電子在車(chē)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(kāi)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(xiāo)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(xiāo)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(kāi)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。