(Daily Issue)日本半导体动起来 从弥补逻辑IC缺口开始

日本晶圆制造商Rapidus正透过与IBM及Imec的合作，发展2纳米以下最先进制程的量产技术。图为Imec位于比利时的设施内。法新社

日本政府推动半导体产业，力道逐步增强。先是补贴台积电兴建熊本厂，再推动日美等国研发2纳米以下先进制程芯片量产技术，并由官方扶持最先进制程晶圆制造厂Rapidus成立。

日本官方的这些步骤，可以从日本经产省政策规划中看出端倪。

2021年日本经产省整理出半导体战略之后，到目前为止的实施成果，将于本文中逐一检视。

日本经产省归结的日本半导体五大问题

曾在1980、1990年代称霸半导体业的日厂，近来已衰退，逻辑IC制程更留停在40纳米等级。根据日本经产省官网，2021年整理出的半导体战略中，曾指出日本半导体业发展落后的5项原因，包括：

一、美日贸易冲突后，两国于1980年代后期签订美日半导体协定，限制日本半导体业发展。

二、日本半导体业没有跟上IC设计与晶圆制造2个领域分离的水平分工模式。

三、日本数码转型与数码化产业发展迟缓，半导体缺乏需求。

四、过度强调日本自力研发。近年来半导体技术的突破，许多都来自于跨国合作建立的开放性生态系，例如欧洲的比利时微电子研发中心（Imec）与美国的Albany纳米科技中心（Albany NanoTech Complex）。

五、1990年代日本泡沫经济破灭后日企投资缩小，但韩国、台湾、国内官方则大力支持半导体投资。

五大问题的解决：与美国联手 并引进IBM、Imec等海外技术

日本经产省列出的这些缺点，在近2年的日本官方政策中，已有重大调整。

首先，日本与美国关系，已与30年前不同。

地缘政治板块变动的背景下，日本在整体国策上，选择与美国联合的基本路线。这项国策体现于半导体等科技发展上，则是与美国进行技术合作。

在发展2纳米以下先进制程芯片的量产技术上，日本已表明立场，要与美国进行技术合作，包括先进半导体科技中心（Leading-edge Semiconductor Technology Center；LSTC），就是与IBM等美国厂商与机构，进行2纳米以下最先进制程量产技术的研发合作。

Rapidus将购买IBM以纳米片（nanosheet）技术制作2纳米芯片的专利，并派技术人员前往IBM为中心的Albany纳米科技中心。

此外，美国与日本官方已多次确认，会在半导体供应链、技术研发与人才培育，此外还包括量子、人工智能（AI）等高科技领域的合作。

日本在半导体材料与设备的优势，不但可以在最先进芯片的制造技术研发上有能力与美国合作，而且在美国拉拢盟友建立稳固的半导体供应链，以及扩大对国内半导体技术封锁的包围网中，日本也占有重要地位。

其次，日本与美国的技术合作之外，也加强与欧洲的技术合作。日本不再过度坚持自力研发。

与欧洲的合作，最近的例子是比利时Imec的访日。Imec先在东京与Rapidus签署技术合作备忘录，并宣布会在日本设立研发团队，强力支持日本在最先进制程芯片制造技术的发展。

接着Imec又到京都，与日本晶圆清洗设备厂Screen签订合约，共同开发更精细的下一代先进制程设备与3D结构芯片之清洗技术。

Imec认为，日本在半导体材料与设备上领先，不过欧洲与日本都缺乏先进制程IC的量产技术，两者应建立牢固的合作关系。Imec本身也在欧洲，与德国的Fraunhofer研究协会（Fraunhofer-Gesellschaft）、法国的替代能源、核能、电子信息研究所（CEA-Leti）等合作，试图发展欧洲自己的最先进半导体生态系，涵盖设计到量产。

持续补贴台积电等在境内设厂 官方拨款筹组日系晶圆代工厂Rapidus

至于日本投资半导体规模偏低，且未跟上全球半导体业在IC设计与晶圆制造分工的产业趋势，对于这2点，目前日本官方政策已大幅转变。

日本政界如半导体战略推进议员联盟会长甘利明等，2021年起就多次主张日本官民合计10年内投资半导体10万亿日圆（约730亿美元），以振兴日本半导体，并加强芯片断供风险，维护半导体供应链稳定与经济安全。日本半导体产业协会主席、铠侠（Kioxia）社长早坂伸夫等半导体业界人士，也提出类似看法。

在实际的作为上，日本政府在2021年度，与2022年度，都提出预算修正案，补助半导体发展。

其中，2021年度的预算修正案提出6,170亿日圆，补贴日本境内的半导体生产，且不限于日厂。

获得补助的有3个团队，首先是台积电与Sony、电装合资，位于熊本的12寸晶圆制造公司JASM，制程技术16/12纳米与28/22纳米，最高补助4,760亿日圆，以目前汇率计算近35亿美元，约占总建设费86亿美元的4成。这是日本对于外资设厂罕见的高额补贴。

第二是铠侠（Kioxia）与威腾（WD）合资的日本三重县四日市工厂的第六代162层3D NAND Flash的新厂房，产能月产10.5万片，最高补助929.3亿日圆。

第三是美光（Micron）位于日本广岛县的1β时代的DRAM新厂房，产能月产4万片，最高补助464.7亿日圆。

2021年度预算修正案补贴的对象，包含10~20纳米等级的逻辑IC制造，以及最新的DRAM与NAND Flash存储器。

接下来到了2022年度的第二次预算修正案，日本内阁又提列1.3万亿日圆支持半导体。

其中，4,850亿日圆，将用于日本引进美国、欧洲技术的最先进半导体研发据点，也就是LSTC。LSTC发展的最先进制程芯片制造技术，将提供给Rapidus量产。

另有4,500亿日圆，用于整顿及兴建先端产品的生产据点。日本经产省宣布补贴Rapidus成立的700亿日圆，就是要从这个部分支应。

其余3,686亿日圆，用于半导体相关材料供应链以及改善能源效率相关半导体开发。据日经（Nikkei）报导，这将包含支持SiC功率半导体的发展。

从2021、2022年度日本政府对半导体业的补贴，包括日本缺乏的10~20纳米等级的逻辑IC，以及最先进的2纳米以下逻辑IC，还有日厂仍有一定市占的NAND、在日本生产的外资工厂的DRAM，另外也没放过日厂握有一定竞争力的SiC功率半导体等领域，几乎涵盖半导体各种类。

虽然这些厂商并非都是日厂，不乏仰赖外资或外国技术的部分，但也有助于打造日本境内的半导体供应链。

而日本官方与8家日厂合资成立的Rapidus，更是公开宣布要从事晶圆代工。这也是日本试图弥补当年没有因应IC设计与晶圆代工分工的趋势。

Rapidus与LSTC已经摆开阵势，朝向连台积电与三星电子尚未达成的2纳米以下最先进半导体的量产技术发展。

不过根据Rapidus社长小池淳义估计，2纳米以下最先进制程IC，从研发到量产，需要5万亿日圆（约366亿美元）。官方、民间厂商与银行融资，还需要大力投入，才有机会达成2025年后量产的目标。

另外，也传出日本政府正与台积电商讨，除了兴建中的熊本晶圆厂之外，再兴建使用EUV机台的7纳米新厂及封装厂。

虽然还在消息阶段，不过这显然是为了补上日本要发展的2纳米芯片，与10~20纳米等级的熊本厂之间的制程缺口，希望让日本境内的制程阵容更加完整。

日本另一道难题：产业数码化

最后的问题，则是创造日本半导体的需求。也就是日本数码转型、数码产业相对发展较慢，要如何加快脚步以创出足够需求。

日本制造业原本的强项是汽车生产，日本车厂在汽车朝向纯电动化、自动驾驶、车联网、数码化、软件定义汽车等的转型上，需要更多新时代功率半导体、更精细化的运算平台芯片、影像传感器等半导体产品。

汽车数码转型的速度与数量，都会影响台积电或Rapidus未来在日本市场的车用芯片需求。

重点仍是发展数码产业。日本经产省2022年7月的半导体与数码产业略战略检讨会议中指出，日本数码产业的地位正在下降。2001年的大型电脑（Mainframe）市场，日厂仍有38.6%市占，高于美国的23.1%及西欧的27.3%。

但到2020年，市场转往云端系统，包含基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）等，日厂市占仅2.6%，远低于美国的60.2%，欧洲的21.9%，也低于国内的5.5%。

如何在数码产业恢复日厂影响力，创造出日本半导体业在本国内部的需求，使半导体业与数码产业互相支撑，则是另一个大题目，恐怕像振兴半导体一样，需要庞大资源来推动。

责任编辑：张兴民