重温半导体强国梦，日本的步子加快了！

消沉多年之后，日本在全球半导体博弈中看到半导体技术的重要性，重启了半导体强国之路。2022年11月，日本丰田汽车、索尼集团、NTT等约10家企业联合成立了一家新公司Rapidus，准备5年内在日本实现大规模生产2纳米芯片制造。

继扶持补贴5亿美元之后，日本政府计划继续并强化对Rapidus的财政支持，以助力实现在日本量产2纳米芯片的目标。据悉，近日日本产业省正在敲定一项计划，作为Rapidus额外资金支持，金额将高达3000亿日元（约合155.56亿元）。消息人士还透露，这笔额外的拨款将用于Rapidus千岁市半导体工厂的建设费用上。

目标量产2纳米芯片

上世纪80-90年代，是日本半导体制造的黄金时代，特别是1988年日本半导体产品占据世界总产量的近一半。然而，在日美半导体竞争中，日本落败了，特别是1986年与美国签署的《美日半导体协议》成了日本半导体产业跌落神坛的重要拐点。自此，全球半导体制造竞争格局逐渐形成美韩台三足鼎立之势，日本也随之衰落。

然而，最近几年，日本半导体动作频频，意在找回“失去的三十年”。而Rapidus就是日本重回半导体制造的重要支撑。日本经济产业省发布的一份文件称，日本在开发下一代芯片的竞赛中落后十年，称成立合资企业Rapidus是参与全球竞争的“最后机会”。

在刚成立之初，Rapidus就已获得了日本政府700亿日元的初始融资。日本政府曾宣布，将启动“后5G信息通信系统基础设施强化研究开发项目”，足以说明日本布局先进半导体制造的雄心。

Rapidus目标在2025年后期建立一条生产线，用于自动驾驶、人工智能（AI）和智慧城市，且从2027年开始在日本国内生产下一代半导体，将与IBM合作开发2纳米芯片的项目。

2021年5月，IBM发布全球首个2纳米芯片制造技术，首颗2nm工艺芯片用EUV光刻机进行刻蚀在指甲大小的芯片上，集成了500亿颗晶圆体，其最小元件比人类DNA单链都要小很多。IBM也是第一家展示5纳米和7纳米晶圆的企业，尽管该企业本身并不量产这些芯片，但未来通过与Rapidus合作，实现2纳米制造工艺。

日本经济产业大臣西村康稔曾强调，半导体是一项关键技术，可以在量子和人工智能技术领域带来重大创新，并在日本社会的数字化和脱碳中发挥作用。可以说，日本政府对发展芯片产业非常重视，同时也说明对Rapidus在芯片领域具有较高期待。

日本政府此次提供高达3000亿日元的资金支持，也是其重新走上半导体强国之路的重要的信号。

2纳米芯片量产“山高路远”

尽管Rapidus未来将与IBM展开技术合作，但真正要实现2纳米芯片工艺，还有很长一段路要走。

据悉，IBM的2纳米芯片技术是由其位于纽约州奥尔巴尼（Albany）的芯片制造研究中心研发出来的，但实际上该技术仍然停留在实验室阶段。要真正实现量产首先要满足一个重要指标，即晶圆良率，其也决定了芯片的工艺成本，以及未来产品的大规模应用。

目前，业界普遍采用FinFET（鳍式场效应晶体管）结构，但在5nm节点后，这种结构难以满足晶体管所需的静电控制，会出现严重的漏电现象。未来，IBM的2nm制程所采用的技术必然要采用GAA（gate-all-around，环绕式栅极）的晶体管技术。

其中，GAA分为纳米线结构和纳米片结构两种。而IBM采用的就是纳米片结构。然而，相比纳米线结构，纳米片结构的长宽比较高，接触面积更大，但也更难控制片与片之间的刻蚀与薄膜生长。当然，IBM的2nm技术还面临其他很多量产工艺挑战。

然而，目前，IBM已没有晶圆制造厂，要想实现2nm工艺量产，还需要找其他晶圆厂代工。据悉，IBM曾与英特尔和三星签署联合开发协议。

因此，Rapidus作为一家合资企业也面临着半导体制造工艺和技术上的挑战。尽管索尼、软银、铠侠、日本电装等日企具有很强的技术实力，但在先进工艺逻辑芯片上几乎没有很深的技术造诣。日本的逻辑半导体在2010年前后发展到了65nm—45nm，后来直接落伍，28nm—45nm节点中仅占5%，而且还无法生产28nm，仅能生产少许45nm。要知道，目前日本还在极力邀请台积电在本土投建22—28nm的芯片制造工艺。

由此可见，日本距离先进芯片工艺，特别是2纳米芯片，还有很大的技术差距。而Rapidus目标在2027年实现2纳米芯片，绝对是一个技术大跃进，其技术挑战可想而知。

资金和人才也是掣肘因素

除了技术之外，资金和人才也是日本实现2纳米芯片的重要阻碍因素。

今年2月，Rapidus董事长TetsuroHigashi曾表示，在美国芯片巨头IBM的支持下，该公司将需要约7万亿日元的资金，才能在2027年左右开始大规模生产先进逻辑芯片。对比台积电在美国亚利桑那州投资400亿美元建设3纳米芯片工厂，以及Rapidus所期望的7万亿日元的资金，此次日本正敲定的3000亿日元资金支持仍然显得“杯水车薪”。

另外，半导体人才也是日本发展2纳米芯片工艺的关键难题。实际上，日本像大多数国家一样，严重缺乏半导体人才，同时还面临着半导体人才老化和严重流失的问题。

上世纪90年代以来，日本半导体制造逐渐没落，随之而来的就是芯片人才外流。以瑞萨电子为例，2012年该公司被日本产业革新机构收购，进行了一场彻底的大裁员；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。这些半导体技术人员多数流向海外，比如韩国、中国大陆。

值得一提的是，在日本半导体黄金时代培养出的技术人才基本处于老龄化阶段，甚至接近退休年龄。而日本本土多年的半导体制造环节的衰落又没能培养出新生代的半导体人才，一定程度上造成“人才断层”现象。

当然，日本政府也认识到这一问题，呼吁海外半导体人才的回归，特别是Rapidus的成立，将吸引更多海外工作的日本工程师回国，为实现2纳米芯片目标铺平道路。

今年3月，日本经济产业省计划从2023年度启动向国外派遣半导体领域年轻研究人员和研究生的项目。这些半导体研究人员将到欧美的企业和研究机构学习电路线宽为2纳米以下的尖端产品技术。

其中，派遣项目将面向东京大学、东京工业大学及日本东北大学等日本名校出身的年轻研究人员和研究生等。设想的对象单位有美国IBM、美国纽约州的半导体研究设施奥尔巴尼纳米技术综合中心、比利时的半导体研究机构imec等。

同时，日本政府还将配合台积电（TSMC）落户本土，重新构筑半导体生产基础，推进人才培养，加快振兴半导体产业。

不过，这些措施能否支撑起日本于2027年实现2纳米芯片的目标，还有有待时间验证。