日本半導體“再逢春”？加碼芯片投資

如今，半導體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一輪新的增長(cháng)期，全球各科技大國再次認識到半導體行業(yè)對”國運興衰“的影響。美、日、韓以及西歐發(fā)達國家都開(kāi)始從國家戰略高度部署半導體產(chǎn)業(yè)，讓其成為全球戰略競爭的一個(gè)制高點(diǎn)。

日本政府制定了半導體和數字戰略，預算了2萬(wàn)億日元以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并鼓勵主要半導體公司增加對其芯片行業(yè)的投資。目標是到2030年將半導體及相關(guān)產(chǎn)品的國內銷(xiāo)售額增加兩倍，達到15萬(wàn)億日元。

全球半導體巨頭加大對日本投資

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

· 存儲器大廠(chǎng)美光宣布將投資5000億日元在廣島設立最先進(jìn)節點(diǎn)的DRAM工廠(chǎng)，并導入關(guān)鍵的EUV（極紫外光曝光機）設備，成為全球首家把EUV設備帶入日本的半導體企業(yè)。

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

· 屬于世界級半導體研究開(kāi)發(fā)機構的imec明確提出計劃在北海道設立研究基地支援日本芯片企業(yè)Rapidus，合作開(kāi)發(fā)尖端光刻機技術(shù)（包括EUV光刻機），協(xié)助研發(fā)2nm工藝量產(chǎn)技術(shù)。

· IBM宣布和Rapidus結成戰略聯(lián)盟，共同開(kāi)發(fā)先進(jìn)的2nm半導體，合作培訓工程師和開(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體研發(fā)基地。有傳聞新工廠(chǎng)將雇用數百名員工，目標是在2025年開(kāi)始運營(yíng)。

· 臺積電正在日本熊本縣建設工廠(chǎng)，還計劃建設第二工廠(chǎng)，將以客戶(hù)需求及日本政府的補貼為前提，考慮在日本擴大投資。

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

日本半導體發(fā)展史

半導體是當今世界科技發(fā)展的核心驅動(dòng)力，也是國家競爭力的重要標志。然而，曾經(jīng)在半導體領(lǐng)域領(lǐng)先全球的日本，在近20年來(lái)逐漸失去了優(yōu)勢，甚至在先進(jìn)邏輯工藝上落后于臺積電、三星等公司。

跟隨趕超

上世紀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（指從設計、制造、封裝測試到銷(xiāo)售自有品牌IC都一手包辦的半導體垂直整合型公司），到了60年代后期，半導體材料以及設備才開(kāi)始從半導體廠(chǎng)家分出來(lái)，開(kāi)始形成了材料、設備、產(chǎn)品三大電子產(chǎn)業(yè)體系。

1968年，美國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)轉移；另外IBM在1970年宣布將在新的產(chǎn)品中使用半導體記憶體（DRAM內存芯片），這是一個(gè)行業(yè)趨勢出現變動(dòng)的開(kāi)端。

1976年，日本通產(chǎn)省引導日立、日本電氣、富士通、三菱、東芝、NEC六大公司共同參與“下一代電子計算機用超大規模集成電路”（VLSI）研究開(kāi)發(fā)計劃，集中精力攻堅DRAM（動(dòng)態(tài)隨機存儲器）。

在VLSI持續不斷研發(fā)投入下，20世紀70年代末期，日本幾乎與美國同時(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”計劃讓日本構建起了相對完整的半導體產(chǎn)業(yè)鏈，在半導體產(chǎn)業(yè)上從設備、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為核心的半導體設備國際市場(chǎng)占有率超過(guò)美國。

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

盛極轉衰

如此情勢，使焦慮的美國無(wú)法坐視不管，并將日本視為最大的競爭對手。1985年美國針對日本半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)起第一次301調查；此外，美方也從貨幣上沖擊日本，指控日元匯率遭到嚴重低估，同年與日本、英國、法國及西德簽署《廣場(chǎng)協(xié)議》，促使日元對美元匯率從1美元對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，達成第一次半導體協(xié)議，要求日本擴大外國半導體企業(yè)進(jìn)入日本市場(chǎng)，并監控日本半導體價(jià)格情況；1987年美國再次指責日本向第三國傾銷(xiāo)并征收100%懲罰性關(guān)稅；1989年美國進(jìn)一步迫使日本簽訂《日美半導體保障協(xié)定》，開(kāi)放日本半導體產(chǎn)業(yè)的知識產(chǎn)權、專(zhuān)利；1991年，達成簽訂第二次半導體協(xié)議，要求日本承諾使美國在日本半導體市場(chǎng)份額提升至20%。

由此之后日本的半導體開(kāi)始從巔峰逐步轉向衰退，并且隨著(zhù)三星加入美國陣營(yíng)，日本的重要性逐步降低。

三星的DRAM雙向性數據通選方案也獲得國際固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì )認可，定為個(gè)人電腦的標準配備之一。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

1999年，NEC和日立的DRAM業(yè)務(wù)統合成立了日本國內唯一的DRAM制造商 —— 爾必達。在日本半導體風(fēng)雨飄搖之際，爾必達則醞釀著(zhù)復刻VLSI的成功。爾必達，在希臘語(yǔ)中是“希望”的意思，它肩負著(zhù)重振日本半導體產(chǎn)業(yè)的使命。

因有政府資金和政策的保駕護航，一度在全球DRAM領(lǐng)域掌握近兩成份額。隨后，爾必達又在2003年合并了三菱電機的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)不愿意放棄對良品率的盲目追求。爾必達在生產(chǎn)設備的吞吐量方面僅為三星的一半，即使爾必達的良品率再高，也無(wú)法達到三星電子的兩倍。也就是說(shuō)，如果要生產(chǎn)同樣數量的芯片，爾必達的設備成本將比三星多出一倍。最終，技術(shù)水平更高的爾必達的利潤率僅為3％，而三星電子高達30％。

由于DRAM標準化程度極高，核心的競爭力就是通過(guò)擴大產(chǎn)能攤薄成本。經(jīng)歷早期大幅擴張后，爾必達出現產(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，隨后金融危機過(guò)境，半導體市場(chǎng)需求萎靡，爾必達眼睜睜看著(zhù)DRAM價(jià)格跌破1美元。

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

此后的十多年，日本半導體復興的火焰再未被點(diǎn)燃：在金融危機的余波中，日本各大半導體企業(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IC Insights數據，2021年半導體全球市場(chǎng)份額美國占據54%，韓國22%，中國臺灣9%，日本僅為6%。

日本半導體的復興之路

為了重振半導體產(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”成立半導體研發(fā)企業(yè)Rapidus。日前Rapidus公司正式公布了未來(lái)的建設規劃，將在日本北海道地區建立晶圓廠(chǎng)，2023年9月份開(kāi)工，2024年6月份完成廠(chǎng)房基礎設施并開(kāi)始潔凈室建設。

2025年4月開(kāi)始運營(yíng)一條試驗性生產(chǎn)線(xiàn)，并引進(jìn)EUV光刻機等設備，目標是2027年開(kāi)始大規模量產(chǎn)2nm工藝 —— 這個(gè)進(jìn)度比臺積電、三星及英特爾量產(chǎn)2nm節點(diǎn)工藝只晚了1-2年。

為了實(shí)現這個(gè)目標，日本政府不僅巨額補貼Rapidus公司，同時(shí)還積極拉攏全球半導體公司投資、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，但在半導體材料和設備方面的實(shí)力，使2nm半導體的量產(chǎn)成為可能。但即使獲得所需的設備和材料，也需要解決工藝整合、提高生產(chǎn)率等問(wèn)題，以實(shí)現規模經(jīng)濟。

日本公司目前最先進(jìn)的半導體是瑞薩電子的40nm。開(kāi)發(fā)10nm及以后的半導體需要制造晶體管（例如FinFET和GAA）的經(jīng)驗，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半導體。

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

還需要考慮先進(jìn)半導體的客戶(hù)的不確定性，目前，日本很少有使用2nm半導體的最終產(chǎn)品。為了確保目標代工業(yè)務(wù)的高質(zhì)量客戶(hù)，Rapidus需要爭取臺積電的主要客戶(hù)，如蘋(píng)果、英偉達、AMD和其他主要在美國的半導體公司的支持，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(hù)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，但相比臺積電每年平均300億至400億美元的投入，這個(gè)投資規模顯得微不足道，因此日本政府計劃追加3000億日元。

然而，如何籌措如此龐大數額的資金，以及如何協(xié)調8家企業(yè)的經(jīng)營(yíng)思路，仍然是一個(gè)難題。因為除了三菱UFJ銀行，其他7家的投資數額相當，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、利潤率相對更低，但技術(shù)難度又較大的材料和設備領(lǐng)域。由于這些領(lǐng)域過(guò)于細分，加之對技術(shù)基礎要求高，大型半導體公司鮮有涉獵，看似在夾縫中求生的日本，現在形成了獨特的壟斷墻。

此外，日產(chǎn)芯片覆蓋范圍小、企業(yè)少，但在特定領(lǐng)域仍占據優(yōu)勢。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、三菱電機半導體部門(mén)合并而成的瑞薩電子在車(chē)載半導體方面也具有全球領(lǐng)先優(yōu)勢，鎧俠是全球六大NAND Flash廠(chǎng)商之一。

以現在半導體整體需求下行趨勢來(lái)看，日企在設備、材料上的優(yōu)勢已開(kāi)始逐漸弱化。半導體設備協(xié)會(huì )（SEAJ）數據顯示，截至2023年2月，日本半導體設備銷(xiāo)售額連續五個(gè)月下降，同時(shí)SEAJ預計日本今年半導體設備銷(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。

雖然現在日本不遺余力地重金砸向半導體，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，半導體地位凸顯，現在不去補貼半導體，只會(huì )使日本經(jīng)濟前景更加渺茫。

站在陰影里的日本半導體，再次輝煌并非易事。專(zhuān)家分析表明，以現如今日本的發(fā)展情況來(lái)講，重回20世紀80年代水平，將是至少780億美元的投資，以彌補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(zhuān)家認為，媒體報道夸大了日本開(kāi)發(fā)下一代半導體的計劃，聯(lián)合成立Rapidus的八家企業(yè)目前與半導體制造工藝關(guān)聯(lián)性都不足，目前看來(lái)Rapidus公司和將成立的LSTC對日本半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐僅限于極紫外光刻（EUV）設備的研發(fā)生產(chǎn)。再考慮到產(chǎn)業(yè)能力構建和市場(chǎng)方面存在較強外部依賴(lài)，以及資金、人才持續供給等方面的困難，如此展望為時(shí)尚早。