押注Rapidus 日本2nm芯片制造試產(chǎn)

世界上只有三家公司能夠執行大規模制造最先進(jìn)的計算機芯片的令人難以置信的精度。上個(gè)月，日本的一家初創(chuàng )公司邁出了成為第四家的第一步。Rapidus 在 4 月 1 日實(shí)現了一個(gè)關(guān)鍵的里程碑，它使用與 IBM 合作開(kāi)發(fā)的配方，基于 IBM 的納米片晶體管結構，啟動(dòng)并測試了其 2 納米節點(diǎn)芯片的試驗線(xiàn)。 Rapidus 告訴 IEEE Spectrum，其位于千歲的新晶圓廠(chǎng)安裝了 200 多臺尖端設備，包括 Keystone 部件，一個(gè)價(jià)值超過(guò) 3 億美元的最先進(jìn)的極紫外 （EUV） 光刻系統，現已準備好投入運行。

“我們于 2023 年 9 月破土動(dòng)工，”Rapidus Design Solutions 總裁 Henri Richard 說(shuō)，該公司于去年 4 月在硅谷圣克拉拉成立，旨在監督美國的業(yè)務(wù)發(fā)展?！耙虼?，在 2025 年第二季度初，我們已經(jīng)對 EUV 光刻系統進(jìn)行了首次曝光，現在準備開(kāi)始試生產(chǎn)，這真是太神奇了?！?/p>

至于 Rapidus 何時(shí)發(fā)貨第一批測試芯片，Rapidus 首席執行官 Atsuyoshi Koike 在 4 月份告訴日本時(shí)報，“原型芯片可能會(huì )在 7 月生產(chǎn)出來(lái)。雖然在一份公司聲明中澄清了媒體對與客戶(hù)談判的報道，但該公司表示，它正在“與許多潛在客戶(hù)進(jìn)行討論，從大型成熟企業(yè)到 AI 初創(chuàng )公司”。

5 萬(wàn)億日元：資金 Rapidus 預測需要實(shí)現大規模生產(chǎn)

Rapidus 成立于 2020 年 8 月，得到了八家國內公司組成的財團的支持：電裝、鎧俠、MUFJ Bank、NEC、NTT、軟銀、索尼和豐田。但事實(shí)證明，中央政府的支持更為重要，這是振興該國先進(jìn)半導體行業(yè)努力的一部分。日本的支持是出于對國家安全的擔憂(yōu)，因為該國依賴(lài)可能脆弱的海外供應商來(lái)提供尖端芯片。（出于同樣的原因，美國也采取了行動(dòng)來(lái)減少其依賴(lài)性。迄今為止，政府補貼總額為 1.72 萬(wàn)億日元（120 億美元）。然而，八位創(chuàng )始人的股權投資仍然只有 73 億日元（5100 萬(wàn)美元），這引發(fā)了人們對 Rapidus 未來(lái)的擔憂(yōu)。新鑄造廠(chǎng)估計，要實(shí)現其大規模生產(chǎn)目標，需要大約 5 萬(wàn)億日元（350 億美元）。

然而，Rapidus 的情況與 1990 年代成立的現在業(yè)界最大的芯片制造商臺灣積體電路制造股份有限公司 （TSMC） 沒(méi)有什么不同。早稻田大學(xué)（Waseda University）商業(yè)與金融研究生院教授大巳（Atsushi Osanai）指出，當時(shí)和日本一樣，臺灣政府支持這家初創(chuàng )公司，而私營(yíng)公司“最初并不熱情”?！巴瑯?，日本私營(yíng)公司對 Rapidus 也持觀(guān)望態(tài)度。關(guān)鍵因素將是政府是否為 Rapidus 提供足夠的支持 [以激勵] 私營(yíng)部門(mén)。

Rapidus 與 TSMC

盡管 Rapidus 的起步速度很快，但其 2027 年 2 納米的出貨日期可能會(huì )比該行業(yè)的三大領(lǐng)先硅生產(chǎn)商臺積電、英特爾和三星落后兩年，據報道，這三家公司可能會(huì )在今年下半年開(kāi)始大規模生產(chǎn) 2 納米芯片。

為了迎頭趕上并競爭，Rapidus 正在采取與三大制造商青睞的大規模硅片生產(chǎn)模式不同的方法。以臺積電為代表的商業(yè)模式專(zhuān)注于使用 GPU 和 CPU 等大批量設備處理大批量晶圓，以高良率進(jìn)行加工，并依賴(lài)于僅逐步改進(jìn)的剛性加工方法。相比之下，Rapidus 將使用單晶圓工藝生產(chǎn)針對特定應用的專(zhuān)用芯片，為利基市場(chǎng)生產(chǎn)定制芯片，并且只會(huì )在以后生產(chǎn)大批量訂單。

顧名思義，單晶圓方法單獨處理每個(gè)晶圓，而不是分批處理。盡管許多晶圓可以同時(shí)通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)，但每個(gè)晶圓在工藝的每個(gè)階段都是單獨處理的。Rapidus 還將應用一種新開(kāi)發(fā)的方案，稱(chēng)為設計制造協(xié)同優(yōu)化 （DMCO）。該公司聲稱(chēng)，這將通過(guò)將設計與制造聯(lián)系起來(lái)來(lái)促進(jìn)設計，這也有助于抵消因消除批處理而降低的吞吐量。通過(guò)使用 AI 優(yōu)化生產(chǎn)參數，DMCO 旨在提高設計速度和良率。這需要在設備內部廣泛使用傳感器來(lái)測量溫度、氣體密度和反應速率等參數，以獲取大量生產(chǎn)數據供 AI 分析。

“這將使我們能夠測量單個(gè)晶圓的加工過(guò)程，從結果中學(xué)習，并將數據快速反饋到系統中，”Richard 解釋說(shuō)?！盀榱颂岣弋a(chǎn)量，必須不斷調整參數，而這些變化取決于在加工過(guò)程中學(xué)習的數據?！?/p>

“此外，他補充說(shuō)，該晶圓廠(chǎng)正在使用”一種革命性的網(wǎng)格運輸系統，使我們能夠在加工過(guò)程中將晶圓移動(dòng)到任何位置，從而避免在采用線(xiàn)性運輸系統的標準晶圓廠(chǎng)中機器停機或出現問(wèn)題時(shí)發(fā)生的交通擁堵。

東京大學(xué)工程學(xué)教授 Tadahiro Kuroda 說(shuō)：“從制造過(guò)程中獲取大量數據并將其反饋 [到系統] 以更快地提高產(chǎn)量的想法將縮短上市時(shí)間”，東京大學(xué)工程學(xué)教授 Tadahiro Kuroda 說(shuō)，他在東芝公司的半導體部門(mén)工作了 18 年，然后進(jìn)入學(xué)術(shù)界?！斑@是半導體制造的理想場(chǎng)景，非常有意義?！?/p>

但是，由于大量新技術(shù)依賴(lài)于大量新技術(shù)，Rapidus 可能會(huì )遇到初期問(wèn)題，這可能會(huì )延長(cháng)將產(chǎn)品批量交付給客戶(hù)所需的時(shí)間。與此同時(shí)，競爭對手并沒(méi)有坐等它趕上。4 月，臺積電推出了其下一代 A14 工藝（相當于 1.4 納米節點(diǎn)芯片），并計劃“于 2028 年投入生產(chǎn)”。

“從技術(shù)上講，Rapidus 的成功取決于為 2027 年大規模生產(chǎn)而開(kāi)發(fā)的半導體原型是否順利進(jìn)行，”Osanai 說(shuō)?！霸趦赡甑臅r(shí)間里實(shí)現批量生產(chǎn)，這代表了公司成功的關(guān)鍵條件?！?/p>

其他專(zhuān)家則持更樂(lè )觀(guān)的看法。鑒于 AI 應用和新興 AI 數據中心的預期巨大增長(cháng)，以及隨之而來(lái)的功耗飛躍，“對 2 納米芯片的需求將很大，”Kuroda 說(shuō)，因為與當今領(lǐng)先的硅相比，這些半導體有望將功耗降低 30% 以上?！耙虼?，對人工智能相關(guān)半導體的需求預計將超過(guò)當前代工廠(chǎng)的產(chǎn)能?！?/p>

如果后一種觀(guān)點(diǎn)成功，并且 Rapidus 能夠按時(shí)實(shí)現其大規模生產(chǎn)目標，那么政府支持的這項旨在讓日本重新獲得先進(jìn)芯片制造力量地位的努力可能會(huì )成為一場(chǎng)成功的賭注，而不是一場(chǎng)輕率的賭博。