日本半導體“再逢春”？加碼芯片投資

如今，半導體產(chǎn)業(yè)進入了一輪新的增長期，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)達國家都開始從國家戰(zhàn)略高度部署半導體產(chǎn)業(yè)，讓其成為全球戰(zhàn)略競爭的一個制高點。

日本政府制定了半導體和數(shù)字戰(zhàn)略，預算了2萬億日元以推動產(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(nèi)銷售額增加兩倍，達到15萬億日元。

全球半導體巨頭加大對日本投資

據(jù)《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(yīng)用材料（AMAT）以及比利時微電子研究中心愛美科（imec）七家半導體業(yè)界重要領(lǐng)袖，在官邸舉行了會談。

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

· 應(yīng)用材料（AMAT）總裁Prabu Raja表示未來數(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。

· 屬于世界級半導體研究開發(fā)機構(gòu)的imec明確提出計劃在北海道設(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(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，共同開發(fā)先進的2nm半導體，合作培訓工程師和開發(fā)銷售目的地。

· 三星將投資超過300億日元，在神奈川縣成立新的半導體研發(fā)基地。有傳聞新工廠將雇用數(shù)百名員工，目標是在2025年開始運營。

· 臺積電正在日本熊本縣建設(shè)工廠，還計劃建設(shè)第二工廠，將以客戶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行討論，直言“先進封裝”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(qū)動力，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年來逐漸失去了優(yōu)勢，甚至在先進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(shè)計、制造、封裝測試到銷售自有品牌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(shè)備才開始從半導體廠家分出來，開始形成了材料、設(shè)備、產(chǎn)品三大電子產(chǎn)業(yè)體系。

1968年，美國德州儀器以合資的模式打入日本市場，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)品中使用半導體記憶體（DRAM內(nèi)存芯片），這是一個行業(yè)趨勢出現(xiàn)變動的開端。

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(guī)模集成電路”（VLSI）研究開發(fā)計劃，集中精力攻堅DRAM（動態(tài)隨機存儲器）。

在VLSI持續(xù)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推出64K DRAM。日本為了占領(lǐng)更多市場，開啟降價促銷，引發(fā)世界半導體市場劇烈震動。就拿64K DRAM來說，日本一年就將其價格從28美元降到6美元。

這次的“抱團”計劃讓日本構(gòu)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(shè)備、原料到芯片的三個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(shè)備國際市場占有率超過美國。

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

盛極轉(zhuǎn)衰

如此情勢，使焦慮的美國無法坐視不管，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(diào)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)進入日本市場，并監(jiān)控日本半導體價格情況；1987年美國再次指責日本向第三國傾銷并征收100%懲罰性關(guān)稅；1989年美國進一步迫使日本簽訂《日美半導體保障協(xié)定》，開放日本半導體產(chǎn)業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)、專利；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份額提升至20%。

由此之后日本的半導體開始從巔峰逐步轉(zhuǎn)向衰退，并且隨著三星加入美國陣營，日本的重要性逐步降低。

三星的DRAM雙向性數(shù)據(jù)通選方案也獲得國際固態(tài)技術(shù)協(xié)會認可，定為個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年時全球市占率已經(jīng)超過60%。

重塑優(yōu)勢

1999年，NEC和日立的DRAM業(yè)務(wù)統(tǒng)合成立了日本國內(nèi)唯一的DRAM制造商 —— 爾必達。在日本半導體風雨飄搖之際，爾必達則醞釀著復刻VLSI的成功。爾必達，在希臘語中是“希望”的意思，它肩負著重振日本半導體產(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(shè)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，也無法達到三星電子的兩倍。也就是說，如果要生產(chǎn)同樣數(shù)量的芯片，爾必達的設(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擴大產(chǎn)能攤薄成本。經(jīng)歷早期大幅擴張后，爾必達出現(xiàn)產(chǎn)能過剩問題：2008年前后，由于Windows Vista銷量低迷，DRAM供過于求價格狂跌，隨后金融危機過境，半導體市場需求萎靡，爾必達眼睜睜看著DRAM價格跌破1美元。

而三星在DRAM價格下跌、爾必達產(chǎn)能過剩的時期大舉擴產(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(jié)節(jié)敗退，即使日本政府極力扶持，仍回天無力。2012年，爾必達走向破產(chǎn)，被美光以20億美元的白菜價打包帶走。

此后的十多年，日本半導體復興的火焰再未被點燃：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(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，2021年半導體全球市場份額美國占據(jù)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月份開工，2024年6月份完成廠房基礎(chǔ)設(shè)施并開始潔凈室建設(shè)。

2025年4月開始運營一條試驗性生產(chǎn)線，并引進EUV光刻機等設(shè)備，目標是2027年開始大規(guī)模量產(chǎn)2nm工藝 —— 這個進度比臺積電、三星及英特爾量產(chǎn)2nm節(jié)點工藝只晚了1-2年。

為了實現(xiàn)這個目標，日本政府不僅巨額補貼Rapidus公司，同時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力一般，但在半導體材料和設(shè)備方面的實力，使2nm半導體的量產(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)率等問題，以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。

日本公司目前最先進的半導體是瑞薩電子的40nm。開發(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)需要時間，即便是走在半導體尖端前沿的公司，3nm節(jié)點的良率提升也至少需要一到兩年的時間，Rapidus的2nm節(jié)點工藝就更不用說了。由于缺乏先進半導體量產(chǎn)經(jīng)驗，Rapidus的生產(chǎn)率能否提高到實現(xiàn)盈利的水平，仍然存在疑問。能夠制造，但不能盈利，這與當初“爾必達的失敗”是一樣的。

還需要考慮先進半導體的客戶的不確定性，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，Rapidus需要爭取臺積電的主要客戶，如蘋果、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，這個投資規(guī)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(shù)額的資金，以及如何協(xié)調(diào)8家企業(yè)的經(jīng)營思路，仍然是一個難題。因為除了三菱UFJ銀行，其他7家的投資數(shù)額相當，很難形成一兩家公司主。

在制造上落后的日本，目前更為注重市場較小、利潤率相對更低，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)域過于細分，加之對技術(shù)基礎(chǔ)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(xiàn)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(jù)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合并而成的瑞薩電子在車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廠商之一。

以現(xiàn)在半導體整體需求下行趨勢來看，日企在設(shè)備、材料上的優(yōu)勢已開始逐漸弱化。半導體設(shè)備協(xié)會（SEAJ）數(shù)據(jù)顯示，截至2023年2月，日本半導體設(shè)備銷售額連續(xù)五個月下降，同時SEAJ預計日本今年半導體設(shè)備銷售額將降至近3.5萬億日元，年降幅5%，為四年來首次下降。

雖然現(xiàn)在日本不遺余力地重金砸向半導體，但是否行之有效，誰都無法判斷。需要指出的是，地緣政治摩擦之下，半導體地位凸顯，現(xiàn)在不去補貼半導體，只會使日本經(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。專家分析表明，以現(xiàn)如今日本的發(fā)展情況來講，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他法。

另一方面，也有日本專家認為，媒體報道夸大了日本開發(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(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)。再考慮到產(chǎn)業(yè)能力構(gòu)建和市場方面存在較強外部依賴，以及資金、人才持續(xù)供給等方面的困難，如此展望為時尚早。