危機(jī)四伏的日本半導(dǎo)體設(shè)備

聚光燈開始照射到曾是日本衰落產(chǎn)業(yè)代表的半導(dǎo)體領(lǐng)域?！溉毡景雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)將復(fù)興」的輿論日益盛行。不過，我（湯之上隆）并不認(rèn)同這種輿論，認(rèn)為它會「復(fù)興」的想法本身就是錯誤的（圖 1）。

在 20 世紀(jì) 80 年代中期，日本曾經(jīng)占據(jù)了半導(dǎo)體領(lǐng)域世界市場份額的 50%。當(dāng)時(shí)，日本在半導(dǎo)體存儲器 DRAM 領(lǐng)域幾乎壟斷了 80% 的全球市場份額。換句話說，80 年代中期的「世界市場份額 50%」主要來自 DRAM。

然而，在 90 年代，日本的 DRAM 市場份額迅速下降，到了 2000 年左右，除了日立制作所和 NEC 的合資公司爾必達(dá)外，日本退出了 DRAM 市場。而爾必達(dá)在 2012 年宣布破產(chǎn)，被美國美光收購。

日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從 DRAM 撤退后，將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了邏輯半導(dǎo)體，用于計(jì)算等領(lǐng)域。然而，即使是邏輯半導(dǎo)體也遭受了嚴(yán)重打擊。結(jié)果，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)淪為了衰落產(chǎn)業(yè)。

在這種情況下，芯片代工公司臺積電于 2021 年 10 月宣布在熊本設(shè)立工廠。此外，新公司 Lapidus 于 2022 年 11 月宣布計(jì)劃在 2027 年之前量產(chǎn) 2 納米的邏輯半導(dǎo)體，這些消息引起了日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。

因此，形成了「日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將復(fù)蘇」的輿論。然而，臺積電熊本工廠和 Lapidus 計(jì)劃生產(chǎn)的不是在 20 世紀(jì) 80 年代中期曾經(jīng)壟斷 80% 市場份額的 DRAM，而是先進(jìn)的邏輯半導(dǎo)體，這是過去并不強(qiáng)大的領(lǐng)域。

因此，當(dāng)前在日本出現(xiàn)的熱潮實(shí)際上不是「復(fù)蘇」，而是對（迄今為止相對較弱的）邏輯半導(dǎo)體的新挑戰(zhàn)。那么，這個(gè)挑戰(zhàn)是否會成功呢？

半導(dǎo)體熱潮的起源

2020 年，疫情在全球蔓延，2021 年全球半導(dǎo)體短缺，導(dǎo)致汽車和其他產(chǎn)品無法制造。因此，以汽車為核心產(chǎn)業(yè)的日本、美國、德國政府，要求臺積電增加汽車用半導(dǎo)體產(chǎn)量。

半導(dǎo)體受到關(guān)注的契機(jī)就在這里。直到 2020 年一直忽視半導(dǎo)體的日本政府和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省徹底改變了態(tài)度。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省表示，危機(jī)感日益增強(qiáng)，如果照此發(fā)展下去，到 2030 年日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球份額將降至 0%。結(jié)果，支持新建先進(jìn)半導(dǎo)體工廠的修法于 2021 年 12 月 20 日在國會獲得通過并成立。此后，基于這項(xiàng)修法，一系列半導(dǎo)體工廠的補(bǔ)助計(jì)劃陸續(xù)公布（見圖 2）。

那么，這一政策會增加日本半導(dǎo)體的市場份額嗎？

日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)份額會增加嗎？

首先，索尼和電裝公司將對臺積電進(jìn)行資本參與。臺積電的熊本工廠將承擔(dān) 12/16 至 22/28 納米邏輯半導(dǎo)體的代工生產(chǎn)，并獲得日本政府提供的 4670 億日元的補(bǔ)助。

然而，臺積電熊本工廠并不會優(yōu)先生產(chǎn)面向日本市場的半導(dǎo)體。此外，日本幾乎沒有專門從事設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體制造商（通常稱為「無晶圓廠」）。因此，即使臺積電熊本工廠建成，日本的市場份額也不會顯著增加。

接下來，美國 Micron 收購了陷入破產(chǎn)的爾必達(dá)，并為廣島工廠提供了總計(jì) 2465 億日元的補(bǔ)助。然而，由于該工廠隸屬于美國企業(yè)，即使在此生產(chǎn) DRAM，對日本市場份額的貢獻(xiàn)也可以說是嚴(yán)格意義上的 0％。

此外，鎧俠和西部數(shù)據(jù)（WD）共同運(yùn)營生產(chǎn) NAND 閃存的四日市和北上工廠，將獲得 929 億日元。不過，西部數(shù)據(jù)似乎將收購 Kioxia。如果此次收購?fù)瓿?，四日市和北上工廠都將成為美國公民，因此那里生產(chǎn)的所有 NAND 都將在美國制造，對日本市場份額的貢獻(xiàn)將為 0%。

最后，在 2022 年 11 月，Lapidus 宣布計(jì)劃在 2027 年之前量產(chǎn) 2 納米的邏輯半導(dǎo)體，并獲得了總計(jì) 3300 億日元的補(bǔ)助。然而，正如下文所述，Lapidus 要實(shí)現(xiàn) 2 納米邏輯半導(dǎo)體的量產(chǎn)幾乎是不可能的。因此，盡管對 Lapidus 提供了資金支持，但對日本市場份額的貢獻(xiàn)仍然可以說是 0％。

為什么 Lapidus 無法量產(chǎn) 2nm

首先，2 納米技術(shù)的開發(fā)需要約 500 名非常出色的工程師，而 2 納米技術(shù)的量產(chǎn)則需要大約 1,000 名經(jīng)驗(yàn)豐富的生產(chǎn)技術(shù)人員。這些 1,500 名超級精英工程師在日本難以找到，因此不太可能被 Lapidus 吸引到。

其次，2 納米技術(shù)的開發(fā)和量產(chǎn)需要荷蘭的 ASML 公司提供的唯一最先進(jìn)的曝光設(shè)備 EUV。然而，Lapidus 要到 2024 年底才會引入 EUV 技術(shù)，而且可能無法熟練掌握。以下是這一觀點(diǎn)的依據(jù)（見圖 3）。

首先，處于技術(shù)前沿的臺積電在 2018 年進(jìn)行了約一百萬次的 EUV（極紫外線）曝光實(shí)踐，然后于 2019 年首次將 EUV 技術(shù)應(yīng)用于量產(chǎn)。而正試圖趕超臺積電的三星電子則租用了大型 DRAM 生產(chǎn)線進(jìn)行了約 30 萬次的 EUV 曝光實(shí)踐，但由于實(shí)踐不足，產(chǎn)量不升反降。此外，美國英特爾于 2021 年引入了 EUV 技術(shù)，但到 2023 年仍未能熟練掌握。

考慮到這些先進(jìn)半導(dǎo)體制造商普遍面臨 EUV 技術(shù)的困難，可以認(rèn)為 Lapidus 要精通 EUV 技術(shù)將會面臨巨大挑戰(zhàn)。

其次，目前在委托生產(chǎn)方面，沒有半導(dǎo)體代工廠（Foundry）與 Lapidus 合作。代工廠通常是建立在已有委托生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上的業(yè)務(wù)。例如，臺積電每年從美國蘋果公司獲得委托，生產(chǎn)超過 2 億個(gè)新款 iPhone 處理器，價(jià)格每個(gè) 100 美元以上。臺積電在與客戶簽訂委托生產(chǎn)合同之前，會進(jìn)行開發(fā)和設(shè)備投資，以確保能夠盈利。

然而，Lapidus 宣稱要在 2027 年量產(chǎn) 2 納米的邏輯半導(dǎo)體，但目前沒有任何委托生產(chǎn)的合同或計(jì)劃。因此，可以說 Lapidus 并未理解代工廠的本質(zhì)。

綜上所述，由于上述原因，Lapidus 可能無法實(shí)現(xiàn) 2 納米邏輯半導(dǎo)體的量產(chǎn)。因此，日本的邏輯半導(dǎo)體新挑戰(zhàn)可能會以失敗告終。那么，日本應(yīng)該采取什么行動呢？

日本在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的作用

在 2021 年 6 月 1 日向眾議院發(fā)表的聲明中，作者認(rèn)為首要政策應(yīng)該是「讓強(qiáng)者變得更強(qiáng)」?！笍?qiáng)的東西」是制造設(shè)備和材料。

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，日本在制造半導(dǎo)體芯片所需的材料基板——硅晶圓、感光材料（光刻膠）、各種 CMP 研磨液、各種化學(xué)藥劑等方面擁有非常高的市場份額（見圖 4）。此外，在設(shè)備方面，雖然不是全部，但在光刻膠涂布顯影設(shè)備、熱處理設(shè)備、片式清洗設(shè)備、批量清洗設(shè)備和測長電子顯微鏡（CD-SEM）等領(lǐng)域，日本的市場份額也很高（見圖 5）。

因此，日本在設(shè)備和材料領(lǐng)域擁有很高的市場份額，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用（見圖 6）。

韓國擁有三星電子和 SK Hynix，已經(jīng)成為半導(dǎo)體存儲大國。中國臺灣擁有全球份額約 60% 的臺積電，已經(jīng)成為邏輯半導(dǎo)體領(lǐng)域的全球基礎(chǔ)設(shè)施。此外，中國大陸吸收了全球三分之一以上的半導(dǎo)體，鴻海集團(tuán)的大型工廠生產(chǎn) PC、智能手機(jī)和各種家電產(chǎn)品。

在這種背景下，日本將設(shè)備和材料出口到韓國、中國臺灣、大陸以及歐美。換句話說，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在沒有日本的設(shè)備和材料的情況下無法維持運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，日本的設(shè)備產(chǎn)業(yè)正面臨著危機(jī)。

日本設(shè)備業(yè)危機(jī)

如圖 7 所示，地區(qū)設(shè)備份額的情況表明，直到大約 2010 年，日本一直在與美國爭奪設(shè)備市場份額的領(lǐng)先地位。然而，自 2012 年以來，日本的市場份額急劇下降，到 2022 年已降至不到美國市場份額的一半，僅為 24％。

分析這一情況的原因，發(fā)現(xiàn)在過去的 10 年中，幾乎所有設(shè)備的市場份額都在下降。這是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，似乎不容易解決。

在這種情況下，已經(jīng)很難再說「日本的制造設(shè)備很強(qiáng)大」。而且，如果市場份額持續(xù)下降，日本將很難繼續(xù)向全球提供設(shè)備。目前的情況非常危機(jī)四伏。如果現(xiàn)在不采取行動，日本的設(shè)備產(chǎn)業(yè)可能會走上與半導(dǎo)體存儲器產(chǎn)業(yè)相同的道路。因此，不應(yīng)該將大量資金投入到無法帶來成果的 Lapidus 這樣的項(xiàng)目中。