日本半导体行业近期传来了令人振奋的消息。18日,一家新兴的日本半导体公司负责人小池淳义在新闻发布会上透露,他们设在北海道千岁市的工厂已成功研发出2纳米工艺的半导体关键元件,并且已经开始进行测试生产,他们计划在2027年实现这种前沿产品的规模化生产。该消息犹如一颗石子投入了宁静的湖面,引发了人们对日本半导体产业是否能够恢复往日全球领先地位的广泛热议。众多分析人士指出,在全球产业格局重组、行业巨头占据领先地位的大背景下,以日本半导体产业为代表的企业若欲“重振雄风”,必然要面对诸多挑战。
海外技术挑大旗,但资金缺口巨大
日本政府对于芯片产业抱有极大的期待,将其视为维系国家经济安全的基石。在此形势下,2022年新成立的一家公司,其背后是由丰田、索尼等八家日本产业巨头共同注资的73亿日元(相当于100日元约合4.8元人民币)。得益于政府的大力扶持,日本国内在半导体产能方面的建设步伐显著加快。台积电,作为全球最大的晶圆代工企业,其位于日本熊本县的第一工厂在2024年年末正式投入生产运营。然而,日本政府担忧,将尖端半导体代工业务交由外国企业掌握可能带来风险,故而台积电肩负起了振兴日本芯片产业的重任。
然而,实现从零开始生产2纳米级芯片的过程,其所需资金投入堪称巨大,预计总投入将超过5万亿日元。面对如此巨大的资金短缺,日本政府表现出了空前的支持决心:承诺提供高达1.72万亿日元的财政援助,并在2025年度出资1000亿日元,同时通过政府担保贷款等多种方式,为其融资提供助力。日本政府甚至意图掌握拥有重要否决权的“黄金股份”,以此彰显其国家项目的性质。然而,即便如此,他们仍需从民间筹集高达1000亿日元的资金,同时,剩余的3万亿日元缺口也亟待填补。
2024年5月,日本东京大学举办了一场小型半导体工作室的展览。(来源:视觉中国)
在全球半导体产业的激烈竞争中,制造商们正致力于追求“微细化”技术,力求通过缩小电路宽度来增强产品性能。据《外交学者》网站报道,在20世纪80年代,日本芯片制造商在全球市场上占据了领先地位。但随着市场的演进以及东亚新兴竞争对手的崛起,日本在高端芯片制造领域的竞争中逐渐落后。时至今日,日本在这一领域与全球领先水平相比日本东京大学,已经落后了二十年。
台积电等顶尖厂商已顺利步入3纳米芯片的大规模生产阶段,并计划于2025年下半年开启2纳米芯片的生产。与此形成鲜明对比的是,日本之前实现量产的最高技术水平停留在40纳米,与世界主要厂商相比,差距相当显著。
日本在开展2纳米芯片的试验性生产时,美国、中国台湾以及欧洲的企业在关键技术的研发中均扮演着至关重要的地位。荷兰的阿斯麦(ASML)公司,作为全球唯一能够生产EUV(极紫外线)光刻机的企业,已经成为了全球2纳米半导体制造工艺得以实现的“关键供应商”。阿斯麦生产的EUV光刻设备对于工厂的试验性生产起到了至关重要的支撑作用。
台积电虽未直接涉足该项目,却为日本在2纳米试产技术路径和EUV量产流程管理方面提供了参考模型。在日本熊本县,台积电的半导体项目正在稳步推进,其运营模式及设备选择等已成为日本企业效仿的典范。此外,台湾半导体企业还通过派遣留学生等方式助力日本培育更优秀的半导体人才。与此同时,美国企业也在周边工艺与设备系统方面给予了支持。IBM公司不仅构筑了2纳米技术的基础设施,同时在材料科学、电子设计自动化以及量测设备等领域贡献了专业的技术支持。美国的应用材料公司、泛林集团以及KLA等企业,为EUV制程的后期加工、清洗和检测环节提供了相应的解决方案。
技术与商业的两大挑战
当关注日本半导体产业在未来的全球市场竞争态势时,《日本经济新闻》于18日发表文章指出,日本半导体代工厂的生存与否,与客户数量、客户质量以及订单的稳定性密切相关。文章指出,对于一家初创企业而言,可能难以立即满足所有这些要求,然而,若不迅速步入“生产高品质产品—巩固核心市场—持续产品研发”的积极循环,新兴半导体企业想要在当前竞争激烈的市场中存活,机会极为渺茫。《日本经济新闻》进一步指出,若缺乏稳定的客户群体,即便日本企业研发出极为先进的半导体代工技术,也将失去其价值所在。日本政府将台积电视为潜在的竞争对手,其客户名单汇集了众多在全球数字和制造业领域占据领先地位的企业,其中包括苹果和英伟达。
早稻田大学研究生院在半导体领域享有盛誉的教授长内厚,在接受日本广播协会(NHK)网站的专访时,就产品技术的重大突破发表了看法。他指出,这一成就对于预测2027年量产的进程具有深远意义,并被视为一个积极的迹象。然而,他也坦诚地指出了未来面临的两大挑战——技术层面和商业层面。长内厚进一步解释道:“虽然我们宣称要制造出尖端的半导体产品,但目前尚未找到能够支撑其长期发展的客户群体。”日本企业秉承以技术为核心的发展理念,这一传统思维模式却常常导致他们在商业领域遭遇挫折。尽管众多日本企业自称掌握着世界领先的研发与制造技术,但在商业竞争中却频繁失利。展望未来,如何有效践行“商业至上”的原则,对于日本企业来说显得尤为关键。
报道指出,尽管招聘规模在扩大,然而负责人东哲郎却毫不隐藏其忧虑,直言:“与台积电相较,我们急需的设计和生产管理工程师数量明显不足。”据一位专注于半导体人力资源开发的信息提供者透露,众多顶尖学子纷纷投身台积电或海外研究机构,同时,众多大型海外企业亦纷纷将目光投向日本,力图吸引人才。
今年六月,台积电在东京大学设立了先进的半导体联合研究实验室。学生们得以利用台积电提供的原型设计服务,全面掌握从设计到制造半导体芯片的全过程。此外,美国的美光科技公司携手东京电子及11所日美高校,于2023年共同发起了一项高端教育计划。截至目前,该项目的参与人数已超过2200人,预计到2024年底,这一数字还将持续增长。
观察到台湾企业和美国企业在日本展开激烈的人才竞争,我们亦积极作出反应,与东京大学等机构共同设立了先进的半导体技术研究中心。该研究中心旨在五年内培育出200名设计工程师。选拔企业工程师和学生的活动将从7月份开始,合格的申请人将有机会在美国初创企业中参与为期一到两年的人工智能半导体设计及开发项目。
“可能是走不出实验室的梦”
尽管外界给予了技术与人才的助力,日本半导体产业却因长期的技术落后,要重返行业巅峰并非易事。目前,台积电在尖端半导体销售领域取得了显著成绩,其财务报告显示,今年第一季度,3纳米制程的出货量已占公司当季晶圆销售额的22%。然而,与台积电形成鲜明对比的是,日本半导体产业在探索量产技术的同时,还需积极拓展客户市场。该方案旨在供应满足客户要求的“小批量多品种”半导体产品,并且承诺在较短的时间内完成交付。但据行业专家分析,目前对于能够匹配的市场实际需求量尚无确切了解。在全球化竞争日趋激烈的当下,该计划能否顺利实施,其前景仍然充满不确定性。
罗国昭,CHIP全球测试中心中国实验室的负责人,向《环球时报》的记者透露,全球半导体制造业竞争加剧的导火索,部分源于数年前美国发起的对我国科技领域的打压及其后续影响。美国及其盟友对中国实施了高端半导体产品的禁运措施,这一举措使得日本看到了在芯片制造领域发展的新希望与机遇。日本期望依托芯片产业的局部优势日本东京大学,诸如半导体原材料等关键资源,同时利用美国在亚洲的盟友技术支持,构建一条以日本为主导的新产业链。然而,他观察到,近二十至三十年间,日本在信息技术领域屡遭挫折,差距越拉越大。其根本原因在于日本的产业模式与当前产业发展的需求不相适应。
《外交学者》网站指出,日本欲振兴其先进的半导体产业,这一志向不仅需克服资金及核心技术的难题,还需努力寻找关键客户。报道强调,对于这类专注于代工业务的企业来说,构建稳固的客户群体对于增强并展现其技术实力极为关键。稳定需求量大的客户群体往往能给出关于未来市场走向和性能需求的重要意见,这对代工厂的技术研发有着重要的指导作用。比如,苹果公司对台积电,三星移动部门对三星代工运营等。但自两年前宣布生产项目启动至今,我们尚未找到稳定的客户企业。
本土半导体代工企业的客户问题尚未得到妥善处理,然而日本政府却选择出资援助其竞争对手——台积电,以支持其在美投资。美国总统特朗普于当地时间22日公布,日美已达成一项贸易协议,日本将投资5500亿美元于美国。这笔资金中,有一部分可能被用于资助台积电在亚利桑那州推进的工厂扩建工程。
路透社报道,26日,日本内阁官房长官林芳正透露,日本将依照日美贸易协议,建立“政府安全保障能力强化支援”机制。此机制旨在增强合作伙伴的安全实力。值得注意的是,该机制或许会被用来扶持台积电在美国亚利桑那州设立的新工厂。在此之前,日本政府已作出承诺,将为台积电在日本国内发展芯片制造业务提供大额补贴。
罗国昭指出,在2纳米半导体领域的先进制程技术方面,日本所依赖的核心技术均来源于外部引进。这一现状表明,日本无法将资源集中用于构建一个具有独特优势的产业链。此外,目前日本在2纳米产品市场上尚未找到明确的客户群体。若产品无法在市场上得到广泛的应用,将导致生产成本持续上升,客户数量减少,进而陷入一个恶性循环。众多业界人士普遍认为,借助2纳米制程技术的芯片来振兴日本半导体产业,目前看来或许只是实验室里难以实现的幻想。