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日本曾经在半导体产业没落，而现在，他想靠2nm追回来。
最新消息显示，力争实现最尖端半导体代工的日本Rapidus已于9月1日在北海道千岁市举行了工厂动工仪式，并计划2024年10月之前完成工厂厂房建设，搬入生产设备后，2025年4月启动试制生产线，力争2027年量产2nm半导体。
但摆在Rapidus面前还有三个难关要过，据日经中文网指出：一是技术上的障碍，二是客户开拓，三是融资问题。
这三关跨过，日本就能重返到80年代的王座吗？让我们进一步分析。
日本为什么死磕2nm 
答案很简单，夺回失去的。
日本曾经在半导体领域风光一时，但历史上，美国不止一次的打压让它跌落神坛。
当然，现如今中美矛盾逐渐激化，也警示着全世界。目前向全球供应的10nm以下尖端产品有90％在中国台湾生产。地缘政治风险正在上升，一旦发生紧急情况，日本很有可能无法像以前一样确保半导体正常供应。
此外，日美将半导体视作经济安全保障的关键。日本政府和执政自民党已转向由政府主导推动国产化的方向。自民党于2021年5月成立了讨论半导体战略的议员联盟。日本经济产业省也紧跟着于2021年6月制定了“半导体战略”。
日经新闻 《日本和美国将举行首次经济版2+2，合作进行半导体批量生产》 一文中显示，去年7月29日两国政府在美国首都华盛顿举行了 "经济版2+2 "的第一次会议，在此框架内，日本和美国将共同开发2nm芯片。
理想很美好，现实却没那么乐观。
半导体的尺寸正以每代缩小70%的规律发展，在图4中可以看到，日本迄今仍未超越45nm，在这之后，它还要推进到32nm、22nm、16/14nm、10nm、7nm、5nm、3nm，最终才能达到终点——2nm。
这意味着，以日本勉强可以生产的45nm来看，2nm是领先九代的微型化水平，中间跨度之大，可不是随便说说就能解决的。
图4:日本半导体发展情况，图源：芯片超人
只要把芯片微型化推进一代，就必然会出现问题，必须通过各种反复试验来解决这些问题。要知道，晶体管形状在28/22nm之前是平面的，从16nm开始就要使用FinFET，2nm开始就必须要用GAAFET，不采用新的结构，就难以达到预期性能。这只是其中最显而易见的问题，除了晶体管之外，还有许多其它潜在问题。
三巨头2nm推到哪了
英特尔方面，英特尔在2015年前后一直是微型化的领跑者，但从14nm到10nm，这家公司也卡了足足5年，（图5）。2021年，刚刚上任CEO的Pat Gelsinger 将10nm更名为“Intel 7”，而后不遗余力地推进芯片的"性能、功耗、面积比"，但号称下一代的Intel 4依然还未面世。
图5：逻辑芯片和代工厂商的路线图
三星的路，也不是那么顺利。2019年，三星与台积电同时推出7nm，此后沿着6nm、5nm、4nm和3nm不断向下推，但很可惜的是，5nm之后的良品率没有丝毫进步，一度还因良率丑闻丢失客户。虽然3nm上比台积电更早采用GAAFET结构，但良率依然惨不忍睹。不过，推进2nm，三星很积极，三番五次传出消息。
台积电这边，也开始遇到瓶颈。之前一直2年一代的台积电，3nm并没有按计划启动，到现在已花了两年半的时间，到了2022年下半年才终于到达可以大规模生产的边缘。就目前来看，采用新的GAAFET晶体管结构的2nm工艺需要三年以上的时间也不足为奇了。因此，其量产日期最早将是2025年，也可能会推迟到2026年。
连世界唯三的巨头，都难以推进2nm，跳代研发，对日本来说，几乎是天方夜谭。为什么日本如此自信？这是因为，日本有着欧美的强力外援。
想造2nm，先过这三关
日本最大的外援，就是IBM。早在2021年， IBM 正式公布了全球首款 2nm芯片原型。2022 年 12 月，Rapidus 与 IBM 达成战略性伙伴关系，双方将携手推动基于IBM突破性的2nm制程技术的研发。Rapidus也于今年 4 月派出了第一批工人前往学习。
当然，为了追赶进度，日本也不从来不吝惜自己的钱包。为了支持Rapidus实现在2027年开始量产2nm先进制程芯片的计划，日本政府于 4 月宣布，向 Rapidus 追加 2,600 亿日元（约 19 亿美元）的资金补贴。
有IBM撑腰，情况也没那么乐观，据日经中文网指出，摆在日本面前，至少还有三大问题：
一是日本本土技术发展与产业链的限制。
在日本国内工厂，最多只能生产40纳米的通用产品。原因是日本国内企业退出了过去提高半导体集成度的微型化竞争，日本国内没有尖端产品的量产工厂，也缺乏技术人员，更缺乏制造设备，尤其是极紫外（EUV）光刻设备和周边设备，全世界都在争抢这些设备。
在半导体材料方面，存在与材料厂商联合开发材料结构和成分配比等的情况。Rapidus也在为确保设备和材料而奔走。东哲郎会长表示：“将扩大与美国泛林研发(Lam Research)和荷兰阿斯麦(ASML)等海外设备厂商的合作，使量产取得成功。”
值得注意的是，Rapidus 设法从 IBM 获得技术许可的制程技术也遭遇一些问题。今年4月19日，美国大型半导体代工企业格罗方德（Global Foundries）发布消息称，已经以非法利用知识产权和商业秘密为由，起诉美国IBM。格罗方德2015年收购了IBM的半导体部门，但IBM后来仍向合作的日本Rapidus和美国英特尔公开了技术。格罗方德称“IBM非法获得了数亿美元的授权收入和其他利益”。
二是客户很难开拓。
在半导体代工领域，台积电拥有全球过半份额，以美国英伟达为首的全球半导体制造商均委托台积电制造，韩国三星电子和美国英特尔也涉足代，在力争借助大规模量产实现低成本的投资竞争中，Rapidus作为一个新进万家，面对巨型企业压力重重。
Rapidus提出的计划是专注于高附加值的定制半导体。少量多品种可以灵活地满足客户的需求，但如果不将芯片单价定得高一些，就无法收回开发费用和生产费用的投资。
Rapidus社长小池淳义提出看法称：“与日本国内主流的通用产品相比，运算用半导体的单价高出10倍”。该公司目前正在与8家出资企业和美国IT大企业等潜在客户接洽。虽然预计超级计算机和人工智能(AI)半导体领域会有需求，但要找到愿意付出高价与Rapidus合作的客户并不容易。
三是钱的问题，虽然日本已经投了很多钱，但远远不够。
据Rapidus推算，到2025年4月试生产线投产前需要2万亿日元，到2027年量产则总计需要5万亿日元资金。该公司从日本经济产业省获得了3300亿日元的补助，但计划进一步向日本政府寻求支援。为了自行筹集资金，还商讨实施首次公开募股(IPO)。
三星和台积电，就少不了政府的资金支持，韩国和中国台湾曾通过向特定企业提供政策支持和集中民间资金，孕育了世界领先的半导体企业。
日本的梦虽好，但半导体是一个庞大的产业链，不仅前期投入大，同时建设周期也极长，至少从现在来看，远不止这三个问题。我们无法预知未来，但现在日本要解决的问题还有很多。
来源：日本经济新闻等网络内容综合
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