◇為抓住“掌握先進(jìn)芯片制造能力的最后機(jī)會(huì)”，日本政府出臺(tái)半導(dǎo)體戰(zhàn)略，制定了本土2nm制程先進(jìn)芯片“兩步走”的研發(fā)規(guī)劃
◇美政府沒(méi)有能力同時(shí)資助英特爾和IBM的先進(jìn)芯片技術(shù)，因此選擇由《芯片和科學(xué)法案》優(yōu)先資助把握更大的英特爾芯片技術(shù)，把風(fēng)險(xiǎn)更大的IBM芯片技術(shù)交給日本接盤(pán)
◇這種“狗熊掰棒子”式的規(guī)劃不利于技術(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、芯片人才等積累，也不利于制造設(shè)備和工藝重復(fù)利用，不但推升Rapidus芯片技術(shù)升級(jí)成本，其前后兩代芯片技術(shù)銜接也會(huì)面臨額外困難
◇荷蘭某知名芯片雜志甚至以《日本Rapidus追求芯片復(fù)興終將失敗》為題，警示Rapidus違背臺(tái)積電等企業(yè)堅(jiān)持自主研發(fā)尖端芯片路線，即使有日本政府慷慨解囊，仍將難免失敗的風(fēng)險(xiǎn)
◇這些擔(dān)憂(yōu)并非杞人憂(yōu)天，日本多次重振芯片產(chǎn)業(yè)的努力都因美國(guó)的打壓而失敗
◇《日本經(jīng)濟(jì)新聞》等輿論正在反思日本受到“只有跟隨美國(guó)的出口管制制度才能實(shí)現(xiàn)國(guó)家安全”這一錯(cuò)誤認(rèn)知的蒙蔽，認(rèn)為日本一旦脫離中國(guó)大市場(chǎng)，尖端芯片技術(shù)將無(wú)從發(fā)展，而戰(zhàn)略技術(shù)如果發(fā)展失敗，更談不上保障國(guó)家安全
位于日本東京的日本國(guó)際機(jī)器人展現(xiàn)場(chǎng)（2023 年 11 月 30 日攝） 錢(qián)錚攝 / 本刊
當(dāng)前，日本正以前所未有的巨額補(bǔ)貼和推進(jìn)速度發(fā)力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。一項(xiàng)最新數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去3年，日本用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼金額占GDP比重達(dá)0.71%，高于其他主要西方國(guó)家。
4月初，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省宣布，2024年度將向本土芯片制造公司Rapidus最多提供5900億日元補(bǔ)貼。該公司于2022年11月在日本政府支持下由豐田、索尼、日本電氣、鎧俠、三菱日聯(lián)銀行等8家企業(yè)聯(lián)合設(shè)立。
Rapidus計(jì)劃達(dá)成2027年量產(chǎn)2nm芯片的目標(biāo)。把具備2nm芯片制造技術(shù)看作未來(lái)“芯片立國(guó)”之本的日本，將實(shí)現(xiàn)芯片“雄心”的希望寄托在國(guó)際合作上。Rapidus與IBM等公司展開(kāi)合作，希望從IBM處求得核心技術(shù)，但I(xiàn)BM技術(shù)并不成熟，而且附帶地緣政治條件。日本的芯片技術(shù)引進(jìn)吸收過(guò)程有不小風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)展前景存在不確定性。
日本的芯片“雄心”
隨著全球芯片產(chǎn)業(yè)格局發(fā)生變化和芯片新技術(shù)架構(gòu)涌現(xiàn)共振，為抓住“掌握先進(jìn)芯片制造能力的最后機(jī)會(huì)”，日本政府出臺(tái)半導(dǎo)體戰(zhàn)略，制定了本土2nm制程先進(jìn)芯片“兩步走”的研發(fā)規(guī)劃。
第一步是通過(guò)吸引臺(tái)積電等全球先進(jìn)半導(dǎo)體公司在日本建廠，帶動(dòng)日本本土掌握相對(duì)先進(jìn)的芯片制造能力。
在此基礎(chǔ)上，第二步是通過(guò)建立芯片制造商Rapidus，借助國(guó)際技術(shù)合作，掌握2nm制程先進(jìn)芯片的制造能力。
這是一個(gè)雄心勃勃的戰(zhàn)略規(guī)劃。目前，日本本土的芯片制造水平停留在40nm制程的水平上，如果按部就班發(fā)展到2nm制程，需要突破從40nm到28nm、從28nm到7nm、從7nm到3nm、從3nm到2nm等多個(gè)技術(shù)門(mén)檻。這些技術(shù)門(mén)檻較高，臺(tái)積電、三星等巨頭用了超過(guò)10年時(shí)間突破，而環(huán)球晶圓等其他主要芯片制造商因?yàn)殡y度太大，索性放棄了28nm以下芯片制造能力的研發(fā)。
日本把希望寄托在國(guó)際合作上。為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體戰(zhàn)略規(guī)劃的第一步，獲得臺(tái)積電等全球芯片巨頭的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，把日本的芯片制造能力從40nm提升到英特爾等先進(jìn)芯片制造商7nm左右的水平，日本已經(jīng)斥資近70億美元，補(bǔ)貼臺(tái)積電在日本熊本縣兩個(gè)芯片廠近40%的投資。
根據(jù)規(guī)劃，臺(tái)積電在日建設(shè)的兩個(gè)芯片廠用于生產(chǎn)28nm芯片和7nm芯片。日本半導(dǎo)體戰(zhàn)略推進(jìn)議員聯(lián)盟負(fù)責(zé)人甘利明闡述了日本引進(jìn)臺(tái)積電建廠的打算。他表示，臺(tái)積電在日建設(shè)的28nm芯片廠和臺(tái)積電在世界其他地方建設(shè)的28nm芯片廠不同，具備制造接近10nm芯片的技術(shù)，這些芯片廠的日企股東，最終將接收、消化相關(guān)芯片制造技術(shù)。
日本半導(dǎo)體戰(zhàn)略規(guī)劃的第二步是借助美國(guó)技術(shù)，趕上臺(tái)積電、三星等公司的世界前沿水平。臺(tái)積電、三星、英特爾等芯片制造商在研的、制程在2nm及以下的芯片采用了與以往芯片架構(gòu)“鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管”架構(gòu)（FinFET）不同的新一代芯片架構(gòu)“全環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管”架構(gòu)（GAAFET）。2021年，IBM率先向全球宣布研制出了基于GAAFET架構(gòu)的2nm芯片原型，但由于臺(tái)積電等芯片制造商遵循自有技術(shù)路線，IBM的2nm芯片技術(shù)一時(shí)沒(méi)有用武之地。2022年，Rapidus成立，尋求實(shí)現(xiàn)2nm芯片技術(shù)，因此和IBM一拍即合。經(jīng)美商務(wù)部長(zhǎng)雷蒙多、時(shí)任日經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省大臣西村康稔等人磋商，IBM當(dāng)年就獲準(zhǔn)將2nm芯片技術(shù)輸日。
目前，日本2nm芯片的實(shí)質(zhì)研發(fā)尚未啟動(dòng)，臺(tái)積電在日芯片廠尚未投產(chǎn)，Rapidus派遣赴美學(xué)習(xí)IBM芯片技術(shù)、赴歐學(xué)習(xí)光刻機(jī)使用的員工也未完成培訓(xùn)，但研發(fā)2nm芯片已具備不少有利的內(nèi)外環(huán)境。從日本國(guó)內(nèi)看，日本政府高度重視尖端芯片研發(fā)工作，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省迄今為止唯一一次對(duì)單個(gè)行業(yè)的補(bǔ)貼政策就用在了對(duì)Rapidus的補(bǔ)貼上。從國(guó)際環(huán)境看，尖端芯片制造設(shè)備廠商阿斯麥、歐洲頂尖芯片技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)微電子研究中心（IMEC）都積極和Rapidus合作。Rapidus總裁小池敦義對(duì)實(shí)現(xiàn)2nm芯片量產(chǎn)目標(biāo)信心滿(mǎn)滿(mǎn)，聲稱(chēng)“Rapidus將使世界震驚”。
引進(jìn)IBM 2nm芯片技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)
日本雖然已獲準(zhǔn)接觸IBM的2nm芯片技術(shù)，但該技術(shù)還沒(méi)有轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)工藝，也缺少配套芯片產(chǎn)供鏈支撐，引進(jìn)該技術(shù)存在較大風(fēng)險(xiǎn)。
IBM的2nm芯片技術(shù)是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)物，轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)的芯片工藝仍有技術(shù)障礙難以解決。
例如，GAAFET架構(gòu)和以往架構(gòu)相比，晶體管結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)晶體管的襯底材料提出了更高要求。IBM的GAAFET架構(gòu)探索使用硅上金剛石等新型襯底材料。參與IBM芯片研發(fā)的研究員薩加里卡·穆克什稱(chēng)，這些新材料“不太可能在大批量制造中采用”。日本雖然在芯片相關(guān)材料制備上具有一定程度的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，但I(xiàn)BM自出售芯片制造部門(mén)后，所研究出的芯片技術(shù)已多年不指導(dǎo)業(yè)內(nèi)主流芯片研發(fā)，所需的新型材料和業(yè)界主流研發(fā)方向有一定距離，日本能否解決相關(guān)技術(shù)量產(chǎn)瓶頸存在不確定性。
目前看，不但業(yè)內(nèi)對(duì)IBM技術(shù)路線能否轉(zhuǎn)化成量產(chǎn)工藝心存疑慮，Rapidus對(duì)IBM技術(shù)的量產(chǎn)效率也不托底。Rapidus董事長(zhǎng)東哲郎闡述Rapidus發(fā)展方向時(shí)，明確指出Rapidus不能像臺(tái)積電、三星一樣大規(guī)模量產(chǎn)芯片，需要探索小批量生產(chǎn)芯片的運(yùn)營(yíng)模式。同時(shí)，Rapidus也在尋找IBM技術(shù)失敗時(shí)的替代品，如和東京大學(xué)、IMEC等規(guī)劃另一條先進(jìn)芯片工藝研發(fā)路徑。
IBM的2nm芯片技術(shù)依賴(lài)上代芯片制造工藝，日本長(zhǎng)期技術(shù)欠賬可能拖累研發(fā)進(jìn)度。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省官員西川和美認(rèn)為，Rapidus在GAAFET等新一代芯片架構(gòu)發(fā)展初期參與研發(fā)存在跨越式發(fā)展機(jī)遇和“換道超車(chē)”可能，但是，目前三星等企業(yè)運(yùn)用GAAFET架構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)表明，GAAFET架構(gòu)下90%的制造工藝仍沿用前代FinFET架構(gòu)的制造工藝和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而日本本土并不掌握FinFET架構(gòu)制造工藝，IBM也沒(méi)有在14nm以下芯片制造中使用FinFET工藝的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)日本愛(ài)莫能助。東哲郎稱(chēng)，IBM向日本共享2nm芯片技術(shù)是“信任日本制造能力”，希望日本探索出IBM芯片技術(shù)的制造工藝。但臺(tái)灣資訊工業(yè)策進(jìn)會(huì)產(chǎn)業(yè)情報(bào)研究所研究人員邱冠倫認(rèn)為，美國(guó)政府沒(méi)有能力同時(shí)資助英特爾和IBM的先進(jìn)芯片技術(shù)，因此選擇由《芯片和科學(xué)法案》優(yōu)先資助把握更大的英特爾芯片技術(shù)，把風(fēng)險(xiǎn)更大的IBM芯片技術(shù)交給日本接盤(pán)。
IBM的2nm芯片技術(shù)并非主流方向，日本引進(jìn)該技術(shù)存在產(chǎn)業(yè)配套難度。
業(yè)界雖明確2nm芯片將采用GAAFET架構(gòu)生產(chǎn)，但I(xiàn)BM在2nm芯片上對(duì)GAAFET架構(gòu)的設(shè)計(jì)和臺(tái)積電、三星、英特爾等主流芯片制造商有較大區(qū)別，在零部件及材料使用上相對(duì)獨(dú)特，需要設(shè)計(jì)、研發(fā)較多額外零部件。
三星曾參與IBM的2nm芯片的GAAFET架構(gòu)研發(fā)，但考慮到產(chǎn)業(yè)配套，最終未采用IBM的技術(shù)路線，而是結(jié)合既有工藝、設(shè)備重新設(shè)計(jì)了2nm芯片架構(gòu)。韓國(guó)半導(dǎo)體官員在《韓國(guó)先驅(qū)報(bào)》上表示，日本雖然長(zhǎng)于制造芯片零部件，但Rapidus不一定能生產(chǎn)出完整的芯片。
Rapidus技術(shù)創(chuàng)新模式未打通
目前看，Rapidus技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和生態(tài)并不穩(wěn)固，技術(shù)創(chuàng)新模式未打通。Rapidus一旦進(jìn)入尖端芯片領(lǐng)域，艱難獲得的先進(jìn)芯片技術(shù)和工藝或很快落伍、被淘汰。
第一，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有限，難以維系尖端技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。
Rapidus從IBM求得先進(jìn)芯片研發(fā)能力，但過(guò)往IBM拋售芯片制造業(yè)務(wù)，以及三星和IBM在芯片技術(shù)上合作仍難以在FinFET架構(gòu)芯片制造良率等關(guān)鍵指標(biāo)上超過(guò)臺(tái)積電等，表明IBM的芯片技術(shù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有限。從臺(tái)積電、三星、英特爾已公布的2nm和3nm芯片指標(biāo)看，IBM的2nm芯片性能大致和其他芯片制造商的3nm芯片相當(dāng)。也就是說(shuō)，Rapidus引進(jìn)IBM技術(shù)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。
Rapidus無(wú)力和臺(tái)積電、三星、英特爾競(jìng)爭(zhēng)，已聲明無(wú)意角逐芯片代工市場(chǎng)。日本缺乏芯片設(shè)計(jì)能力，又沒(méi)有代工優(yōu)勢(shì)，Rapidus的未來(lái)市場(chǎng)前景堪憂(yōu)。從日本電氣股份有限公司（NEC）、日立、三菱等合力打造存儲(chǔ)芯片企業(yè)爾必達(dá)等多輪日本振興芯片產(chǎn)業(yè)的嘗試看，一旦相關(guān)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)失利，即使發(fā)展初期能夠觸碰到當(dāng)時(shí)全球尖端芯片制造水平，最終也不得不放棄先進(jìn)芯片研發(fā)，這也是日本芯片制造至今停滯在40nm水平的主要原因。
Rapidus難以得到國(guó)際市場(chǎng)滋養(yǎng)，要填補(bǔ)日本2nm技術(shù)空白，屬于無(wú)本之木、無(wú)源之水，難免重蹈補(bǔ)貼包袱越背越重的覆轍，難以維持芯片技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新。
第二，創(chuàng)新路線不穩(wěn)定，迭代創(chuàng)新路徑未形成。
Rapidus在2nm芯片上照搬IBM技術(shù)，在1nm甚至亞納米芯片上卻不打算在IBM技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展，而是尋求同IMEC合作。這種“狗熊掰棒子”式的規(guī)劃不利于技術(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、芯片人才等積累，也不利于制造設(shè)備和工藝重復(fù)利用，不但推升Rapidus芯片技術(shù)升級(jí)成本，其前后兩代芯片技術(shù)銜接也會(huì)面臨額外困難。
此外，IBM和IMEC都沒(méi)有運(yùn)營(yíng)芯片廠或支撐芯片廠供應(yīng)鏈的經(jīng)驗(yàn)，Rapidus把尖端芯片的寶押在IBM和IMEC身上，雖然是無(wú)處覓得尖端芯片技術(shù)的無(wú)奈之舉，但也加劇了日本全力發(fā)展尖端芯片的風(fēng)險(xiǎn)。荷蘭某知名芯片雜志甚至以《日本Rapidus追求芯片復(fù)興終將失敗》為題，警示Rapidus違背臺(tái)積電等企業(yè)堅(jiān)持自主研發(fā)尖端芯片路線，即使有日本政府慷慨解囊，仍將難免失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
第三，創(chuàng)新生態(tài)有短板，難以享受芯片發(fā)展潮流紅利。
時(shí)任經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣西村康稔曾稱(chēng)，Rapidus的未來(lái)在于承接人工智能、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的芯片制造業(yè)務(wù)。Rapidus也為此制定了名為“快速統(tǒng)一制造服務(wù)”的經(jīng)營(yíng)模式，將在芯片代工的基礎(chǔ)上，為芯片設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，加快芯片設(shè)計(jì)過(guò)程。雖然未來(lái)數(shù)年內(nèi)，人工智能、自動(dòng)駕駛等需求將給芯片制造帶來(lái)可觀的市場(chǎng)，但Rapidus的經(jīng)營(yíng)模式卻難以保證享受這一輪半導(dǎo)體發(fā)展周期紅利。
日本綜合研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)會(huì)長(zhǎng)金丸恭文稱(chēng)，Rapidus在全球芯片產(chǎn)供鏈中缺乏“不可替代性”，最終難以避免和臺(tái)積電、三星等競(jìng)爭(zhēng)代工業(yè)務(wù)的命運(yùn)。日本新思科技株式會(huì)社社長(zhǎng)藤井公雄稱(chēng)，日本缺乏芯片設(shè)計(jì)能力是Rapidus的短板，日本不能打造芯片設(shè)計(jì)上有影響力的企業(yè)，在未來(lái)芯片發(fā)展浪潮中就沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。
讓出自主權(quán)技術(shù)發(fā)展空間受限
日本視尖端芯片技術(shù)為保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略技術(shù)，但Rapidus在2nm芯片技術(shù)上依賴(lài)美國(guó)的發(fā)展規(guī)劃，無(wú)異于拱手讓出日本重要戰(zhàn)略技術(shù)自主權(quán)，把未來(lái)芯片技術(shù)發(fā)展空間交給他國(guó)掌握。
2021年6月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了《半導(dǎo)體和數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》。經(jīng)產(chǎn)省制定半導(dǎo)體戰(zhàn)略之初并沒(méi)有成立Rapidus的打算，日本政壇對(duì)Rapidus為美國(guó)二流芯片技術(shù)提供研發(fā)資金、充當(dāng)量產(chǎn)試驗(yàn)“小白鼠”的做法至今仍有反對(duì)聲音。如，有日本眾議院議員認(rèn)為，日本應(yīng)鞏固在半導(dǎo)體制造設(shè)備、材料領(lǐng)域的戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)，通過(guò)“戰(zhàn)略不可替代”增強(qiáng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)話(huà)語(yǔ)權(quán)和影響力。日本經(jīng)產(chǎn)省內(nèi)部也有官員認(rèn)為大量資金投向芯片制造的“無(wú)底洞”，擠占了日本芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的發(fā)展空間，對(duì)日本芯片長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展不利。金丸恭文甚至認(rèn)為，借助美國(guó)技術(shù)是日本政府受日本大企業(yè)裹挾做出的短視決策，將帶偏日本半導(dǎo)體戰(zhàn)略，導(dǎo)致日本重蹈發(fā)展第五代計(jì)算機(jī)等戰(zhàn)略失敗的覆轍。
這些擔(dān)憂(yōu)并非杞人憂(yōu)天，日本多次重振芯片產(chǎn)業(yè)的努力都因美國(guó)的打壓而失敗。這次美企環(huán)球晶圓起訴Rapidus引進(jìn)IBM技術(shù)中存在的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，已為Rapidus日后發(fā)展蒙上一層陰影。一旦Rapidus取得技術(shù)突破，威脅美國(guó)芯片企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，美國(guó)在芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題上慣用的長(zhǎng)臂管轄手段或隨時(shí)對(duì)日本發(fā)動(dòng)，葬送日本振興芯片產(chǎn)業(yè)的“最后機(jī)會(huì)”。
美國(guó)的2nm芯片技術(shù)并非日本心心念念的“免費(fèi)午餐”，而是包藏了限制日本尖端芯片發(fā)展的陷阱。日本獲準(zhǔn)接觸IBM的2nm芯片技術(shù)之際，正是美國(guó)施壓日本強(qiáng)化對(duì)華芯片出口管制之時(shí)。強(qiáng)化對(duì)華芯片出口管制導(dǎo)致日本芯片對(duì)華出口、在華市場(chǎng)份額萎縮。美、歐、韓等國(guó)家和地區(qū)已興建不少先進(jìn)芯片集群，日本如果失去中國(guó)市場(chǎng)，將導(dǎo)致Rapidus的技術(shù)未來(lái)最多只能在美歐以外的國(guó)家和地區(qū)尋求發(fā)展，一旦面臨芯片產(chǎn)業(yè)周期，存在產(chǎn)業(yè)消亡風(fēng)險(xiǎn)。
縱觀美日芯片戰(zhàn)后的日本芯片技術(shù)發(fā)展歷程，日本芯片技術(shù)發(fā)展最順利的一段時(shí)期，正是NEC等日本企業(yè)和中國(guó)華虹等企業(yè)加強(qiáng)合作，借助中國(guó)大芯片市場(chǎng)熨平芯片市場(chǎng)周期波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)跨芯片周期發(fā)展的階段。《日本經(jīng)濟(jì)新聞》等輿論正在反思日本受到“只有跟隨美國(guó)的出口管制制度才能實(shí)現(xiàn)國(guó)家安全”這一錯(cuò)誤認(rèn)知的蒙蔽，認(rèn)為日本一旦脫離中國(guó)大市場(chǎng)，日本的尖端芯片技術(shù)將無(wú)從發(fā)展，而戰(zhàn)略技術(shù)如果發(fā)展失敗，日本更談不上保障國(guó)家安全。
（作者單位：中國(guó)現(xiàn)代國(guó)際關(guān)系研究院科技與網(wǎng)絡(luò)安全所）
