“日之丸半导体”能否起死回生？

20世纪80年代，日本半导体产业称霸全球，占据了全球半导体市场的绝大部分。

当时美国在30%的范围内，亚洲国家只有百分之几。80年代中期，DRAM（动态随机存取存储器）市场排名前五的分别是NEC（第1）、日立（第2）、东芝（第3）、富士通（第4）、三菱电机（第5）被垄断一家日本公司。许多日本人称它们为“日之丸半导体”，并以它们作为日本强大经济的象征而自豪。

但“日之丸半导体”实力过强导致与美国发生贸易摩擦，日美半导体协定导致增长受阻，最终“日之丸半导体”走了下坡路。2021年半导体全球市场份额第一是美国54%，第二是韩国22%，第三中国台湾9%，第四欧洲和日本6%，第六位是中国大陆，占 4%（来源：美国市场研究公司 IC Insights）。

如果这种趋势持续下去，未来日本的市场份额将下降到接近0%。

纵观世界半导体形势，中美两国正处于一场关乎国家命运的半导体大战中。美国正以7万亿日元的补贴支持国内半导体工厂建设，力争在对国家安全至关重要的尖端半导体技术上引领世界。另一方面，中国也在全力加速半导体技术开发。

“在美国和中国之间斡旋”，是“日本应该做的”。但尔必达的失败也导致了日本政府和企业的不情愿。

1999年，尔必达合并了在与韩国厂商的低价竞争中落败的NEC和日立的DRAM业务，随后又在2003年合并了三菱电机的DRAM业务。尔必达在2012年破产，2013年被美光科技收购。破产的原因据说是资金不足。顺便一提，尔必达在希腊语中是“希望”的意思。

在此背景下，2021 年 5 月 21 日，在自民党议员半导体战略推进联盟第一次会议上，自民党总裁甘利明在会议伊始就表示，“为了日本，半导体战略将是一场决定民族未来命运的战役。”此后，日本半导体的形势发生了巨大变化。

按时间顺序的主要活动如下。

2021年10 月15日，台积电宣布在日本建设第一家新工厂的政策，目标是在 2024 年开始运营。

2021年11月15日，日本经济产业省“半导体和数字产业战略审议会”公布了《日本半导体产业振兴基本战略》。在该战略中，从现在到 2030 年代的支持措施是紧急加强 IoT（物联网）的半导体生产基地：（步骤1）通过日美合作的下一代半导体技术基地；（步骤2）和全球合作 显示了政府在未来技术基础设施的三个阶段；（步骤3）进行基本战略。（稍后将描述该策略的细节。）

2021 年 12 月 6 日，《促进开发、供应和引进特定先进信息和通信技术应用系统法》（以下简称“5G 促进法”）和国家研究发展局新能源和产业技术开发组织法（以下简称 NEDO 法）进行了部分修改。在建立生产设备开发和高性能半导体生产等计划审批制度后，计划实施所需的资金将从NEDO（新能源和工业技术开发组织）设立的基金中补贴。

2022年8月10日，八家主要公司投资，旨在开发和量产2纳米最先进的逻辑半导体。顺便说一下，Rapidus 在拉丁语中的意思是“速度”。

如上所述，“日之丸半导体”复兴的体制和准备工作已经确立。

关于财政支持，经济产业大臣萩生田浩一于2021年12月20日在参议院经济产业委员会表示，公共和民间部门将投资超过1.4万亿日元。不过，与美国相比，日本提供的援助数额实在是太少了。台积电在过去几年平均投资 300 亿美元至 400 亿美元（3.93 万亿至 5.24 万亿日元）。未来，日本政府的财政支持会增加多少，持续多久，值得关注。

本文从日之丸半导体能否起死回生的角度，对相关事宜进行归纳。

支持半导体行业的立法

本节基于日本内阁委员会研究室 Shigeshi Kakinuma，“日本半导体产业的现状和挑战：半导体支持法、经济安全促进法等下的复兴之路”。

新资本主义实现委员会（主席：首相岸田文雄）于 2021 年 11 月 8 日召开，“紧急提案：新资本主义开辟未来及其启动 ”（以下简称“紧急提案”）中提到：“日本高度依赖先进半导体的进口，不具备先进半导体的制造能力。一家在尖端半导体代工制造中占有最高份额的中国台湾公司进入日本，有望提高日本半导体产业的不可或缺性和自主性，并对国家安全做出重大贡献。我们将在多年内支持此类先进半导体的国内布局，迅速推进必要的系统开发，并建立强大的供应链。”

对此，2021 年 12 月 6 日，第 207 届国会（临时会议）制定了《5G 法推进法和 NEDO 法的部分修改法》。在建立生产设备开发和高性能半导体生产等计划认证制度后，计划实施所需资金的补贴将从 NEDO 设立的基金中提供（补贴率高达 20%），同时其他支持计划已经建立。为设立该基金，2021财年追加预算中纳入了6170亿日元。

在参议院经济产业委员会（2021 年 12 月 20 日）上，经济产业大臣萩生田就该支援计划的意义发表了以下声明。

“目前，日本只能生产 40 纳米以下的逻辑半导体，但我们将利用这项法律建立的新支持框架来获得尖端半导体的制造能力，这是一个缺失的部分。通过这样做，我们希望建立一个系统，根据国内制造业的需求稳定供应半导体。这是半导体行业复兴的第一步。”

此外，《紧急提案》指出，“为促进供应链中重要技术和商品生产供应能力等国内战略性产业基地的保障，将提供中长期资金支持。同时关注主要国家的趋势。我们将考虑应该如何提供支持，包括确保这些事情的框架，并旨在尽快建立它。”

对此，在《经济安全促进法》的方案中，

(1) 根据内阁总理大臣制定的特定重要材料基本方针，通过政令指定特定重要材料（半导体等）。

(2)商品部长制定每种商品的政策，根据这些政策对经营者的计划进行认证，并通过资金等方式向经营者提供广泛的支持。

经济安全担当大臣小林隆之（时任）在众议院经济产业委员会内阁委员会（2022 年 4 月 26 日）上提议创建基金。“法案通过后，我们希望尽快将其指定为特定重要商品，并与相关部门和机构合作进行讨论，以便我们获得支持所需的财政资源。”

日本政府的基本方针和现状

(1) 复兴的基本战略

2021 年 11 月 15 日，经济产业省“半导体和数字产业战略审查委员会”在“半导体产业基础设施发展紧急强化方案”中公布了日本半导体产业复兴的基本战略。

基本战略指出，到2030年代的支持措施将分以下三个阶段实施。

第一阶段：紧急加强物联网半导体生产基础设施（步骤：1）

第二阶段：通过日美合作的下一代半导体技术基础设施（步骤：2）

第三阶段：通过全球合作的未来技术基础设施（步骤：3）

关于这一战略，经济产业大臣萩生田于2021年12月20日在参议院经济产业委员会上表示：

“我们正在考虑三个步骤。首先，作为第一步，我们将努力改善国内制造基地，以获得先进半导体的制造能力，这是日本所缺少的一块。另外，这个法案是定位在建立新机制后尽快实施。此外，我们将及时支持微电子、功率半导体等制造业不可或缺的半导体制造基地设备改造。我们的目标是在未来引领世界半导体制造技术，我们还将挑战研发尚未投入实际应用的先进技术。”

“换句话说，作为第二步，我们将通过国际合作促进下一代半导体制造技术的开发，预计这些技术将在 2025 年后投入实际使用。在这次的补充预算案中，我们将把 7740 亿日元作为这些政策的一揽子计划，我们将在公共和私营部门投资超过 1.4 万亿日元。”

“除了建立先进半导体的制造基地外，我还想通过世界领先的研发工作，从而带动日本半导体产业的复兴。”

（2）现状

第一步，推进国内生产基地的确保。

将建立一个法律框架，使拥有尖端半导体技术的外国公司能够在日本建厂，并将提供数年的支持。为此，2021 年 12 月 6 日制定了《5G 法促进法和 NEDO 法的部分修改法》。2022年6月17日，全球最大的半导体合约制造公司（晶圆代工）台积电将迁往日本，以发展国内制造基地以获得先进的半导体制造能力。台积电与索尼集团、电装共同投资的JASM（Japan Advanced Semiconductor Manufacturing）正在熊本县菊代町兴建新厂，计划投产逻辑半导体。日本政府决定提供4760亿日元支持熊本县在建工厂。

就半导体总销售额而言，台积电是第三大半导体制造商，仅次于英特尔和韩国三星电子。市值约为60万亿日元，几乎是日本丰田汽车公司的两倍。台积电的半导体工厂生产电路线宽为22至28纳米的逻辑半导体。

台积电于2021年3月成立台积电日本3DIC研发中心（筑波）。目的是与日本材料/半导体制造设备制造商、研究机构和大学合作进行尖端 3D IC 安装的研究和开发，因为包括 3D 安装在内的后处理变得越来越重要。

此外，日刊工业新闻2023年3月24日报道称，台积电已经开始协调在日本熊本县菊代町附近建设第二家工厂。预计总投资将超过1万亿日元。

除台积电外，2022 年 7 月，铠侠与西部数据的合资企业将获得最高约 929 亿日元的奖励，2022 年 9 月，美光科技将获得最高约 465 亿日元的奖励。日本政府旨在确保制造基地的第一步正在逐步取得进展。

第二步，日美将合作支持微型化等下一代半导体技术的发展。

2022 年 5 月 4 日，萩生田大臣与美国商务部长吉娜·莱蒙德举行了首届日美商工伙伴关系（JUCIP）部长级会议。在会议上，他们就旨在开发下一代半导体技术的第二步“半导体合作基本原则”达成一致。半导体合作基本原则的概要如下。

双边半导体供应链合作将按照以下基本原则开展：

(1) 基于公开市场、透明和自由贸易，

(2) 分享日本、美国及志同道合的国家和地区加强供应链韧性的目的；

(3)相互认同，相得益彰。

特别是，两国将在加强半导体制造能力、促进劳动力发展、提高透明度、协调半导体短缺应急响应以及加强研发合作等方面开展合作。

2022 年 11 月 11 日，日本经济产业省 (METI) 期待日美基于《半导体合作基本原则》实施联合研究，成立了日本国家半导体技术中心 (NSTC) ，先进半导体技术研究协会。技术中心（LSTC）和Rapidus在新闻发布会上宣布，他们将着手于下一代半导体项目。

新闻稿透露了下一代半导体项目的研发基地和量产制造基地。

(a) 技术研究协会前沿半导体技术中心（LSTC）

(1) 2022年12月19日，前沿半导体技术中心（LSTC）成立，作为实现下一代半导体量产技术的研发基地。

(2) 与包括美国NSTC在内的海外相关机构合作，在日本和海外建立开放的研发平台，缩短TAT（time from start to finish of production）实现量产下一代半导体，开发和实施与 2纳米 及更小半导体相关的技术开发项目。

(3) 国家研究机构、大学和产业界将共同努力，加强日本全国半导体相关产业的竞争力。参与机构：理化学研究所材料科学研究所、东北大学产业综合技术研究所、筑波大学、东京大学、东京工业大学、校际综合研究所高能加速器研究机构、Rapidus。

(b) Rapidus

Rapidus 成立于 2022 年 8 月，旨在成为日本版的尖端半导体代工厂（合同制造公司）。包括丰田和 NTT 在内的八家私营公司将在政府支持下投资该项目。计划基于IBM 2纳米代工艺技术开发“Rapidus版”制造技术，2025年开始逻辑半导体试（试）产，2027年量产。

据称，Rapidus 版本的生产技术主要集中在两个领域：预计需求会增长的“高性能计算（HPC）”和预计未来的“超低功耗（超低功耗）”的智能手机。

投资企业（投资额）为铠侠（10亿日元）、索尼集团（10亿日元）、软银（10亿日元）、电装（10亿日元）、丰田汽车（10亿日元）、NEC（10亿日元）日元）、日本电报电话公司（NTT）（10 亿日元）和三菱日联银行（3 亿日元）。

如上所述，2022年11月，经济产业省在“加强后5G信息通信系统基础设施的研究开发项目”中的“研究开发项目2开发先进半导体制造技术”征集参与者，并被选中。经评审委员会审查，决定采用利必达。

与此同时，经济产业省目前正通过 NEDO 基金资助 700 亿日元，作为该公司的“后 5G 信息通信系统基础设施强化研究和开发项目”。

Rapidus 的主要活动如下所述。

a. 与比利时研究机构的合作

2022年12月6日，Rapidus与比利时国际半导体研究所imec签署谅解备忘录，就尖端半导体技术进行长期可持续的合作。Rapidus社长小池敦义表示，“一国独力的时代已经结束”。通过与 Imec 合作，重要的是推进研究，包括先进技术的未来应用，特别是在下一代半导体制造不可或缺的 EUV（极紫外）曝光技术等领域。Imec 总裁兼首席执行官 Luc van den Hove 评价日本的半导体价值链“在材料和设备开发和制造方面具有独特的能力”。

“我们将汇集Imec的研发和日本制造各自的优势，以最大限度地发展半导体，”小池敦义表示。面向下一代半导体设计制造基地的建设，Rapidus称未来将考虑具体的合作内容，如半导体尖端工艺的建设、人力资源的开发、派遣等。

b. 与 IBM 结成战略联盟，共同开发先进的 2纳米半导体

2022 年 12 月 13 日，Rapidus 和 IBM 宣布结成战略联盟，共同开发先进的 2纳米 半导体。两家公司已同意共同研发尖端半导体，IBM 将与 Rapidus 合作培训工程师和开发销售目的地。

半导体是经济安全最重要的产品，但尖端产品无法在国内生产。据说通过与美国和欧洲的合作，补充日本没有的技术，如精细电路的形成，将有可能在国内量产。Rapidus 将提供逻辑半导体技术，这是电子设备的“大脑”。

为电路线宽为2纳米的产品购买技术许可，该产品的生产技术在国际上尚未确立。尽管 IBM 在 2015 年退出了半导体生产，但它仍在继续研发并成功制作了 2纳米 产品的原型。工程师还将被派往 IBM 发挥核心作用的美国研究机构。合同费用尚未披露。

日本缺乏大规模生产尖端产品所必需的技术和诀窍，例如电路的详细结构。Rapidus还同意与比利时一家研究机构合作，从美国和欧洲的友好国家引进技术，使半导体能够在国内生产。如果能够量产，有望用于超级计算机和人工智能（AI）。

c. 在北海道千岁市建设新工厂

2023年2月28日，Rapidus宣布将在北海道千岁建设新工厂。他还宣布将于 2025 年开始原型制作，目标是在 2020 年代后半期实现量产。Rapidus社长小池敦义表示，预计研发到原型阶段需要2万亿日元，量产需要3万亿日元。

据称，2023 年 4 月 7 日，经济产业省已进入最终调整阶段，将向正在千岁市建设下一代半导体工厂的 Rapidus 追加 3000 亿日元的补贴。公司将支持计划于2025年投产的试产线的开发，支持开发。目前通过NEDO的基金补贴700亿日元，补贴金额还会增加。预计增加的金额将用于即将开工建设的工厂的部分建设成本。

分析师对Rapidus分析

分析师集团 Isaiah Research 副总裁 Lucy Chen 的采访时表示，“大规模生产在技术上是可行的，但对于是否有可能提高产量和生产率并达到可以产生利润的水平，仍然存在疑问。”

(1) 为什么2纳米半导体可以量产

这得益于IBM（美国）和imec（比利时）强大的技术支持，以及日本在半导体材料和设备方面的实力。在这些公司的支持下，2纳米半导体的量产成为可能。

(2) 量产难以实现盈利的原因

主要有以下三个原因：缺乏先进半导体量产经验、缺乏资金、无法确保需要先进半导体的客户。

Rapidus 没有大规模生产 2纳米半导体的经验。对于Rapidus来说，即使很容易获得2纳米半导体量产所需的半导体设备和材料，也需要工艺整合（以不冲突的方式将制造工艺和制造结合起来）以获得一定的规模经济为提高生产率而调整、提高生产率等问题很多。

日本公司目前最先进的半导体是瑞萨电子的40纳米。开发 10 纳米及以后的半导体需要制造晶体管（例如 FinFET 和 GAA）的经验。这两种技术都是控制漏电流和能量损耗的关键，没有它们就很难量产高良率和高性能的2纳米半导体。

以台积电的3纳米半导体为例，2022年下半年开始量产时，将以40%-50%的低良率开始。台积电可能至少需要 2023 年下半年才能将收益率提高到更有利可图的 75%及以上。以韩国三星电子为例，截至2023年2月，该公司3纳米代半导体的良率预计为20%-30%，低于台积电。

高效生产需要时间。即便是像这两家走在半导体尖端前沿的公司，3纳米代半导体的良率提升也至少需要一到两年的时间，Rapidus的2纳米半导体就更不用说了。

对于 Rapidus 而言，获得 GAA 或 FinFET 量产技术诀窍非常重要。进行小型化不可避免地会出现问题，为了解决这些问题，晶体管（半导体器件）的形状也发生了变化。平面型到28/22纳米，16纳米以后是FinFET，2纳米以后是GAA。为了实现GAA，英特尔、三星和台积电都在进行巨额投资。三星已经提前开始量产GAA，但似乎良品率偏低，还没有走上正轨。台积电似乎在3纳米一代仍采用FinFET，但最近宣布从2纳米一代开始将采用GAA。

2纳米制程量产资金不足日本政府正在补贴 Rapidus 的 2纳米半导体，进一步的投资将是一个推动力。

不过，相对于台积电每年的投入，日本政府的出资仍然微不足道。2022年11月，日本政府宣布向Rapidus出资700亿日元。虽然数额很大，但考虑到台积电过去几年每年的资本投资平均为300亿至400亿美元（以131日元兑1美元的汇率计算为3.93万亿至5.24万亿日元）。日本政府的投资也是很小规模。

展望未来，重点将放在政府对Rapidus的投资将增加多少以及将持续多长时间。2月2日，Rapidus董事长Tetsuro Azuma在接受采访时表示，公司下半年计划投产的生产线将需要约7万亿日元的投资2020年代。

确保需要先进半导体的客户的不确定性。目前，日本很少有使用 2纳米半导体的最终产品。为了可靠地捕捉需求，除了努力“在与客户合作设想最终产品的同时促进开发”之外，还将测试Rapidus营销和定价策略等综合管理能力。

Isaiah Research 的上述分析可以概括为：“它可以制造，但不能盈利。”这与“尔必达的失败”是一样的。

总结

Isaiah Research 指出 Rapidus 面临的挑战是缺乏经验、资金和客户。

缺乏经验也是一个人力资源问题。活跃于日本半导体产业一度繁荣时期的工程师们，纷纷前往韩国和中国台湾寻找机会。问题是这些宝贵的人力资源是否可以重新雇用。

另一个问题是年轻人的发展。随着台积电进驻熊本，九州正在抓紧培养大学和技术学院的人才。日本东北部也专注于半导体领域。2022年3月29日，由九州产业界、教育机构、政府机关等42家团体组成的“九州半导体人才培养联盟”成立。

此外，2022 年 6 月，东北地区的企业、地方政府和教育机构齐聚一堂，成立了东北半导体和电子设计研究小组。期待从事半导体及相关产业的年轻人的发展。

金融挑战正在考验国家的严肃性。Rapidus 董事长 Tetsuro Higashi 表示需要大约 7 万亿日元的投资，但笔者认为，如果公共和民间部门不能准备总计 10 万亿日元的资金，这个项目将从一开始就失败。

最后，关于客户，重要的是为 Rapidus 的目标代工业务确保高质量的客户。为了做到这一点，台积电的主要客户苹果、英伟达、AMD和其他主要在美国的半导体公司必须参与其中。建立销售渠道和确保人力资源以吸引这些全球公司的客户也是困难的问题。

不得不说，在现在的情况下，想要让“日之丸半导体”复活，难度非常大。

最大的原因是不能说民众理解巨额援助。日本政府应该多宣传半导体技术将应用于哪些行业，以及如何增加就业和富国。现在，岸田首相能否向Rapidus提供10万亿日元的财政支持？

或许现在是重振日之丸半导体的最后机会。如果现在不做，日本将跟不上半导体技术的发展，未来日本的半导体市场份额可能真的会接近0%。