【觀點】日本Rapidus半導體廠動工、明年10月完工!為何2奈米前途多舛?
【觀點】日本Rapidus半導體廠動工、明年10月完工!為何2奈米前途多舛?

日本Rapidus北海道廠動工,計畫明年10月完工

8家日本大企業共同投資設立生產次世代半導體的新公司Rapidus,於9月1日在北海道千歲市舉行工廠奠基儀式,計劃在2024年10月完工,並於2025年4月啟動試作生產線,不過在技術、客戶和資金等方面仍須克服。

Rapidus大規模生產2奈米,但目前日本國內半導體工廠僅能生產40奈米之通用產品,相關工程師也很少,EUV最新技術的曝光設備和周邊設備的取得爭奪戰,會成為發展的重要關鍵。首先在半導體材料方面,Rapidus董事長東哲郎表示,將努力確保設備和材料供應,擴大與美國Lam Research、荷蘭ASML等海外設備製造商合作,使量產能取得成功。

第二個課題是開發客戶。Rapidus在大規模量產追求低成本投資競爭中,很難贏過台積電、三星、英特爾等企業,因此Rapidus的計劃是專注高附加價值的特客製半導體,少量多品項能靈活地滿足客戶需求,但如果不將晶片單價定得高一些,就無法收回開發費用和生産費用的投資。

對此,Rapidas小池敦義社長指出,正在接觸包括出資的8家日本企業以及美國大型IT公司等潛在客戶,預計市場對超級電腦和AI半導體會有需求,但要找到願意付高價使用的客戶並不容易。

最後在資金方面,Rapidus預計2025年4月啟動試作生產線,將花費2兆日圓,而2027年量產將花費5兆日圓,Rapidus獲得經濟產業省3,300億日圓的補貼,未來則考慮透過首次公開募股自行籌集資金。

2020年,突然其來的Covid-19大流行,各國政府以封城手段,限縮人們的接觸,防止病毒傳染。這種封鎖措施,使得在家工作成為企業普遍的應變措施,加速全球數位化的進程。頓時,個人電腦、平板電腦等,需求大幅攀升,帶動半導體需求急劇上升,供不應求。

2020年年底,傳出汽車產業缺晶片,導致汽車產量大幅下滑,驚動美、歐、日政府。加上地緣政治衝突加劇,供應鏈由全球化轉為在地生產的趨勢明顯,因此如何確保供應鏈的「韌性」成為各國政府重要的戰略目標。半導體的重要性在此次史無前例的疫情中,被升級為「戰略產業」。

日本是半導體材料大國,但IDM、IC設計排後段班

美國、歐洲皆端出鼓勵在地興建晶圓廠的補貼措施,美國《晶片法案》以及《歐盟晶片法案》分別祭出520億美元及430億美元的補貼。

日本政府也不落人後,於2021年會計年度編列6,170億日圓,對投資日本境內先進半導體的事業進行補貼,目前已敲定補貼台積電、鎧俠(Kioxia)及美光科技(Micron)在日本的設廠或擴廠。

台積電日本3DIC研發中心
日本對投資日本境內先進半導體的事業進行補貼,台積電也是其中獲得補貼的對象。
圖/ 台積電提供

日本的半導體材料供應鏈獨步全球,先進製程許多關鍵材料(如光阻劑),全掌握在日本廠商的手中。在半導體製造設備方面,日本也在全球供應鏈中名列前茅,不容小覷。

延伸閱讀:永光化學獨創光阻劑配方,抵抗日本大軍搶單潮

不過在半導體市場方面,日本就排在後段班。日本的整合元件製造(IDM)方面僅占全球約8%,遠低於美國的47%,韓國的33%,與歐洲的9%在伯仲之間。

IC設計產業方面,日本約占全球1%左右,遠低於美國的68%及台灣的21%。

日本半導體產業的往日榮光

回顧上世紀80、90年代,日本半導體產業如日中天,以1990年全球半導體前十大公司為例,日本公司共有六家入榜。

當年,NEC(日本電氣)名列第一,營業額達43.2億美元,東芝(Toshiba)緊追在後,營業額為42億美元。

排名第三為美國摩托羅拉(Motorola),營業額35.4億美元,第四為日立(HITACHI),營業額35.2億美元,第五為英特爾(Intel),營業額31.7億美元,第六為富士通(Fujitsu),營業額26億美元,第七為德州儀器(TI),營業額25.7億美元,第八為三菱(Mitsubishi),營業額21.1億美元,第九為飛利浦(Philips),營業額19.6億美元,第十為松下(Panasonic),營業額18.3億美元。

彼時的半導體產業規模,無法與現在的產業規模相比。1990年全球半導體產業規模很小,全球半導體產業營業額僅達505億美元,還不到2021年5,559億美元的十分之一。前十大半導體公司中,日本公司6家,美國公司3家,歐洲公司1家。

1990年日本半導體產業登上顛峰之際,衰退的種子卻已在4年前(1986年)埋下。

一紙協議,埋下日本半導體衰敗種子

1986年,日本在美國的「要求」下簽署《美日半導體協議》,美國要求日本開放半導體市場,保證5年內,外國公司可以獲得日本20%的市占率,並且開放日本半導體產業的知識產權及專利。

這項半導體產業協議,埋下日本半導體產業衰敗的種子,使日本半導體產業逐步衰退。1989年日本在全球半導體的市占率高達53%,其次為美國市占率為37%,歐洲市占率為12%。

當時日本DRAM產業「一馬當先」,市占率最高時達80%,美國英特爾、美光科技、摩托羅拉等DRAM生產商,都不敵日本DRAM的競爭;英特爾、摩托羅拉後來放棄DRAM事業,僅剩美光科技持續經營DRAM。

《美日半導體協議》簽訂的背景,是美國DRAM產業受到日本的強力競爭,美國政府不得不「出手」。

走過80年代的風光日子,日本半導體產業逐步敗退。記憶體方面,DRAM大廠不敵韓國的競爭。1999年NEC記憶體部門與日立記憶體部門,合併成立「NEC日立記憶體公司」,2000年改名為爾必達記憶體公司(Elpida Memory),2003年合併三菱電機記憶體部門。

KIOXIA
圖/ 截圖自Twitter

由於日本東芝放棄DRAM事業,專注於NAND,因此爾必達成為日本唯一的DRAM專業大廠。爾必達有雄厚的DRAM技術基礎與不小的產能,可惜的是在經歷幾次DRAM產業不景氣的衝擊下,資金不濟,只好於2012年2月申請破產保護。2012年5月,爾必達被美國美光科技收購,日本DRAM產業畫下休止符。

2003年4月,日本日立公司的半導體部門與三菱電機的半導體部門合併,成立瑞薩科技。2010年4月,瑞薩科技與NEC半導體部門,透過業務整合成立瑞薩電子(Renesas)。瑞薩電子目前是日本第二大的半導體公司,僅次於從東芝分割出來的鎧俠(Kioxia)。

鎧俠為NAND Flash記憶體公司,是目前日本半導體製程最先進的公司。瑞薩是系統IC公司,為IDM公司。基於投資效益的考量,瑞薩自家晶圓廠的製程在45奈米世代以後,就停止發展更先進的製程。瑞薩有更先進製程需求時,則委託台積電代工。

日本在半導體產業的基礎深厚,可惜的是簽下《美日半導體協議》後,產業發展受到美國的箝制,記憶體被韓國超越,系統IC又無法與美國競爭。所幸日本在類比IC、功率IC還很強,缺點是沒有先進的系統IC。

2021年日本IC公司在全球IC產業的市占率僅6%,遠遜於美國的54%,也不敵後起之秀韓國的22%。

日本半導體的振興大計

日本半導體的振興大計,從邀請台積電到日本設廠開始,日本政府希望提高日本半導體在全球的市占率,期望於2030年能達20%。除此之外日本政府也希望有自己的先進製程,希望能開發2奈米製程技術。

計畫一:攜手台積電設廠,不只推動半導體也帶動當地經濟

在日本政府力邀請下,以及蘋果(Apple)敦促就近支援日本索尼(Sony)。2011年11月,台積電與索尼半導體製造公司(Sony Semiconductor Solutions Group,SSMC)共同宣布合資成立「日本先進半導體製造」(JASM),在日本熊本興建12吋晶圓廠,月產能5.5萬片,製程為12/16奈米、22/28奈米。同年12月,日本電裝公司(Denso)宣布投資JASM 3.5億美元,占JASM 10%股權。

台積電占JASM 70%股權,索尼占20%股權,熊本廠資本支出原訂為70億美元,之後因將月產能由4.5萬片提高到5.5萬片,資本支出提高到86億美元,日本政府補貼35億美元。

台積電日本3DIC研發中心已於日本產業技術綜合研究所之筑波中心完成無塵室工程
圖/ 台積電提供

2022年4月JASM熊本廠開始動工興建,興建過程中帶動當地經濟,由於日本當地需求大(尤其是車用半導體),因此日本政府力邀台積電在熊本再建第二座晶圓廠,補貼金額由三分之一起跳。

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計畫二:集結8家日企,成立「晶片復仇者聯盟」

2022年11月,日本豐田、日本電信電話公社(NTT前身)、索尼(Sony、鎧俠(Kioxia)、軟體銀行(SoftBank)、NEC、電裝(Denso)以及三菱日聯銀行(MUFG Bank),8家日本大企業,將共同投資設立生產次世代半導體的新公司Rapidus。

Rapidus具快速的意思,這意味期待新公司,將快速進入次世代 (2奈米及以下)半導體製程的生產。Rapidus計畫於2027年之後建立生產線,並且於2030年前後投入晶圓代工業務,降低對台積電的依賴。

延伸閱讀:8家日企集結「晶片復仇者聯盟」,Rapidus怎麼用速度重振榮光?

看似宏大的計畫,可惜「起手式」很難看。除了三菱日聯銀行出資3億日圓外,其餘7家公司,每家公司出資10億日圓(約690萬美元,匯率1美元:145日圓),Rapidus資本合計73億日圓(約5035萬美元)。

顯而易見的是, 參與投資Rapdius的大企業,對公司前景沒信心,看起來好像是為了應付日本政府的「公關費」。

Rapidus
圖/ Getty Images

日本政府對Rapidus補助700億日圓(約4.83億美元),先進晶圓廠的投資動輒超過數百億美元,700億日圓的補貼顯然是「杯水車薪」。

2023年,Rapidus宣布將在北海道千歲市興建2奈米晶圓廠,日本政府將追加2600億日圓(約18億美元)補貼,不過這還是遠遠不敷所需。顯然Rapidus必須另覓財源。

Rapidus技術將從IBM授權,IBM已經很久沒有量產半導體的經驗,先進技術皆在實驗室開發,從IBM取得2奈米技術,恐怕前途多舛。

Rapidus北海道工廠預定2025年試產,2027年量產,這應該是不可能達成的任務。

計畫三:2年砸123億美元,日本全速打造半導體供應鏈

2022年會計年度,日本政府再度編列大筆預算投資半導體產業。日本政府將提供3,500億日圓(約24億美元),投入與美合作的新世代半導體研究,期望最快能在2025年量產2奈米晶片。

對先進半導體的生產據點,日本政府將投資4500億日圓(約31億美元),除此之外對生產先進半導體所需要的材料與設備投資3700億日圓(約25.5億美元)。

綜合2021年及2022年日本政府計畫投入半導體產業的金額合計達1.787兆日圓(以1:145匯率計算),這兩年日本政府對先進半導體的總投資額為123億美元。

日本政府應該會投入更多的資源,建立半導體供應鏈。日本在半導體上游有極佳的基礎及實力,除了2奈米的投資無法達成目標外,其餘的目標應可得到不錯的成果。

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責任編輯:林美欣

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