八大日本巨頭成立2nm芯片公司，豐田索尼參與

知情人士周四表示，包括豐田汽車公司和索尼集團(tuán)公司在內(nèi)的八家領(lǐng)先的日本公司已經(jīng)成立了一家新公司，以提高下一代半導(dǎo)體的國內(nèi)產(chǎn)量。

該財團(tuán)還包括軟銀公司和日本電報電話公司，在全球范圍內(nèi)開發(fā)用于量子計算機(jī)和人工智能以及導(dǎo)彈等軍事武器的先進(jìn)芯片的競爭日趨激烈的當(dāng)下，該公司有其重要的意義。

消息人士稱，政府計劃向新公司提供 700 億日元（4.78 億美元）的補(bǔ)貼，而這八家公司將向其投資總額約為 70 億日元。

其余的公司是半導(dǎo)體制造商 Kioxia Corp.、汽車零部件供應(yīng)商 Denso Corp.、電子制造商 NEC Corp. 和 MUFG Bank。

此舉還恰逢全球范圍內(nèi)的芯片短缺，這種短缺已經(jīng)打擊了從汽車制造到家電生產(chǎn)等行業(yè)，并在日本國內(nèi)引發(fā)了關(guān)于經(jīng)濟(jì)安全的辯論，因為這場競賽由臺灣、韓國和美國的公司領(lǐng)導(dǎo)。

消息人士稱，這家名為 Rapidus 的新公司將開發(fā)和制造芯片，并促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)的人力資源培養(yǎng)。產(chǎn)業(yè)大臣西村康稔將于周五宣布了公司的成立。

消息人士稱，Rapidus 的目標(biāo)是在 2020s年后期開發(fā)和生產(chǎn)亞 2 納米半導(dǎo)體。目前，日本企業(yè)只能生產(chǎn)電路線寬在40納米左右的芯片。

該項目是在工業(yè)部于 7 月宣布計劃成立一個新組織來負(fù)責(zé)日本和美國之間對下一代半導(dǎo)體的聯(lián)合研究之后曝光的。消息人士稱，Rapidus 可能會與該組織合作。

他們說，Rapidus 的成立是由芯片設(shè)備制造商東京電子有限公司前總裁 Tetsuro Higashi 領(lǐng)導(dǎo)的。

據(jù)日經(jīng)亞洲近日的最新報道，日本計劃預(yù)算3500億日元，將在年底前與美國合作開設(shè)下一代2納米芯片的研發(fā)中心，這是兩國在緊張局勢中建立安全芯片供應(yīng)鏈努力的一部分。研發(fā)中心將包括一條原型生產(chǎn)線，其目標(biāo)是最早在2025年開始在國內(nèi)量產(chǎn)芯片。

該中心將由將于今年首次亮相的日本新半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)建立，將引進(jìn)美國國家半導(dǎo)體技術(shù)中心(National Semiconductor Technology Center)的設(shè)備和人才。

據(jù)湯上之隆的分析，2022年7月29日，日本經(jīng)濟(jì)新聞報道稱，日本和美國在量產(chǎn)半導(dǎo)體方面展開合作，日本和美國兩國政府于7月29日在美國首都華盛頓召開首次“經(jīng)濟(jì)2plus2”會議，會議中提到日本和美國共同研發(fā)2納米半導(dǎo)體，日本在年底之前成立“新一代半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)中心（臨時名稱）”，計劃在2025年于日本國內(nèi)量產(chǎn)2納米半導(dǎo)體。

至此，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省已經(jīng)制定了多個令人無法理解的政策（所以日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)才一片混亂），“日本和美國合作研發(fā)2納米半導(dǎo)體，日本自2025年開始量產(chǎn)2納米半導(dǎo)體”一一這真是令人驚訝、震驚、不可思議！簡直是一條愚蠢至極的策略，日本半導(dǎo)體行業(yè)的相關(guān)人員不禁要問：“這樣的政策真的可以實施下去嗎”？（那么，日本政府可能會說：“政府不插手了”，但是，媒體在號召大家進(jìn)行評論，所以筆者發(fā)表一下自己的見解。）

由于日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省似乎是在很認(rèn)真地發(fā)布了以上政策，真讓人頭疼！8月10日在赤坂Inter City Conference召開了“Flash Forward Japan 存儲半導(dǎo)體·改革·座談會”，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省商務(wù)信息政策局總務(wù)科西川和見科長做了名為《Current state of the art in semiconductors in Japan》的主題演講。（下圖4）

圖4：日本和美國合作研發(fā)2納米，日本自2025年開始量產(chǎn)2納米？？出自：西川和見（日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。?，《Current state of the art in semiconductors in Japan》、“Flash Forward Japan 存儲半導(dǎo)體·改革·座談會”，2022年8月10日。（圖片出自：jbpress）

那么，為什么日本量產(chǎn)2納米半導(dǎo)體是可笑至極呢？（雖然很難解釋，但筆者還是要說明一下。）

所謂半導(dǎo)體的“微縮化”，指的是每一代際縮小約70%。如下圖4所示，日本自45納米以后就不再有進(jìn)步。45納米以后為32納米、22納米、16/14納米、10納米、7納米、5納米、3納米、2納米。（西川先生的資料中遺漏了32納米和10納米，筆者進(jìn)行了補(bǔ)充。）

自45納米（日本可以生產(chǎn)）到2納米，共跨越了九個代際的微縮化，這究竟有多難呢？

首先，微縮化每發(fā)展一個代際，肯定會出現(xiàn)諸多問題，為解決這些問題，需要進(jìn)行多次試錯實驗。在28納米/22納米之前，晶體管的形狀為“平面型（Planner）”，16納米以后為FinFET，2納米以后為GAA（Gate-All-Around，全環(huán)繞柵極晶體管），之所以有這么大的變化，是因為不改變晶體管結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)人們期待的性能。此外，隨著微縮化發(fā)展，出現(xiàn)的問題也是各式各樣。

比方說，在2015年之前以為被視為“微縮化頭號玩家（Top Runner）”美國英特爾在2016年無法順利從14納米過度到10納米，在后來的五年里，10納米的啟動一直不順利（如下圖5）。去年（2021年）Patrick Gelsinger就任英特爾第八代CEO，并將10納米命名為“Intel 7（i7）”、7納米（采用了最先進(jìn)的EUV曝光設(shè)備）改為“Intel 4（i4）”。如今英特爾正在為實現(xiàn)i4而努力。

圖5：邏輯半導(dǎo)體和Foundry廠家的技術(shù)藍(lán)圖。

 （圖片出自：jbpress）

TSMC和三星在同一時間（2019年）啟動7納米，后來，雖然僅僅能看到6納米、5納米、4納米、3納米等一系列數(shù)字的進(jìn)步，但5納米以后的良率很難提升，而且TSMC的3納米采用了GAA構(gòu)造，因此TSMC在3納米代際陷入絕望，果斷進(jìn)軍2納米。

即使是獨(dú)享最尖端技術(shù)的TSMC，雖然曾經(jīng)每兩年更替一個代際，但3納米并未能按計劃啟動，耗費(fèi)了兩年半的時間，在2022年下半年，終于迎來了量產(chǎn)關(guān)鍵期。2納米代際晶體管采用新型GAA，進(jìn)入量產(chǎn)可能要花費(fèi)兩年半甚至三年的時間。因此，2納米的量產(chǎn)時間最快在2025年、甚至2026年。

如果日本“自2025年開始量產(chǎn)2納米”，那么，很有可能早于TSMC！從當(dāng)下的45納米，跨越九個代際，比TSMC早量產(chǎn)2納米，這是多么異想天開的方案！

在2022年8月3日的日本經(jīng)濟(jì)新聞“Deep Insight”中，針對2納米的難度，Common Data的中山淳史先生做了以下比喻：“Planner型是中學(xué)生、FinFET是高中生、GAA是大學(xué)生”。

而筆者認(rèn)為2納米的難度不止如此。但是，偶爾也會有一些天才少年，直接從中學(xué)跳級升入大學(xué)，但是，對于半導(dǎo)體而言，直接從45納米過渡到2納米，跨越九個代際，是不可能的。

就半導(dǎo)體的微縮化發(fā)展而言，每個代際進(jìn)步70%，其難度呈指數(shù)級增長。20多年前，筆者曾參與研發(fā)了4M、16M、64M、256M的DRAM研發(fā)和量產(chǎn)。每一代際的研發(fā)都像“走鋼絲”一樣困難。比方說，研發(fā)從64M過渡到256M時，由于過于困難，當(dāng)時甚至出現(xiàn)了“莫非256M是做不到的？”這樣的想法。半導(dǎo)體微縮化發(fā)展真的非常困難。

因此，下面的比喻可以回答“站在45納米的角度來看，2納米究竟是什么”這個問題！日本少年棒球聯(lián)盟的青少年球員一般會有以下夢想：“未來，成為美國職業(yè)棒球聯(lián)盟球員，像大谷翔平一樣投打雙修！”當(dāng)然，青少年棒球球員懷有夢想是好事。但是，某個青少年球員希望“在三年后，進(jìn)入美國職業(yè)棒球聯(lián)盟，且投打雙修！”當(dāng)然這是不現(xiàn)實的。大家可能會對這個少年說：“先進(jìn)入甲子園，然后以出色的成績進(jìn)入日本職業(yè)棒球團(tuán)，最后有望進(jìn)入美國職業(yè)棒球聯(lián)盟。”

45納米和2納米的差距，就像青少年棒球隊員與隸屬于美國職業(yè)棒球聯(lián)盟的、投打雙修的大谷翔平的差距一樣。