談到日本的半導(dǎo)體行業(yè)，大部分人行業(yè)人士都對(duì)他們的優(yōu)劣勢(shì)有充足的了解。

　　優(yōu)勢(shì)方面，他們的半導(dǎo)體設(shè)備、材料、被動(dòng)元件、射頻乃至功率器件都在全球名列前茅。例如在當(dāng)前熱門的第三代半導(dǎo)體，5G射頻和EUV光刻膠方面，他們都有著其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所不具備的優(yōu)勢(shì)。如果談到劣勢(shì)，那就更加為大家所熟知。雖然日本廠商能從上游卡住很多企業(yè)，但眾所周知的是，在過去三十多年發(fā)展起來(lái)的Fabless、Foundry和OSAT這三個(gè)方面，日本幾無(wú)建樹。

　　在過去，半導(dǎo)體全球供應(yīng)鏈還處于和平相處的時(shí)候，這并沒有什么問題。日本憑借其上游供應(yīng)優(yōu)勢(shì)，也能在半導(dǎo)體復(fù)雜的供應(yīng)鏈卡住重要位置。但進(jìn)入最近兩年，中美、日韓之間的地緣政治時(shí)間頻發(fā)，嚴(yán)重影響了曾經(jīng)的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的正常運(yùn)行，這就驅(qū)使中美韓歐開始了半導(dǎo)體自主可控的探索。作為曾經(jīng)的半導(dǎo)體行業(yè)老大，日本當(dāng)然也不例外。

　　從最近他們的動(dòng)作看來(lái)，2nm工藝似乎會(huì)將是他們的一個(gè)發(fā)力點(diǎn)。

　　2nm的明爭(zhēng)暗斗

　　雖然曾經(jīng)有不少人對(duì)于晶體管的繼續(xù)微縮有疑問，但因?yàn)樘O果、AMD英偉達(dá)、AI芯片和高性能計(jì)算芯片開發(fā)商等廠商對(duì)新工藝有極迫切的需求。這就推動(dòng)三星和臺(tái)積電踴躍投入其中。

　　首先看臺(tái)積電方面，去年媒體的報(bào)道顯示，公司在在2nm制程工藝方面取得了重大突破，并將于2023年下半年進(jìn)行小規(guī)模試產(chǎn)，2024年可大規(guī)模量產(chǎn)。從相關(guān)報(bào)道可以看到，臺(tái)積電在2nm工藝上將放棄延續(xù)多年的FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管），轉(zhuǎn)向新的多橋通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MBCFET） 架構(gòu)，解決FinFET持續(xù)微縮帶來(lái)的漏電問題。這正是三星在3nm上采取的方法。

　　據(jù)三星方面介紹，與7nmLPP 制程技術(shù)相較，公司的3GAE 制程技術(shù)可在同樣功耗下可使性能提高30%，或同樣頻率下能讓功耗降低50%，而整體電晶體密度最高則可提高80%。在ISSCC上，三星還介紹了其首個(gè)使用MBCFET 技術(shù)的SRAM 芯片，據(jù)透露，這個(gè)256Gb 芯片面積僅為56mm?。他們進(jìn)一步指出，與現(xiàn)有芯片相較，使用MBCFET 技術(shù)的寫入電壓降低230mV。據(jù)預(yù)計(jì)，他們3 nm的MBCFET制程會(huì)在2022年投產(chǎn)。相信這也將延續(xù)到他們的2nm制程上。

　　除了這兩家晶圓代工巨頭，歐盟也打起了2nm的主意。

　　在今年三月，歐盟委員會(huì)正式發(fā)布《2030 Digital Compass》規(guī)劃書，為當(dāng)?shù)匚磥?lái)10年的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了最新目標(biāo)。歐盟方面表示，歐洲在整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)中僅占10％的市場(chǎng)份額，這遠(yuǎn)低于其經(jīng)濟(jì)地位。此外，Covid-19和地緣政治緊張局勢(shì)使人們擔(dān)心歐洲關(guān)鍵技術(shù)的對(duì)外依賴。

　　歐盟方面指出，他們擁有減少依賴所需要的一切技術(shù)。如ASML、Zeiss、Thermo Fisher、Applied Materials、Nova和KLA等企業(yè)，ARCNL, imec, PTB, TNO 和TU/e等研究所以及IBS、Recif、Reden和Unity等機(jī)構(gòu)能為其提供多方面支持。因此歐盟想要制定雄心勃勃的計(jì)劃，從芯片設(shè)計(jì)到向2nm節(jié)點(diǎn)發(fā)展的先進(jìn)制造，以求差異化并引領(lǐng)我們最重要的價(jià)值鏈。歐盟方面進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，需要加強(qiáng)歐洲開發(fā)下一代處理器和半導(dǎo)體的能力。為高速連接，自動(dòng)駕駛汽車，航空航天與國(guó)防，健康和農(nóng)業(yè)食品，人工智能，數(shù)據(jù)中心，集成光子學(xué)，超級(jí)計(jì)算和量子計(jì)算等行業(yè)和應(yīng)用提供最佳性能的芯片。

　　作為一個(gè)擁有多方面領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的國(guó)家，日本也蠢蠢欲動(dòng)。

　　日本的不甘人后

　　其實(shí)在去年五月，就有外媒報(bào)道日本政府正在尋求吸引國(guó)外優(yōu)秀的芯片制造商能赴日本建立圓晶工廠，以促進(jìn)日本在半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。但后來(lái)的臺(tái)積電決定了去美國(guó)建廠，這就從某種程度宣告了他們的計(jì)劃落空。但日本并不甘心，轉(zhuǎn)而拉攏臺(tái)積電去當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)封裝廠。

　　媒體在今年一月的報(bào)道也指出，臺(tái)積電將與日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省成立合資公司，在東京設(shè)立先進(jìn)封測(cè)廠。而根據(jù)《日刊工業(yè)新聞》報(bào)導(dǎo)，臺(tái)積電是要在日本茨城縣筑波市新設(shè)技術(shù)研發(fā)中心， 研發(fā)中心包括晶圓制程及3D封裝。從過往的報(bào)道看來(lái)，日本的這個(gè)決定也是有其背后的考量的。

　　因?yàn)榫w管微縮受限，過去多年在業(yè)界就存在一個(gè)觀點(diǎn)，那就是借用先進(jìn)封裝可以繼續(xù)推進(jìn)芯片性能的提升。而臺(tái)積電在去年九月更是推出了其3D Fabric平臺(tái)，將SoIC、CoWoS、InFO等技術(shù)家族囊入其中，能串聯(lián)高頻寬存儲(chǔ)、異構(gòu)整合和3D堆疊，以提升系統(tǒng)能耗，并縮小面積。臺(tái)積電研發(fā)副總余振華也以TSMC的SoIC技術(shù)為例，講述他們這個(gè)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。他指出，這個(gè)技術(shù)可將低溫多層存儲(chǔ)堆疊在邏輯芯片上，幫助延伸摩爾定律。而公司現(xiàn)在已成功將4層、8層與12層低溫多層記憶體堆疊在邏輯芯片上，其中12層總厚度更是低于600微米，這讓公司在未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)堆疊更多層的可能。

　　雖然日本已經(jīng)緊抱臺(tái)積電，為未來(lái)發(fā)展先進(jìn)芯片制造做好了一部分準(zhǔn)備。但從日前的新聞看來(lái)，日本的野心并不止于此。

　　日經(jīng)新聞的最新報(bào)道指出，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省最快在本周內(nèi)，會(huì)召開與日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有關(guān)的檢討會(huì)，除了會(huì)探索瑞薩電子工廠火災(zāi)對(duì)汽車生產(chǎn)的影響，以及汽車業(yè)供應(yīng)鏈不穩(wěn)定的隱憂外，日本政府還計(jì)劃府著眼朝著數(shù)字化發(fā)展的當(dāng)前經(jīng)濟(jì)，讓半導(dǎo)體供應(yīng)鏈體質(zhì)更加強(qiáng)韌，并從經(jīng)濟(jì)安全保障等觀點(diǎn)，重新擬定中長(zhǎng)期的政策。

　　日經(jīng)進(jìn)一步指出，日本政府將提供資金支持、協(xié)助日本企業(yè)研發(fā)2nm以后的次世代半導(dǎo)體制造技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，他們除了繼續(xù)保持和臺(tái)積電、Intel等半導(dǎo)體大廠進(jìn)行大范圍的意見交換來(lái)進(jìn)行研發(fā)外，他們還將與佳能、東電、SCREEN等本土設(shè)備巨頭攜手，重振日本在先進(jìn)研發(fā)方面的實(shí)力。

　　據(jù)報(bào)道，這支該獲得經(jīng)產(chǎn)省資金援助的研發(fā)團(tuán)隊(duì)目標(biāo)在2020年代中期確立2nm以后的次世代半導(dǎo)體的制造技術(shù)，并設(shè)立測(cè)試產(chǎn)線，研發(fā)細(xì)微電路的加工、洗凈等制造技術(shù)。

　　厚積薄發(fā)的底氣

　　正如文章開頭所說，雖然日本沒有先進(jìn)的晶圓廠，但他們?cè)谙冗M(jìn)工藝的上游有很重要的布局。以現(xiàn)在炙手可熱的EUV光刻為例，雖然大家都知道全球目前荷蘭公司ASML能提供領(lǐng)先的EUV光刻機(jī)。但在半導(dǎo)體行業(yè)觀察之前的報(bào)道中，我們可以看到日本公司在這個(gè)領(lǐng)域多個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)力。

　　首先來(lái)看缺陷檢測(cè)設(shè)備，如果作為原始電路板的光掩模中存在缺陷，則半導(dǎo)體的缺陷率將相應(yīng)增加。最近幾年需求增長(zhǎng)尤其旺盛的是EUV光罩（半導(dǎo)體線路的光掩模版、掩膜版）檢驗(yàn)設(shè)備，在這個(gè)領(lǐng)域，日本的Lasertec Corp.是全球唯一的測(cè)試機(jī)制造商，Lasertec公司持有全球市場(chǎng)100%的份額。

　　日本另一個(gè)占據(jù)100%市場(chǎng)份額的是東京電子的EUV涂覆顯影設(shè)備，該設(shè)備用于將特殊的化學(xué)液體涂在硅片上作為半導(dǎo)體材料進(jìn)行顯影。1993年?yáng)|電開始銷售FPD生產(chǎn)設(shè)備涂布機(jī)/顯影機(jī)，2000年交付了1000臺(tái)涂布機(jī)/顯影機(jī)“ CLEAN TRACK ACT 8”。

　　在EUV光刻膠方面，日本的市場(chǎng)份額更是遙遙領(lǐng)先。據(jù)南大光電在今年三月發(fā)布的相關(guān)報(bào)告中披露，如下圖所示，全球僅有日本廠商研發(fā)出了EUV光刻膠，由此可以看到他們?cè)谶@方面的實(shí)力。而欲了解更多日本在EUV方面的實(shí)力，可以參考半導(dǎo)體行業(yè)觀察之前的文章《不容忽視的日本EUV實(shí)力》。

　　國(guó)際主要廠商在半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度（source：南大光電）

　　在先進(jìn)工藝研發(fā)方面，還有一個(gè)重要環(huán)節(jié)，那就是本節(jié)開頭談到的EUV光刻機(jī)，這也是日本在先進(jìn)工藝研發(fā)上將佳能納入其中的原因。雖然這家曾經(jīng)的光刻機(jī)巨頭在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)被ASML拋離，但他們?cè)诠饪谭矫娴姆e累，能某種程度上給日本的先進(jìn)制造提供指引。

　　除了上述談到的一些技術(shù)和企業(yè)外，如上圖所示，日經(jīng)在昨天的報(bào)道中，也披露了日本在半導(dǎo)體制造的多個(gè)環(huán)節(jié)參與其中。由此可見，對(duì)于日本來(lái)說，要想在芯片制造上搞出一些浪花，是有其深厚的底氣。與此同時(shí)，日本富岳“超算”上的富士通的48核Arm芯片A64FX的超強(qiáng)性能表現(xiàn)加上索喜5nm芯片的新聞表示，日本在先進(jìn)芯片上也有其實(shí)力所在。

　　在這些企業(yè)的配合下，相信日本復(fù)興半導(dǎo)體先進(jìn)芯片技術(shù)乃至建造先進(jìn)工藝晶圓廠，都有潛在的可能。當(dāng)然，是否真會(huì)這樣做晶圓廠，又是另一個(gè)層面的討論。