上世紀80年代,日本半導體產業佔全球市場的份額超過50%,如今則跌至8%左右。為重振此產業,2021年,日本製定了新的策略,並引進台積電、美光、三星、微軟等企業建廠或投資。 2024年2月,台積電在日本投資86億美元的晶圓廠已建成投產。
2022年,日本也成立了高階晶片公司Rapidus,意在製造最先進的2奈米晶片,近來,Rapidus獲得日本政府39億美元(約合人民幣281.3億元)補貼,且動作頻頻。作為全球第四大半導體設備股的東京電子,近期股價漲幅也比前三強高得多。日本半導體產業的動向,值得關注。
高階晶片公司Rapidus,來頭不小
身為新創公司,Rapidus來頭不小,目標也不小。
在拉丁文裡意為“迅速”的“Rapidus”,成立於2022年8月,定位為高階晶片公司。其由豐田汽車、索尼、日本電信電話、日本電氣、日本電裝、軟銀、鎧俠、三菱日聯銀行8家頂級日企合計投資73億日圓設立。
Rapidus總部位於東京都千代田區,首任社長由東哲郎擔任,東哲郎曾任東京電子(TEL)社長,如今已74歲高齡。
Rapidus的目標是,在日本製造最先進的2奈米晶片。具體而言,是在2025年之前建成晶圓廠並試生產,隨後在2027年量產2奈米(nm)晶片。屆時,日本可望成為繼美國、中國台灣、韓國、愛爾蘭之後,全球第5個擁有導入EUV的晶片量產線的地區。
Rapidus計劃在日本國產化的對象為使用於自動駕駛、AI等用途的先進邏輯晶片,這有望與其8家股東形成聯動和協同。
東哲郎強調,半導體市場正朝著具有特定功能的產品,而不是以通用型晶片的方向來發展,Rapidus希望能夠在這個過渡期搶進市場,並得到日本半導體設備和半導體材料相關公司的全力支持;日本必須不惜一切代價創造一個能夠誕生尖端技術的平台,這將成為日本年輕一代的新希望之光。
由於寄託“全村人的希望”,Rapidus成立之初,日本政府便計劃提供700億日元的補助金,作為其研發預算。此前,日本首相岸田文雄設定了向晶片製造商提供10兆日圓財政支援的目標。 2024年4月2日,Rapidus被批准獲得日本政府高達39億美元的補助。這筆資金將用於購買晶片製造設備和開發先進的後端晶片製造流程。
由於量產前需要大量的資金支持,Rapidus仍需要進一步融資。其高層表示,將考慮向民間金融機構籌集資金和IPO。
在業務上,Rapidus也快速取得進展。
據悉,Rapidus的2奈米晶片產線將分為三個或四個階段建設,稱為創新整合製造(IIM)。 IIM-1階段將製造2nm晶片,IIM-2處理比2nm更先進製程。 2023年9月,Rapidus位於北海道的晶圓廠IIM-1工廠破土動工,開啟了新一輪的招募熱潮。
2024年4月11日,Rapidus宣布,已成立美國子公司Rapidus Design Solutions(簡稱「RDS」),並在加州聖克拉拉開設美洲辦事處,並任命曾在超威半導體和IBM等公司擔任高階主管的亨利·理查德(Henri Richard)為新公司總經理兼總裁。 RDS將為無晶圓廠半導體公司、技術合作夥伴等提供服務。
東哲郎表示,如今全球半導體產業的趨勢是朝著設計、晶圓代工廠、OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Testing,外包半導體產品封裝和測試)分工的方向發展,而日本的半導體企業過度執著於傳統的「垂直整合」(IDM)模式,這導致了日本半導體在全球市場的佔比大幅下滑。雖然日本國內也存在一些小規模的晶圓代工廠,但Rapidus工廠建成後將成為日本國內首個大型晶圓廠,將重新書寫日本半導體歷史。
後工序技術或是重振日本半導體的關鍵?
目前,Rapidus致力於量產最尖端的晶片,這需要突破技術的限制。
後摩爾定律時代,晶片產業發展的重要趨勢,是從單晶片同質性集成,轉向三維多晶片異構封裝集成技術轉變。
其中的重要技術,一方面,是整合多個具有不同功能的晶片到一個基板上的「小晶片(chiplet)」技術,俗稱「芯粒」或「小晶片組」。目前,Rapidus已經與德國的弗勞恩霍夫協會合作,以獲得關鍵技術,包括晶圓的研磨技術、晶片的接合和材料開發等。其也與材料製造商和設備製造商展開合作。試製品的開發將在Rapidus工廠附近的精工愛普生的小型液晶面板工廠進行。
另一方面,「摩爾定律」接近極限,借助3D堆疊和感測器融合等微細化以外方法來提升性能的「超越摩爾定律(More than Moore)」的思路正受到關注。其關鍵在於半導體生產的後工序。
半導體製造後工序負責切斷已經形成的電路的晶片,連接供電裝置,在被樹脂包裹後進行檢測等作用。
與在半導體基板上形成微細電路、提高性能的「前工序」相比,此前,後工序的附加價值相對較低,但隨著智慧型手機、AI等功能的提升,僅靠前一道工序的技術改良很難應對,後工序的重要性大大提升,相繼有半導體巨頭進行了研究開發和相關投資,其中包括佳能、愛發科(ULVAC)等日本半導體設備企業,台積電、三星電子等企業也在積極競爭後工序市場。
國際半導體產業協會SEMI的數據顯示,隨著晶片3D堆疊技術的進展,後工序使用的組裝和封裝用設備的銷售額2021年同比增長87%,測試用設備的銷售額增長30%;2022-2023年,由於半導體市場的停滯,低於前一年,但2024年有望再次增加。
Rapidus主要開發的後工序技術,是面向AI晶片的下一代技術,其研發背景是,需求快速增長的AI晶片,需要運算和記憶等功能,如果多個晶片能容納在一個基板上,則可以高效地相互聯動。
此外,Rapidus也與IBM結成了戰略合作夥伴關係,正在與IBM的研究人員以及自身的奈米技術和材料專家合作,以縮小與台積電在尖端製造技術方面的差距。
日本政府欲重振半導體
Rapidus的快速發展,得益於日本政府的巨資推動,也被視為日本重振半導體產業的重要一步。
日本半導體產業在上世紀80年代達到巔峰,當時佔全球半導體市場的份額超過50%。不過,近40年間,在來自韓國、中國台灣和美國的競爭對手緊迫下,其份額逐漸下滑,現在約為8%左右。
不過,日本的半導體設備企業依然實力強勁,中國內地不少廠商為其重要客戶。根據日本半導體製造裝置協會數據,2022年,日本半導體設備合計出貨273.5億元,佔全球份額的25.4%,並且孕育了較多細分領域的龍頭。
根據VLSI Research數據,2021年Top10的半導體設備公司中,日本企業佔據四席,其中,東京電子(TEL)以169.3億美元的收入位列第3,愛德萬(Advantest)位居第6,迪恩士(DNS)排名第7,日立國際電氣(KE)位居第9。
值得一提的是,趁著人工智慧的熱潮,東京電子、迪恩士、愛德萬都成為受益股,其中,東京電子漲幅最大。
以美元市值計算,東京電子僅是全球第四大半導體設備股,但其近期的股價漲幅卻比前三大設備巨頭——阿斯麥、應用電子和泛林集團高得多。在過去半年,阿斯麥、應用材料和泛林集團的股價分別上漲62.53%、50.48%和53.89%,而東京電子卻上漲了92.07%;在過去一年,前三家公司股價分別上漲52.32%、 78.69%和99.07%,而東京電子上漲了143.75%。
TEL作為平台型龍頭,2022年在塗膠顯影市場所佔的份額達89%,乾式蝕刻市場達25%,薄膜沉積市場為34%,ALD、CVD、氧化/擴散設備分別佔19%、 42%、48%,探針台市場的佔有率為37%。 2023年,中國大陸廠商對TEL的設備收入貢獻達23%。
在清洗設備,尤其是單片清洗領域,DNS、TEL、LAM和盛美上海(688082)4家廠商合計市佔率超過9成,其中,DNS獨佔35%以上,TEL的市佔率也高達29% 。
此外,根據SEMI數據,2021年,愛德萬佔全球半導體測試機市場33%的份額。其他的日本公司,如Nikon與Canon的光刻設備,Ebara的CMP設備,以及Disco的晶圓減薄設備,也均具備全球競爭力。
在氧化擴散、蝕刻、光刻等環節,中國廠商對日本有較強的依賴。根據海關總署數據,2022年,中國半導體設備合計進口額為186.8億美元,其中從日本進口58.9億美元,佔比為31.5%。
從細分品類來看,光刻、刻蝕、薄膜沉積為晶圓製造量最大的環節,中國進口的絕對金額較大。從進口金額來自日本廠商的佔比來看,中國氧化擴散等散熱處理設備的對日依賴度接近60%,其他設備(如清洗、塗膠顯影等)依賴度也高達55.2%。此外,31.1%的等離子乾蝕設備及約30%的微影設備也從日本進口。目前,國內的華海清科(688120)已經可以實現CMP與減薄設備的進口替代。
近年來,為重振半導體產業,日本經濟產業省於2021年發布了《半導體和數位產業戰略》,2023年又對此戰略進行修訂,制定了三個階段的發展目標,計劃在2030年將國產半導體產業銷售額提高兩倍,達到15兆日圓(表)。
圖:日本半導體發展“三部曲”
根據其策略,第一步是提高物聯網基礎生產能力,到2030年,工業設備、個人電腦、智慧型手機、資料中心、汽車等市場規模達到1兆美元;第二步是透過美日合作實現下一代半導體技術;第三步是透過全球合作,研發光電融合技術、量子運算等未來技術。
除了扶持本地企業,日本也透過積極引進台積電、美光、三星、微軟等企業,重振產業鏈。
2024年2月,台積電投資86億美元的晶圓廠在日本九州島中部熊本的農業小鎮菊陽町建成投產,這成為其自2018年以來的首座海外工廠,索尼、電裝和豐田等日本公司亦參股其中。
台積電的工廠得到了日本政府的大力支持。在首座工廠投產之際,政府承諾再提供近49億美元補貼。相較之下,台積電在美國的建廠計畫僅獲得66億美元補貼。台積電也宣布,計劃在當地建立第二家工廠。
儘管這兩座工廠並非台積電最先進的生產基地,但藉助台積電,日本可以吸收先進的晶片製造經驗,培養人才,並建立成熟的產業群聚。根據日本九州金融集團預測,未來十年,台積電將為當地創造7,000個就業機會和4.3兆日圓財富。
據悉,台積電可能催化日本半導體業產生質變、增加委外訂單,從過去IDM模式逐步走向專業分工。
此外,2023年,美光宣布,將在廣島的DRAM晶片工廠投資37億美元;三星公司宣布,在橫濱設立研發設施,未來5年投資3,500億韓元(2.8億美元)。 2024年4月9日,微軟宣布,將在未來兩年內投資29億美元,用於提升其在日本的雲端運算和AI基礎設施,並將擴大其數位培訓計劃,在未來三年內為300多萬人提供AI技能。
作為一個能夠吸引大量資金和技術的戰略產業,半導體被寄予了重振日本產業經濟的厚望。金融市場上,半導體股成為東京股市走高的重要推手;在促進地方振興、薪資成長和緩解人口萎縮方面,日本也寄望半導體產業發展的帶動。然而,僅有政府引導和補貼並非萬事大吉。企業本身必須有獲利能力,避免完全依賴國家支持,以及克服一些客觀上的困難。
譬如,4月15日,有通報Rapidus的晶圓廠建設進程受阻。由於北海道的極端天氣需要在冬季多雪環境施工,導致設成本越來越高,此外,由於長期勞動力短缺,以及嚴格的工作場所規定,工人的競爭也加劇。
未來,日本半導體產業將如何發展,又會對全球格局帶來怎樣的影響,值得關注。
文章來源:新創財雜誌