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芯片战场丨先后牵手代工巨头、RISC-V独角兽,日本半导体雄心加速落地?

发布时间:2024-05-28 浏览:225次

日本的半导体生态策略似乎在进入加速度阶段。

2月24日,台积电(TSMC)宣布其在日本的第一座晶圆制造厂,位于熊本县的JASM(Japan Advanced Semiconductor Manufacturing株式会社)正式开幕。同月27日,日本半导体晶圆制造厂Rapidus宣布与RISC-V芯片设计独角兽Tenstorrent合作,双方将共同推进在2nm工艺AI边缘训练芯片的制造工作。再往前的2023年末,晶圆代工巨头力积电也已规划在日本建设工厂JSMC。

日本的主要半导体厂商一直以采取IDM(纵向垂直整合)模式运营为主,也即从芯片制造到芯片设计全流程都由一家集团型大公司来完成。但全球产业趋势是在台积电创始人张忠谋推出独立的晶圆代工业务之后,产业分工成为主流,IDM模式只有少数公司还坚持至今。

新的变化源于近些年来全球地缘环境变化,而此前新冠疫情在某些时刻也一度影响过芯片产品的及时供应。

这令半导体“在地化”建设成为趋势。才有了日本、美国、德国等主要经济体在积极引进头部半导体机构,希冀进而带动当地整体半导体产业链的合力发展。

也因此,当下日本对半导体发展的大力支持,是全球趋势变化下的一个缩影,其进度也备受关注。 

晶圆巨头扎根

不同于台积电在美国制造工厂开工即面临人员支持不够、政策补贴不到位等一系列问题,其与日本合作的晶圆代工厂正快速实现落地。

据JASM官网介绍,台积电很早便与日本半导体业界建立了合作关系,2019年设立了台积电日本设计中心,2021年设立日本3D IC研发中心。JASM成立于2021年,工厂在2022年4月开始动工,在2024年2月开幕建成,计划2024年底开始投产。这是台积电在日本的首座工厂。


(台积电日本熊本一厂开幕公告)

这被官方定义为“重要里程碑”(a significant milestone)。基于JASM一厂,近期索尼半导体、DENSO(电装)、丰田等公司宣布将进一步投资,参与建设二厂,计划2024年底开始施工,2027年底开始运营。

由此,目前JASM的股东中,台积电持股约86.5%、索尼半导体约6.0%、电装约5.5%,丰田约2.0%。综合这两家工厂,JASM熊本厂预计将每月可提供超过10万片12英寸晶圆的生产能力,主要工艺布局在40、22/28、12/16、6/7纳米制程,用于汽车、工业、消费者、HPC(高性能计算)等相关应用。在日本政府支持下,JASM总投资将超过200亿美元。

JASM所在的熊本县,位于日本九州的中心,一度有日本“硅谷”之称。据悉九州目前聚集了日本1/3以上的半导体企业和诸多汽车零部件制造商。可见无论从产业一体化还是人才角度,区域内都有一定支撑。

调研机构集邦咨询认为,由于JASM紧邻索尼在当地现有的CIS(图像传感器)工厂,所以又是JASM投资方之一,未来双方不论在半导体制造或封测技术的合作都将更加紧密。

除了台积电的动态,另一家晶圆代工巨头力积电近期也在日本有新布局,此时日本方面的表态更能体现其背后产业化动机。

2023年7月力积电与日本SBI控股株式会社(SBI)达成协议,拟合作在日本境内筹设12寸晶圆代工厂。当年10月,力积电确认JSMC(力积电日本厂统称)首座晶圆厂,将选定日本宫城县第二北仙台中央工业园区为预定厂址。


(力积电确认日本建厂信息)

官方表示,日本政府在2021年6月制定半导体等产业战略,表明在日本国内重建半导体完整供应链的必要性。SBI董事长北尾吉孝指出,2030年世界半导体市场规模将达100兆日元,此刻日本企业与在全球半导体产业中处于领先地位的企业合作,是日本振兴半导体产业的绝佳时机。

力积电董事长黄崇仁介绍,将以22/28纳米以上制程和晶圆堆栈(Wafer on Wafer)技术,来满足未来AI边缘运算所产生的多重应用,同时补强本土车用芯片缺口。

这两家晶圆代工厂在当地的建设落地,日本官方机构无论是从工厂选址、加快基础设施建设,还是补贴方面都有大力支持。

当下为什么以台积电为首的晶圆代工巨头在各经济体扎根显得重要?这一方面是全球半导体产业正从“全球化”走向“在地化”的趋势驱动,本土有晶圆生产能力日益重要;另一方面则是,台积电作为核心供应商,也能带动其上下游(尤其是日本本土之外)的材料、设备等厂商前来聚集,进而不仅可以带动当地经济和产业发展,也能吸引更多人才支撑。

从台积电公告中可以大约看到在股东之外的支持力量,其供应商一列还包括:佳能、Ebara、日立、Lasertec、东京电子等,目前来看主要还是本土厂商为主。

对于独立晶圆代工厂来说,进入日本,既可以满足晶圆厂自身全球化发展的需要,又可以扩充其在对应市场优势品类能力的进一步聚合,比如日本和德国均强于汽车行业;日本身处的东亚文化圈与中国接近,其沟通和工作效率会更高。

发力先进工艺

台积电、力积电目前在日本的工厂可能主要是面向成熟工艺,台积电有部分开始延伸到偏先进的工艺制程落地。除了采用引进方式,日本对本土晶圆制造能力也寄予了厚望。

Rapidus就是其中之一。这家同样得到诸多日本本土厂商(铠侠、索尼、软银、电装、丰田、NEC等共参与投资73亿日元)参与投资设立的晶圆代工厂,从设立之初就提到,中长期(2020年代后)的事业发展构想是,通过与美欧等合作,推进面向下一代半导体制造技术的发展,希望在日本本土实现2nm制程以下的先进晶圆制造。

其早期受争议可能被“拔苗助长”,但目前似乎正接近这一目标。2021年IBM宣布开发出2纳米节点芯片;2022年12月,IBM宣布与Rapidus建立联合开发伙伴关系,双方预计2025年左右试点、2027年开始量产。此后Rapidus还加入Imec核心合作伙伴计划,计划从中获取EUV光刻技术。


(Rapidus与IBM合作主要时间线)

2023年11月,Rapidus宣布与加拿大半导体独角兽Tenstorrent合作,主要基于2纳米工艺的AI边缘计算芯片IP。今年2月双方正式就芯片开发制造确认合作。Tenstorrent是RISC-V架构的全球领军公司,其CEO Jim Keller曾参与研发苹果A4、A5两款处理器芯片,在AMD赶上英特尔的道路上也是关键人物。

对于产业发展,Rapidus社长小池淳义在去年年中的一次演讲中曾公开表达其反思。他说道,从1980年代日本半导体占据全球超过50%份额,到之后逐渐陷入低迷,原因可能在于“骄傲”。Rapidus将采用新的商业模式,打通前后道工程以提升效率。

“目前看日本的目标是在区域竞争中找回之前的优势,希望从原本的原材料大国,转变成半导体制造大国之一。”集邦咨询资深研究副总经理郭祚荣分析,预计先进工艺制程方面,日本将从2022年的基本为0到2027年占全球比重的3%。

根据该机构分析,Rapidus位于日本北海道地区,其工厂将有机会吸引上游设备及原材料供应商前往北海道设厂,带动附近地区形成半导体集聚。

与此同时,日本各个地方政府还在争取台积电尚未定案的第三座厂,制程方面,第三座厂目前暂规划以6/7纳米工业为主,但倘若宣布盖厂时间时,台积电最先进工艺已经推到2纳米甚至1.4纳米,不排除使用5纳米或3纳米当作其在日本的第三座工厂主力。

从需求端看,日本积极建设本土半导体生态链。一方面由于汽车相关芯片需求旺盛,强化车用芯片的制造能力,可以与本土整车厂能力协同,这将很大程度缓解再出现此前全球汽车芯片紧俏的情况;另一方面则是AI计算芯片,虽然当前日本强势的本土半导体产业偏向于功率半导体,这类芯片对计算和工艺要求没有特别高,但随着自动驾驶技术进阶发展,先进工艺芯片的需求将随之而来。

Rapidus和日本官方机构也曾在公开场合表示,汽车智能化和电气化发展浪潮中,2纳米以下先进半导体能力将显得愈发重要。

从全球趋势看,当前各经济体主要扩建的还是成熟工艺制程,但目前主流晶圆代工厂依然面临产能利用率偏低的态势,意味着成熟工艺在经济承压环境中,会面临更大挑战。先进工艺的争夺当前正从台积电为主导,逐渐延伸到三星和英特尔积极争夺,日本作为一种新路线前路还难下定论,这背后是对技术路线、经营模式等方面的差异化探寻。

但可以确认的是,产业“在地化”发展成为一种全球倾向后,晶圆代工行业也将面临新的变数。

来源:21世纪经济报道 记者骆轶琪 广州报道


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