近年來,在國際貿易摩擦日益加劇的情況下,各國日益重視半導體製造的本土化進程,以確保本土設計企業的供應鏈安全。地緣政治持續牽動半導體產業從全球化走向區域化。
TrendForce集邦諮詢數據顯示,2020年全球晶圓代工產值增長24%,2021年增長26.1%,今年隨著業界擴增的產能陸續開出,晶圓代工產值可望增長28%,增勢迅猛。
另一方面,隨著芯片工藝不斷推進,台積電、三星等代工巨頭的技術優勢越來越明顯。日本作為半導體傳統強國,在晶圓代工和先進工藝方面卻存在缺失。
回顧日本半導體行業曾在20世紀取得過輝煌成就。早在1986年,日本生產的半導體產品便佔據了全球45%的市場份額。不過,隨著日美“廣場協議”的簽訂,日本半導體產業遭到了來自美國政府的打壓。由此,日本盛極一時的經濟遭到重創,陷入低迷。至1995年,日本半導體產品在全球市場份額下降到了35%,日本這艘經濟巨輪也隨之駛進了迷霧。
當日本半導體企業從全球市場敗退,美國、韓國以及來自台灣的企業開始逐漸成為主角。到了2021年,日本在全球半導體市場的份額僅為6%,同期的美國和韓國市場份額則分別為54%和22%。
去年12月,日經公佈關於日本半導體的調查結果表示,若照目前局勢發展,日本半導體的全球份額到2030年時將減為零。
這一預測,敲響了日本半導體的警鐘。
總體來看,日本半導體產業與巔峰時期雖不能同日而語,但是在半導體關鍵材料以及設備領域在全球半導體產業鏈上有著極強的存在感。日本企業在全球半導體設備市場的份額為35%,在全球半導體原材料市場的份額為52%。
近兩年來,日本對半導體產業復甦的野心越發彰顯。一方面,極力拉攏像台積電、三星、英特爾這類業內佼佼者在日本建廠;另一方面,將振興芯片產業列為國家項目,加大投資和政策扶持力度。據報導,日本政府還將提供資金支持、協助日本企業研發2nm以後的次世代半導體製造技術,發力芯片先進工藝。
從過去幾十年的歷史來看,日本押注半導體產業,除了為本國經濟尋找新引擎外,也是在試圖復興這個曾經代表著日本製造業巔峰的產業。
●瞄準2nm先進工藝
近日,日本推動了豐田、NTT、Sony、鎧俠、軟銀、NEC、電裝、三菱日聯銀行等8家日企,共同設立了新晶圓企業Rapidus,目標在2027年左右實現2nm及以下芯片量產,並為其他公司代工生產芯片。
01 日本開啟重振半導體之路
據悉,八家企業共計出資73億日元,日本政府提供700億日元的補貼。Rapidus會長由東京電子公司前社長東哲郎擔任,社長小池淳義曾任西部數據日本子公司社長、日立與聯電合資的12英寸晶圓廠Trecenti社長等職。
成立之後,Rapidus動作很快,剛宣布與歐洲最大芯片研發機構IMEC合作後,又宣布與IBM簽訂合作協議。
據了解,日本半導體戰略的核心是美日合作,量產2nm的技術,將來自IBM的技術移轉。在IBM的基礎上,將由LSTC統合日本東京大學等頂尖學術機構進行研究,之後再由Rapidus進行生產線上測試。
Rapidus社長小池淳義表示,Rapidus是日本挽回空白10年的“最後機會”。
在Rapidus宣布成立的同日,日本經濟產業省還宣布,年內將聯合美國建立先進半導體研發中心LSTC,並已為此撥出大約3500億日元的財政預算。日媒分析認為,LSTC與Rapidus將成為日本振興半導體的兩大支柱,前者將與IBM在內的美國企業一同研發最新的半導體技術,後者負責把研究成果與大規模生產聯繫起來,將技術轉換為產品。
能看到,成立Rapidus及LSTC的背後不只是日本試圖重新振興半導體的產業策略,同時還具有日本與美國,以及日本與亞洲的廣泛合作意義。
這一系列動作,旨在推動日本在未來幾年內規模量產2nm,以實現日本半導體產業的重啟。
●招攬代工巨頭赴日建廠
據此前消息,台積電將在日本熊本縣建設22nm和28nm的半導體生產線,預計於2024年開始量產。該產線月產能為5.5萬片12英寸晶圓,用於車規和家電用芯片產品的生產。未來還將升級至更高性能的12-16nm工藝,後續不排除再提升工藝。
對於已經退出尖端邏輯半導體的自主生產的日本來說,22-28nm相當於日本國內最尖端的技術。
為了推動本國半導體產業發展,日本首相岸田文雄表示,政府將為半導體產業發展提供超過1.4萬億日元的巨額投資,吸引台積電來日本建廠。總體願景是在2030年達成半導體企業收入增長3倍,提升至13萬億日元的目標。
近日,繼台積電宣布擴大在美國亞利桑那州的投資,建設二期工程之後,台積電可能也將加碼在日本的投資。據報導,由於地緣政治瞬息萬變,台積電因應客戶要求分散區域風險,考慮在日本增建一座新廠,以7nm製程切入。又恰巧台積電才宣布高雄廠7nm延後,引發台積電是否將7納米棄高雄轉戰日本的聯想。
有調查稱,台積電負責營運的高層參加完台積電美國新廠進機典禮後,立刻揮軍趕至日本,拜會日本相關材料和設備供應鏈;緊接著台積電最大客戶蘋果執行長庫克也飛抵日本,並參觀台積電熊本廠,預料也是台積電在日本佈局更先進製程的一環。
供應鏈透露,以目前戰略考量,一方面,日方爭取台積電在日本設立比熊本廠還更先進製程的拉力非常強,日本政府也透過補助及完善熊本廠附近生活圈及人才培訓等多管齊下措施,全力說服台積電在日本設立比原本更先進製程製造廠。
另一方面,台積電熊本廠一開始就做好“雙子星廠”的規劃,第一座廠的相關管線可支應未來再增建第二廠的彈性,跟美國亞利桑那州廠決定再增另一座新廠,並切入3nm製程是同樣的架構,只是增建時機,需要看客戶及市場的需求及變化。
受台積電在日本建晶圓廠的刺激,三星也計劃加大日本晶圓代工市場的重視。三星電子日前在東京都召開晶圓代工事業說明會,向客戶展示技術、產能展望,目標擴大日本晶圓代工業務。三星晶圓代工部門副社長表示,日本市場的業務規模雖不像中美等市場那般大,不過正急速擴大、成長,是非常重要的市場。日本市場在汽車、消費電子、IoT等領域上,業務正急速擴大,我們將進一步搶攻該市場。
日本汽車零部件製造商電裝計劃與聯電日本子公司USJC合作建立一個主要的功率芯片生產工廠,用於車用功率半導體製造,以滿足汽車市場不斷增長的需求。
日本方面對此表示非常歡迎。為此,日本政府在鼓勵外國芯片製造商在日本建廠上,可謂砸下重金。其中包括向台積電提供4000億日元補貼在熊本縣建廠;日本在7月還提供了930億日元幫助存儲芯片製造商鎧俠和西部數據擴大在日本的產量;今年9月,日本已承諾向美國芯片製造商美光科技提供465億日元以增加其廣島工廠的產量。
●日本產業鏈企業加大佈局
除了上述動作,為應對市場需求,日本產業鏈其他環節廠商也正在加大佈局力度。
近日,一家由日本開發銀行、伊藤忠商事投資基金等共同合作成立的半導體代工公司JS Foundary成功收購了安森美半導體位於日本新潟縣的工廠,重點則放在特色工藝。JS Foundry首席執行官Noriaki Okada表示:“我們不僅僅從事代工業務。我們旨在通過支持機構中模擬/功率半導體的研發,推動日本半導體的發展。”
索尼集團也正在探討在熊本縣內建設半導體新工廠,預計投資額達到數千億日元,在2025年度以後投產。該工廠可能將生產索尼擅長的圖像傳感器,從而夯實國內基礎。
設備製造商也正在國內建設新工廠,生產半導體晶圓加工設備的日本國際電氣公司斥資240億日元在日本礪波市建廠,計劃於2024年完工,產能最終將是截至2021年3月的財政年度規模的兩倍左右。
光刻機設備廠商佳能也宣布將在宇都宮建造一座新工廠,計劃於2025年春季啟動,它將使全公司的產能翻一番。佳能高級管理執行官Hiroaki Takeishi表示:“這項決定性的投資將提高生產效率、縮短交貨時間並帶來穩定的供應。”
此前尼康也表示倍增光刻機產能,這兩家日本光刻機企業均大舉擴張光刻機產能
根據九州數據,自台積電2021 年公佈日本擴張計劃以來,已有至少14個新項目在熊本縣新建半導體設施或擴建現有工廠。一方面是為了配套台積電新工廠,增強本土芯片製造能力;另一方面則是希望從中國市場獲得更多訂單,提升公司利潤。
此外,一家日本投資公司Sangyo Sosei Advisory也正在尋求自建晶圓代工產能,面向日本功率半導體廠商提供服務。
同時,在研發方面,為吸引台積電在日本筑波市建立研發中心,日本政府決定拿出190億日元補貼,支持台積電與日本國內約20家機構共同進行尖端半導體研發。日本政府11月初批准的本財年補充預算案將促進半導體產業發展列為緊迫課題,為資助高端半導體研發及生產一共計劃投入1.3萬億日元。
這是日本針對半導體復興的投資計劃的一部分,除了先進工藝之外,還會投資4500億日元建設先進工藝生產中心,3700億日元用於半導體材料供應。
●本土企業回流
同時,日本電子零件廠開始出現回流動向,如村田、羅姆、JDI等都開始評估將海外部分產能遷回日本。
有數據顯示,在海外擁有工廠的日本企業,已有約13.3%將工廠遷回本土。2022年4月份日本機械製造訂單增加3.8%,數額近80億美元,顯然與海外工廠回歸有關。
5月底,日本政府在內閣會議上敲定了2022年版《製造業白皮書》,再次強調了強化半導體產業競爭力的重要性。
當前,隨著外界市場的波動和各國的政策舉措,似乎重新點燃了日本複興半導體產業的決心,將重振本國半導體行業提上了日程,試圖重拾昔日輝煌。
整體來看,為了轉變日本在半導體上的劣勢,日本政府確實下足了功夫。從加大國內投資、改變生產模式、加強供應鏈穩定、加速區域合作等層面大力支持產業發展。但從日本目前的舉措和佈局來看,其半導體振興之路還存在諸多挑戰。
02 重振半導體,日本要跨越哪些挑戰?
●跨越至2nm,挑戰巨大
Rapidus的任務是與日本國內外的業內企業保持一致步調,掌握製造技術,建立有利可圖的商業模式。Rapidus提出的目標是利用約5年時間趕上新一代產品的2nm尖端製造技術,進而實現量產,然而要實現這一目標存在很高的門檻。
尖端邏輯半導體的研發和工廠需要的投資規模已增至以萬億日元為單位,不僅是昂貴的設備和研發,製造工序的確立也需要先進的技術和經驗。
日本已有10年左右沒有投資晶圓製造技術,目前最精細製程只到40nm,就是瑞薩電子的MCU產線。因此,日本希望一步跨越至全球最先進的2nm,這被不少行業人士批評為“空中樓閣”,認為日本此舉可能會讓“贏技術、輸市場”的歷史重演。
根據芯片工藝演進歷程來看,從40nm到2nm,需要歷經七八個世代製程突破。依照台積電的經驗和節奏,要掌握一個時代的製程最快也要兩年,也就是說日本要從目前的40nm跳躍到2nm,至少要十多年時間來步步推進。
台積電推出40nm製程是在2008年,並預計2025年推出2nm製程。也就是說,這段路台積電要走17年,而Rapidus試圖以六七年時間一口氣追上,有點畫大餅的意味。
雖然Rapidus背後倚仗的是已在實驗室製作出2nm芯片的IBM、最先進的技術研究機構Imec等的海外技術支持,再加上日本在半導體設備與材料上的深厚基礎。但仍有不少業內人士和媒體並不看好日本能夠在未來10年實現2nm的目標。
日本共同社率先為本國政府“潑了一盆冷水”。
首先,從Rapidus的資金來看,與晶圓製造大廠投資額相差甚遠。日本政府對Rapidus公司700億日元的財政支持,與美國政府在“芯片法案”中提出的500多億美元投入差距巨大,“讓人質疑日本政府對振興芯片行業的決心有多大”。
此外,共同社還提到,由於日本半導體產業在過去10年發展停滯,Rapidus公司可能很快就會發現,在日本很難找到熟練的工程師和工人。
因此,共同社表示這一計劃“面臨著嚴峻的挑戰”,其前景“搖搖欲墜”。
台積電CEO魏哲家近日也表示,如果一個企業或者國家想要跳躍式發展,不能說不可能,但是相當困難,彎道超車的後果就是保險公司要賠錢。
●缺乏代工文化
據半導體專家莫大康的介紹,日本確實在半導體材料與設備上佔據優勢,許多企業同樣有著豐富的半導體產品生產製造經驗。松下、NEC、日立、三菱等都曾經擁有半導體業務,索尼更是當今世界CIS圖像傳感器巨頭,鎧俠是主要的3D NAND供應商之一。
不過日本的半導體業務以IDM模式為主,企業基本採用IDM模式運營,缺乏半導體代工方面的經驗。就連著名的VLSI研究所也是只攻堅基礎技術,技術分享後幾家又回到各自封閉的狀態裡。
與日本一條龍模式對應的,是全球化分工的半導體產業鏈的崛起。在半導體產業越來越複雜、市場快速轉變、生產成本不斷升高的產業周期中,一條龍模式就難以為繼。所以看似日企都在從事半導體製造,但從IDM到代工廠轉變並不簡單,需要許多操作方面的控制能力,並在開放方面進行文化變革。這一點從英特爾發展半導體代工業務過程中可見一二。
●半導體人才短缺
日本如果大力發展半導體代工,作為新進入者,勢必會對原有市場格局造成一定衝擊。可以想見,未來對於市場的爭奪將不可避免。
從長期來看,未來的競爭將更多體現在對人才特別是高端人才的爭奪上。隨著各國陸續投資興建半導體基地,人才短缺的問題正在顯現出來。一座12英寸晶圓廠大約需要1000~1500名員工。據估計,在未來10年,日本幾家大型生產商將需要招聘約3.5萬名工程師,才能跟上投資的步伐。日本電子信息技術產業協會表示,該行業的成功取決於能否獲得足夠的人才來創新和運營其芯片工廠。
90年代以來,日本半導體產業逐漸沒落,隨之而來的就是芯片人才外流。
2012年,重組後的瑞薩電子進行了一場徹底的裁員大潮;同一年,因IT泡沫破滅和雷曼危機陷入業績低迷的日本爾必達記憶體破產,一萬多名員工瞬間失業。這些失去立足之地的半導體技術人員大多只能到海外尋找新工作。
日本人才外流還有另一個原因,就是同行挖人。有數據統計,在轉職海外企業的日本人才中,韓國有40%以上、中國有近30%來自日立製作所和松下等日本國內的8大企業,其中很多是獲得了經常被引用專利的“日本頂級人才”。
現在日本重振半導體,人才短缺確實是一大問題。再加上近年來日本半導體的日漸衰落,已然導致國內對於半導體人才的教育培養滯後。現在的高專畢業生雖然擁有高度技術能力,卻幾乎沒有接受過半導體專業教育,很少可以活躍於半導體業界。因此,精通尖端技術的半導體工程師呈現出跨境爭奪戰的局面,確保人才並不容易。
對比曾經的人才濟濟,日本半導體產業如今可謂是“一片荒蕪”。
●中國市場隱憂
在召集人才,著手具體技術開發的同時,如何面對尋找市場這一問題也將浮出水面。
有業內人士表示,此次美國願意與日本開展合作,一定程度上也是想將日本拉入其芯片“小圈子”中,並要求日本與美國打壓中國半導體的政策步伐一致。有業內人士預測,根據美國當前規定,預計將使用大量美國技術的Rapidus公司產品或無法進入中國市場,而失去這一巨大市場可能會進一步拖累Rapidus與其他日本企業的發展前景。
日本企業(中國)研究院執行院長陳言也指出,他也不太看好Rapidus公司的前景。日本超越2nm芯片即便研發出來向全球出口,前提是要保證企業能拿到最新的訂單,並不斷對產品進行更新換代,這需要非常大的消費市場支撐。純粹靠日本國內的市場顯然不行,在芯片市場這一塊,世界最大的市場在中國,其次是東南亞市場,日本美國市場佔比並不大。陳言認為,離開中國,日本開拓新的芯片市場很艱難。
此外,Rapidus還將面對來自台積電、三星以及英特爾等代工巨頭的競爭壓力,可謂困難重重。
寫在最後
從國家發展角度來看,日本決心復興半導體產業沒有錯,但是“失去的三十年”對日本貽害太深。曾經在半導體市場叱吒風雲的日本蹉跎了發展的黃金時間,如今奮起直追,日本除了要受上述挑戰的拖累外,還要面對競爭對手的虎視眈眈。
對於日本重振半導體往日繁華的計劃,日經亞洲也直言,日本過去充斥著政府對半導體投資失敗的案例,許多在2000 年代和2010 年代啟動的高級開發項目都以失敗告終。2006年,東芝、日立和瑞薩電子成立了政府支持的聯合晶圓代工廠,卻因各家企業步調不一致,投資項目約半年就分崩離析。
此次新成立的Rapidus雖然匯聚了日本政府和企業的智慧,但出資的八家企業和政府等利害相關者很多。如果不能像擁有很強領導力的台積電和三星一樣迅速做出經營判斷,有可能重蹈覆轍。
“Rapidus”在拉丁語裡意為迅速,當前來看,為了實現這一寓意而應解決的問題還有很多。
關於日本半導體產業的榮辱、興衰與未來,《日本半導體興衰啟示:80年搏命抗住美國,卻死於貪婪自封的性格》一文中描寫到:此後60年,日本半導體從無到有,從弱到強,最終退守上游,期間既有貧瘠島國特有的舉國一心、開拓進取;也有彈丸之地無法擺脫的自私、封閉與貪婪。
國民性格定國運。
而日本半導體的興衰輪迴,給了中國兩個重要的啟示:一是必須持續開拓終端陣地,爭奪行業話語權;二是不能陷入全產業鏈的誤區,積極融入全球產業分工,遵循全球化趨勢。
那在日本半導體產業故事的最後,還有一個關於日本“國運”的終極疑問。
日本《昭和史》作家半藤一利提出過著名的“日本國運40年一輪迴”理論,即:
從1865年明治維新起,到1905年贏下日俄戰爭止,日本從封建落後國家一步躍升為世界列強,為第一個上升期;
從1905年到1945年二戰結束,日本一步步邁入軍國主義深淵,最終戰敗,為第一個下落期;
從1945年到1985年簽訂廣場協議,日本由戰敗國邁入發達國家行列,為第二個上升期;
從1985年到當今,日本在“失去的20年”打擊下一蹶不振,為第二個下落期。
如果按照半藤一利的理論,日本將在2025年結束第二個下落期,迎來第三個上升期。
而在逆全球化席捲世界的今天,日本的第三次崛起,不知是否會應驗在其重振半導體的戰略上。(半導體行業觀察)