日本造出本土首顆2nm晶體管

近日，據《日經亞洲》報道，日本斥資340億美元（約2440.92億人民幣）的2nm芯片項目發佈重大進展，但有關產品質量和該初創公司在吸引客户方面的細節，官方披露的仍十分有限。

硅晶圓上的2nm全柵極晶體管原型 圖源Rapidus Corporation

Rapidus是這個項目的名稱。這家政府支持的初創公司表示，它已經成功生產出日本首個2納米晶體管，並收集了數據以進一步改進芯片製造工藝。

“這是一個具有里程碑意義的時刻。”Rapidus首席執行官小池敦義稱。

2025年7月18日新聞發佈會上，從左至右依次為：Rapidus株式會社會長東哲郎、Rapidus株式會社社長兼首席執行官小池敦義、北海道知事鈴木直道、千歲市市長橫田隆一 圖源Rapidus Corporation

簡單來説，納米尺寸越小，芯片就越先進，台積電和三星等公司都在競相進一步縮小納米尺寸。

今年6月30日，有四位知情人士透露，中國台灣第二大芯片代工製造商聯華電子（UMC）也在探索未來的增長動力，包括潛在的6納米芯片生產。

據《日經亞洲》報道，生產晶體管是芯片製造早期階段的核心工序。製造一個功能性芯片需要額外的工序，包括佈線和封裝。

小池敦義介紹説，Rapidus的員工“夜以繼日”地工作，才最終實現了可操作的晶體管結構。該公司使用了荷蘭供應商ASML獨家制造的先進光刻機來生產晶體管。

小池敦義拒絕透露產品質量細節，僅表示：“我們將繼續優化器件特性、提升性能與良率，並擴大規模以實現量產。”該公司此前稱，目前的目標是先將缺陷率控制在50%，未來進一步改善至10%–20%。

他還拒絕透露任何潛在客户的細節，僅表示：“通過將我們的成果分享給合作伙伴和潛在客户，他們將驗證這些進展並進入下一階段。”Rapidus尚未生產由客户設計的芯片。

這家初創公司是日本重建國內芯片製造能力戰略的核心。Rapidus於2022年成立，得到了豐田汽車、日本電信電話公司和索尼集團等日本主要公司的支持，這是日本幾十年來首次認真嘗試在國內量產尖端邏輯芯片。

EUV光刻技術是實現2nm半導體的關鍵技術之一。先進的光刻工藝對於形成2nm代GAA結構至關重要。Rapidus是首批將完全單晶圓處理商業化的公司之一，該技術是其快速統一製造服務的核心。

據報道，2納米半導體的試生產已於2025年4月啓動，量產計劃於2027年實現。如果成功，這些芯片將成為日本有史以來最先進的芯片。

Rapidus項目最初由提供核心生產的IBM公司提出。日媒認為，對於日本來説，這是一個難得但充滿挑戰的機會，因為它可以讓日本在落後於台灣、韓國和美國競爭對手之後，重返先進芯片領域的競爭。一旦成功，日本將能在潛在重大沖突中，擁有本土的先進芯片供應源。

然而，該項目的成本問題一直是一些批評人士關注的焦點。日本政府已承諾撥款高達1.7萬億日元（約合822億人民幣），用於支持Rapidus的研發和生產。這比幫助全球最大芯片代工廠台積電在日本熊本建造兩座工廠的1.2萬億日元（約合580億人民幣）總額還要高。日本國會四月份通過的一項法案還將允許政府直接投資Rapidus併為其提供銀行貸款擔保，這在日本產業政策中是一個罕見的例外。

根據日媒報道，該芯片製造項目的總成本估計為5萬億日元（約2418億人民幣），反對派批評其給納税人帶來了沉重的財政負擔。為了化解這種批評，日本政府正積極吸引私人貸款機構來彌補資金缺口。

日本媒體稱，Rapidus的目標是今年從政府機構和私營企業獲得2000億日元（約96.7億人民幣）的額外投資，儘管該業務的風險性使一些公司持謹慎態度。

Rapidus面臨的主要問題之一是其潛在的競爭力。它希望在重大技術變革時期進入市場，從而趕超全球製造商。最新一代芯片中引入的所謂“全柵晶體管”設計，採用了與前幾代芯片截然不同的結構。在IBM公司的幫助下，日本芯片業希望，追趕競爭對手不會像從零開始那樣困難。

此外，Rapidus正在調整其商業模式，通過提供更快的工廠響應時間，以滿足小型客户的需求。該公司也願意小批量生產專用芯片。與行業慣例（設計、製造和封裝由獨立實體負責）不同，Rapidus的目標是打造一站式服務平台，整合製造、芯片封裝甚至部分設計流程。通過減少與外部合作伙伴的協調需求，該公司估計可以大幅縮短光刻等早期工藝的時間。

除了與IBM密切合作外，Rapidus還與比利時研究機構Imec合作，並在硅谷開設了銷售辦事處，以吸引美國大型科技公司。早期客户目標包括像Tenstorrent這樣的AI芯片初創公司，首席執行官小池在此前接受《日經新聞》採訪時表示，該公司正在與多家其他公司進行洽談，其中包括美國大型科技公司。

然而，障礙依然巨大。Rapidus僅獲得了量產所需資金的一小部分，而其競爭對手經驗更豐富，規模也更大。

納米制程競賽的高昂資本成本使得台積電、英特爾和三星成為該領域僅有的競爭對手。由於台積電計劃在今年年底前開始生產2納米芯片，並且這三家公司都計劃在未來幾年開發下一代1.4納米技術，即使生產進展順利，Rapidus也已經落後於主要的競爭對手。

2025年第一季度，在全球前五大晶圓代工業者排名中，台積電（TSMC）以67.6%的市場份額穩居第一；三星（Samsung）以7.7%的市場份額位居第二，其營收下降了11.3%；中芯國際（SMIC）以6.0%的市場份額排名第三，營收增長了1.8%；聯電（UMC）以4.7%的市場份額位列第四，營收下降了5.8%；格芯（GlobalFoundries）以4.2%的市場份額排名第五，其營收下降了13.9%。這五家公司合計佔據了全球晶圓代工市場90.2%的份額。

圖源TrendForce

日本還面臨熟練工程師短缺的問題，許多資深工程師已年屆五十，而年輕一代仍在培養中。Rapidus正通過和IBM及Tenstorrent這類初創企業的合作，試圖彌補這一缺口。

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