日本力拼下一代芯片国产化

八家日企组队发力2nm高端芯片

去年8月，日本宣布了一个全国性项目——成立一家名为Rapidus的半导体公司，目标在2020年代后半（2025-2029年）实现2nm以下新一代半导体的量产。

三个月后，Rapidus正式成立，由丰田汽车、索尼、日本电信电话、日本电气、日本电装、软银、铠侠和三菱日联银行八家日企共同出资73 亿日元，同时日本政府也提供 700 亿日元补助金作为其研发预算。

Rapidus作为一个全国性的举措，让不少人联想到20世纪70年代，日本为了赶超世界水平，在政府牵头组织下，联合日本大企业和大学研究机构创立的“产官学”开发体制。

在日本“超大规模集成电路计划”(VLSI)的助力下，上世纪80年代，日本半导体产业曾一度称霸世界，以动态随机存取存储器为代表的芯片产品，在世界市场的占有率达五成以上。

但自美日贸易战后，日本半导体产业就走起了下坡路。如今，日本半导体产业已不如30多年前那样辉煌，目前主要在半导体设备、材料和特定芯片（如图像传感器、车载半导体）领域占有竞争优势。

日本经济产业省（METI）大臣Yasutoshi Nishimura曾在媒体发表会上宣称：“随着美国和中国在技术霸权方面的竞争日益加剧，芯片在经济安全方面的重要性正变得越来越大。”

当下，最尖端半导体已从Fin结构转化为GAA结构。由于结构发生巨变，因此要实现尖端半导体的量产，需要更高端的生产技术。

在上一轮Fin结构半导体的竞争中，日本没有实现量产。如今的GAA结构，已被日本视为再次参与下一代半导体市场的“最后机会”。

尽管目前电路宽度2nm以下的高端半导体，还未做到实用化，但却是未来5G通信、量子计算、数据中心、自动驾驶汽车和数字智能城市等领域不可或缺的基础。

Rapidus新工厂建成，将成为日本的首座2nm晶圆厂，增强日本本土半导体制造实力，助力日本在先进技术方面保持较强的竞争力。

上个月，Rapidus已正式确认其2纳米先进制程晶圆厂，将落户北海道千岁市，预定在2025上半年，建造一条2纳米原型产线，以此追上开始量产2纳米的台积电与其他世界级半导体对手。

不过，对于Rapidus的成立，也有一些日本大厂的态度较为冷淡。在最终亮相的Rapidus八大股东方中，东芝、日立、富士通、瑞萨等知名微电子企业耐人寻味地悉数缺席。

据日经新闻报道，Rapidus 总裁 Atsuyoshi Koike 也承认，日本在尖端技术节点方面落后10-20年，要扭转局面并不容易。

此外，日本似乎也对上世纪美国对日半导体的打压过往已释怀，计划通过引进欧美技术来填补空白。

2022年12月6日，Rapidus和欧洲顶尖的半导体研发机构——比利时研究机构“校际微电子中心”（IMEC）签署合作备忘录，Rapidus将成为IMEC尖端半导体项目的核心合作伙伴。

2022年12月13日，Rapidus又宣布与美国IBM公司成立一家合资企业，开发基于IBM的2纳米制程逻辑半导体的技术，并将于2027年在Rapidus实现大规模生产。

日本经济产业省表示，今后日本将继续与美欧等“志同道合”的国家（地区）在半导体领域开展全球合作。

从“引进赶超”到“自主研发”

日本半导体产业的崛起之路

提起日本的半导体产业，必定绕不开上世纪80年代的那段辉煌历史。

日本的半导体产业萌芽于20世纪50年代。在发展初期, 日本半导体产业主要从美国引进技术，并且日本在这一时期实施的技术引进策略，也的确抓住了时代性的机会窗口。

20世纪50—60年代，在美苏两极争霸的冷战格局下，出于牵制苏联维护自身霸权地位等政治目的，美国在对日本经贸政策总体上是积极扶持的导向。

一方面，美国对日本的技术输出没有太多限制，认为专利转让能让美国在没有时间和金钱投资的情况下获得丰厚收入。加上二战后美国本土半导体市场增长迅猛，利润远超海外市场，很多美国公司也不愿意冒高成本和风险去开拓海外市场。

另一方面，由于美国当时主要发展军用领域，为了避免与美国企业正面竞争，也因二战禁止涉足军事建设，日本的半导体产业聚焦在了民用领域，而民用电子市场的需求和商业逻辑也进一步促进了日本集成电路产业的良性发展。

同时，“引进赶超”的发展模式契合了日本企业保守严谨的特点，通过将美国已经形成的独创性研究成果拓展至应用领域，也能极大的减少商业风险。

在日本半导体产业从引进到崛起的历程中，日本政府可以说起到了极为关键的作用。

比如，为了降低外国产品的技术优势，日本对其提高了市场准入条件，要求外企与国内企业进行合资以达到技术引进的目的。

不仅如此，日本还通过提高关税，来降低外国半导体产品的成本，避免其由于价格低廉占据大量市场份额。

实际上，当时也有一些美国公司看到了海外市场的前景，但日本的贸易壁垒使他们生存艰难，所以部分美国企业放弃了日本市场，而另一些则通过出售专利来进入日本市场。

据美国方面统计，1951到1984年，日本共与外国公司签订了超过了40000份合约，以美国出售专利为主要形式。

当然，靠引进技术来发展的策略虽然在初期很是奏效，但却不能一劳永逸。在美国停止了对日本技术和投资的支持后，日本半导体企业大规模退出市场, 市场份额也一度下跌。

于是日本政府放出大招——“超大规模集成电路研究联合体项目”(Very Large Scale Integration, VLSI)，推动日本半导体产业走上自主研发的道路。

1976年，日本通产省作为投资方和组织者，出资高达300亿日元，并出面牵头了日本当时所有的大型半导体企业，如NEC、富士通、日立、东芝等，以及日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所，共同进行核心关键技术研发。

在初期，VLSI突出了存储器制造的规模优势和成本优势，大大降低了废品率，并进行了几代产品的同步研发 (16K，64K，256K DRAM) 。

到20世纪80年代初，日本存储半导体产品（如DRAM）的生产技术实力，就已经可以与美国企业抗衡了，日本在实现16K DRAM量产的同时，与美国几乎同时完成了64K DRAM的研发。

在设备方面，欧美企业基于投资风险和技术稳定的考虑, 一直沿用3英寸晶圆加工设备, 形成了技术锁定。而日本则大胆尝试新的5英寸设备, 获得了先发优势。

VLSI项目只进行了4年, 就收获了远超预期的丰硕成果，1000多项专利给未来日本新型芯片的研发打下了坚实牢固的基础。几年间, 日本半导体产业核心零部件也从对外依赖度80%，变为了国产化率70%。

在整个80年代，日本半导体厂商以64Kb(1982年市场份额为70%）、256Kb(1984年市场份额为90%）和1Mb(1988年市场份额达到90%）的DRAM产品主导了世界半导体市场。

而且不仅是DRAM产品——从1973年至1988年，日本所有半导体产品占世界市场的比重也在不断上升：1985年市场份额首次超过美国，1988年日本市场份额超过全球一半，达51%。

而同期美国半导体产品的市场份额则下降为37%。甚至在美国的国内市场上，80年代中期日本集成电路产品的份额达30%，其中尖端半导体芯片产品的市场份额甚至高达90%。

美日贸易摩擦后

日本半导体产业遭受重创

日本半导体产业的强势崛起，让美国意识到了问题的严重性。硅谷的科技公司成立了美国半导体行业协会SIA来应对日本的垄断，并不断游说美国政府，提出了日本占据半导体市场将危害美国国家安全的理论。

1985年，SIA以保障国家安全的名义，向政府提起贸易诉讼，要求日本开放国内市场、提高美国半导体产品在日本市场的份额，并且对日本半导体企业实施反倾销，来禁止其低价竞争。

美国政府调查认定，日本存储器等产品存在倾销行为，并造成了美国相关产业数千人失业，于是在1986年9月和日本签订了为期5年的第一次《美日半导体贸易协议》。

协议约定，由日本政府监管其存储器等产品的出口价格、企业不得低于最低限价出口。同时要求日本开放国内市场、提高外国半导体产品在日本市场的份额，并规定5年内这一份额要达到20%。

由于美国存储器的竞争力仍低于日本，在日本市场的份额也没有有明显提升。1987年3月，美国政府以日本未能遵守协议为由，对日本出口到美国、价值3亿美元的电子产品征收 100% 的惩罚性关税，高关税的加征导致日本半导体产品的市场份额明显下滑。

同时，东芝事件也穿插在美日半导体争端中，同确凿的证据一起加速了日本的妥协。

20世纪80年代初，日本东芝机械公司违反巴黎统筹委员会和国内出口法律的规定，向苏联出口一批数控机床。由于该设备有助于提高苏联核潜艇的反侦察性能，美国以保障国家安全为由，推动日本处罚东芝机械和强化出口管制。

1987年6月，美国国会议员甚至在电视上直播用锤子砸东芝收音机，传播日本科技威胁论，增强了美国国内的抵制日货的情绪。

在美国政府的强烈要求下，日本政府承认东芝非法出口事实并赴美协调。最终，美国将制裁东芝的条款加入贸易法案，禁止其在2-5年内向美国出口任何产品，禁止东芝向14个国家出口任何产品，为期一年。

此外，东芝还被罚款150亿美元，另投入了1亿日元在美国 50 个主流媒体登“谢罪广告”。

1991年6月，日美再次签定了为期五年的第二次《美日半导体贸易协议》，美国希望于1992年年底以前，外国半导体产品在日本市场占有的份额能超过20%，尽管日本强烈抵抗，但也无济于事，日本半导体已经开始跌下神坛。

与此同时，美国也在积极提高自身半导体产业的生产优势。

1987年3月，美国政府联合英特尔为首的13家半导体公司启动了半导体制造技术创新联盟——SEMATECH。

SEMATECH计划有两个效果，一是集中研发，减少重复浪费, 并在半导体行业内共享研发成果；二是把半导体制造技术模块化，使设计与制造分离成为可能，促进了资金规模较小的芯片设计行业大发展。

此外，SEMATECH还构建了制造设备的标准，推动建立长期战略联盟，以持续提供关键制造装备，并为计算机集成制造（CIM）设计了一个标准开放架构。

90年代后，美国开始推进国际半导体技术合作，SEMATECH成立了国际子公司ISEMATECH，吸收外国企业进入联盟参与合作研发，推进全球半导体前沿技术的研究与创新。

联合研发的项目主要是美国还没有形成技术优势的领域，如光刻、晶圆制造技术，且参与者也是不会对美国构成竞争威胁的跨国企业，如韩国三星、荷兰ASML等重要半导体厂商都曾参与合作研发，而日本半导体企业则被美国拒绝加入ISEMATECH。

美国半导体市场由此逐渐复苏回暖，在1993年重新成为了最大的半导体出口国。

同时，在美日半导体贸易摩擦期间，韩国企业在存储器领域加快追赶。美国为打压日本，在技术、资金等方面积极扶持韩国电子产业，1998年韩国取代日本成为了存储器第一生产国。

此后，日本半导体产业整体实力未再复巅峰时期的水平，部分日企通过转向差异化竞争策略，重视自主研发和国际技术合作，目前在硅片制造、设备与材料等产业供应链上游，以及汽车半导体、图像传感器等产品领域占据了较高的市场份额。

美日贸易摩擦的重演？

中国必须坚持自主化道路不动摇

实际上，日本半导体产业的衰落并不能完全归咎于美国的打压，日本半导体产业的发展模式未及时适应行业结构变化趋势也是重要原因。

比如，随着晶圆制造成本快速飙升，IDM模式的缺点愈发明显——不仅投资成本高、产能利用压力大，而且IDM厂商通常会在整体层面进行制造计划排布，导致其对终端市场需求变化的反应速度较慢。

而Fabless资产轻、初始投资规模小、对市场需求反应快速、转型相对灵活等特点，使得其逐渐受到市场青睐。

1984年，赛灵思开创了芯片设计业的先河；到1990年前后，高通、英伟达、联发科等大量Fabless公司成立，Fabless模式迅速崛起。

但同一阶段，已习惯于自己做全产业链并各自为战的日本各大综合电机厂商，固守旧有经营理念，没有采用设计和制造分工的方式，在激烈的行业竞争中优势不再。

此外，上世纪80年代，全球计算机市场需求也发生了重要变化，之前日本厂商擅长的、以大型机为主的一元化市场，逐渐向个人计算机转型。而个人计算机对工艺的要求相对较低，日企之前所生产的高质量的 DRAM 开始变成一种浪费。

但日本人对自己的经营模式深信不疑，太执着于自己企业的设计、细节处理, 产品标准化进程缓慢，而半导体行业技术迭代快、研发窗口期短，日本错过了PC时代机遇后，再难追赶成功。

总体而言，日本半导体产业兴衰转换、跌宕起伏的背后，既有国际竞争格局变化带来的外部冲击，也有日本业界在技术演进趋势把握、产业扶持政策实施等方面的内在原因。

而回顾日美10年多的贸易摩擦，可以发现，美国对日本半导体产业的打压策略，在中美贸易战中也能找到类似的影子——先实施贸易投资措施直接打击中国企业，同时提高自身竞争力，并通过构建国际技术联盟，将中国排除在外。

比如，在2018～2019年间，美国分三阶段对价值3700亿美元的中国出口美国商品征收关税。

2018年，美国颁布《2018年出口管制改革法》，扩大出口管制项目的范围，尤其对美国国家安全至关重要的“新兴和基础技术”实施出口管制。

并基于此，美国制定了对中国出口管制的技术类别，将越来越多的中国实体列入管制清单，包括国企、民企、科研院所和大学，涉及航空航天、5G、半导体、芯片、人工智能等多个高新技术领域。

而对外打压中国科技企业的同时，美国也在不断加强对自身半导体产业的研发投入支持。去年8月通过的《2022年芯片和科学法案》，授权资金总额就高达约2800亿美元。

此外，美国还在不断构建孤立中国的国际高科技联盟。

比如，2019年5月，美国牵头在捷克召开“布拉格5G安全大会”，大会签署的“布拉格提案”从政策、安全、技术、经济四个方面探讨排除中国5G技术产品。

而且与日本相比，中美贸易摩擦综合了经济、政治和军事战略安全等多方因素，本质上是大国竞争，所以打击手段也更为彻底，呈现出了“技术脱钩”的趋势。

长期来看，由于设备和零部件供应、技术转移和人员流动的限制，我国半导体企业利用国际市场和国际供应链实现技术发展的渠道已经不再畅通。

我国必须要做的，就是坚持自主化道路不动摇，尽可能争取“中间地带”，形成中央政府与地方政府、政府与企业之间的高效协同，加快建立自主可控的 IC 产业体系。

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文章用图：shutter，壹图网

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