日本芯片，孤注一掷

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来源：本文 编译自 IEEE ，谢谢。

世界上只有三家公司能够以令人难以置信的精度大规模生产最先进的计算机芯片。上个月，日本的一家初创公司迈出了成为第四家公司的第一步。4月 1 日， Rapidus达到了一个关键的里程碑，它使用与IBM 合作开发的配方（基于后者的纳米片晶体管结构）启动并测试了其 2 纳米节点芯片试验线。Rapidus告诉IEEE Spectrum，其位于千岁的新晶圆厂安装的 200 多台尖端设备现已准备就绪，可以投入运行，其中包括关键设备——价值3 亿多美元的最先进的极紫外( EUV )光刻系统。

“我们于2023年9月破土动工，”Rapidus Design Solutions总裁亨利·理查德（Henri Richard）表示。该公司于去年4月在硅谷圣克拉拉成立，负责美国业务发展。 “令人惊讶的是，在2025年第二季度初，我们就完成了EUV光刻系统的首次曝光，现在已准备好开始试生产。”

关于 Rapidus 何时会推出首批测试芯片，Rapidus 首席执行官 Atsuyoshi Koike在 4 月份接受《日本时报》采访时表示：“原型芯片可能会在 7 月份生产。”该公司在一份公司声明中澄清了媒体关于与客户谈判的报道，并表示正在“与许多潜在客户，从大型成熟企业到人工智能初创公司”进行洽谈。

Rapidus 成立于 2020 年 8 月，由八家日本国内公司组成的财团支持：Denso、Kioxia、MUFJ Bank、NEC、NTT、Softbank、Sony和Toyota 。但事实证明，作为振兴该国先进半导体产业的努力的一部分，中央政府的支持更为重要。日本的支持是出于对国家安全的担忧，因为该国在尖端芯片方面依赖可能存在脆弱的海外供应商。 （出于同样的原因，美国也采取行动减少对日本的依赖。）迄今为止，政府补贴总额为 1.72 万亿日元（120 亿美元）。然而，八位创始人的股权投资仍然仅为 73 亿日元（5100 万美元），这引发了人们对 Rapidus 未来的担忧。这家新代工厂估计，实现量产目标将需要约 5 万亿日元（350 亿美元） 。

然而，Rapidus 的处境与如今业界最大的芯片制造商台湾 半导体制造股份有限公司 ( TSMC ) 在 20 世纪 90 年代成立时的情况并无二致。早稻田大学商业与金融研究生院的Atsushi Osanai教授指出，当时与日本一样，台湾政府支持这家初创企业，而私营企业“最初并不热衷” 。“同样，日本私营企业对 Rapidus 也采取了观望态度。关键因素在于政府是否会为 Rapidus 提供足够的支持，以激励私营部门。”

Rapidus 的起步速度很快，但其 2027 年的 2 纳米出货日期可能比业内三大尖端硅片生产商台积电、英特尔和三星落后两年，据报道，这三家公司可能会在今年下半年开始大规模生产 2 纳米芯片。

为了迎头赶上并参与竞争，Rapidus 采取了与三大制造商青睐的大规模晶圆生产模式不同的策略。以台积电为例，他们的商业模式专注于处理大批量晶圆，用于生产 GPU和 CPU 等大量设备，并保持高良率，同时依赖于只能逐步改进的僵化加工方法。相比之下，Rapidus 将使用单晶圆工艺来生产针对特定应用的专用芯片、针对利基市场的定制芯片，以及后期的大批量订单。

顾名思义，单晶圆方法单独处理每个晶圆，而不是批量处理。尽管许多晶圆可以同时通过生产线，但每个晶圆在流程的每个阶段都是单独处理的。Rapidus 还将应用一种新开发的方案，称为设计制造协同优化 (DMCO)。该公司声称，这将通过将设计与制造联系起来来促进设计，这还可以帮助抵消因取消批处理而导致的吞吐量下降。通过使用 AI 优化生产参数，DMCO 旨在提高设计速度和产量。这需要在设备内部广泛使用传感器来测量温度、气体密度和反应速率等参数，以收集大量生产数据供 AI 分析。

“这将使我们能够测量单个晶圆的加工过程，从结果中学习，并快速将数据反馈回系统，”Richard解释说。“为了提高产量，必须不断调整参数，而这些变化取决于加工过程中获取的数据。”

此外，他补充说，该晶圆厂正在使用“革命性的网格传输系统，使我们能够在处理过程中将晶圆移动到任何位置，从而避免在采用线性传输系统的标准晶圆厂中机器发生故障或出现问题时发生的交通堵塞。”

东京大学工程学教授黑田忠宏表示：“从制造过程中获取大量数据并将其反馈回系统，以更快地提高良率，这将缩短Rapidus客户的上市时间。”黑田忠宏曾在东芝公司半导体部门工作18年，之后转入学术界。“这是半导体制造业的理想方案，意义非凡。”

然而，由于Rapidus依赖大量新技术，它可能会遇到初期问题，这可能会延长其批量交付产品的时间。与此同时，竞争对手也迫不及待地想赶上它。今年4月，台积电发布了其下一代A14工艺（相当于1.4纳米节点芯片），并计划“于2028年投入生产”。

“从技术上讲，Rapidus 的成功取决于 2027 年量产的半导体原型开发能否顺利推进，”Osanai 说道。“由于只有两年的时间来实现量产，这对公司的成功至关重要。”

其他专家则持更为乐观的看法。黑田表示，鉴于人工智能应用和新兴人工智能数据中心预计将出现巨大增长，以及随之而来的功耗飙升，“对2纳米芯片的需求将非常巨大”，因为与当今尖端硅片相比，这些半导体有望将功耗降低30%以上。“因此，预计对人工智能相关半导体的需求将超过现有代工厂的产能。”

如果后一种观点成立，并且 Rapidus 能够按时实现其量产目标，那么这项由政府支持的、旨在让日本重新成为先进芯片制造业强国的努力可能会成为一场成功的赌注，而不是一场鲁莽的赌博。

https://spectrum.ieee.org/rapidus-japan-semiconductor

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