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八大日本巨头成立2nm芯片公司,丰田索尼参与

2022-11-11 来源:半导体行业观察

知情人士周四表示,包括丰田汽车公司和索尼集团公司在内的八家领先的日本公司已经成立了一家新公司,以提高下一代半导体的国内产量。


该财团还包括软银公司和日本电报电话公司,在全球范围内开发用于量子计算机和人工智能以及导弹等军事武器的先进芯片的竞争日趋激烈的当下,该公司有其重要的意义。


消息人士称,政府计划向新公司提供 700 亿日元(4.78 亿美元)的补贴,而这八家公司将向其投资总额约为 70 亿日元。


其余的公司是半导体制造商 Kioxia Corp.、汽车零部件供应商 Denso Corp.、电子制造商 NEC Corp. 和 MUFG Bank。


此举还恰逢全球范围内的芯片短缺,这种短缺已经打击了从汽车制造到家电生产等行业,并在日本国内引发了关于经济安全的辩论,因为这场竞赛由台湾、韩国和美国的公司领导。


消息人士称,这家名为 Rapidus 的新公司将开发和制造芯片,并促进半导体行业的人力资源培养。产业大臣西村康稔将于周五宣布了公司的成立。


消息人士称,Rapidus 的目标是在 2020s年后期开发和生产亚 2 纳米半导体。目前,日本企业只能生产电路线宽在40纳米左右的芯片。


该项目是在工业部于 7 月宣布计划成立一个新组织来负责日本和美国之间对下一代半导体的联合研究之后曝光的。消息人士称,Rapidus 可能会与该组织合作。


他们说,Rapidus 的成立是由芯片设备制造商东京电子有限公司前总裁 Tetsuro Higashi 领导的。


日本斥资24亿美元,与美国建立联合芯片研究中心


据日经亚洲近日的最新报道,日本计划预算3500亿日元,将在年底前与美国合作开设下一代2纳米芯片的研发中心,这是两国在紧张局势中建立安全芯片供应链努力的一部分。研发中心将包括一条原型生产线,其目标是最早在2025年开始在国内量产芯片。


该中心将由将于今年首次亮相的日本新半导体研究机构建立,将引进美国国家半导体技术中心(National Semiconductor Technology Center)的设备和人才。


2nm那么难,日本成吗?


据汤上之隆的分析,2022年7月29日,日本经济新闻报道称,日本和美国在量产半导体方面展开合作,日本和美国两国政府于7月29日在美国首都华盛顿召开首次“经济2plus2”会议,会议中提到日本和美国共同研发2纳米半导体,日本在年底之前成立“新一代半导体生产技术研发中心(临时名称)”,计划在2025年于日本国内量产2纳米半导体。


至此,日本经济产业省已经制定了多个令人无法理解的政策(所以日本的半导体产业才一片混乱),“日本和美国合作研发2纳米半导体,日本自2025年开始量产2纳米半导体”一一这真是令人惊讶、震惊、不可思议!简直是一条愚蠢至极的策略,日本半导体行业的相关人员不禁要问:“这样的政策真的可以实施下去吗”?(那么,日本政府可能会说:“政府不插手了”,但是,媒体在号召大家进行评论,所以笔者发表一下自己的见解。)


由于日本经济产业省似乎是在很认真地发布了以上政策,真让人头疼!8月10日在赤坂Inter City Conference召开了“Flash Forward Japan 存储半导体·改革·座谈会”,日本经济产业省商务信息政策局总务科西川和见科长做了名为《Current state of the art in semiconductors in Japan》的主题演讲。(下图4)


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图4:日本和美国合作研发2纳米,日本自2025年开始量产2纳米??出自:西川和见(日本经济产业省),《Current state of the art in semiconductors in Japan》、“Flash Forward Japan 存储半导体·改革·座谈会”,2022年8月10日。(图片出自:jbpress)


那么,为什么日本量产2纳米半导体是可笑至极呢?(虽然很难解释,但笔者还是要说明一下。)


2纳米半导体难在何处?


所谓半导体的“微缩化”,指的是每一代际缩小约70%。如下图4所示,日本自45纳米以后就不再有进步。45纳米以后为32纳米、22纳米、16/14纳米、10纳米、7纳米、5纳米、3纳米、2纳米。(西川先生的资料中遗漏了32纳米和10纳米,笔者进行了补充。)


自45纳米(日本可以生产)到2纳米,共跨越了九个代际的微缩化,这究竟有多难呢?


首先,微缩化每发展一个代际,肯定会出现诸多问题,为解决这些问题,需要进行多次试错实验。在28纳米/22纳米之前,晶体管的形状为“平面型(Planner)”,16纳米以后为FinFET,2纳米以后为GAA(Gate-All-Around,全环绕栅极晶体管),之所以有这么大的变化,是因为不改变晶体管结构,无法实现人们期待的性能。此外,随着微缩化发展,出现的问题也是各式各样。


比方说,在2015年之前以为被视为“微缩化头号玩家(Top Runner)”美国英特尔在2016年无法顺利从14纳米过度到10纳米,在后来的五年里,10纳米的启动一直不顺利(如下图5)。去年(2021年)Patrick Gelsinger就任英特尔第八代CEO,并将10纳米命名为“Intel 7(i7)”、7纳米(采用了最先进的EUV曝光设备)改为“Intel 4(i4)”。如今英特尔正在为实现i4而努力。


图5:逻辑半导体和Foundry厂家的技术蓝图。

 (图片出自:jbpress)


TSMC和三星在同一时间(2019年)启动7纳米,后来,虽然仅仅能看到6纳米、5纳米、4纳米、3纳米等一系列数字的进步,但5纳米以后的良率很难提升,而且TSMC的3纳米采用了GAA构造,因此TSMC在3纳米代际陷入绝望,果断进军2纳米。


即使是独享最尖端技术的TSMC,虽然曾经每两年更替一个代际,但3纳米并未能按计划启动,耗费了两年半的时间,在2022年下半年,终于迎来了量产关键期。2纳米代际晶体管采用新型GAA,进入量产可能要花费两年半甚至三年的时间。因此,2纳米的量产时间最快在2025年、甚至2026年。


如果日本“自2025年开始量产2纳米”,那么,很有可能早于TSMC!从当下的45纳米,跨越九个代际,比TSMC早量产2纳米,这是多么异想天开的方案!


不仅仅是“中学生和大学生的差距”


在2022年8月3日的日本经济新闻“Deep Insight”中,针对2纳米的难度,Common Data的中山淳史先生做了以下比喻:“Planner型是中学生、FinFET是高中生、GAA是大学生”。


而笔者认为2纳米的难度不止如此。但是,偶尔也会有一些天才少年,直接从中学跳级升入大学,但是,对于半导体而言,直接从45纳米过渡到2纳米,跨越九个代际,是不可能的。


就半导体的微缩化发展而言,每个代际进步70%,其难度呈指数级增长。20多年前,笔者曾参与研发了4M、16M、64M、256M的DRAM研发和量产。每一代际的研发都像“走钢丝”一样困难。比方说,研发从64M过渡到256M时,由于过于困难,当时甚至出现了“莫非256M是做不到的?”这样的想法。半导体微缩化发展真的非常困难。


因此,下面的比喻可以回答“站在45纳米的角度来看,2纳米究竟是什么”这个问题!日本少年棒球联盟的青少年球员一般会有以下梦想:“未来,成为美国职业棒球联盟球员,像大谷翔平一样投打双修!”当然,青少年棒球球员怀有梦想是好事。但是,某个青少年球员希望“在三年后,进入美国职业棒球联盟,且投打双修!”当然这是不现实的。大家可能会对这个少年说:“先进入甲子园,然后以出色的成绩进入日本职业棒球团,最后有望进入美国职业棒球联盟。”


45纳米和2纳米的差距,就像青少年棒球队员与隶属于美国职业棒球联盟的、投打双修的大谷翔平的差距一样。


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