日本造出本土首颗2nm晶体管

近日，据《日经亚洲》报道，日本斥资340亿美元（约2440.92亿人民币）的2nm芯片项目发布重大进展，但有关产品质量和该初创公司在吸引客户方面的细节，官方披露的仍十分有限。

硅晶圆上的2nm全栅极晶体管原型 图源Rapidus Corporation

Rapidus是这个项目的名称。这家政府支持的初创公司表示，它已经成功生产出日本首个2纳米晶体管，并收集了数据以进一步改进芯片制造工艺。

“这是一个具有里程碑意义的时刻。”Rapidus首席执行官小池敦义称。

2025年7月18日新闻发布会上，从左至右依次为：Rapidus株式会社会长东哲郎、Rapidus株式会社社长兼首席执行官小池敦义、北海道知事铃木直道、千岁市市长横田隆一 图源Rapidus Corporation

简单来说，纳米尺寸越小，芯片就越先进，台积电和三星等公司都在竞相进一步缩小纳米尺寸。

今年6月30日，有四位知情人士透露，中国台湾第二大芯片代工制造商联华电子（UMC）也在探索未来的增长动力，包括潜在的6纳米芯片生产。

据《日经亚洲》报道，生产晶体管是芯片制造早期阶段的核心工序。制造一个功能性芯片需要额外的工序，包括布线和封装。

小池敦义介绍说，Rapidus的员工“夜以继日”地工作，才最终实现了可操作的晶体管结构。该公司使用了荷兰供应商ASML独家制造的先进光刻机来生产晶体管。

小池敦义拒绝透露产品质量细节，仅表示：“我们将继续优化器件特性、提升性能与良率，并扩大规模以实现量产。”该公司此前称，目前的目标是先将缺陷率控制在50%，未来进一步改善至10%–20%。

他还拒绝透露任何潜在客户的细节，仅表示：“通过将我们的成果分享给合作伙伴和潜在客户，他们将验证这些进展并进入下一阶段。”Rapidus尚未生产由客户设计的芯片。

这家初创公司是日本重建国内芯片制造能力战略的核心。Rapidus于2022年成立，得到了丰田汽车、日本电信电话公司和索尼集团等日本主要公司的支持，这是日本几十年来首次认真尝试在国内量产尖端逻辑芯片。

EUV光刻技术是实现2nm半导体的关键技术之一。先进的光刻工艺对于形成2nm代GAA结构至关重要。Rapidus是首批将完全单晶圆处理商业化的公司之一，该技术是其快速统一制造服务的核心。

据报道，2纳米半导体的试生产已于2025年4月启动，量产计划于2027年实现。如果成功，这些芯片将成为日本有史以来最先进的芯片。

Rapidus项目最初由提供核心生产的IBM公司提出。日媒认为，对于日本来说，这是一个难得但充满挑战的机会，因为它可以让日本在落后于台湾、韩国和美国竞争对手之后，重返先进芯片领域的竞争。一旦成功，日本将能在潜在重大冲突中，拥有本土的先进芯片供应源。

然而，该项目的成本问题一直是一些批评人士关注的焦点。日本政府已承诺拨款高达1.7万亿日元（约合822亿人民币），用于支持Rapidus的研发和生产。这比帮助全球最大芯片代工厂台积电在日本熊本建造两座工厂的1.2万亿日元（约合580亿人民币）总额还要高。日本国会四月份通过的一项法案还将允许政府直接投资Rapidus并为其提供银行贷款担保，这在日本产业政策中是一个罕见的例外。

根据日媒报道，该芯片制造项目的总成本估计为5万亿日元（约2418亿人民币），反对派批评其给纳税人带来了沉重的财政负担。为了化解这种批评，日本政府正积极吸引私人贷款机构来弥补资金缺口。

日本媒体称，Rapidus的目标是今年从政府机构和私营企业获得2000亿日元（约96.7亿人民币）的额外投资，尽管该业务的风险性使一些公司持谨慎态度。

Rapidus面临的主要问题之一是其潜在的竞争力。它希望在重大技术变革时期进入市场，从而赶超全球制造商。最新一代芯片中引入的所谓“全栅晶体管”设计，采用了与前几代芯片截然不同的结构。在IBM公司的帮助下，日本芯片业希望，追赶竞争对手不会像从零开始那样困难。

此外，Rapidus正在调整其商业模式，通过提供更快的工厂响应时间，以满足小型客户的需求。该公司也愿意小批量生产专用芯片。与行业惯例（设计、制造和封装由独立实体负责）不同，Rapidus的目标是打造一站式服务平台，整合制造、芯片封装甚至部分设计流程。通过减少与外部合作伙伴的协调需求，该公司估计可以大幅缩短光刻等早期工艺的时间。

除了与IBM密切合作外，Rapidus还与比利时研究机构Imec合作，并在硅谷开设了销售办事处，以吸引美国大型科技公司。早期客户目标包括像Tenstorrent这样的AI芯片初创公司，首席执行官小池在此前接受《日经新闻》采访时表示，该公司正在与多家其他公司进行洽谈，其中包括美国大型科技公司。

然而，障碍依然巨大。Rapidus仅获得了量产所需资金的一小部分，而其竞争对手经验更丰富，规模也更大。

纳米制程竞赛的高昂资本成本使得台积电、英特尔和三星成为该领域仅有的竞争对手。由于台积电计划在今年年底前开始生产2纳米芯片，并且这三家公司都计划在未来几年开发下一代1.4纳米技术，即使生产进展顺利，Rapidus也已经落后于主要的竞争对手。

2025年第一季度，在全球前五大晶圆代工业者排名中，台积电（TSMC）以67.6%的市场份额稳居第一；三星（Samsung）以7.7%的市场份额位居第二，其营收下降了11.3%；中芯国际（SMIC）以6.0%的市场份额排名第三，营收增长了1.8%；联电（UMC）以4.7%的市场份额位列第四，营收下降了5.8%；格芯（GlobalFoundries）以4.2%的市场份额排名第五，其营收下降了13.9%。这五家公司合计占据了全球晶圆代工市场90.2%的份额。

图源TrendForce

日本还面临熟练工程师短缺的问题，许多资深工程师已年届五十，而年轻一代仍在培养中。Rapidus正通过和IBM及Tenstorrent这类初创企业的合作，试图弥补这一缺口。

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