从40纳米直奔2纳米，日本芯片跳过五代？下一个目标，超越台积电

半导体的天，被日本人捅破了。2025年7月，北海道千岁市，日本半导体公司Rapidus公开了一张2纳米试制晶圆。

晶圆上的GAA晶体管已经测出电学特性，能够正常通电。社长小池淳义还重申目标：2027财年启动2纳米量产。

日本半导体沉寂多年，突然把一张2纳米晶圆摆到台前，难免让人多看两眼。

毕竟在这之前，日本芯片长期停留在40 纳米成熟制程。现在，Rapidus却绕开28纳米、14纳米、7纳米、5纳米和3纳米，直接冲向2纳米。

五代制程，一步跨过去。这就像高中课程还没补完，先完成了量子力学满分考试。

那这场跳级到底怎么回事？先顺着那张晶圆的来路看。

日本没有补五代制程，它直接去了IBM实验室

Rapidus成立于2022年，最早参与出资的包括丰田、索尼、NTT、软银、NEC、铠侠、电装和三菱UFJ银行。

名单很豪华，但先进制程不看股东席位。

自从上世纪80年代被美日半导体协定打趴下之后，日本已经很多年没有先进逻辑芯片代工厂。

尽管日本公司还有很强的半导体材料、设备、存储器和成熟制程产业，可先进逻辑制造需要一套连续积累下来的工艺经验。

曝光参数怎么调，刻蚀多深，薄膜多厚，一批晶圆出现异常后该查哪台机器，这些经验没有办法从财务报表里搬出来。

让Rapidus从28纳米一路练到2纳米，时间肯定来不及。日本选择直接寻找已经做出2纳米器件的合作方——IBM。

2021年，IBM在纽约州奥尔巴尼研究中心公布2纳米芯片技术，采用纳米片式GAA晶体管。2022年12月，IBM和Rapidus宣布共同开发2纳米技术，并计划把相关成果导入日本工厂。

此后，Rapidus把工程师派到奥尔巴尼，与IBM的研发人员一起工作。

IBM负责器件架构和基础工艺，Rapidus要把这些技术装进北海道的生产线。听起来只差一次技术转移，实际工作远没有这么轻松。

晶圆厂每天要处理大量晶圆，沉积、曝光、刻蚀、清洗和量测必须稳定重复。某一道工序偏了一点，后面几十道工序可能全部白做。

IBM交给Rapidus的是研发基础，不是一座已经调好的2纳米工厂。

日本还把比利时微电子研究中心imec拉进合作，Rapidus由此可以接触先进工艺研究项目、设备验证环境和国际工程团队，不必关起门来重新研究所有问题。

技术方面靠欧美盟友，资金方面则是日本政府接上。

截至2025年3月底，日本经济产业省批准给Rapidus的委托研发支持上限累计达到1.72万亿日元。2026年，日本政府又通过信息处理推进机构先后投入1000亿和1500亿日元资本。

建厂、买设备、培训工程师、试制晶圆、报废晶圆，都要花钱。先进制程的试错尤其烧钱。一批产品出现问题，工程师可能只改一个参数，然后重新跑完整套流程。

很多企业不是不知道该怎么试，而是经不起这么试。

Rapidus敢跳级，首先因为它不用独自承担这张试错账单。

EUV运进北海道，三个月安装200多套设备

2024年12月，Rapidus订购的EUV光刻设备运抵北海道。

EUV使用波长13.5纳米的极紫外光，把复杂电路图形投射到晶圆上。2纳米先进制程需要大量高精度图形加工，缺少EUV设备，后面的工艺很难展开。

Rapidus不仅能够采购EUV，还能获得供应商的安装、调试和维护服务。

相比较而言，ASML 向中国大陆出口 EUV 的许可就被全面封锁，中芯国际早在 2018 年预订的 EUV 光刻机至今未能交货。

日本本身也有一批半导体材料和设备企业。东京电子、SCREEN、信越化学、胜高、JSR、东京应化，都能进入晶圆制造的不同环节。

Rapidus缺的是先进逻辑量产经验，不缺设备和材料供应基础。

机器到厂后，安装速度很快。从2024年12月设备进场开始，工厂在三个月内安装了超过200套系统。2025年4月完成EUV图形曝光，6月加工首批试制晶圆，7月公布GAA晶体管的电学特性。

GAA叫全环绕栅极，它让栅极从四周包住纳米片沟道，像给一扇漏风的门装上四面门闩。工程师可以更精细地控制电流，降低漏电。

Rapidus能把这种结构做在晶圆上并测出电学特性，已经证明EUV、沉积、刻蚀和量测设备已经按照工艺顺序运转起来。

这项进展有实物、有设备、有测试数据，但试制成功并不能抹掉后面的工作。

第一张晶圆做出来以后，工程师接下来面对的工作更枯燥，也更费钱。

晶体管已经通电，量产还卡着三件事

1. 晶圆上有好芯片，不代表好芯片足够多

一颗先进芯片可能含有数百亿个晶体管。任何一道工序出现细小偏差，都可能让部分芯片报废。

EUV曝光后，工程师要检查图形有没有偏移。薄膜沉积完成，要测量厚度是否均匀。刻蚀结束，还要确认细小结构有没有变形或倒塌。

试制阶段可以多跑几批样品，再从中挑出表现最好的器件。量产看的是整片晶圆能留下多少颗合格芯片。

如果一片晶圆只能切出少量好芯片，这些好芯片就要分摊全部材料费、设备折旧和报废损失。东西做出来了，报价却可能高得没人愿意买。

2. 工厂能制造，客户还得知道怎么设计

芯片设计公司下单前，需要拿到工艺设计套件，也就是PDK。

PDK里有晶体管模型、设计规则、标准单元库和验证条件。客户根据这些资料设计电路，完成检查后，才能把版图送到晶圆厂试产。

如果PDK参数不成熟，设计出来的芯片可能跑不快、功耗过高，或者在流片后暴露问题。工艺参数每更新一次，客户都可能重新检查时序、功耗和版图。

Rapidus正在向早期客户提供PDK，也邀请潜在客户进入验证流程。

台积电经营多年的不只是工厂。设计工具、IP供应商、封装厂和大客户早已围绕它的工艺工作。客户遇到问题，知道该找谁，也大致知道一轮流片需要多久。

Rapidus要让客户更换代工厂，就得拿出稳定的PDK和流片结果。价格可以谈，芯片设计失败所浪费的几个月很难补回来。

3. 日本瞄准2027年，对手没有停下来等

Rapidus计划在2027财年量产2纳米。

台积电的N2工艺已在2025年第四季度进入量产。按照台积电公布的路线，N2P和采用背面供电的A16计划在2026年下半年量产。

等Rapidus开始商业爬坡时，台积电的第一代2纳米工艺已经运行一段时间，后续产品也在向前推进。

工艺节点的竞争没有统一终点。你解决今天的难题，对手可能已经在调下一代设备。

Rapidus还要面对工厂利用率。

先进设备价格高，只有持续接单、提高开机时间，才能把折旧分摊到更多晶圆上。厂房由政府出钱支持建设，不代表客户会按政府规划下单。

这也是目前最难回答的问题：有多少芯片设计公司愿意把昂贵产品交给一家缺少大规模量产记录的新代工厂？

拼不过大规模产能，Rapidus改卖交付速度

Rapidus没有准备照搬台积电的生产模式。

它提出全单片式前段处理。晶圆尽量逐片进入设备，完成加工、检测和参数调整。如果某张晶圆出现问题，工程师可以马上修改条件，再把新参数用到下一张晶圆上。

传统批量工艺可以一次处理多张晶圆，有利于压低单位成本。问题是，一旦参数出了偏差，整批晶圆可能一起受影响，工程师也要等到这批产品走完部分流程后才能发现。

单片处理想争取的是时间。

这套模式适合数量较小、修改频繁、急着拿到样品的芯片。Rapidus希望吸引AI芯片初创企业、定制计算芯片公司，以及需要快速迭代的高性能产品。

台积电更像固定线路的大型客车，乘客多，单位成本低。Rapidus想做预约用车，客人少一些，但路线和时间更灵活。

IBM的技术、欧洲的研发资源、ASML的设备、日本自己的材料企业，再加上政府资金，确实帮Rapidus压缩了起步时间。

日本 Rapidus 的背后，就是依托高度分工的国际同盟，买最顶级的机器，拿最顶级的专利，追求极致的技术跨越。

还有就是跟中国一样，在无路可退的封锁下，死磕从光刻机、EDA 软件到高端材料的全产业链自主国产替代。

一种是利用全球化红利走捷径，一种是在极度艰难中建长城。

到了2027年，这场关于技术、资本与地缘政治的豪赌自然就会有答案。可半导体制造最难熬的部分，通常发生在第一张晶圆成功之后。