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随着生成式AI快速发展，先进半导体的性能和能效越来越受到关注。日本产业技术综合研究所（AIST，简称产总研）正在推进Beyond 2nm半导体技术研发，目标是突破现有微缩工艺的限制，为日本先进半导体制造建立技术储备。
产总研于2023年10月成立先进半导体研究中心（SFRC），围绕2nm及其后续节点开展研究。该中心负责人昌原明植同时担任技术研究组合LSTC的技术开发管理本部长，参与日本先进半导体技术研发及产业协作。
昌原明植指出，生成式AI正在逐步成为生活和产业的重要基础设施，但数据中心的电力消耗也随之增加。单纯通过软件优化难以大幅提升能效，因此需要开发面向生成式AI的低功耗半导体芯片。
从经济安全角度看，日本也需要具备在国内制造先进半导体的能力。产总研认为，建立先进制造技术和量产体系，不仅关系到AI产业发展，也关系到日本关键产业对半导体供应的保障。
在技术路线方面，日本目前正在推进2nm之后的进一步微缩。Rapidus计划以2027年实现2nm逻辑芯片量产为目标，而LSTC正在开展1.0nm和0.7nm节点的技术开发。产总研则将研究目标进一步延伸至0.5nm、0.3nm，乃至0.2nm。
对于2nm及更先进节点，传统晶体管结构的微缩空间逐渐受到限制。GAA（环绕栅极）晶体管因此成为重要技术方向。产总研正在研究如何在尽可能延续GAA结构的情况下，通过新材料提升晶体管性能。
例如，现有硅纳米片的厚度约为5至10nm，而部分材料能够通过自组织方式形成厚度仅0.7nm的沟道结构。产总研希望借助这类材料和结构探索，进一步改善晶体管性能，为后续节点的开发提供技术基础。
先进半导体研发不仅需要探索新材料和晶体管结构，还需要验证这些技术能否进入实际制造流程。
产总研目前拥有先进半导体试制线，并在超洁净室内导入16台先进设备。该试制线能够在日本国内开展GAA结构的300mm硅晶圆试制，帮助研究团队验证制造工艺，并为后续量产提供工艺方案。
在日本先进半导体产业分工中，LSTC承担研发成果向Rapidus的技术转移工作，而产总研的试制线则负责工艺验证和技术分析。通过这一协作机制，研究成果可以进一步转化为制造环节所需的工艺技术。
对于日本能否在全球半导体市场重新获得竞争力，昌原明植认为，日本不应仅仅追求通用芯片的大规模生产，而应发展面向特定应用的多品种半导体。
例如，汽车、通信基站以及量子计算等领域，虽然未必都拥有庞大的市场规模，但对特定性能和功能的芯片存在明确需求。日本可以针对这些用户开发所需产品，同时提供能够满足生成式AI发展要求的高性能、低功耗半导体。
先进半导体还可能在日本面临的社会问题中发挥作用。产总研提出，面向劳动力不足问题，可以利用先进半导体提升机器人感知和计算能力，使其更好地与人协同工作。
在防灾领域，AI传感技术也有望应用于自然灾害预测。例如，通过同步采集地质、气象、温度和振动等数据，再利用AI进行分析，辅助预测豪雨引发的土砂灾害，为居民避难提供参考。
除了技术研发和制造体系建设，日本先进半导体产业还面临人才培养问题。
昌原明植表示，过去参与日本半导体制造发展的工程师，以及学术界研究人员，正在重新汇聚到Rapidus和LSTC等项目中。产总研也计划通过与大学和产业界合作，推进人才培养及再教育，并利用先进半导体试制线，让产业人员接触完整的制造流程。
与此同时，日本半导体技术发展也在向光电融合延伸。产总研于2026年4月成立光电融合研究中心，研究将光信号与电信号电路结合的技术。
对于未来的技术发展，昌原明植认为，半导体工艺工程师需要不断突破技术限制。日本希望通过先进制程、专用芯片和新型光电技术的协同发展，重新提升在全球半导体产业中的竞争力。
（来源：编译自aist，谢谢）
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