危機(jī)四伏的日本半導(dǎo)體設(shè)備

聚光燈開(kāi)始照射到曾是日本衰落產(chǎn)業(yè)代表的半導(dǎo)體領(lǐng)域?！溉毡景雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)將復(fù)興」的輿論日益盛行。不過(guò)，我（湯之上?。┎⒉徽J(rèn)同這種輿論，認(rèn)為它會(huì)「復(fù)興」的想法本身就是錯(cuò)誤的（圖 1）。

在 20 世紀(jì) 80 年代中期，日本曾經(jīng)占據(jù)了半導(dǎo)體領(lǐng)域世界市場(chǎng)份額的 50%。當(dāng)時(shí)，日本在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 DRAM 領(lǐng)域幾乎壟斷了 80% 的全球市場(chǎng)份額。換句話說(shuō)，80 年代中期的「世界市場(chǎng)份額 50%」主要來(lái)自 DRAM。

然而，在 90 年代，日本的 DRAM 市場(chǎng)份額迅速下降，到了 2000 年左右，除了日立制作所和 NEC 的合資公司爾必達(dá)外，日本退出了 DRAM 市場(chǎng)。而爾必達(dá)在 2012 年宣布破產(chǎn)，被美國(guó)美光收購(gòu)。

日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從 DRAM 撤退后，將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了邏輯半導(dǎo)體，用于計(jì)算等領(lǐng)域。然而，即使是邏輯半導(dǎo)體也遭受了嚴(yán)重打擊。結(jié)果，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)淪為了衰落產(chǎn)業(yè)。

在這種情況下，芯片代工公司臺(tái)積電于 2021 年 10 月宣布在熊本設(shè)立工廠。此外，新公司 Lapidus 于 2022 年 11 月宣布計(jì)劃在 2027 年之前量產(chǎn) 2 納米的邏輯半導(dǎo)體，這些消息引起了日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。

因此，形成了「日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將復(fù)蘇」的輿論。然而，臺(tái)積電熊本工廠和 Lapidus 計(jì)劃生產(chǎn)的不是在 20 世紀(jì) 80 年代中期曾經(jīng)壟斷 80% 市場(chǎng)份額的 DRAM，而是先進(jìn)的邏輯半導(dǎo)體，這是過(guò)去并不強(qiáng)大的領(lǐng)域。

因此，當(dāng)前在日本出現(xiàn)的熱潮實(shí)際上不是「復(fù)蘇」，而是對(duì)（迄今為止相對(duì)較弱的）邏輯半導(dǎo)體的新挑戰(zhàn)。那么，這個(gè)挑戰(zhàn)是否會(huì)成功呢？

半導(dǎo)體熱潮的起源

2020 年，疫情在全球蔓延，2021 年全球半導(dǎo)體短缺，導(dǎo)致汽車和其他產(chǎn)品無(wú)法制造。因此，以汽車為核心產(chǎn)業(yè)的日本、美國(guó)、德國(guó)政府，要求臺(tái)積電增加汽車用半導(dǎo)體產(chǎn)量。

半導(dǎo)體受到關(guān)注的契機(jī)就在這里。直到 2020 年一直忽視半導(dǎo)體的日本政府和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省徹底改變了態(tài)度。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省表示，危機(jī)感日益增強(qiáng)，如果照此發(fā)展下去，到 2030 年日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球份額將降至 0%。結(jié)果，支持新建先進(jìn)半導(dǎo)體工廠的修法于 2021 年 12 月 20 日在國(guó)會(huì)獲得通過(guò)并成立。此后，基于這項(xiàng)修法，一系列半導(dǎo)體工廠的補(bǔ)助計(jì)劃陸續(xù)公布（見(jiàn)圖 2）。

那么，這一政策會(huì)增加日本半導(dǎo)體的市場(chǎng)份額嗎？

日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)份額會(huì)增加嗎？

首先，索尼和電裝公司將對(duì)臺(tái)積電進(jìn)行資本參與。臺(tái)積電的熊本工廠將承擔(dān) 12/16 至 22/28 納米邏輯半導(dǎo)體的代工生產(chǎn)，并獲得日本政府提供的 4670 億日元的補(bǔ)助。

然而，臺(tái)積電熊本工廠并不會(huì)優(yōu)先生產(chǎn)面向日本市場(chǎng)的半導(dǎo)體。此外，日本幾乎沒(méi)有專門從事設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體制造商（通常稱為「無(wú)晶圓廠」）。因此，即使臺(tái)積電熊本工廠建成，日本的市場(chǎng)份額也不會(huì)顯著增加。

接下來(lái)，美國(guó) Micron 收購(gòu)了陷入破產(chǎn)的爾必達(dá)，并為廣島工廠提供了總計(jì) 2465 億日元的補(bǔ)助。然而，由于該工廠隸屬于美國(guó)企業(yè)，即使在此生產(chǎn) DRAM，對(duì)日本市場(chǎng)份額的貢獻(xiàn)也可以說(shuō)是嚴(yán)格意義上的 0％。

此外，鎧俠和西部數(shù)據(jù)（WD）共同運(yùn)營(yíng)生產(chǎn) NAND 閃存的四日市和北上工廠，將獲得 929 億日元。不過(guò)，西部數(shù)據(jù)似乎將收購(gòu) Kioxia。如果此次收購(gòu)?fù)瓿?，四日市和北上工廠都將成為美國(guó)公民，因此那里生產(chǎn)的所有 NAND 都將在美國(guó)制造，對(duì)日本市場(chǎng)份額的貢獻(xiàn)將為 0%。

最后，在 2022 年 11 月，Lapidus 宣布計(jì)劃在 2027 年之前量產(chǎn) 2 納米的邏輯半導(dǎo)體，并獲得了總計(jì) 3300 億日元的補(bǔ)助。然而，正如下文所述，Lapidus 要實(shí)現(xiàn) 2 納米邏輯半導(dǎo)體的量產(chǎn)幾乎是不可能的。因此，盡管對(duì) Lapidus 提供了資金支持，但對(duì)日本市場(chǎng)份額的貢獻(xiàn)仍然可以說(shuō)是 0％。

為什么 Lapidus 無(wú)法量產(chǎn) 2nm

首先，2 納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)需要約 500 名非常出色的工程師，而 2 納米技術(shù)的量產(chǎn)則需要大約 1,000 名經(jīng)驗(yàn)豐富的生產(chǎn)技術(shù)人員。這些 1,500 名超級(jí)精英工程師在日本難以找到，因此不太可能被 Lapidus 吸引到。

其次，2 納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)需要荷蘭的 ASML 公司提供的唯一最先進(jìn)的曝光設(shè)備 EUV。然而，Lapidus 要到 2024 年底才會(huì)引入 EUV 技術(shù)，而且可能無(wú)法熟練掌握。以下是這一觀點(diǎn)的依據(jù)（見(jiàn)圖 3）。

首先，處于技術(shù)前沿的臺(tái)積電在 2018 年進(jìn)行了約一百萬(wàn)次的 EUV（極紫外線）曝光實(shí)踐，然后于 2019 年首次將 EUV 技術(shù)應(yīng)用于量產(chǎn)。而正試圖趕超臺(tái)積電的三星電子則租用了大型 DRAM 生產(chǎn)線進(jìn)行了約 30 萬(wàn)次的 EUV 曝光實(shí)踐，但由于實(shí)踐不足，產(chǎn)量不升反降。此外，美國(guó)英特爾于 2021 年引入了 EUV 技術(shù)，但到 2023 年仍未能熟練掌握。

考慮到這些先進(jìn)半導(dǎo)體制造商普遍面臨 EUV 技術(shù)的困難，可以認(rèn)為 Lapidus 要精通 EUV 技術(shù)將會(huì)面臨巨大挑戰(zhàn)。

其次，目前在委托生產(chǎn)方面，沒(méi)有半導(dǎo)體代工廠（Foundry）與 Lapidus 合作。代工廠通常是建立在已有委托生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上的業(yè)務(wù)。例如，臺(tái)積電每年從美國(guó)蘋果公司獲得委托，生產(chǎn)超過(guò) 2 億個(gè)新款 iPhone 處理器，價(jià)格每個(gè) 100 美元以上。臺(tái)積電在與客戶簽訂委托生產(chǎn)合同之前，會(huì)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和設(shè)備投資，以確保能夠盈利。

然而，Lapidus 宣稱要在 2027 年量產(chǎn) 2 納米的邏輯半導(dǎo)體，但目前沒(méi)有任何委托生產(chǎn)的合同或計(jì)劃。因此，可以說(shuō) Lapidus 并未理解代工廠的本質(zhì)。

綜上所述，由于上述原因，Lapidus 可能無(wú)法實(shí)現(xiàn) 2 納米邏輯半導(dǎo)體的量產(chǎn)。因此，日本的邏輯半導(dǎo)體新挑戰(zhàn)可能會(huì)以失敗告終。那么，日本應(yīng)該采取什么行動(dòng)呢？

日本在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的作用

在 2021 年 6 月 1 日向眾議院發(fā)表的聲明中，作者認(rèn)為首要政策應(yīng)該是「讓強(qiáng)者變得更強(qiáng)」。「強(qiáng)的東西」是制造設(shè)備和材料。

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，日本在制造半導(dǎo)體芯片所需的材料基板——硅晶圓、感光材料（光刻膠）、各種 CMP 研磨液、各種化學(xué)藥劑等方面擁有非常高的市場(chǎng)份額（見(jiàn)圖 4）。此外，在設(shè)備方面，雖然不是全部，但在光刻膠涂布顯影設(shè)備、熱處理設(shè)備、片式清洗設(shè)備、批量清洗設(shè)備和測(cè)長(zhǎng)電子顯微鏡（CD-SEM）等領(lǐng)域，日本的市場(chǎng)份額也很高（見(jiàn)圖 5）。

因此，日本在設(shè)備和材料領(lǐng)域擁有很高的市場(chǎng)份額，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用（見(jiàn)圖 6）。

韓國(guó)擁有三星電子和 SK Hynix，已經(jīng)成為半導(dǎo)體存儲(chǔ)大國(guó)。中國(guó)臺(tái)灣擁有全球份額約 60% 的臺(tái)積電，已經(jīng)成為邏輯半導(dǎo)體領(lǐng)域的全球基礎(chǔ)設(shè)施。此外，中國(guó)大陸吸收了全球三分之一以上的半導(dǎo)體，鴻海集團(tuán)的大型工廠生產(chǎn) PC、智能手機(jī)和各種家電產(chǎn)品。

在這種背景下，日本將設(shè)備和材料出口到韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、大陸以及歐美。換句話說(shuō)，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在沒(méi)有日本的設(shè)備和材料的情況下無(wú)法維持運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，日本的設(shè)備產(chǎn)業(yè)正面臨著危機(jī)。

日本設(shè)備業(yè)危機(jī)

如圖 7 所示，地區(qū)設(shè)備份額的情況表明，直到大約 2010 年，日本一直在與美國(guó)爭(zhēng)奪設(shè)備市場(chǎng)份額的領(lǐng)先地位。然而，自 2012 年以來(lái)，日本的市場(chǎng)份額急劇下降，到 2022 年已降至不到美國(guó)市場(chǎng)份額的一半，僅為 24％。

分析這一情況的原因，發(fā)現(xiàn)在過(guò)去的 10 年中，幾乎所有設(shè)備的市場(chǎng)份額都在下降。這是一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，似乎不容易解決。

在這種情況下，已經(jīng)很難再說(shuō)「日本的制造設(shè)備很強(qiáng)大」。而且，如果市場(chǎng)份額持續(xù)下降，日本將很難繼續(xù)向全球提供設(shè)備。目前的情況非常危機(jī)四伏。如果現(xiàn)在不采取行動(dòng)，日本的設(shè)備產(chǎn)業(yè)可能會(huì)走上與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)相同的道路。因此，不應(yīng)該將大量資金投入到無(wú)法帶來(lái)成果的 Lapidus 這樣的項(xiàng)目中。