押注Rapidus 日本2nm芯片制造試產

世界上只有三家公司能夠執行大規模制造最先進的計算機芯片的令人難以置信的精度。上個月，日本的一家初創公司邁出了成為第四家的第一步。Rapidus 在 4 月 1 日實現了一個關鍵的里程碑，它使用與 IBM 合作開發的配方，基于 IBM 的納米片晶體管結構，啟動并測試了其 2 納米節點芯片的試驗線。 Rapidus 告訴 IEEE Spectrum，其位于千歲的新晶圓廠安裝了 200 多臺尖端設備，包括 Keystone 部件，一個價值超過 3 億美元的最先進的極紫外 （EUV） 光刻系統，現已準備好投入運行。

“我們于 2023 年 9 月破土動工，”Rapidus Design Solutions 總裁 Henri Richard 說，該公司于去年 4 月在硅谷圣克拉拉成立，旨在監督美國的業務發展。“因此，在 2025 年第二季度初，我們已經對 EUV 光刻系統進行了首次曝光，現在準備開始試生產，這真是太神奇了。”

至于 Rapidus 何時發貨第一批測試芯片，Rapidus 首席執行官 Atsuyoshi Koike 在 4 月份告訴日本時報，“原型芯片可能會在 7 月生產出來。雖然在一份公司聲明中澄清了媒體對與客戶談判的報道，但該公司表示，它正在“與許多潛在客戶進行討論，從大型成熟企業到 AI 初創公司”。

5 萬億日元：資金 Rapidus 預測需要實現大規模生產

Rapidus 成立于 2020 年 8 月，得到了八家國內公司組成的財團的支持：電裝、鎧俠、MUFJ Bank、NEC、NTT、軟銀、索尼和豐田。但事實證明，中央政府的支持更為重要，這是振興該國先進半導體行業努力的一部分。日本的支持是出于對國家安全的擔憂，因為該國依賴可能脆弱的海外供應商來提供尖端芯片。（出于同樣的原因，美國也采取了行動來減少其依賴性。迄今為止，政府補貼總額為 1.72 萬億日元（120 億美元）。然而，八位創始人的股權投資仍然只有 73 億日元（5100 萬美元），這引發了人們對 Rapidus 未來的擔憂。新鑄造廠估計，要實現其大規模生產目標，需要大約 5 萬億日元（350 億美元）。

然而，Rapidus 的情況與 1990 年代成立的現在業界最大的芯片制造商臺灣積體電路制造股份有限公司 （TSMC） 沒有什么不同。早稻田大學（Waseda University）商業與金融研究生院教授大巳（Atsushi Osanai）指出，當時和日本一樣，臺灣政府支持這家初創公司，而私營公司“最初并不熱情”。“同樣，日本私營公司對 Rapidus 也持觀望態度。關鍵因素將是政府是否為 Rapidus 提供足夠的支持 [以激勵] 私營部門。

Rapidus 與 TSMC

盡管 Rapidus 的起步速度很快，但其 2027 年 2 納米的出貨日期可能會比該行業的三大領先硅生產商臺積電、英特爾和三星落后兩年，據報道，這三家公司可能會在今年下半年開始大規模生產 2 納米芯片。

為了迎頭趕上并競爭，Rapidus 正在采取與三大制造商青睞的大規模硅片生產模式不同的方法。以臺積電為代表的商業模式專注于使用 GPU 和 CPU 等大批量設備處理大批量晶圓，以高良率進行加工，并依賴于僅逐步改進的剛性加工方法。相比之下，Rapidus 將使用單晶圓工藝生產針對特定應用的專用芯片，為利基市場生產定制芯片，并且只會在以后生產大批量訂單。

顧名思義，單晶圓方法單獨處理每個晶圓，而不是分批處理。盡管許多晶圓可以同時通過生產線，但每個晶圓在工藝的每個階段都是單獨處理的。Rapidus 還將應用一種新開發的方案，稱為設計制造協同優化 （DMCO）。該公司聲稱，這將通過將設計與制造聯系起來來促進設計，這也有助于抵消因消除批處理而降低的吞吐量。通過使用 AI 優化生產參數，DMCO 旨在提高設計速度和良率。這需要在設備內部廣泛使用傳感器來測量溫度、氣體密度和反應速率等參數，以獲取大量生產數據供 AI 分析。

“這將使我們能夠測量單個晶圓的加工過程，從結果中學習，并將數據快速反饋到系統中，”Richard 解釋說。“為了提高產量，必須不斷調整參數，而這些變化取決于在加工過程中學習的數據。”

“此外，他補充說，該晶圓廠正在使用”一種革命性的網格運輸系統，使我們能夠在加工過程中將晶圓移動到任何位置，從而避免在采用線性運輸系統的標準晶圓廠中機器停機或出現問題時發生的交通擁堵。

東京大學工程學教授 Tadahiro Kuroda 說：“從制造過程中獲取大量數據并將其反饋 [到系統] 以更快地提高產量的想法將縮短上市時間”，東京大學工程學教授 Tadahiro Kuroda 說，他在東芝公司的半導體部門工作了 18 年，然后進入學術界。“這是半導體制造的理想場景，非常有意義。”

但是，由于大量新技術依賴于大量新技術，Rapidus 可能會遇到初期問題，這可能會延長將產品批量交付給客戶所需的時間。與此同時，競爭對手并沒有坐等它趕上。4 月，臺積電推出了其下一代 A14 工藝（相當于 1.4 納米節點芯片），并計劃“于 2028 年投入生產”。

“從技術上講，Rapidus 的成功取決于為 2027 年大規模生產而開發的半導體原型是否順利進行，”Osanai 說。“在兩年的時間里實現批量生產，這代表了公司成功的關鍵條件。”

其他專家則持更樂觀的看法。鑒于 AI 應用和新興 AI 數據中心的預期巨大增長，以及隨之而來的功耗飛躍，“對 2 納米芯片的需求將很大，”Kuroda 說，因為與當今領先的硅相比，這些半導體有望將功耗降低 30% 以上。“因此，對人工智能相關半導體的需求預計將超過當前代工廠的產能。”

如果后一種觀點成功，并且 Rapidus 能夠按時實現其大規模生產目標，那么政府支持的這項旨在讓日本重新獲得先進芯片制造力量地位的努力可能會成為一場成功的賭注，而不是一場輕率的賭博。