危機(jī)四伏的日本半導(dǎo)體設(shè)備

聚光燈開始照射到曾是日本衰落產(chǎn)業(yè)代表的半導(dǎo)體領(lǐng)域?！叭毡景雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)將復(fù)興”的輿論日益盛行。不過，我（湯之上隆）并不認(rèn)同這種輿論，認(rèn)為它會“復(fù)興”的想法本身就是錯誤的（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)域世界市場份額的50%。當(dāng)時，日本在半導(dǎo)體存儲器DRAM領(lǐng)域幾乎壟斷了80%的全球市場份額。換句話說，80年代中期的“世界市場份額50%”主要來自DRAM。

然而，在90年代，日本的DRAM市場份額迅速下降，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。而爾必達(dá)在2012年宣布破產(chǎn)，被美國美光收購。

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，臺積電熊本工廠和Lapidus計劃生產(chǎn)的不是在20世紀(jì)80年代中期曾經(jīng)壟斷80%市場份額的DRAM，而是先進(jìn)的邏輯半導(dǎo)體，這是過去并不強(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（迄今為止相對較弱的）邏輯半導(dǎo)體的新挑戰(zhàn)。那么，這個挑戰(zhàn)是否會成功呢？

01 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)品無法制造。因此，以汽車為核心產(chǎn)業(yè)的日本、美國、德國政府，要求臺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日在國會獲得通過并成立。此后，基于這項修法，一系列半導(dǎo)體工廠的補(bǔ)助計劃陸續(xù)公布（見圖2）。

那么，這一政策會增加日本半導(dǎo)體的市場份額嗎？

02 日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)份額會增加嗎？

首先，索尼和電裝公司將對臺積電進(jìn)行資本參與。臺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，臺積電熊本工廠并不會優(yōu)先生產(chǎn)面向日本市場的半導(dǎo)體。此外，日本幾乎沒有專門從事設(shè)計的半導(dǎo)體制造商（通常稱為“無晶圓廠”）。因此，即使臺積電熊本工廠建成，日本的市場份額也不會顯著增加。

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

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

最后，在2022年11月，Lapidus宣布計劃在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Lapidus提供了資金支持，但對日本市場份額的貢獻(xiàn)仍然可以說是0％。

03 為什么Lapidus無法量產(chǎn)2nm

首先，2納米技術(shù)的開發(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)驗豐富的生產(chǎn)技術(shù)人員。這些1，500名超級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年底才會引入EUV技術(shù)，而且可能無法熟練掌握。以下是這一觀點(diǎn)的依據(jù)（見圖3）。

首先，處于技術(shù)前沿的臺積電在2018年進(jìn)行了約一百萬次的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)將會面臨巨大挑戰(zhàn)。

其次，目前在委托生產(chǎn)方面，沒有半導(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，臺積電每年從美國蘋果公司獲得委托，生產(chǎn)超過2億個新款iPhone處理器，價格每個100美元以上。臺積電在與客戶簽訂委托生產(chǎn)合同之前，會進(jìn)行開發(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，但目前沒有任何委托生產(chǎn)的合同或計劃。因此，可以說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)可能會以失敗告終。那么，日本應(yīng)該采取什么行動呢？

04 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)”?！皬?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份額（見圖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)備和測長電子顯微鏡（CD-SEM）等領(lǐng)域，日本的市場份額也很高（見圖5）。

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

韓國擁有三星電子和SK Hynix，已經(jīng)成為半導(dǎo)體存儲大國。中國臺灣擁有全球份額約60%的臺積電，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、中國臺灣、大陸以及歐美。換句話說，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在沒有日本的設(shè)備和材料的情況下無法維持運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，日本的設(shè)備產(chǎn)業(yè)正面臨著危機(jī)。

05 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，日本一直在與美國爭奪設(shè)備市場份額的領(lǐng)先地位。然而，自2012年以來，日本的市場份額急劇下降，到2022年已降至不到美國市場份額的一半，僅為24％。

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

在這種情況下，已經(jīng)很難再說“日本的制造設(shè)備很強(qiáng)大”。而且，如果市場份額持續(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，日本的設(shè)備產(chǎn)業(yè)可能會走上與半導(dǎo)體存儲器產(chǎn)業(yè)相同的道路。因此，不應(yīng)該將大量資金投入到無法帶來成果的Lapidus這樣的項目中。