日本半導體之集大成者Rapidus，加入2nm之戰
轉：
世界上只有三家公司能夠以令人難以置信的精度大規模生產最先進的計算機芯片。上個月，日本的一家初創公司邁出了成為第四家公司的第一步。4月 1 日， Rapidus達到了一個關鍵的里程碑，它使用與IBM 合作開發的配方（基于后者的納米片晶體管結構）啟動并測試了其 2 納米節點芯片試驗線。Rapidus告訴IEEE Spectrum，其位于千歲的新晶圓廠安裝的 200 多臺尖端設備現已準備就緒，可以投入運行，其中包括關鍵設備——價值3 億多美元的最先進的極紫外( EUV )光刻系統。
“我們于2023年9月破土動工，”Rapidus Design Solutions總裁亨利·理查德（Henri Richard）表示。該公司于去年4月在硅谷圣克拉拉成立，負責美國業務發展。 “令人驚訝的是，在2025年第二季度初，我們就完成了EUV光刻系統的首次曝光，現在已準備好開始試生產。”
關于 Rapidus 何時會推出首批測試芯片，Rapidus 首席執行官 Atsuyoshi Koike在 4 月份接受《日本時報》采訪時表示：“原型芯片可能會在 7 月份生產。”該公司在一份公司聲明中澄清了媒體關于與客戶談判的報道，并表示正在“與許多潛在客戶，從大型成熟企業到人工智能初創公司”進行洽談。
Rapidus 成立于 2020 年 8 月，由八家日本國內公司組成的財團支持：Denso、Kioxia、MUFJ Bank、NEC、NTT、Softbank、Sony和Toyota 。但事實證明，作為振興該國先進半導體產業的努力的一部分，中央政府的支持更為重要。日本的支持是出于對國家安全的擔憂，因為該國在尖端芯片方面依賴可能存在脆弱的海外供應商。 （出于同樣的原因，美國也采取行動減少對日本的依賴。）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僅為 73 億日元（5100 萬美元），這引發了人們對 Rapidus 未來的擔憂。這家新代工廠估計，實現量產目標將需要約 5 萬億日元（350 億美元） 。
然而，Rapidus 的處境與如今業界最大的芯片制造商臺灣 半導體制造股份有限公司 ( TSMC ) 在 20 世紀 90 年代成立時的情況并無二致。早稻田大學商業與金融研究生院的Atsushi Osanai教授指出，當時與日本一樣，臺灣政府支持這家初創企業，而私營企業“最初并不熱衷” 。“同樣，日本私營企業對 Rapidus 也采取了觀望態度。關鍵因素在于政府是否會為 Rapidus 提供足夠的支持，以激勵私營部門。”
Rapidus 的起步速度很快，但其 2027 年的 2 納米出貨日期可能比業內三大尖端硅片生產商臺積電、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。
為了迎頭趕上并參與競爭，Rapidus 采取了與三大制造商青睞的大規模晶圓生產模式不同的策略。以臺積電為例，他們的商業模式專注于處理大批量晶圓，用于生產 GPU和 CPU 等大量設備，并保持高良率，同時依賴于只能逐步改進的僵化加工方法。相比之下，Rapidus 將使用單晶圓工藝來生產針對特定應用的專用芯片、針對利基市場的定制芯片，以及后期的大批量訂單。
顧名思義，單晶圓方法單獨處理每個晶圓，而不是批量處理。盡管許多晶圓可以同時通過生產線，但每個晶圓在流程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，這還可以幫助抵消因取消批處理而導致的吞吐量下降。通過使用 AI 優化生產參數，DMCO 旨在提高設計速度和產量。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，以收集大量生產數據供 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，并快速將數據反饋回系統，”Richard解釋說。“為了提高產量，必須不斷調整參數，而這些變化取決于加工過程中獲取的數據。”
此外，他補充說，該晶圓廠正在使用“革命性的網格傳輸系統，使我們能夠在處理過程中將晶圓移動到任何位置，從而避免在采用線性傳輸系統的標準晶圓廠中機器發生故障或出現問題時發生的交通堵塞。”
東京大學工程學教授黑田忠宏表示：“從制造過程中獲取大量數據并將其反饋回系統，以更快地提高良率，這將縮短Rapidus客戶的上市時間。”黑田忠宏曾在東芝公司半導體部門工作18年，之后轉入學術界。“這是半導體制造業的理想方案，意義非凡。”
然而，由于Rapidus依賴大量新技術，它可能會遇到初期問題，這可能會延長其批量交付產品的時間。與此同時，競爭對手也迫不及待地想趕上它。今年4月，臺積電發布了其下一代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 2027 年量產的半導體原型開發能否順利推進，”Osanai 說道。“由于只有兩年的時間來實現量產，這對公司的成功至關重要。”
其他專家則持更為樂觀的看法。黑田表示，鑒于人工智能應用和新興人工智能數據中心預計將出現巨大增長，以及隨之而來的功耗飆升，“對2納米芯片的需求將非常巨大”，因為與當今尖端硅片相比，這些半導體有望將功耗降低30%以上。“因此，預計對人工智能相關半導體的需求將超過現有代工廠的產能。”
如果后一種觀點成立，并且 Rapidus 能夠按時實現其量產目標，那么這項由政府支持的、旨在讓日本重新成為先進芯片制造業強國的努力可能會成為一場成功的賭注，而不是一場魯莽的賭博。
