世界上只有三家公司能夠執(zhí)行大規(guī)模制造最先進(jìn)的計算機(jī)芯片的令人難以置信的精度。上個月，日本的一家初創(chuàng)公司邁出了成為第四家的第一步。Rapidus 在 4 月 1 日實(shí)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的里程碑，它使用與 IBM 合作開發(fā)的配方，基于 IBM 的納米片晶體管結(jié)構(gòu)，啟動并測試了其 2 納米節(jié)點(diǎn)芯片的試驗(yàn)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(shè)備，包括 Keystone 部件，一個價值超過 3 億美元的最先進(jìn)的極紫外 （EUV） 光刻系統(tǒng)，現(xiàn)已準(zhǔn)備好投入運(yùn)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(jiān)督美國的業(yè)務(wù)發(fā)展?！耙虼?，在 2025 年第二季度初，我們已經(jīng)對 EUV 光刻系統(tǒng)進(jìn)行了首次曝光，現(xiàn)在準(zhǔn)備開始試生產(chǎn)，這真是太神奇了。”

至于 Rapidus 何時發(fā)貨第一批測試芯片，Rapidus 首席執(zhí)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(chǎn)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(jìn)行討論，從大型成熟企業(yè)到 AI 初創(chuàng)公司”。

5 萬億日元：資金 Rapidus 預(yù)測需要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)

Rapidus 成立于 2020 年 8 月，得到了八家國內(nèi)公司組成的財團(tuán)的支持：電裝、鎧俠、MUFJ Bank、NEC、NTT、軟銀、索尼和豐田。但事實(shí)證明，中央政府的支持更為重要，這是振興該國先進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)努力的一部分。日本的支持是出于對國家安全的擔(dān)憂，因?yàn)樵搰蕾嚳赡艽嗳醯暮Ｍ夤?yīng)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(bǔ)貼總額為 1.72 萬億日元（120 億美元）。然而，八位創(chuàng)始人的股權(quán)投資仍然只有 73 億日元（5100 萬美元），這引發(fā)了人們對 Rapidus 未來的擔(dān)憂。新鑄造廠估計，要實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模生產(chǎn)目標(biāo)，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(xiàn)在業(yè)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(xué)（Waseda University）商業(yè)與金融研究生院教授大巳（Atsushi Osanai）指出，當(dāng)時和日本一樣，臺灣政府支持這家初創(chuàng)公司，而私營公司“最初并不熱情”?！巴瑯?，日本私營公司對 Rapidus 也持觀望態(tài)度。關(guān)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(yè)的三大領(lǐng)先硅生產(chǎn)商臺積電、英特爾和三星落后兩年，據(jù)報道，這三家公司可能會在今年下半年開始大規(guī)模生產(chǎn) 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(guī)模硅片生產(chǎn)模式不同的方法。以臺積電為代表的商業(yè)模式專注于使用 GPU 和 CPU 等大批量設(shè)備處理大批量晶圓，以高良率進(jìn)行加工，并依賴于僅逐步改進(jìn)的剛性加工方法。相比之下，Rapidus 將使用單晶圓工藝生產(chǎn)針對特定應(yīng)用的專用芯片，為利基市場生產(chǎn)定制芯片，并且只會在以后生產(chǎn)大批量訂單。

顧名思義，單晶圓方法單獨(dú)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(chǎn)線，但每個晶圓在工藝的每個階段都是單獨(dú)處理的。Rapidus 還將應(yīng)用一種新開發(fā)的方案，稱為設(shè)計制造協(xié)同優(yōu)化 （DMCO）。該公司聲稱，這將通過將設(shè)計與制造聯(lián)系起來來促進(jìn)設(shè)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(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，DMCO 旨在提高設(shè)計速度和良率。這需要在設(shè)備內(nèi)部廣泛使用傳感器來測量溫度、氣體密度和反應(yīng)速率等參數(shù)，以獲取大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)供 AI 分析。

“這將使我們能夠測量單個晶圓的加工過程，從結(jié)果中學(xué)習(xí)，并將數(shù)據(jù)快速反饋到系統(tǒng)中，”Richard 解釋說?！盀榱颂岣弋a(chǎn)量，必須不斷調(diào)整參數(shù)，而這些變化取決于在加工過程中學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)?！?/p>

“此外，他補(bǔ)充說，該晶圓廠正在使用”一種革命性的網(wǎng)格運(yùn)輸系統(tǒng)，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(yùn)輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)晶圓廠中機(jī)器停機(jī)或出現(xiàn)問題時發(fā)生的交通擁堵。

東京大學(xué)工程學(xué)教授 Tadahiro Kuroda 說：“從制造過程中獲取大量數(shù)據(jù)并將其反饋 [到系統(tǒng)] 以更快地提高產(chǎn)量的想法將縮短上市時間”，東京大學(xué)工程學(xué)教授 Tadahiro Kuroda 說，他在東芝公司的半導(dǎo)體部門工作了 18 年，然后進(jìn)入學(xué)術(shù)界?！斑@是半導(dǎo)體制造的理想場景，非常有意義。”

但是，由于大量新技術(shù)依賴于大量新技術(shù)，Rapidus 可能會遇到初期問題，這可能會延長將產(chǎn)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(dāng)于 1.4 納米節(jié)點(diǎn)芯片），并計劃“于 2028 年投入生產(chǎn)”。

“從技術(shù)上講，Rapidus 的成功取決于為 2027 年大規(guī)模生產(chǎn)而開發(fā)的半導(dǎo)體原型是否順利進(jìn)行，”O(jiān)sanai 說?！霸趦赡甑臅r間里實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，這代表了公司成功的關(guān)鍵條件?！?/p>

其他專家則持更樂觀的看法。鑒于 AI 應(yīng)用和新興 AI 數(shù)據(jù)中心的預(yù)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?yàn)榕c當(dāng)今領(lǐng)先的硅相比，這些半導(dǎo)體有望將功耗降低 30% 以上?！耙虼耍瑢θ斯ぶ悄芟嚓P(guān)半導(dǎo)體的需求預(yù)計將超過當(dāng)前代工廠的產(chǎn)能?！?/p>

如果后一種觀點(diǎn)成功，并且 Rapidus 能夠按時實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模生產(chǎn)目標(biāo)，那么政府支持的這項(xiàng)旨在讓日本重新獲得先進(jìn)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。