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量产2纳米芯片，日本晶圆厂能行吗？

晰数塔互联网快讯
2023-07-31 10:14

本文来自微信公众号：半导体行业观察（ID：icbank），作者：李飞，原文标题：《这个晶圆厂，前途未卜！》，题图来自：视觉中国（Rapidus社长小池淳义）

去年11月，日本Rapidus公司正式成立，目标是成为全球领先的半导体代工厂，主要面向高端工艺。根据Rapidus公司发布的材料，该公司计划研制先进的3D晶圆技术，同时目标在2025年试产并且在2027年量产2 nm先进半导体工艺。

Rapidus的成立有浓重的日本政府背景：日本政府根据其扶持本土半导体工业的法案，将向Rapidus注资约25亿美元。在日本政府之外，日本的巨头公司包括Sony、NTT、Toyota、电装和软银等也将会成为Rapidus的主要投资方。根据Rapidus的估计，为了在2027年量产2 nm半导体工艺，将会需要约350亿美元的投资。为了弥补资金缺口，Rapidus计划同时在股市IPO以募集更多资金。Rapidus的首个代工厂将会在日本北海道动工，并且在2024年完成建设以确保2025年可以开始试产。

Rapidus的2 nm半导体技术将会来自IBM。IBM虽然早在2015年就已经将其半导体制造业务剥离成了Global Foundries，但是IBM在先进半导体方面的研究并没有停滞。

例如，IBM在数十年前成立的Common Platform Alliance（共同平台联盟）是一个先进半导体工艺领域重要的研发平台，IBM、三星、Global Foundries等都是Common Platform Alliance的成员，而IBM则通过该平台与其他半导体公司持续投入先进半导体的研发，例如在2017年IBM就和三星以及Global Foundries一起在全球顶尖的半导体工艺会议Symposium on VLSI Technology上发表了基于GAA（gate-all-around）技术的5nm工艺。

此外，查阅最近几年顶尖半导体工艺会议（包括Symposium on VLSI Technology以及IEDM），都可以看到IBM发表的重要论文。而这次的2 nm半导体工艺也将会是基于IBM之前发表的GAA技术。去年12月，在Rapidus成立一个月后，IBM宣布将会和Rapidus合作，将其2 nm半导体工艺授权给Rapidus，以完成这项技术的商业化。人才方面，今年年初已经有100个工程师加入Rapidus并且已经去了美国的IBM进行技术交接。

Rapidus无疑是日本政府和财阀公司一起攒的局。从去年11月宣布成立，到12月份和IBM合作，以及今年获得总计25亿美元的政府投资，一切看上去都是日本政府在推波助澜，估计未来的IPO进一步募集资金政府也会一路绿灯放行。

Rapidus的投入，帐能算过来吗

Rapidus是否能成功，我们首先不妨看看其资金投入。

根据Rapidus官方的消息，预计将在未来四年内投入350亿美元，以完成到2027年2 nm工艺的量产工作。这里的350亿美元，应当是包含了建厂的费用以及研发的费用。

350亿美元真的能让2 nm落地吗？我们不妨参考一下台积电相关的投入数字。在台积电公布的相关数字中，可供参考的有两个：

首先是最先进工艺的建厂成本。根据台积电的官方新闻，台积电去年和今年在美国亚利桑那动工的两座代工厂，一座计划在2024年量产4 nm芯片，另一座计划在2026年量产3 nm芯片，总共投入是400亿美元——如果在日本建造2 nm工厂的成本和在美国建造3 nm工厂的成本相近的话，那么其建厂成本至少也要200~300亿美元。

其次是研发成本。根据台积电的财报，公司2022年的研发成本约为55亿美元——因此未来四年的总研发成本至少要200亿美元。事实上，虽然Rapidus从IBM获得了技术授权因此可以少走一些弯路，但是IBM的2 nm工艺我们认为离量产还有很大距离，因此Rapidus需要的研发投入并不会比TSMC少很多。

如果我们把这两个数字相加，可以发现已经到了400~500亿美元，甚至超过了Rapidus宣布的350亿美元的需求。而且，这个资金数字是经验丰富、体系完备且技术领先的台积电需要的资金，我们可以认为台积电投入这些数字就大概率能完成2 nm技术的按时交付；而Rapidus则是去年才成立，是否在未来四年中使用比台积电相近甚至更小的开销就能在2027年追上2 nm技术——我们认为风险较大，或者至少要实现高良率、成本合理的2 nm工艺的可能性并不大。

Rapidus的商业模式靠谱吗？

另一方面，Rapidus在官方新闻中宣布的商业模式也颇耐人寻味。首先是在今年六月，Rapidus CEO小池淳义在采访中表示，Rapidus将追求一种新的供应模式，即所谓的“Single-Wafer Processing”，意思是Rapidus代工厂并不会有晶圆库存，而是会精确地根据客户需求去生产，并且能满足客户的供货周期。对于一个供应链体系尚未建立的Rapidus来说，一上来就选择高难度的零库存思路的挑战非常大，除非是Rapidus只打算做订单量很小的生意。

而在上周的日经访谈中，小池淳义进一步表示Rapidus并不会像TSMC一样去服务大量的客户，而是只会专注于做几个大客户的生意。小池淳义同时称Rapidus已经在和美国的互联网巨头（包括Google，Amazon，Microsoft等）在接触，希望能借着人工智能的热潮拿下这些互联网公司自研数据中心高性能计算ASIC的订单。

从这个角度来看，Rapidus似乎并不打算在一开始的几年内获得有意义的收入。互联网巨头自研芯片虽然在人工智能热潮下愈演愈烈，但是互联网巨头自研芯片的产量并不大，并不能给Rapidus带来真正的自我造血能力。当然，事情的另一面是互联网公司自研芯片通常都带有试验性质（做得好就用自研芯片，做不好大不了继续用Nvidia），因此有较大的可能去选择一颗非常规的解决方案，例如使用Rapidus的工艺。

如果我们把两个新闻合在一起看，我们认为Rapidus使用零库存并且追求和美国互联网巨头合作来做（具有一定试验性质的）自研数据中心芯片，这就意味着Rapidus至少在最初几年内的订单并不追求任何商业价值，而更多是一种和客户的合作研发来练手自己的先进2 nm半导体工艺。

Rapidus的真相呼之欲出

总结一下我们上面讨论的Rapidus的思路：

无论是技术难度还是350亿美元的投入力度，都难以让Rapidus在2027年实现商业上良率足够高的2 nm半导体技术。

商业模式上，Rapidus并不打算接能带来足够大收入的订单，而是会通过和互联网巨头自研芯片合作研发的模式来打磨其工艺。

从这个角度来看，事情就能说通了：Rapidus在2027年的“量产”目标大概率是能以低良率（远低于能够盈利的水准）小规模生产2 nm芯片，而其客户主要是能接受和Rapidus合作研发试验性自研芯片的公司——真正严肃地需要量产芯片并进入海量电子设备的公司（例如高通）并不会是Rapidus的目标客户。

Rapidus的真正目标并不是通过芯片代工获利——或者说在可预计的未来并没有这个目标——而是通过接一些试验性芯片的订单来获取2 nm先进工艺芯片的实战经验，从而确保日本也有一个有一定生产先进半导体工艺能力的工厂。至于Rapidus背后的资金缺口，则大概率通过日本政府补贴来填上。换句话说，Rapidus并不是一个真正意义上以盈利为目的的商业公司，而是日本政府所谓“供应链安全”考量下的官办企业。

在Rapidus这个日本政府攒的局背后，则是越来越流行的“供应链安全”思路。目前，西方以及其在亚洲的盟友（日韩）都在推动各种政策确保本土的供应链（尤其是军工等敏感行业）不会在未来地缘政治进一步恶化的情况下受到影响，而半导体芯片则是供应链中最脆弱的环节之一。为此，美国、欧盟和日本等都纷纷推出补贴政策来确保本地至少有一个半导体代工厂能满足相关需求。

除了日本的Rapidus之外，美国的Intel也是这样潮流下的另一个受益者。上周，Intel刚刚发布了财报，其所有部门在第二季度的同比增长基本都是负数，唯一一个亮眼的部门就是其代工服务（IFS）。IFS在第二季度的收入同比增长达到了307%。

与Rapidus寻求和互联网公司合作类似的是，IFS的首批客户也包括了亚马逊（为其云端自研芯片代工），而更耐人寻味的是，IFS的客户列表中第一批还包括了美国国防部；而在Intel公布的第二季度IFS新增的客户名单中，我们看到的是波音和Northrop Grumman这两家美国军工领域的巨头。随着Intel在美国和欧洲获得越来越多的政府补助来建设工厂，我们预计Intel将会事实上成为美国和欧洲先进国防芯片加工最重要的制造商，而Rapidus也预计也会走相似的道路。

在Rapidus背后，我们看到的并不仅仅是一个商业计划，而更多是国际形势影响下的政治产物——当然，其未来的命运，也将很大程度上取决于国际政治下一步的走向，而不仅仅取决于Rapidus的技术是否能成功交付。

本文来自微信公众号：半导体行业观察（ID：icbank），作者：李飞