(Daily Issue)日本半導體動起來　從彌補邏輯IC缺口開始

日本政府推動半導體產業，力道逐步增強。先是補貼台積電興建熊本廠，再推動日美等國研發2奈米以下先進製程晶片量產技術，並由官方扶持最先進製程晶圓製造廠Rapidus成立。

日本官方的這些步驟，可以從日本經產省政策規畫中看出端倪。

2021年日本經產省整理出半導體戰略之後，到目前為止的實施成果，將於本文中逐一檢視。

日本經產省歸結的日本半導體五大問題

曾在1980、1990年代稱霸半導體業的日廠，近來已衰退，邏輯IC製程更留停在40奈米等級。根據日本經產省官網，2021年整理出的半導體戰略中，曾指出日本半導體業發展落後的5項原因，包括：

一、美日貿易衝突後，兩國於1980年代後期簽訂美日半導體協定，限制日本半導體業發展。

二、日本半導體業沒有跟上IC設計與晶圓製造2個領域分離的水平分工模式。

三、日本數位轉型與數位化產業發展遲緩，半導體缺乏需求。

四、過度強調日本自力研發。近年來半導體技術的突破，許多都來自於跨國合作建立的開放性生態系，例如歐洲的比利時微電子研發中心（Imec）與美國的Albany奈米科技中心（Albany NanoTech Complex）。

五、1990年代日本泡沫經濟破滅後日企投資縮小，但南韓、台灣、中國官方則大力支援半導體投資。

五大問題的解決：與美國聯手　並引進IBM、Imec等海外技術

日本經產省列出的這些缺點，在近2年的日本官方政策中，已有重大調整。

首先，日本與美國關係，已與30年前不同。

地緣政治板塊變動的背景下，日本在整體國策上，選擇與美國聯合的基本路線。這項國策體現於半導體等科技發展上，則是與美國進行技術合作。

在發展2奈米以下先進製程晶片的量產技術上，日本已表明立場，要與美國進行技術合作，包括先進半導體科技中心（Leading-edge Semiconductor Technology Center；LSTC），就是與IBM等美國廠商與機構，進行2奈米以下最先進製程量產技術的研發合作。

Rapidus將購買IBM以奈米片（nanosheet）技術製作2奈米晶片的專利，並派技術人員前往IBM為中心的Albany奈米科技中心。

此外，美國與日本官方已多次確認，會在半導體供應鏈、技術研發與人才培育，此外還包括量子、人工智慧（AI）等高科技領域的合作。

日本在半導體材料與設備的優勢，不但可以在最先進晶片的製造技術研發上有能力與美國合作，而且在美國拉攏盟友建立穩固的半導體供應鏈，以及擴大對中國半導體技術封鎖的包圍網中，日本也佔有重要地位。

其次，日本與美國的技術合作之外，也加強與歐洲的技術合作。日本不再過度堅持自力研發。

與歐洲的合作，最近的例子是比利時Imec的訪日。Imec先在東京與Rapidus簽署技術合作備忘錄，並宣布會在日本設立研發團隊，強力支持日本在最先進製程晶片製造技術的發展。

接著Imec又到京都，與日本晶圓清洗設備廠Screen簽訂合約，共同開發更精細的下一代先進製程設備與3D結構晶片之清洗技術。

Imec認為，日本在半導體材料與設備上領先，不過歐洲與日本都缺乏先進製程IC的量產技術，兩者應建立牢固的合作關係。Imec本身也在歐洲，與德國的Fraunhofer研究協會（Fraunhofer-Gesellschaft）、法國的替代能源、核能、電子資訊研究所（CEA-Leti）等合作，試圖發展歐洲自己的最先進半導體生態系，涵蓋設計到量產。

持續補貼台積電等在境內設廠　官方撥款籌組日系晶圓代工廠Rapidus

至於日本投資半導體規模偏低，且未跟上全球半導體業在IC設計與晶圓製造分工的產業趨勢，對於這2點，目前日本官方政策已大幅轉變。

日本政界如半導體戰略推進議員聯盟會長甘利明等，2021年起就多次主張日本官民合計10年內投資半導體10兆日圓（約730億美元），以振興日本半導體，並加強晶片斷供風險，維護半導體供應鏈穩定與經濟安全。日本半導體產業協會主席、鎧俠（Kioxia）社長早坂伸夫等半導體業界人士，也提出類似看法。

在實際的作為上，日本政府在2021年度，與2022年度，都提出預算修正案，補助半導體發展。

其中，2021年度的預算修正案提出6,170億日圓，補貼日本境內的半導體生產，且不限於日廠。

獲得補助的有3個團隊，首先是台積電與Sony、電裝合資，位於熊本的12吋晶圓製造公司JASM，製程技術16/12奈米與28/22奈米，最高補助4,760億日圓，以目前匯率計算近35億美元，約佔總建設費86億美元的4成。這是日本對於外資設廠罕見的高額補貼。

第二是鎧俠（Kioxia）與威騰（WD）合資的日本三重縣四日市工廠的第六代162層3D NAND Flash的新廠房，產能月產10.5萬片，最高補助929.3億日圓。

第三是美光（Micron）位於日本廣島縣的1β世代的DRAM新廠房，產能月產4萬片，最高補助464.7億日圓。

2021年度預算修正案補貼的對象，包含10~20奈米等級的邏輯IC製造，以及最新的DRAM與NAND Flash記憶體。

接下來到了2022年度的第二次預算修正案，日本內閣又提列1.3兆日圓支援半導體。

其中，4,850億日圓，將用於日本引進美國、歐洲技術的最先進半導體研發據點，也就是LSTC。LSTC發展的最先進製程晶片製造技術，將提供給Rapidus量產。

另有4,500億日圓，用於整頓及興建先端產品的生產據點。日本經產省宣布補貼Rapidus成立的700億日圓，就是要從這個部分支應。

其餘3,686億日圓，用於半導體相關材料供應鏈以及改善能源效率相關半導體開發。據日經（Nikkei）報導，這將包含支援SiC功率半導體的發展。

從2021、2022年度日本政府對半導體業的補貼，包括日本缺乏的10~20奈米等級的邏輯IC，以及最先進的2奈米以下邏輯IC，還有日廠仍有一定市佔的NAND、在日本生產的外資工廠的DRAM，另外也沒放過日廠握有一定競爭力的SiC功率半導體等領域，幾乎涵蓋半導體各種類。

雖然這些廠商並非都是日廠，不乏仰賴外資或外國技術的部分，但也有助於打造日本境內的半導體供應鏈。

而日本官方與8家日廠合資成立的Rapidus，更是公開宣布要從事晶圓代工。這也是日本試圖彌補當年沒有因應IC設計與晶圓代工分工的趨勢。

Rapidus與LSTC已經擺開陣勢，朝向連台積電與三星電子尚未達成的2奈米以下最先進半導體的量產技術發展。

不過根據Rapidus社長小池淳義估計，2奈米以下最先進製程IC，從研發到量產，需要5兆日圓（約366億美元）。官方、民間廠商與銀行融資，還需要大力投入，才有機會達成2025年後量產的目標。

另外，也傳出日本政府正與台積電商討，除了興建中的熊本晶圓廠之外，再興建使用EUV機台的7奈米新廠及封裝廠。

雖然還在消息階段，不過這顯然是為了補上日本要發展的2奈米晶片，與10~20奈米等級的熊本廠之間的製程缺口，希望讓日本境內的製程陣容更加完整。

日本另一道難題：產業數位化

最後的問題，則是創造日本半導體的需求。也就是日本數位轉型、數位產業相對發展較慢，要如何加快腳步以創出足夠需求。

日本製造業原本的強項是汽車生產，日本車廠在汽車朝向純電動化、自動駕駛、車聯網、數位化、軟體定義汽車等的轉型上，需要更多新世代功率半導體、更精細化的運算平台晶片、影像感測器等半導體產品。

汽車數位轉型的速度與數量，都會影響台積電或Rapidus未來在日本市場的車用晶片需求。

重點仍是發展數位產業。日本經產省2022年7月的半導體與數位產業略戰略檢討會議中指出，日本數位產業的地位正在下降。2001年的大型電腦（Mainframe）市場，日廠仍有38.6%市佔，高於美國的23.1%及西歐的27.3%。

但到2020年，市場轉往雲端系統，包含基礎設施即服務（IaaS）、平台即服務（PaaS）等，日廠市佔僅2.6%，遠低於美國的60.2%，歐洲的21.9%，也低於中國的5.5%。

如何在數位產業恢復日廠影響力，創造出日本半導體業在本國內部的需求，使半導體業與數位產業互相支撐，則是另一個大題目，恐怕像振興半導體一樣，需要龐大資源來推動。