文|上海汽車報
2納米制程是一個什么概念？一根頭發(fā)絲的直徑一般是5萬-6萬納米。以5萬納米計算，2納米相當于把頭發(fā)絲軸向剖分25000份。
據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》報道，在獲得日本政府補貼，以及豐田集團和日本電信電話株式會社等8家企業(yè)出資后，新公司“Rapidus”正式成立。該合資公司希望在2025-2030年間擁有量產(chǎn)2納米制程芯片的能力。
日本已落后對手10年
納米其實是一種長度單位。像大家熟知的蘋果A16仿生芯片和驍龍8芯片都是4納米制程芯片。
芯片是一種集成電路，將電阻、晶體管等元器件集成在一個小平板上，用連接線將這些電子元器件串聯(lián)起來。隨著技術(shù)的發(fā)展，利用光刻機可以將現(xiàn)有的上百億個晶體管集成在這個小平板上，集成度越高，芯片的運算能力就越強，性能自然也就越強。
設(shè)立Rapidus的目的是掌握新一代邏輯半導(dǎo)體（承擔(dān)控制、加工、演算處理方面的半導(dǎo)體）的制造技術(shù)、建立量產(chǎn)線，以及在日本推進代工業(yè)務(wù)的商業(yè)化。對于Rapidus來說，要實現(xiàn)這些目標，還要克服不少困難。在日前舉辦的Rapidus成立記者會上，新公司社長小池淳義說：“日本在尖端邏輯芯片領(lǐng)域落后競爭對手10-20年，挽回劣勢并非易事。”
尖端邏輯半導(dǎo)體研發(fā)和制造所需的投資規(guī)模已增加至以萬億日元為單位。不僅是昂貴的設(shè)備和研發(fā)，制造工藝也需要先進的技術(shù)和經(jīng)驗。日本企業(yè)未能跟上21世紀10年代的投資競爭，日本國內(nèi)的邏輯半導(dǎo)體工廠還停留在40納米左右的水平。
除了日本政府的700億日元（約合35.6億元人民幣）支援之外，Rapidus獲得了日本國內(nèi)8家企業(yè)總計73億日元投資。新公司計劃于2027年啟動生產(chǎn)，目前已開始為確保設(shè)備和人才而開展行動。
據(jù)共同社報道，分析師對新公司在全球激烈的競爭中是否能立即取得成功持懷疑態(tài)度。與美國《芯片與科學(xué)法案》提出的527億美元（約合3679億元人民幣）援助相比，日本政府只撥出了700億日元財政支持。東洋證券高級分析師安田秀樹表示，這700億日元“根本不足以”讓這家新公司在全球市場具有競爭力，芯片行業(yè)每年需要大約1萬億日元的投資?！昂茈y強迫私營公司承擔(dān)這樣的成本，因此問題是日本政府是否準備這樣做。”
目前，臺積電和韓國三星電子已掌握“3納米”產(chǎn)品的量產(chǎn)技術(shù)，還提出了2025年量產(chǎn)新一代2納米芯片產(chǎn)品的計劃。面對臺積電等代工巨頭的競爭，小池表示，Rapidus“不會在規(guī)模上追趕臺積電和三星”。臺積電和三星面向像智能手機那樣供貨量大的終端產(chǎn)品生產(chǎn)半導(dǎo)體，而Rapidus將探索與兩家領(lǐng)先企業(yè)不同的模式。
2納米是全新賽道
目前，除了臺積電和三星，英特爾也有計劃通過2納米制程重回巔峰。同時，歐洲與日本政府及企業(yè)也寄望通過2納米制程重振芯片制造。為什么有這么多企業(yè)，甚至連國家和地區(qū)都決定押注2納米芯片？
首先，2納米芯片相較于目前的主流芯片，在功耗上將大幅降低，同時性能上還會得到極大的提升。這就意味著，手機、電腦這類電子產(chǎn)品的續(xù)航和性能將會得到很大的提升。對于汽車行業(yè)而言，2納米芯片能夠加快自動駕駛汽車檢測物體的速度，縮短自動駕駛系統(tǒng)的計算時間。
另一方面，據(jù)《福布斯》報道，2納米制程的半導(dǎo)體涉及的工藝架構(gòu)、材料、設(shè)備等都會迎來更新。技術(shù)革新，意味著產(chǎn)業(yè)格局有可能重新洗牌，這也是眾多企業(yè)紛紛投入這一新賽道的重要原因?！陡２妓埂分赋?，半導(dǎo)體制程已逐漸逼近物理極限，因此晶體管架構(gòu)的改變、新型材料的應(yīng)用，抑或是封裝技術(shù)等都是研發(fā)2納米制程芯片的關(guān)鍵因素。目前，雖然多國多家企業(yè)都在發(fā)力2納米芯片，但是2納米芯片在架構(gòu)、材料和設(shè)備等方面仍面臨多重瓶頸。
2納米制程技術(shù)目前關(guān)注的重點在于晶體管架構(gòu)將從FinFET進入GAAfet時代。新架構(gòu)能有效控制2納米芯片的漏電問題，或?qū)⒊蔀?納米工藝的主流架構(gòu)。但是，目前只有三星在GAAFET架構(gòu)制程上有比較顯著的成果。今年6月，三星宣布量產(chǎn)基于GAAFet的3nm芯片。
其次，對于2納米工藝研發(fā)，新型材料的選擇與應(yīng)用同樣會起到至關(guān)重要的作用。具體而言，石墨烯、碳納米管、過渡金屬化合物等二維或一維材料因尺寸較小，有望替代硅基材料。另外，制造2納米芯片工藝還需要光刻機等設(shè)備作為支撐。目前來看，滿足2納米制程生產(chǎn)需求的光刻機，還需要突破革新光學(xué)分辨率、光刻膠等相關(guān)技術(shù)和設(shè)備系列問題。
同時，來自制造成本方面的挑戰(zhàn)也不容忽視。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，7nm工藝僅研發(fā)費用就至少需要3億美元，5nm工藝平均需要5.42億美元，而3nm、2nm的工藝起步價至少在10億美元。