在台积电占据主导地位之际，日本押注数十亿美元豪赌芯片：Rapidus重塑半导体世界的豪赌内幕
在日本北部北海道千岁市，在空旷的平原上，一场静悄悄的革命正在酝酿。 在一个由反光钢和玻璃包裹的时尚工业设施内，一条原型生产线正在启动，试图完成半导体领域一些人认为几乎不可能的事情：挑战台积电（TSMC）在尖端芯片领域的全球主导地位，并以更快的速度、更精简的模式从头开始。
（图片：Rapidus在北海道千岁市建设中的先进半导体制造厂（晶圆厂）外观。）
幕后公司是 Rapidus，一家直到最近在日本以外还鲜为人知的初创公司。 但在数十亿美元公共和私人资本的推动下，它的雄心绝非微不足道。 到 2027 年，Rapidus 计划大规模生产 2 纳米芯片——为智能手机到人工智能（AI）系统等各种设备提供动力的先进硅组件——从而直接与台积电和三星竞争，这两家公司是价值 900 亿美元的全球代工市场中无可争议的巨头。
“美国和中国之间日益紧张的关系，让人们越来越希望有另一家芯片供应商，”Rapidus 首席执行官小池淳义表示，他将公司的战略定位不仅是技术雄心，也是地缘政治对冲。
全球半导体代工市场份额（按收入），突出显示台积电的主导地位。
| 代工厂 | 市场份额 (%) | 季度/年份 |
|---|---|---|
| 台积电 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) | 67.1% | 2024 年第 4 季度 |
| 三星电子 | 8.1% | 2024 年第 4 季度 |
| 中芯国际 (Semiconductor Manufacturing Int'l Corp.) | 5.5% | 2024 年第 4 季度 |
| 联华电子 (United Microelectronics Corp.) | 4.7% | 2024 年第 4 季度 |
| 格罗方德 | 4.6% | 2024 年第 4 季度 |
| 华虹集团 | 2.6% | 2024 年第 4 季度 |
日经新闻今天透露，该公司正在与一些科技巨头进行深入谈判：苹果、谷歌、亚马逊、Meta 和微软。 这些还不是最终的交易，但它们预示着一股构造性的暗流：半导体世界可能正准备进行重组。
战略转变：日本的产业豪赌
几十年来，日本一直是半导体强国。 东芝和 NEC 等公司一度主导着全球存储芯片市场。 但随着逻辑芯片和代工时代的到来，日本被超越了。 台积电凭借其规模和精度，变得不可或缺。 如今，全球超过 90% 的最先进芯片都在台湾生产——鉴于美国与中国之间的紧张关系日益加剧，以及对台湾地缘政治风险日益增长的担忧，这种集中度令人不安。
半导体代工模式是指公司专门从事集成电路制造，这些集成电路的设计由其他公司提供，这些公司通常被称为无晶圆厂半导体公司。 与设计和生产自有芯片的集成设备制造商（IDM）不同，代工厂作为合同制造商运营，专注于为客户进行制造。
“美国和中国之间日益紧张的关系，让人们越来越希望有另一家芯片供应商，”Rapidus 首席执行官小池淳义表示，他将该合资企业定位为一项商业举措，也是一项地缘政治使命。
为此，东京正在全力以赴。 从本财年开始，日本政府将向 Rapidus 注入 2000 亿日元（约合 13.7 亿美元），预计还将根据其国家半导体战略提供更多资金。 包括索尼、丰田和软银在内的八家日本主要公司也加入了该合资企业，这标志着政治意愿和产业力量罕见地结合在一起。
Rapidus 的大手笔：以 2 纳米的雄心跨越差距
技术门槛再高不过了。 台积电今年已经开始生产 2 纳米芯片。 英特尔和三星也在朝着同一方向努力。 与此同时，Rapidus 只是刚刚启动其原型生产线。 时间表非常大胆：三年内，从部分运行的试点工厂到全面、商业级的大规模生产地球上最先进的技术之一。
芯片中的“纳米”测量值（例如 2 纳米）是指半导体制造技术的特定代或“节点”。 虽然历史上与晶体管等特征的尺寸相关，但它现在主要用作行业标签，表明晶体管密度增加，从而与旧节点相比，性能和能源效率得到提高。
然而，与竞争对手不同，Rapidus 并没有试图攀登同一座山。 相反，它正在开辟一条不同的道路，旨在超越，而不是压倒。 该公司计划通过单晶圆处理方法来超越传统的制造模式——这是一种潜在的更快反馈循环，可以实现实时质量控制和定制。
这种模式可能会吸引需要快速迭代和专用芯片设计的人工智能客户。 但它在规模上尚未得到证实。
“传统模式是为批量生产而设计的。 Rapidus 押注的是速度和特异性，”一位不愿透露姓名的东京芯片行业分析师表示。 “这很聪明，但如果你的产量没有足够快地提高，你的成本基础就会杀死你。”
它能扩大规模吗？ 收益率曲线和制造挑战
任何芯片代工厂的核心都是一个残酷的等式：良率。 你每个晶圆可以提取多少个功能正常的芯片？ 台积电的优势不仅来自工程技术，还来自十年来对提高单位良率的执着，从而降低了单位成本。 相比之下，Rapidus 的目标是首次运行良率达到 50%，并随着时间的推移达到 80-90%——一些专家称这是一个“数学上乐观”的目标。
在半导体制造中，良率是指相对于最大可能数量，从硅晶圆成功生产的功能芯片或芯片的百分比。 这是一个关键指标，因为更高的良率表明更高的制造效率，并直接转化为更低的每芯片生产成本。 新工艺节点随时间推移的半导体制造良率提高曲线图示。
| 阶段 | 典型时间范围 | 良率范围（图示） | 主要因素和注意事项 |
|---|---|---|---|
| 研发/试点 | 初始阶段 | 低 (< 50%) | 工艺稳定化，识别主要缺陷来源，测试初始设计。 良率变化很大，并且通常受到系统问题的限制。 |
| 爬坡 | 生产的头几个季度 | 50% - 80% | 开始批量生产。 重点转移到快速良率学习、缺陷减少、工艺优化以及识别系统缺陷与随机缺陷。 |
| 成熟 | 推出后 1-3 年 | > 80% - 90%+ | 工艺稳定，良率提高速度减慢（接近应有良率）。 专注于降低成本、进行小幅工艺调整以及保持稳定性。 |
| 优化 | 在整个节点生命周期中持续进行 | > 90% | 持续改进，通过工艺调整（例如，减少 EUV 层）来优化成本，可能会推出该节点的增强版本（例如，N3 -> N3E）。 |
这种方法的风险很高。 早期良率的任何失误都可能导致成本飙升，客户跑回更安全的港湾。
“没有延误的空间，”一位熟悉 Rapidus 工艺流程的美国半导体顾问表示。 “错过的每个季度不仅是烧钱，而且是失去信任。”
更具挑战性的是，Rapidus 正在从头开始构建其生态系统。 与位于台湾成熟供应链枢纽的台积电不同，Rapidus 必须协调设备、工具、光掩模基础设施、封装和测试，而该国已经几十年没有制造出领先的芯片了。
为了弥合这一差距，该公司已与 IBM 合作进行核心技术转让。 但执行仍然至关重要。
谈判与订单：兴趣与承诺之间的鸿沟
日经新闻报道称，Rapidus 正在与苹果、谷歌、亚马逊、Meta 和微软进行谈判，这点燃了投资者的热情。 但到目前为止，这些都是探索性谈判，而不是合同。 这种区别至关重要。
主要科技公司正在越来越多地实现其供应商基础的多元化。 美国的《芯片法案》已推动他们转向国内或盟国生产，而日本因其工程基础和政治联盟而成为一个有吸引力的目的地。 但尚无主要客户与 Rapidus 签署具有约束力的协议。
“这是一种对冲，”一家美国云公司的供应链战略家说。 “他们正在开会，计算数字。 但在有一个能够持续生产具有可靠良率的晶圆厂之前，没有人会做出承诺。”
事实上，GlobalFoundries（一家试图与台积电正面交锋，但最终从前沿领域撤退的美国代工厂）的教训是，单有雄心是不够的。 规模、生态系统和时间都很重要。
政府因素：公共资本遇到私人风险
Rapidus 最大的支持者是日本政府。 这既是优势，也是风险。
从政治上讲，这表明该项目具有国家重要性，类似于日本的太空计划或高速铁路投资。 从经济上讲，它可以降低早期损失的风险。 但这也提高了风险。 失败可能不仅被解读为企业失误，还被解读为对国家主导的产业政策的控诉。
“Rapidus 有可能成为一个象征，”一位前日本贸易官员说。 “要么是国家复兴的象征，要么是工业怀旧的危险的象征。”
尽管如此，更广泛的经济潜力是诱人的。 如果 Rapidus 成功，它可能会催化整个价值链——促进高科技行业的就业，吸引 EDA 和设备公司回到日本，并减少对韩国和台湾进口的依赖。
未来之战：全球芯片战争的战略意义
半导体世界正处于动荡之中。 人工智能正在重塑计算需求。 地缘政治紧张局势正在重绘供应地图。 气候风险、劳动力短缺和不断上涨的晶圆厂成本都在蚕食旧的代工模式。
在此背景下，Rapidus 的主张——敏捷、可定制、对主权友好的芯片制造——不仅仅是可行的。 它是及时的。
如果该公司能够实现其 2027 年的目标，即使是适度的市场份额——占高性能代工需求的 5% 到 10%——也可能会迫使现有企业做出改变。 台积电可能需要加快在日本或美国的产能。 三星可能会重新考虑其合同制造定价。 Nvidia、AMD 甚至初创公司都可能有新的选择来快速构建人工智能加速器的原型。
但反过来也是如此：如果 Rapidus 失败，该合资企业可能会成为一个案例研究，说明如何不从头开始构建代工厂。
重塑与过度扩张之间的微妙平衡
Rapidus 正在尝试做一件无人能在有生之年完成的事情：快速地、从头开始地、与时间赛跑地打造先进半导体的国家冠军。 它拥有资金、人才和地缘政治的推动力。 它还面临着制造、经济和执行风险的挑战。
对于投资者和战略家来说，问题不再是 Rapidus 是否重要。 而是它是否能够交付。 未来两年——在良率目标、客户签约和生态系统建设方面——将决定这是否会成为日本的半导体复兴，或者只是科技颠覆漫长历史中的又一个脚注。
在那之前，北海道的机器正在升温。 比赛也开始了。