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“三步走” 日本的半导体产业基础提升计划


2021/11/19 8:50:21



20211115日,日本经济产业省召开第四次半导体与数字产业战略研讨会,并在会上提出了有关强化日本半导体产业基础的三步走实施方案。


这也是自20216月日本经济产业省发布半导体与数字产业战略之后,为提高半导体国内产能、振兴半导体产业的又一重要举措。

在方案中,除了吸引海外先进半导体企业扩大对日投资建厂以及防止产能外流外,促进日美半导体技术合作也作为重要一步。而该方案发布的日期,正值美国商务部长雷蒙多和美国贸易代表戴琪访日期间,在会谈后发表的联合声明中,日美在半导体领域的合作同样成为焦点。

“三步走”实施方案要发展什么?

日本经济产业省在其发布实施方案中表示:全球各领域的半导体短缺问题日趋严峻,半导体对于促进DX(数字化转型)等数字技术的发展也变得愈发重要,而且从经济安全的角度来看,亟需采取措施确保半导体的稳定供应。

  • 随着数字革命的深入演进,全球半导体市场将继续增长态势(到2030年约达到100万亿日元)。其中,用于智能手机、PCDC5G基础设施的逻辑半导体和内存等大众化产品领域,美国、韩国和中国台湾占据市场主导。未来,边缘计算应用设备(自动驾驶、FA等)等新半导体需求有望在5G/5G基础设施的基础上大幅增长,这也是日本争夺市场份额的最后机会

  • 从半导体主要的应用市场来看,2000年左右的半导体应用主要是个人电脑和家用电器。而未来,除了数据中心外,车载(自动驾驶/电动汽车)/工业设备(IoT/机器人)和智能家电等边缘设备有望带动半导体市场的扩大,因此在这些增长市场中增加市场份额非常重要


  • 在电动汽车和自动驾驶领域,与自动驾驶的环境感知和信息处理,以及与电动汽车充电费用相关的车载半导体的需求不断增加。而为了确保行车安全的传感器x AI系统实现对于信息高处理性能和低功耗,以及降低充电费用降低功率半导体(SiC)的能量损失非常重要。未来,日本必须在电动汽车和自动驾驶所需的半导体市场抢占份额


  • 在物联网(智慧城市、智慧工厂等)领域,作为面向物联网的半导体,传感器以及用于AI处理的半导体需求正在不断增加。传感器的高分辨率以及用于AI处理的半导体的高处理性能和低能耗也变得愈发重要。未来,日本必须在物联网相关半导体市场抢占份额


  • 在下一代绿色数据中心领域,作为面向未来数据中心服务器的半导体,CPU、存储器(DRAMNAND)、AI加速器(GPU等)的需求将不断增加。NTTIOWN概念旨在到2030年将光电融合这一创新技术投入实际应用,从而实现超低能和超高速处理。未来,日本必须赢得节电和光电融合相关的半导体市场


“三步走”实施方案的具体内容

第一步,加快物联网相关半导体生产基地的建设,吸引先进半导体代工厂来日建厂,抑制日本半导体制造基地外流和空心化,更新和强化日本现有的半导体生产基地

日本经济产业省出,保障后5G时代不可或缺的先进半导体(逻辑半导体、存储器)的稳定供应已成为首要的安全问题而从强化日本产业基础、提高战略自主性和不可或缺性的角度来看,确保高性能半导体的产能具有重要意义。此外,在促进日本国内半导体材料和设备制造企业发展的同时,也要促进那些能够为本地创造就业机会以及半导体相关领域企业的发展。

随着半导体功能的增加,为每一台机械设备定制的特殊半导体的市场规模也在不断扩大,它们在供应链中的不可或缺性也在提升。但由于技术水平处于低端,如果将确保稳定供应的成本转移至最终产品价格中,就会导致市场份额流向低价的海外供应商,由此可能面临半导体供应链依赖于海外的安全风险。鉴于供应链的不可或缺,政府将支持对人们的生活有较大影响以及可能给经济造成巨大损失的半导体的生产(不可或缺性较高),同时也将为那些考虑通过更换/扩建制造设备以显著提高生产率以及确保稳定供应的半导体企业提供支持

第二步,与美国合作研发下一代半导体技术

日本经济产业省出,21世纪20年代中后期的实用化为目标,将推动与志同道合国家的海外代工厂在前工序(More Moore,微型化超过2nm),后工序(More than Moore3D封装,以及下一代功率半导体等下一代半导体技术领域进行研发合作。为此,政府将通过“后5G信息通信系统基础设施强化研究开发基金2000亿日元)以及绿色创新基金2万亿日元)予以推动。

“后5G信息通信系统基础设施强化研究开发基金下,有关前工序和后工序的相关研究成果已经开始市场化。在绿色创新基金下,根据产业结构审议会的讨论和公众意见,制定了下一代数字基础设施建设项目的研发/社会实施计划。

关于日美合作推动下一代半导体技术的研发,日本方面,产业技术综合研究所(AIST)已在筑波成立了2纳米的研发联盟;美国方面,IBM公司正在进行2nm工艺芯片的技术开发,美国政府还建立了国家半导体技术中心(政府出资100亿美元)。因此,日美在半导体技术领域的合作颇具前景。

第三步,开发可以改变游戏规则的领先于世界其他地区的新技术,并推动开放式创新,以及通过创新创造新优势

日本经济产业省指出,21世纪30年代之后有可能改变半导体领域游戏规则并可能主导研发趋势的光电融合技术领域,日本已处于领先地位

日本的光电融合技术路线图具体为第一步:实现硅光子、光纤、模拟IC等搭载的芯片结构,提高与芯片外部的连接速度。第二步:实现芯片之间通过超短距离光布线的直接连接;第三步:通过光布线连接芯片内的内核,实现超低功耗

在推动开放式创新方面,日本经济产业省提出,以比利时的校际微电子中心(IMEC)和IBM位于纽约奥尔巴尼(Albany)的研究实验室作为关键绩效指标(KPI),构建自主研发体系,推动与全球企业的产学合作。此外,实现全球企业需求与国内研究资源的战略匹配、建立安全层面的审查机制、人力资源开发。同时,建立半导体技术的开放式创新研发框架,大力推动日本经济产业省、文部科学省、企业、大学、国立研究机构的合作,以及建立从下一代基础研究(开放)到技术应用的官民共同承担的研发战略。

由日本经济产业省和文部科学省共同促进产业界和学术界的开放式创新:

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除了三步走实施方案,日本经济产业省还提出要改善营商环境,实现可持续发展包括:降低用电成本,推动可再生能源供应。碳中和数字化”已成为国际趋势,因此控制电力成本和促进可再生能源的供应至关重要。全球合作:建立一个在全球范围内将国家、企业、产学、人力资源和物流有机联系起来的超大体系

日本政府提供50%的政府补贴

关于方案第一步加快物联网相关半导体生产基地的建设拥有最先进半导体技术的台积电(TSMC119日正式宣布,决定投资70亿美元,与索尼集团合资在日本熊本县建设新工厂(索尼出资约5亿美元)。为此日本政府正在完善扶持尖端半导体生产企业的法律制度,目前以5G企业为支持对象的相关法律考虑将半导体纳入其中,日本国内建立半导体生产工厂的费用提供50%补贴。作为资金来源,日本政府将通过2021年度补充预算案中划拨数千亿日元,在日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)设立基金


日本政府为在日建厂的半导体企业提供补贴有一个条件,即在半导体供求紧张之际优先向日本供货。据悉,日本政府将在12召开的临时国会上提交有关补贴框架的相关修正案,台积电或将成为第一个补贴对象。届时,台积电在日新工厂总额1万亿日元的投资额中,日本政府最高将补贴一半,即5000亿日元。新工厂将于2022年开工建设,计划2024年年底之前在熊本县启动量产,生产2228纳米的逻辑半导体。该类半导体主要用于无人驾驶、物联网(IoT)、工厂自动化设备等,也是今后日本汽车、机电、机械等诸多行业不可或缺的零部件。而目前日本的生产线是40纳米以上,落后了好几代。尽管新工厂并没有配备生产几纳米的最先进生产线,但对于日本而言,通过吸引大型外资企业建厂,已经迈出向半导体产业复兴的第一步。

日美已多次强调就半导体供应链进行合作的重要性


关于第二步与美国合作研发下一代半导体技术,日美有关确保半导体供应链的合作早已开启

20214日美首脑会谈中,双方确认建立半导体分散型供应链的重要性,讨论构建新的生产加工基地(远离地缘政治风险地区),并建立由日本的国家安全保障局和经济产业省、美国的国家安全委员会(NSC)和商务部等政府部门参加的工作组。

而美国商务部长雷蒙多刚刚结束日本访问,在1115日与日本经济产业大臣萩生田光一会谈后,双方再次表示,将建立商业和工业领域的合作伙伴关系,尤其将在半导体供应链、5G通信与其他关键领域开展合作。

全球半导体供应链的重构序幕已经拉开,通过“三步走”方案,日本将在其中扮演重要角色。


(机工智库研究员/王珊珊)