NIKKEI——日本經濟新聞中文版

       半導體是在晶片上整合相當於電信號“開關”的電晶體，以低價格提供較高的運算能力。英特爾1971年為計算器開發的晶片配備了2300個電晶體。而現在，蘋果“iPhone14”搭載的晶片的電晶體數量達到160億。

       推動電晶體整合的是微細化。1971年處於微米（微米為100萬分之1米）級的微細化技術在半個世紀的時間裏發展到奈米級。與此同時，技術革新面臨的壁壘也越來越高。

尖端半導體需要先進的生産線（照片由ASML提供）

       以EUV光刻設備為代表，尖端半導體需要建設先進的生産線。

       隨著微細化競爭的激化，業內企業也迅速被淘汰。法國調查公司Yole的統計顯示，截至2002~2003年，涉足當時最先進的電路線寬130奈米的半導體的企業共有26家，其中包括10家日企。而到2010~2012年，涉足28~32奈米的企業總數減少至10家，日本企業實質上已經掉隊。

       2020~2022年涉足5~7奈米的企業只有臺積電、三星電子和英特爾這3家。成功量産3奈米半導體的則只有臺積電和三星。落後的英特爾提出了“到2025年重新奪回領導地位”（英特爾CEO帕特·基辛格）的目標，正在迅速涉足尖端半導體的製造。

       1奈米的研發也已開始

       持續進行尖端開發的技術障礙主要集中在兩個方面。

       首先是半導體元件的知識。即使提高電晶體的整合度，如果功耗增加或處理速度降低，也不能説提高了作為“運算裝置”的性能。要解決這些問題，必須要更新形成電晶體的材料，還要有全環繞柵極這樣的新結構。

       當前，採用全環繞柵極的量産半導體的製造取得進展，著眼于1奈米的新型電晶體結構的開發已經啟動。目前正在討論的“CFET”採用更為複雜的結構，在上下方向堆疊電晶體。如果不願意在研發方面投入資源，就無法跟上新一代技術的發展。

       此外，製造流程的技術也變得更加重要。即使掌握可發揮高性能的電晶體結構和微細化技術，如果無法高效地生産沒有缺陷的産品，就無法提高收益。能在多大程度上提高生産線的成品率將決定勝負。

       除了承擔電路形成核心作用的光刻設備之外，與製造相關的各種技術和經驗的磨合也是關鍵。IBM的達裏奧·吉爾指出，“這正是與實驗室的不同之處，世界上能夠做到的企業寥寥無幾”。

       臺積電在這種量産技術上具備優勢。該公司為蘋果等大客戶提供高科技産品，獲得了豐厚的收益。雖然三星電子在技術方面與臺積電展開競爭，包括在3奈米半導體上率先將全環繞柵極結構引入量産製程中，但苦於無法提高成品率。

       開發設備和製程的技術、確立量産工序所需的經營資源正在不斷膨脹。從處於領先地位的臺積電來看，研發費用2022年達到54.72億美元，在10年間增至約4倍，投資現金流達到399億美元，超過4倍。

       在半導體産業，也有很多企業憑藉成熟的技術確保高利潤。涉足以45~130奈米為主的半導體的美國德州儀器公司2022財年（截至2022年12月）的凈利潤率高達43.7%，接近臺積電（44.9%）。此外，日本的瑞薩電子也以MCU（微控制器）和模擬半導體為主業，實現了V型復蘇。

       在推動人工智慧（AI）等技術不斷發展方面，日本也需要建立製造最先進半導體的基礎，這是日本産業界、政府和學界的共同想法。不過，投資競爭激烈，除了官方之外，還需要從民間籌集資金。熟練掌握尖端技術，打造生産率高的生産線，構建盈利能力高的經營模式——對Rapidus來説，這一切都是挑戰。

       日本經濟新聞（中文版：日經中文網）大越優樹、江口良輔