NIKKEI——日本经济新闻中文版

       半导体是在芯片上集成相当于电信号“开关”的晶体管，以低价格提供较高的运算能力。英特尔1971年为计算器开发的芯片配备了2300个晶体管。而现在，苹果“iPhone14”搭载的芯片的晶体管数量达到160亿。

       推动晶体管集成的是微细化。1971年处于微米（微米为100万分之1米）级的微细化技术在半个世纪的时间里发展到纳米级。与此同时，技术革新面临的壁垒也越来越高。

尖端半导体需要先进的生产线（照片由ASML提供）

       以EUV光刻设备为代表，尖端半导体需要建设先进的生产线。

       随着微细化竞争的激化，业内企业也迅速被淘汰。法国调查公司Yole的统计显示，截至2002~2003年，涉足当时最先进的电路线宽130纳米的半导体的企业共有26家，其中包括10家日企。而到2010~2012年，涉足28~32纳米的企业总数减少至10家，日本企业实质上已经掉队。

       2020~2022年涉足5~7纳米的企业只有台积电、三星电子和英特尔这3家。成功量产3纳米半导体的则只有台积电和三星。落后的英特尔提出了“到2025年重新夺回领导地位”（英特尔CEO帕特·基辛格）的目标，正在迅速涉足尖端半导体的制造。

       1纳米的研发也已开始

       持续进行尖端开发的技术障碍主要集中在两个方面。

       首先是半导体元件的知识。即使提高晶体管的集成度，如果功耗增加或处理速度降低，也不能说提高了作为“运算装置”的性能。要解决这些问题，必须要更新形成晶体管的材料，还要有全环绕栅极这样的新结构。

       当前，采用全环绕栅极的量产半导体的制造取得进展，着眼于1纳米的新型晶体管结构的开发已经启动。目前正在讨论的“CFET”采用更为复杂的结构，在上下方向堆叠晶体管。如果不愿意在研发方面投入资源，就无法跟上新一代技术的发展。

       此外，制造流程的技术也变得更加重要。即使掌握可发挥高性能的晶体管结构和微细化技术，如果无法高效地生产没有缺陷的产品，就无法提高收益。能在多大程度上提高生产线的成品率将决定胜负。

       除了承担电路形成核心作用的光刻设备之外，与制造相关的各种技术和经验的磨合也是关键。IBM的达里奥·吉尔指出，“这正是与实验室的不同之处，世界上能够做到的企业寥寥无几”。

       台积电在这种量产技术上具备优势。该公司为苹果等大客户提供高科技产品，获得了丰厚的收益。虽然三星电子在技术方面与台积电展开竞争，包括在3纳米半导体上率先将全环绕栅极结构引入量产制程中，但苦于无法提高成品率。

       开发设备和制程的技术、确立量产工序所需的经营资源正在不断膨胀。从处于领先地位的台积电来看，研发费用2022年达到54.72亿美元，在10年间增至约4倍，投资现金流达到399亿美元，超过4倍。

       在半导体产业，也有很多企业凭借成熟的技术确保高利润。涉足以45~130纳米为主的半导体的美国德州仪器公司2022财年（截至2022年12月）的净利润率高达43.7%，接近台积电（44.9%）。此外，日本的瑞萨电子也以MCU（微控制器）和模拟半导体为主业，实现了V型复苏。

       在推动人工智能（AI）等技术不断发展方面，日本也需要建立制造最先进半导体的基础，这是日本产业界、政府和学界的共同想法。不过，投资竞争激烈，除了官方之外，还需要从民间筹集资金。熟练掌握尖端技术，打造生产率高的生产线，构建盈利能力高的经营模式——对Rapidus来说，这一切都是挑战。

       日本经济新闻（中文版：日经中文网）大越优树、江口良辅