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日本半导体复兴大业的三支箭

在日本半导体三支箭中,Rapidus的成功营运将是难度最高的目标。

如同十多年前的日本安倍经济学的三支箭,以拯救日本长期的通缩、振兴经济,提升日本的竞争力。在1980~90年代,曾是世界第一的日本半导体产业,经历失落的30年,最近不约而同地射出了三支箭,希望能一举扭转目前的颓势。东京大学的黑田忠广教授,甚至称之为「热水中被煮着的青蛙,突然间跳了起来。」

是哪三支箭要来振兴日本的半导体产业?

第一支箭就是日积电(JASM),台积电的熊本厂;第二支箭是日本政府主导,结合几家日本重要企业,在北海道设立的Rapidus,直接切入2纳米的制程;第三支箭就是台积电在日本筑波,设立的3DIC先进封装的实验室,与东京大学及日本材料及设备厂商合作。

这三支箭都需要仰赖外国的技术及资源,日本舆论将此比拟为,在19世纪幕府时代的「黑船事件」。黑船事件开启日本与西方世界的交流,明治维新接着发生,一举让日本进入世界强国之林。

这三支箭分别都有其目的,而合起来就成为日本半导体的复兴大业。

首先,日本长期以来未持续投资在半导体先进制程,因此制程技术停留在40纳米。日积电的任务就是要填补28~16纳米的空缺,并且配合到日本产业所需的车用IC及影像显示IC。

第二支箭就有很大的争议了。在没有任何先进制程的学习曲线支撑下,直接切入2纳米,现阶段三星电子(Samsung Electronics)及英特尔(Intel)都做不到,这岂不是痴人说梦?虽然有美国IBM及欧洲Imec的技术转移,包括EUV技术,但是研究机构的技术,相对于要实现高整合度的IC,仍有一段相当的距离。

日本是如何盘算第二支箭?原来由16到3纳米,使用的是鱼鳍式晶体管(FinFET),到了2纳米晶体管就须改为GAA(gate all around)或称为nano-sheet。与其由16纳米切入,需要建立FinFET的学习曲线,在后头苦苦追赶,倒不如孤注一掷,直接进入下一个时代的晶体管。虽然离台积电仍有段距离,但是不会输三星及英特尔太远。这只箭是大胆的,但不失为好的策略。

第三支箭就含有长期的战略意义了。3DIC不只是先进制程需要,成熟制程所制作的IC也是需要的。如果说摩尔定律是半导体元件尺度的微缩,那3DIC就是电子系统尺度的微缩了。这平台提供将各式小芯片(chiplet)密集的堆叠,造就系统特性上的提升。日本优异的半导体材料及设备供应产业,更是强化3DIC技术的重要基石。

当日本在80年代末期,自诩在许多产业上创下全球第一,尤其是石原慎太郎及Sony创始人盛田昭夫合着的《可以说NO的日本》,彻底地激怒美国,开始对日本输美的半导体设限,并扶植韩国。那个时期个人正在美国当研究生,有回遇到来自日本的半导体教授。当他知道我来自于台湾时,趾高气昂地问我,「你知不知道日本统治台湾多少年?」。

相似的场景在2000年后,我参与一个半导体国际会议的筹办,当与会的委员都希望日本能多贡献投稿的论文。日本的代表面有难色地说「我们已经不是世界第一了,甚至连亚洲第一都说不上」。

日本并没有像美国,大剌剌地要台积电将最先进的制程搬到美国,而是反求诸己,邀请台积电的成熟制程来日本设厂,而先进的制程想办法自己解决。充分地表现出东方文明克己复礼的美德,另一方面也维持住日本民族的自尊心。

我个人对于日本文化中的职人精神,是打从心底的佩服。有回在日本参加光电半导体研讨会,当时在报告单波长的半导体雷射研究,用于长距离的光纤通讯。要实现单波长,需要在雷射底部制作一精密的长条形光栅结构,以选择所需要的雷射波长,当时这是个相当挑战的工作。日本的研究人员不是只做1条,而是连续做3条,在一个元件上产生3个不同波长的单波长半导体雷射。我在台下看得目瞪口呆,久久无法平复。

1960年代末期日本经由美国的授权,已逐渐在半导体产业站稳脚步,当时的美国Richard Nixon曾警告过,「日本是个有文化的民族,绝对不会满足于只销售晶体管」。

这三支箭涵盖成熟制程、先进制程及先进封装,若能支支中的则复兴大业可期。我相信第一支及第三支是会命中目标,第二支箭的难度较高。但是在日本既有文化底蕴的加持下,第二支箭命中的机率还是有的。

曾任中央大学电机系教授及系主任,后担任工研院电子光电所副所长及所长,2013年起投身产业界,曾担任汉民科技策略长、汉磊科技总经理及汉磊投资控股公司CEO。